(57)【要約】【課題】例えば負荷が通常動作状態であるときのノイズを低減し、例えば負荷が待機状態であるときの消費電力を低減することができる部分電圧共振型スイッチング電源回路を提供する。【解決手段】トランスＴ１と、トランスＴ１の一次巻線Ｌ１に直列接続されるスイッチング素子であるＮＭＯＳトランジスタ３と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路４と、コンデンサＲＣ１及びＲＣ２によって構成される共振コンデンサと、軽負荷状態のときに比べて重負荷状態のときの方が前記共振コンデンサの容量が大きくなるように、前記共振コンデンサの容量を変更する変更手段（スイッチ５及びマイクロコンピュータ６）とを備え、前記共振コンデンサとトランスＴ１の一次巻線Ｌ１との共振により前記スイッチング素子をソフトスイッチングさせる部分電圧共振型スイッチング電源回路。【選択図】図１
2009100554.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振コンデンサと、
軽負荷状態のときに比べて重負荷状態のときの方が前記共振コンデンサの容量が大きくなるように、前記共振コンデンサの容量を変更する変更手段とを備えることを特徴とする部分電圧共振型スイッチング電源回路。
【請求項２】
トランスと、
前記トランスの一次巻線に直列接続されるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路とを備え、
前記共振コンデンサと前記トランスの一次巻線との共振により前記スイッチング素子をソフトスイッチングさせる請求項１に記載の部分電圧共振型スイッチング電源回路。
【請求項３】
前記共振コンデンサが前記スイッチング素子に並列接続される請求項２に記載の部分電圧共振型スイッチング電源回路。
【請求項４】
前記共振コンデンサが複数のコンデンサによって構成され、
前記変更手段が、少なくとも一つのスイッチと、前記少なくとも一つのスイッチのオン／オフを制御する制御部とを有し、前記少なくとも一つのスイッチのオン／オフを切り替えることにより前記複数のコンデンサの接続状態を変更して前記共振コンデンサの容量を変更する請求項１〜３のいずれかに記載の部分電圧共振型スイッチング電源回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の部分電圧共振型スイッチング電源回路を備えることを特徴とする空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソフトスイッチングを行う部分電圧共振型スイッチング電源回路及びそれを備えた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、スイッチング損失及びスイッチングノイズを低減するためにスイッチング素子をソフトスイッチングさせる部分電圧共振型スイッチング電源回路が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路の一構成例を図３に示す。
【０００３】
図３に示す従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路は、商用交流電源１の出力電圧を全波整流するダイオードブリッジ回路２と、ダイオードブリッジ回路２の出力電圧を平滑化するコンデンサＣ１と、トランスＴ１と、コンデンサＣ１の一端とトランスＴ１の一次巻線Ｌ１の一端との電気的接続／遮断を切り替えるスイッチング素子であるＮＭＯＳトランジスタ３と、ＮＭＯＳトランジスタ３のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路４と、ＮＭＯＳトランジスタ３に並列接続される共振コンデンサＲＣ１と、トランスＴ１の各出力を整流する整流ダイオードＤ１〜Ｄ４と、整流ダイオードＤ１〜Ｄ４によって整流されたトランスＴ１の各出力を平滑化するコンデンサＣ２〜Ｃ５とを備えている。ＮＭＯＳトランジスタ３のドレイン−ソース間電圧ＶDSの波形及びドレイン電流ＩDの波形は図４に示すようになる。
【０００４】
図３に示す従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路は、ＮＭＯＳトランジスタ３がターンオンする際にトランスＴ１の一次巻線Ｌ１と共振コンデンサＲＣ１との部分共振により、ターンオン時のＮＭＯＳトランジスタ３のドレイン−ソース間電圧ＶDSを低減し、スイッチング損失及びターンオン時のサージ電流によるノイズを低減している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２７８３７６号公報（段落０００３、第７図）
【特許文献２】特開２００３−１６３０７２公報（段落００３７、段落００５１）
【特許文献３】実開平１−１７７６６２号公報（第３頁２−４行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図３に示す従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路では、共振コンデンサＲＣ１の容量を大きくすると、ＮＭＯＳトランジスタ３のターンオフ時のサージ電圧が小さくなる。なお、共振コンデンサＲＣ１の容量を大きくすると、ターンオン時のサージ電流が増加するのでターンオン時のサージ電流によるノイズは増加することになるが、その一方で上述のようにＮＭＯＳトランジスタ３のターンオフ時のサージ電圧が小さくなるため、共振コンデンサＲＣ１の容量を大きくすると、スイッチング電源回路から発生するノイズ全体としては小さくなる傾向にある。したがって、図３に示す従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路では、共振コンデンサＲＣ１の容量を大きくすると、スイッチング電源回路から発生するノイズを低減することができる。
【０００７】
しかしながら、図３に示す従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路では、共振コンデンサＲＣ１の容量を大きくすると、ターンオン時のサージ電流が増加し、スイッチング損失が大きくなり、待機電力が大きくなってしまうという問題があった。
【０００８】
このため、待機電力を目標値以下にした場合に、通常動作時のノイズレベルが目標値を超えてしまうことがあり、そのような事態が生じた場合には電源コードにフェライトコアを装着する等の他のノイズ対策を施す必要があった。
【０００９】
なお、特許文献２では、高周波雑音が発生するおそれのない場合に、ノーマル雑音を低減するためのコンデンサに商用電源が印加しないようにして、待機電力を抑制する技術が開示されているが、ノーマル雑音を低減するためのコンデンサは部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサとは全く異なる役割を果たすものであり、また、当該技術はスイッチング電源自体の消費電力を低減するものではないため、当該技術によって上述した問題を解決することはできない。
【００１０】
また、特許文献３では、共振コンデンサの容量を変更して水平変更周波数を変える水平偏向回路が開示されているが、水平偏向回路の共振コンデンサは部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサとは全く異なる役割を果たすものであり、また、当該水平偏向回路はスイッチング電源自体の消費電力を低減するものではないため、当該水平偏向回路によって上述した問題を解決することはできない。
【００１１】
本発明は、上記の状況に鑑み、例えば負荷が通常動作状態であるときのノイズを低減し、例えば負荷が待機状態であるときの消費電力を低減することができる部分電圧共振型スイッチング電源回路及びそれを備えた空気調和機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路は、共振コンデンサと、軽負荷状態のときに比べて重負荷状態のときの方が前記共振コンデンサの容量が大きくなるように、前記共振コンデンサの容量を変更する変更手段とを備える構成としている。
【００１３】
このような構成によると、重負荷状態のときに共振コンデンサの容量が大きくなるので、例えば負荷が通常動作状態であるときのノイズを低減することができる。また、このような構成によると、軽負荷状態のときに共振コンデンサの容量が小さくなるので、例えば負荷が待機状態であるときの消費電力を低減することができる。
【００１４】
また、上記構成の部分電圧共振型スイッチング電源回路において、トランスと、前記トランスの一次巻線に直列接続されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子のスイッチング動作を制御するスイッチング制御回路とを備え、前記共振コンデンサと前記トランスの一次巻線との共振により前記スイッチング素子をソフトスイッチングさせるようにしてもよい。さらに、前記共振コンデンサを前記スイッチング素子に並列接続してもよい。
【００１５】
また、上記各構成の部分電圧共振型スイッチング電源回路において、前記共振コンデンサが複数のコンデンサによって構成され、前記変更手段が、少なくとも一つのスイッチと、前記少なくとも一つのスイッチのオン／オフを制御する制御部とを有し、前記少なくとも一つのスイッチのオン／オフを切り替えることにより前記複数のコンデンサの接続状態を変更して前記共振コンデンサの容量を変更するようにしてもよい。これにより、前記共振コンデンサ及び前記変更手段を簡単かつ低廉な回路で実現することができる。
【００１６】
また、上記目的を達成するために本発明に係る空気調和機は、上記いずれかの構成の部分電圧共振型スイッチング電源回路を備える構成としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路によると、軽負荷状態のときに比べて重負荷状態のときの方が共振コンデンサの容量が大きくなるように共振コンデンサの容量を変更するので、例えば負荷が通常動作状態であるときのノイズを低減し、例えば負荷が待機状態であるときの消費電力を低減することができる。また、本発明に係る空気調和機によると、例えば通常動作状態であるときのノイズを低減し、例えば待機電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の一構成例を図１に示す。ここでは、図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路を空気調和機に搭載した場合を例に挙げて説明する。なお、図１において、図３と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００１９】
図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路は、図３に示す従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路に、ＮＭＯＳトランジスタ３及び共振コンデンサＲＣ１に並列接続される共振コンデンサＲＣ２と、共振コンデンサＲＣ２の一端とＮＭＯＳトランジスタ３のソース及び共振コンデンサＲＣ１の一端との電気的接続／遮断を切り替えるスイッチ（例えば、トランジスタなどの半導体スイッチ素子）５と、スイッチ５のオン／オフを切り替えるマイクロコンピュータ６とを追加した構成である。なお、マイクロコンピュータ６は空気調和機の運転制御を行っているマイクロコンピュータを利用することができる。この場合、空気調和機全体としてみると、マイクロコンピュータ６は追加部品にならない。
【００２０】
トランスＴ１は、一次側に一次巻線Ｌ１及び三次巻線Ｌ５を有し、二次側に二次巻線Ｌ２〜Ｌ４を有している。二次巻線Ｌ２から出力される電圧を整流ダイオードＤ１により整流しコンデンサＣ２により平滑して得られる１５［Ｖ］の直流電圧は換気ファン駆動用モータの電源電圧等に用いられる。二次巻線Ｌ３から出力される電圧を整流ダイオードＤ２により整流しコンデンサＣ３により平滑して得られる１２［Ｖ］の直流電圧は表示用ＬＥＤの電源電圧やルーバー駆動用ステッピングモータの電源電圧等に用いられる。二次巻線Ｌ４から出力される電圧を整流ダイオードＤ３により整流しコンデンサＣ４により平滑して得られる５［Ｖ］の直流電圧はマイクロコンピュータ６の電源電圧等に用いられる。三次巻線Ｌ５から出力される電圧を整流ダイオードＤ４により整流しコンデンサＣ５により平滑して得られる１９［Ｖ］の直流電圧は内部ファン駆動用モータの電源電圧等に用いられる。
【００２１】
空気調和機が通常動作状態であるとき、マイクロコンピュータ６は、ルーバー駆動用ステッピングモータや内部ファン駆動用モータなどの様々な負荷が通常動作状態であることを検出し、重負荷状態であると判断する。マイクロコンピュータ６は、重負荷状態であると判断した場合、スイッチ５をオンにし、図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を共振コンデンサＲＣ１及びＲＣ２の合成容量とすることにより、図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を大きくする。これにより、負荷が通常動作状態であるときのスイッチング電源回路から発生するノイズを低減することができる。
【００２２】
一方、空気調和機が待機状態であるとき、マイクロコンピュータ６は、ルーバー駆動用ステッピングモータや内部ファン駆動用モータなどの様々な負荷が待機状態であることを検出し、軽負荷状態であると判断する。マイクロコンピュータ６は、軽負荷状態であると判断した場合、スイッチ５をオフにし、図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を共振コンデンサＲＣ１のみの容量とすることにより、図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を小さくする。これにより、待機電力を低減することができる。空気調和機は、オフシーズンであっても電源プラグがコンセントに挿入された状態にされている場合が多く待機状態である期間が長いため、特に待機電力の低減効果が大きい。なお、負荷が待機状態であるときは、負荷が通常動作状態であるときに比べてスイッチング電源回路から発生するノイズが格段に小さいため、共振コンデンサの容量が小さくなってＮＭＯＳトランジスタ３のターンオフ時のサージ電圧が大きくなっても問題ない。
【００２３】
上述した実施形態では、マイクロコンピュータ６が、ルーバー駆動用ステッピングモータや内部ファン駆動用モータなどの様々な負荷が通常動作状態であることを検出し、重負荷状態であると判断してからスイッチ５をオンにし、図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を共振コンデンサＲＣ１及びＲＣ２の合成容量としているので、一時的に通常動作時のノイズレベルが目標値を超えてしまうおそれがある。そこで、一時的に通常動作時のノイズレベルが目標値を超えてしまうことを防止する観点から、リモートコントローラ（図示せず）などから運転開始の指示を受けると、ルーバー駆動用ステッピングモータや内部ファン駆動用モータなどの様々な負荷が通常動作を開始する前に、マイクロコンピュータ６がスイッチ５をオンにすることが望ましい。このようにすれば、様々な負荷が通常動作を開始して重負荷となる前に予め、共振コンデンサの容量を共振コンデンサＲＣ１及びＲＣ２の合成容量とすることができ、重負荷となる時点から共振コンデンサの容量が増加する時点までのタイムラグがなくなるので、一時的に通常動作時のノイズレベルが目標値を超えてしまうことがない。
【００２４】
次に、本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の他の構成例を図２に示す。ここでは、図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路を空気調和機に搭載した場合を例に挙げて説明する。なお、図２において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００２５】
図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路は、図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路に、共振コンデンサＲＣ１の一端とＮＭＯＳトランジスタ３のソース及びスイッチ５の一端との電気的接続／遮断を切り替えるスイッチ（例えば、トランジスタなどの半導体スイッチ素子）７を追加し、マイクロコンピュータ６をスイッチ５のオン／オフ切り替えのみならずスイッチ７のオン／オフ切り替えも行うマイクロコンピュータにした構成である。なお、共振コンデンサＲＣ１の容量は、共振コンデンサＲＣ２の容量よりも小さくしている。
【００２６】
空気調和機が通常動作状態であるとき、マイクロコンピュータ６は、ルーバー駆動用ステッピングモータや内部ファン駆動用モータなどの様々な負荷が通常動作状態であって負荷が所定のレベルよりも大きい場合、第１の重負荷状態であると判断し、ルーバー駆動用ステッピングモータや内部ファン駆動用モータなどの様々な負荷が通常動作状態であって負荷が所定のレベルよりも大きくない場合、第２の重負荷状態であると判断する。上記所定のレベルの設定は、例えば、換気ファンがオンのときには第１の重負荷状態になるようにすればよい。
【００２７】
マイクロコンピュータ６は、第１の重負荷状態であると判断した場合、スイッチ５及び７をオンにし、図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を共振コンデンサＲＣ１及びＲＣ２の合成容量とすることにより、図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を大きくする。また、マイクロコンピュータ６は、第２の重負荷状態であると判断した場合、スイッチ７をオフにしスイッチ５をオンにし、図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を共振コンデンサＲＣ２のみの容量とすることにより、図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を少し大きくする。これにより、負荷が通常動作状態であるときのスイッチング電源回路から発生するノイズを負荷のレベルに応じて低減することができる。
【００２８】
一方、空気調和機が待機状態であるとき、マイクロコンピュータ６は、ルーバー駆動用ステッピングモータや内部ファン駆動用モータなどの様々な負荷が待機状態であることを検出し、軽負荷状態であると判断する。マイクロコンピュータ６は、軽負荷状態であると判断した場合、スイッチ５をオフにしスイッチ７をオンにし、図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を共振コンデンサＲＣ１のみの容量とすることにより、図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の共振コンデンサの容量を小さくする。これにより、待機電力を低減することができる。空気調和機は、オフシーズンであっても電源プラグがコンセントに挿入された状態にされている場合が多く待機状態である期間が長いため、特に待機電力の低減効果が大きい。なお、負荷が待機状態であるときは、負荷が通常動作状態であるときに比べてスイッチング電源回路から発生するノイズが格段に小さいため、共振コンデンサの容量が小さくなってＮＭＯＳトランジスタ３のターンオフ時のサージ電圧が大きくなっても問題ない。
【００２９】
図２に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路は、図１に示す本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路に比べて共振コンデンサの容量を細かく制御することができるので、通常動作状態での負荷のレベル変動幅が大きい場合などに特に有用である。
【００３０】
なお、一時的に通常動作時のノイズレベルが目標値を超えてしまうことを防止する観点から、上述した実施形態と異なり、リモートコントローラ（図示せず）などから運転開始の指示を受けると、ルーバー駆動用ステッピングモータや内部ファン駆動用モータなどの様々な負荷が通常動作を開始する前に、マイクロコンピュータ６が、スイッチ５とスイッチ７をともにオンにし、その後、第１の重負荷であるか、第２の重負荷状態であるかを判断し、第１の重負荷状態であればスイッチ５、スイッチ７をオンで維持し、第２の重負荷状態であれば、スイッチ５をオンで維持し、スイッチ７をオフすることが望ましい。このようにすれば、様々な負荷が通常動作を開始した時点では、共振コンデンサの容量が共振コンデンサＲＣ１及びＲＣ２の合成容量となっているので、第１の重負荷であるか、第２の重負荷状態であるかを判断してからスイッチ５、スイッチ７のオン、オフを切り替える場合に発生してしまう、重負荷となる時点から共振コンデンサの容量が増加する時点までのタイムラグがなくなる。したがって、一時的にノイズレベルが目標値を超えてしまうことを防止することができる。
【００３１】
なお、本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路は、電気機器全般に搭載可能であるが、通常動作状態においてスイッチング電源回路で発生するノイズが待機状態のときよりも大きく、待機状態である期間が長い電気機器（例えば空気調和機など）に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】は、本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の一構成例を示す図である。
【図２】は、本発明に係る部分電圧共振型スイッチング電源回路の他の構成例を示す図である。
【図３】は、従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路の一構成例を示す図である。
【図４】は、図３に示す従来の部分電圧共振型スイッチング電源回路のスイッチング素子の電流・電圧波形を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    商用交流電源
２    ダイオードブリッジ回路
３    ＮＭＯＳトランジスタ
４    スイッチング制御回路
５、７    スイッチ
６    マイクロコンピュータ
Ｃ１〜Ｃ５    コンデンサ
Ｄ１〜Ｄ４    整流ダイオード
ＲＣ１、ＲＣ２    共振コンデンサ
Ｔ１    トランス
【図１】
2009100554.tif 000003
【図２】
2009100554.tif 000004
【図３】
2009100554.tif 000005
【図４】
2009100554.tif 000006