JP5879950B2

JP5879950B2 - 空気調和機の制御基板

Info

Publication number: JP5879950B2
Application number: JP2011253551A
Authority: JP
Inventors: 裕子中下; 修一川口; 裕介藤本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2016-03-08
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: JP2013108669A

Description

本発明は、空気調和機における主たる制御機能を搭載した制御基板に関する。

空気調和機には、冷媒の圧力異常を検知して圧縮機を停止させるための、圧力異常検知スイッチ（ＨＰＳ）が設けられている。この圧力異常検知スイッチは、冷媒の配管上に設けられている。通常、圧力異常検知スイッチはＢ接点であり、圧力正常時は閉じていて、圧力異常時に開く接点である。従来、商用電源から圧力異常検知スイッチ、ダイオード、限流抵抗、及び、フォトカプラの入力側にある発光ダイオードを、直列に含む閉回路が構成されている（例えば、特許文献１参照。）。

圧力正常時は、圧力異常検知スイッチは閉じており、従って、フォトカプラはオンの状態となっている。圧力異常時は、圧力異常検知スイッチが開き、フォトカプラはオフの状態となる。このように、フォトカプラがオンからオフに転じることで、フォトカプラの出力側に構成される回路は、圧力異常が発生したことを検知することができる。圧力異常検知スイッチを含むフォトカプラの入力側は、いわゆる強電部であり、フォトカプラの出力側は、直流の制御電圧で動作するいわゆる弱電部である。フォトカプラにより、強電部と弱電部とは、互いに絶縁されている。弱電部は、空気調和機における主たる制御機能を搭載する制御基板に設けられる。また、圧力異常検知スイッチを除く強電部も、制御基板に搭載されている。

一方、零相変流器（ＺＣＴ）の出力に基づいて漏電検知を行う漏電検知回路は、制御基板とは別個の基板（以下、漏電検知基板と言う。）として設けられ、その検知出力の接点（Ｂ接点）は、圧力異常検知スイッチと直列に上記閉回路に挿入された状態で使用される。圧力異常検知スイッチと同様に、漏電検知出力接点は、正常時には閉じており、漏電を検知すると開く。漏電検知出力接点は、漏電検知基板に設けられるリレーの接点である。

特開２００４−２８６２３８号公報

しかしながら、上記のような従来の構成では、制御基板とは別に、漏電検知基板が必要である。また、漏電検知基板の漏電検知出力接点が制御基板の強電部に組み入れられるため、漏電検知基板にも強電部が存在する。従って、制御基板及び漏電検知基板のどちらにおいても、強電部と弱電部とを互いに絶縁するリレー等が必要であり、また、強電部の配線と弱電部の配線との間では、互いの絶縁距離も相応に必要である。従って、各基板に要する面積の合計が大きくなり、それに伴って、コストも高くなるという問題点があった。
また、圧力異常検知スイッチと漏電検知接点とは互いに直列のＢ接点であるから、どちらが開いても結果は同じであり、異常原因の識別ができなかった。

かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、省スペースで安価な基板構成の空気調和機の制御基板を提供することを目的とする。また、圧力異常か漏電かを明確に識別して検知することを目的とする。

本発明は、空気調和機における主たる制御機能を搭載した空気調和機の制御基板であって、商用電源から供給される交流電圧を、直流の複数の制御電圧に変換する電源回路と、冷媒の圧力異常を検知する無電圧信号を外部から受け取って、いずれかの前記制御電圧下で、圧力異常を検知する圧力異常検知回路と、地絡電流を検知するための信号を外部から受け取って、いずれかの前記制御電圧下で、漏電を検知する漏電検知回路と、いずれかの前記制御電圧下で動作し、前記圧力異常検知回路及び前記漏電検知回路の検知出力信号をそれぞれ別個に、入力ポートに入力可能なマイクロコンピュータと、を備え、前記圧力異常検知回路、前記漏電検知回路、前記マイクロコンピュータ、及び、前記電源回路の直流電圧側を含む弱電部と、前記電源回路の交流電圧側を含む強電部とは、共通の基板上で互いの領域が分かれており、かつ、前記電源回路（２１）は前記弱電部（Ｌ）及び前記強電部（Ｈ）にまたがるように配置されており、前記弱電部はさらに、前記マイクロコンピュータ及びこれと同一の第１制御電圧を使用する第１回路群と、当該第１制御電圧より高い第２制御電圧を使用する第２回路群とが、基板上で互いの領域が分かれている、ことを特徴とするものである。

上記のように構成された制御基板では、圧力異常検知回路及び漏電検知回路がそれぞれ制御電圧下で動作するいわゆる弱電の回路構成とすることにより、これらの回路を、単一の制御基板上に搭載することができる。また、弱電部と強電部とで互いの領域が分かれていることにより、領域間境界での相互絶縁にのみ、十分な絶縁距離を確保すれば良いので、各領域内で回路を集約することができる。弱電部内ではさらに、電圧が共通か又は電圧が近い回路を、同一の回路群として集約することができる。

こうして、弱電部全体としても、また、基板全体としても、回路をコンパクトに集約することができ、その結果として省スペースで安価な基板構成とすることができる。
また、マイクロコンピュータに対して、圧力異常検知回路及び漏電検知回路の検知出力信号がそれぞれ別個に入力ポートに入力されることによって、マイクロコンピュータは、圧力異常か漏電かを明確に識別して検知することができる。

また、上記の空気調和機の制御基板において、圧力異常検知回路の入出力端子及び、漏電検知回路の入力端子は、弱電部の領域内の、基板外縁領域の一部に集約して設けられていることが好ましい。
この場合、外部とのケーブル接続が容易である。また、各端子は、強電部からのノイズ等の影響を受けにくい。

本発明の空気調和機の制御基板によれば、回路をコンパクトに集約することができ、その結果として省スペースで安価な基板構成とすることができる。また、マイクロコンピュータは、圧力異常か漏電かを明確に識別して検知することができる。

空気調和機の室外機における基板及び機器の接続図（主要部のみ）である。図１における制御基板上の回路配置例を示す図である。

図１は、空気調和機の例えば室外機における基板及び機器の接続図（主要部のみ）である。図において、室外機１内には、制御基板２、インバータ基板３、ファン基板４、インバータ基板３に接続された圧縮機用のモータ５、及び、ファン基板４に接続されたファン用のモータ６が設けられている。インバータ基板３にはモータ５を駆動するためのインバータ装置が搭載され、ファン基板４にはモータ６の駆動回路が搭載されている。制御基板２は、インバータ基板３及びファン基板４の機能以外の、空気調和機における主たる制御機能を搭載している。

制御基板２には、商用電源１０（例えば３相交流２００Ｖ）からの電源線ＰＬ１が接続されている。また、この電源線ＰＬ１の途中から分岐した電源線ＰＬ２がノイズフィルタ７を介してインバータ基板３に接続されている。ファン基板４には、インバータ基板３経由で、電源線ＰＬ３により、単相の交流電圧が供給される。

零相変流器（ＺＣＴ）８は、電源線ＰＬ１に対して取り付けられ、その出力は制御基板２に与えられる。この出力に基づいて、制御基板２は、地絡電流すなわち漏電を検知することができる。また、制御基板２は、圧力検知スイッチ（ＨＰＳ）９と接続されている。圧力検知スイッチ９は、冷媒管に設けられており、冷媒の圧力異常を検知することができる。異常検知に関わるＨＰＳ接点入力は、例えば、異常が無いときは閉路しているＢ接点信号であり、設定された圧力を検知すると、閉から開に状態が変化する無電圧信号である。従って、このＨＰＳ接点入力は、直流電圧で使用することができる。

なお、図１では１つの圧力検知スイッチ９のみを示しているが、通常、３つの圧力検知スイッチが設けられており、それぞれからＨＰＳ接点入力が提供される。
また、制御基板２は、室内機（図示せず。）と通信可能であり、例えば室内機に対して運転信号等の送受を行うことができる。

インバータ基板３は、制御基板２からインバータ装置の運転信号及び、ＨＰＳ接点出力を受けることができる。通常は、運転信号に応じた速度でモータ５を回転させるように、インバータ装置が駆動される。ファン基板４は、インバータ基板３から運転信号を受けて、モータ６を駆動する。

図２は、制御基板２上の回路配置例を示す図である。
図において、制御基板２は、制御の中枢部であるマイクロコンピュータ２０の他、電源回路（スイッチング電源回路）２１、圧力異常検知回路（ＨＰＳ回路）２２、漏電検知回路２３、及び、通信回路２４を備えている。電源回路２１は、交流電圧から安定した複数種類の直流電圧を生成して出力する。これらの直流電圧とは、例えば５Ｖ，１３．５Ｖ，１６Ｖである。電源回路２１は、電源入力端子２５を経由して電源入力を受け取る。電源入力端子２５には、電源線ＰＬ１（図１）が接続される。

圧力異常検知回路２２は、冷媒の圧力異常を検知すれば閉から開に変わるＨＰＳ接点入力を、入力端子２６を経由して受け取る。圧力異常検知回路２２内では、３つのＨＰＳ接点入力が互いに直列に接続されている。そして、この直列体を介して例えばトランジスタを駆動する回路が構成されており、この回路電圧として例えば１６Ｖが使用される。３つのＨＰＳ接点入力のうち、どれか１つでも開になれば、トランジスタはオフとなり、圧力異常検知の状態となる。圧力異常検知信号は、マイクロコンピュータ２０の入力ポートＰ１に入力される。また、圧力異常検知の接点出力は、出力端子２７を介して、外部に出力することができる。図２では、３つのＨＰＳ接点出力が外部に提供される。

一方、零相変流器８の出力（アナログ出力信号）は、入力端子２８を介して、漏電検知回路２３に入力される。漏電検知回路２３は、漏電を検出すると、漏電検知信号をマイクロコンピュータ２０の入力ポートＰ２に提供する。従って、マイクロコンピュータ２０は、圧力異常と、漏電とを、異なる事象として互いに識別して検知することができる。漏電検知回路２３は、回路電圧として例えば１３．５Ｖを使用する。

また、マイクロコンピュータ２０は、回路電圧として５Ｖを使用し、インバータ基板４、ファン基板４及び、室内機へ、運転信号や制御信号を送る。マイクロコンピュータ２０と室内機とは通信回路２４を介して相互に動作制御に関する通信を行うことができる。通信回路２４は、回路電圧として５Ｖを使用する。

電源回路２１の内部は、電圧変換前の交流電圧（２００Ｖ）が印加されている強電部としての交流電圧側の一次回路部２１ａと、電圧変換後の、直流電圧側の弱電部としての二次回路部２１ｂとに分かれている。また、基板全体を見ても、図の点線で示す境界線で、強電部Ｈと、弱電部Ｌとに領域が分かれている。すなわち、電源回路２１の一次回路部２１ａ及び電源入力端子２５は、強電部Ｈに属する。電源回路２１の二次回路部２１ｂ、圧力異常検知回路２２、漏電検知回路２３、マイクロコンピュータ２０、通信回路２４は、弱電部Ｌに属する。

また、弱電部Ｌはさらに、マイクロコンピュータ２０及びこれと同一の第１制御電圧（５Ｖ）を使用する第１回路群Ｌ１と、この第１制御電圧より高い第２制御電圧（１３．５Ｖ，１６Ｖ）を使用する第２回路群Ｌ２とが、基板上で互いの領域が分かれている。

上記のように構成された制御基板２によれば、圧力異常検知回路２２及び漏電検知回路２３がそれぞれ上記の制御電圧下で動作する弱電の回路構成とすることにより、これらの回路を、単一の制御基板２上に搭載することが可能となっている。
また、弱電部Ｌと強電部Ｈとで互いの領域が分かれていることにより、領域間境界での相互絶縁にのみ、十分な絶縁距離を確保すれば良い。従って、各領域内で回路を集約することができる。弱電部Ｌ内ではさらに、電圧が共通の回路若しくは電圧が近い回路を、同一の回路群（Ｌ１及びＬ２）として集約することができる。

こうして、弱電部Ｌ全体としても、また、基板全体としても、回路をコンパクトに集約することができ、その結果として省スペースで安価な基板構成とすることができる。
また、マイクロコンピュータ２０に対して、圧力異常検知回路２２及び漏電検知回路２３の検知出力信号がそれぞれ別個に入力ポートＰ１，Ｐ２に入力されることによって、マイクロコンピュータ２０は、圧力異常か漏電かを明確に識別して検知することができる。

さらに、圧力異常検知回路２２の入力端子２６，出力端子２７、及び、漏電検知回路２３の入力端子２８は、弱電部Ｌの領域内の、基板外縁領域の一部（図２における基板の左上）に集約して設けられている。従って、外部とのケーブル接続が容易である。また、各端子２６〜２８は、強電部Ｈからのノイズ等の影響を受けにくい。

なお、上記実施形態における弱電部Ｌの制御電圧（５Ｖ，１３．５Ｖ，１６Ｖ）は例示であり、これらの数値や、これらの種類には限定されない。

２：制御基板
２０：マイクロコンピュータ
２１：電源回路
２２：圧力異常検知回路
２３：漏電検知回路
２６：入力端子
２７：出力端子
２８：入力端子
Ｈ：強電部
Ｌ：弱電部
Ｌ１：第１回路群
Ｌ２：第２回路群
Ｐ１，Ｐ２：入力ポート

Claims

空気調和機における主たる制御機能を搭載した空気調和機の制御基板（２）であって、
商用電源（１０）から供給される交流電圧を、直流の複数の制御電圧に変換する電源回路（２１）と、
冷媒の圧力異常を検知する無電圧信号を外部から受け取って、いずれかの前記制御電圧下で、圧力異常を検知する圧力異常検知回路（２２）と、
地絡電流を検知するための信号を外部から受け取って、いずれかの前記制御電圧下で、漏電を検知する漏電検知回路（２３）と、
いずれかの前記制御電圧下で動作し、前記圧力異常検知回路（２２）及び前記漏電検知回路（２３）の検知出力信号をそれぞれ別個に、入力ポート（Ｐ１，Ｐ２）に入力可能なマイクロコンピュータ（２０）と、を備え、
前記圧力異常検知回路（２２）、前記漏電検知回路（２３）、前記マイクロコンピュータ（２０）、及び、前記電源回路（２１）の直流電圧側を含む弱電部（Ｌ）と、前記電源回路（２１）の交流電圧側を含む強電部（Ｈ）とは、共通の基板上で互いの領域が分かれており、かつ、前記電源回路（２１）は前記弱電部（Ｌ）及び前記強電部（Ｈ）にまたがるように配置されており、
前記弱電部（Ｌ）はさらに、前記マイクロコンピュータ（２０）及びこれと同一の第１制御電圧を使用する第１回路群（Ｌ１）と、当該第１制御電圧より高い第２制御電圧を使用する第２回路群（Ｌ２）とが、基板上で互いの領域が分かれている、ことを特徴とする空気調和機の制御基板。
前記圧力異常検知回路（２２）の入出力端子（２６，２７）及び、前記漏電検知回路（２３）の入力端子（２８）は、前記弱電部（Ｌ）の領域内の、基板外縁領域の一部に集約して設けられている請求項１記載の空気調和機の制御基板。