JPH0956591A - 電気湯沸かし器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コストが安く、回路基板上に大きなスペース
を必要としなくかつ回路基板の温度上昇を抑制した、寿
命が長い電源回路を備えた電気湯沸かし器を提供する。 【解決手段】 交流電源に直列接続された整流素子と平
滑用コンデンサーとヒーターと、平滑用コンデンサーに
接続されたスイッチング回路と、スイッチング回路に接
続された電源用制御回路とを備え、電源用制御回路は平
滑用コンデンサーの分圧電圧と基準電圧を発生させ、両
者を比較する比較回路を有し、分圧電圧が基準電圧未満
又は以上に応じて、スイッチング回路を各々オフ又はオ
ンさせるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は湯を沸かす電気湯沸
かし器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、このタイプの湯沸かし器は例えば
特公平６−８５７３６号公報に開示されている。この公
報によると、交流電源にリレーおよびヒーターが直列接
続されそして交流電源に電源回路を介してマイクロコン
ピュータが接続されている。そして温度センサーの入力
により、マイクロコンピュータから制御信号がリレーに
出力している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この様な湯沸かし器で
は、マイクロコンピュータ用に比較的電圧変動が少なく
かつ低電圧の直流電圧が要求されるため、上述の電源回
路はトランスと整流回路と平滑回路と定電圧回路から構
成され、コスト高になる第１の欠点がある。

【０００４】この欠点を解消するために、回路基板上に
酸化金属抵抗を配置し、交流電源を降圧させて電源回路
を構成する手段もある。しかしこの抵抗は比較的大型な
ため回路基板上に大きなスペースを必要とし、かつ抵抗
からの発熱量が大きい第２の欠点がある。

【０００５】そこで本発明者は、ヒーターに整流素子と
コンデンサーを接続し、コンデンサーにスイッチング回
路を接続し、コンデンサーの分圧電圧と基準電圧を比較
器に入力させた。そして上述の両電圧の大小に応じてス
イッチング回路をオン、オフさせていた。しかし図４の
ａに示す様に、分圧電圧が変化する周期が極めて小さい
事が判った。そのためスイッチング回路のオン、オフ動
作が頻繁となり、スイッチング素子の発熱が増加し、寿
命が短くなる第３の欠点がある。故に本発明はこの様な
従来の欠点を考慮して、コストが安く、回路基板上に大
きなスペースを必要としなくかつ回路基板の温度上昇を
抑制した、スイッチング回路のオン、オフ動作が頻繁で
ない電源回路を備えた電気湯沸かし器を提供するもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、交流電源に直列接続された整流素子と平
滑用コンデンサーとヒーターと、平滑用コンデンサーに
接続されたスイッチング回路と、スイッチング回路に接
続された電源用制御回路とを備え、電源用制御回路は平
滑用コンデンサーの分圧電圧と基準電圧を発生させ、両
者を比較する比較回路を有し、分圧電圧が基準電圧未満
又は以上に応じて、スイッチング回路を各々オフ又はオ
ンさせるものである。

【０００７】本発明は望しくは、比較回路がヒステリシ
ス特性を備えるものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
１と図２に従い説明する。図１は本実施の形態に係る電
気湯沸かし器の断面図、図２はその電気湯沸かし器の電
気回路図である。これらの図に於て、フレーム１は円筒
状のものであり、容器２はフレーム１に内装された有底
筒状のものである。ヒーターセット３は内容液（水等）
を収納する容器２の底部に密着して取付けられたヒータ
ー（保温用）４と他のヒーター（湯沸かし用）５からな
る。裏蓋６はフレーム１の下部に固定され、容器２の底
壁との間に収納空間７が設けられている。

【０００９】給湯パイプ８はその一端が容器２に連通
し、他端がフレーム１の外に導出している。給湯ポンプ
９は給湯パイプ８の経路に位置し、収納空間７内に配置
固定され、直流モーター１０により駆動される。収納ボ
ックス１１はヒーター４と他のヒーター５と給湯ポンプ
９の制御を行う制御部品を収納している。

【００１０】温度センサー１２は容器２の外底面に密着
して取付けられ、蓋体１３はフレーム１の上部に開閉自
在に設けられ、給湯スイッチ１４は本体全面の上部に設
けられている。そして、再沸騰スイッチ１５は下部に設
けられている。

【００１１】次に電気回路を図２に従い説明する。サー
ジアブソーバ１６とコンデンサーが並列して交流電源１
７に接続され、リレー接点１８が他のヒーター５に直列
接続され、その直列回路が交流電源１７に並列接続され
ている。整流素子１９は例えばダイオードであり、その
一端は第１リード線２１ａを介して交流電源１７の一端
子に接続され、他端は第２リード線２１ｂとダイオード
２０を介して第３リード線２１ｃに接続されている。

【００１２】平滑用コンデンサー２２の一端は第３リー
ド線２１ｃに接続され、他端は第４リード線２３に接続
されている。ヒーター４の一端は第４リード線２３に接
続され、他端はリード線を介して交流電源１７の他端子
に接続されている。この様に整流素子１９と平滑用コン
デンサー２２とヒーター４は交流電源１７に直列接続し
ている。

【００１３】第１トランジスタ２４のコレクタは第２リ
ード線２１ｂに接続され、エミッタは第４リード線２３
に接続され、ベースはダイオード２４ａと抵抗２５を介
して第３リード線２１ｃに接続されている。ダイオード
２６のアノードは抵抗２５とダイオード２４ａとの中間
点に接続されている。これらの第１トランジスタ２４と
抵抗２５とダイオード２０、２４ａ、２６によりスイッ
チング回路２７が構成され、スイッチング回路２７は平
滑用コンデンサー２２の両端に並列接続されている。

【００１４】比較回路２８は例えば比較器（コンパレー
タ）２９からなり、比較器２９の出力端はダイオード２
６のカソードに接続されている。比較回路２８は一端
が、後述の分圧回路の分圧端に接続され、他端が比較器
２９の出力端に接続され、抵抗３０とダイオード３１と
が直列接続されたものを有するのが望しい。この様に比
較器２９の入力を抵抗３０を介して出力端に接続する事
により、比較回路２８はヒステリシス特性を有するもの
として動作する。

【００１５】分圧回路３２は抵抗３３、３４が直列接続
されたものであり、抵抗３３の一端は第３リード線２１
ｃに接続され、抵抗３４の一端は第４リード線２３に接
続されている。抵抗３３、３４の中間点は比較器２９の
（＋）入力端子に接続され、前記中間点は抵抗３０の一
端に接続されている。

【００１６】基準電圧回路３５は抵抗３６とツェナーダ
イオード３７が直列接続されたものであり、抵抗３６の
一端は第３リード線２１ｃに接続され、ツェナーダイオ
ード３７の一端は第４リード線２３に接続されている。
抵抗３６とツェナーダイオード３７との中間点は比較器
２９の（−）入力端子に接続されている。これらの比較
回路２８と分圧回路３２と基準電圧回路３５により、電
源用制御回路３８が構成されている。また、電源用制御
回路３８の出力端すなわち比較器２９の出力端は、スイ
ッチング回路２７を構成するダイオード２６のカソード
に接続されている。

【００１７】リレー回路３９はリレーとダイオードが並
列接続されたものであり、リレー回路３９の一端はトラ
ンジスタ４０のコレクタに接続され、他端は抵抗を介し
て第４リード線２３に接続されている。トランジスタ４
０のベースは抵抗４１と４２の中間点に接続されてい
る。

【００１８】ポンプ回路４３は給湯スイッチ１４とモー
ター１０が直列接続されたものであり、その一端はトラ
ンジスタ４４のコレクタに接続され、ポンプ回路４３の
他端は第４リード線２３に接続されている。トランジス
タ４４のベースは抵抗４５と４６の中間点に接続されて
いる。

【００１９】マイクロコンピュータ４７の端子Ｐ１は抵
抗４２に接続され、端子Ｐ２は抵抗４６に接続されてい
る。第５リード線４８の一端は第３リード線２１Ｃに接
続され、第５リード線４８の他端はマイクロコンピュー
タ４７の端子Ｐ３、Ｐ４に接続されている。そして第５
リード線４８の他端は保温ランプ４９と抵抗を介して端
子Ｐ５に、湯沸かしランプ５０と抵抗を介して端子Ｐ６
に、そして再沸騰スイッチ１５と抵抗を介して端子Ｐ７
に接続されている。

【００２０】トランジスタ５１のコレクタは第４リード
線２３に接続され、エミッタは第６リード線５２に接続
され、ベースはツェナーダイオード５３を介して第３リ
ード線２１ｃに接続されている。トランジスタ５１のベ
ースとツェナーダイオード５３との中間点と、第４リー
ド線２３との間に抵抗５４が接続されている。コンデン
サー５５は第３リード線２１ｃと第６リード線５２との
間に接続されている。マイクロコンピュータ４７の各端
子に接続された接地記号の部分は、第６リード線５２と
同電位である事を示す。

【００２１】温度センサー１２の一端は第５リード線４
８に接続され、温度センサー１２の他端は抵抗５６を介
してマイクロコンピュータ４７の端子Ｐ８に接続され、
また抵抗５７を介して第６リード線５２と同電位部に接
続されている。これらの部品により、本実施の形態に係
る電気湯沸かし器が構成されている。

【００２２】次に、この電気湯沸かし器の動作を図１乃
至図４に従い説明する。図３は比較回路２８が「Ｌ」出
力の時の比較回路２８の等価回路、図４は分圧電圧の特
性図である。これらの図に於て、最初に容器２内に水を
入れ、電気湯沸かし器の電源プラグを電源コンセント
（いずれも図示せず）に挿入する。

【００２３】交流電源１７が正電位の時に、第１リード
線２１ａと整流素子１９と第２リード線２１ｂとダイオ
ード２０と第３リード線２１ｃと平滑用コンデンサー２
２と第４リード線２３とヒーター４に電流が流れ、平滑
用コンデンサー２２の両端電圧が上昇し始める。そして
電源用制御回路３８の基準電圧回路３５が基準電圧を発
生させ、その基準電圧すなわちツェナーダイオード３７
のツェナー電圧が比較器２９の（−）入力端子に入力さ
れる。

【００２４】また、電源用制御回路３８の分圧回路３２
により分圧電圧を発生させ、その分圧電圧が比較器２９
の（＋）入力端子に入力される。この時、分圧電圧は基
準電圧未満であるので、比較器２９は「Ｌ」信号を出力
し、比較器２９の出力端は比較器２９内の接地線（図示
せず）と導通する。

【００２５】その結果、第３リード線２１ｃと抵抗２５
とダイオード２６と比較器２９内の接地線を介して電流
が流れ、第１トランジスタ２４のベースに電流が流れな
い。それ故に、第１トランジスタ２４はオフし、平滑用
コンデンサー２２の両端電圧および分圧電圧は徐々に上
昇する（図４のＡ期間で示した）。

【００２６】この時、図３に示す様に比較器２９の
（＋）入力端子への分圧電圧は、抵抗３０とダイオード
３１と抵抗３４による合成抵抗と、抵抗３３との抵抗比
により、第３リード線２１ｃと第４リード線２３との間
の印加電圧（線間印加電圧）を分配した値Ｖ１となる。

【００２７】また、抵抗３４と３３との抵抗比により、
上記線間印加電圧を分配した値をＶ２とすると、上記合
成抵抗の値は抵抗３４の値より小さいので、Ｖ１はＶ２
よりも小さくなる。即ち比較器２９に正帰環を付加する
事により（比較器２９の出力端に入力線を抵抗３０等を
介して接続する）、比較器２９の出力が「Ｌ」の時は比
較器２９に印加する分圧電圧（Ｖ１）を正帰環を付加し
ない時の分圧電圧（Ｖ２）より小さくする。

【００２８】次に分圧電圧が基準電圧以上になると、比
較器２９の出力は「Ｈ」となり、比較器２９の出力端は
開放される。その結果、ダイオード２６を介して比較器
２９へ電流が流れないので、第３リード線２１ｃと抵抗
２５とダイオード２４ａを介して第１トランジスタ２４
のベースに電流が流れ、第１トランジスタ２４はオンす
る。それ故に、電流は主に、第２リード線２１ｂと第１
トランジスタ２４と第４リード線２３を介して流れる。
そのために、平滑用コンデンサー２２へ充電電流が流れ
なくなり、平滑用コンデンサー２２の両端電圧および分
圧電圧は下降し始める（図４のＢ期間で示した）。

【００２９】この時、比較器２９の出力端は開放されて
いるので、図３の回路とは異なり、比較器２９の（＋）
入力端子に抵抗３０とダイオード３１は接続されない。
その結果、分圧電圧Ｖ１より大きい分圧電圧Ｖ２が印加
される事により、図４の分圧電圧特性はＣ期間に示す様
に、分圧電圧が急激に増加する。

【００３０】更に、平滑用コンデンサー２２の端子電圧
が下降し、分圧電圧が基準電圧未満になると、図４の期
間Ｅで示す様に、比較器２９の出力は「Ｌ」に反転す
る。この時、比較器２９の（＋）入力端子は再び図３に
示す様に、抵抗３０とダイオード３１と抵抗３４の合成
抵抗と抵抗３３との比により線間印加電圧を分配した値
Ｖ１なる分圧電圧が印加される。その結果、図４のＤ期
間に示す様に、分圧電圧が急激に減少する。

【００３１】そして期間Ａと同様に、ダイオード２６と
比較器２９内の接地線を介して電流が流れ、第１トラン
ジスタ２４はオフし、平滑用コンデンサー２２の両端電
圧および分圧電圧は徐々に上昇する（図４のＥ期間で示
した）。

【００３２】この様に比較回路２９を正帰環型とする事
により、比較器２９の出力が「Ｈ」に反転した直後に分
圧電圧が急激に増加し（図４のＣ期間）、比較器２９の
出力が「Ｌ」に反転した直後に分圧電圧が急激に減少す
る（図４のＤ期間）。そして出力が反転後に急激に分圧
電圧が変化する事を、比較回路２８がヒステリシス特性
を備えていると、表現する。

【００３３】このヒステリシス特性により、Ｃ期間での
ピーク電圧とＤ期間でのピーク電圧の差が大きくなるの
で、比較器２９に接続されたスイッチング回路２７の第
１トランジスタ２４のオンとオフの周期が長くなる。故
に、第１トランジスタ２４のオンとオフの頻繁さが緩和
され、第１トランジスタ２４自身の発熱量が抑制され寿
命が長くなる。

【００３４】この様に電源用制御回路３８は平滑用コン
デンサー２２の分圧電圧と基準電圧を発生させ、その両
電圧を比較器２９で比較し、分圧電圧が基準電圧未満又
は以上に応じて、スイッチング回路２７を各々オフ又は
オンする様に制御している。

【００３５】また上述の様に、比較回路２８にヒステリ
シス特性を持たせても、平滑用コンデンサー２２により
印加電圧は平滑化される。故に平滑用コンデンサー２２
に接続された負荷（ポンプ回路４３等）には、平滑化さ
れた一定電圧を供給できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明は上述の様に、交流電源からの電
圧が整流素子により整流され、ヒーターにより降圧さ
れ、平滑用コンデンサーの両端電圧は上昇する。そして
電源用制御回路は平滑用コンデンサーの分圧電圧と基準
電圧を発生させ、両者を比較し、分圧電圧が基準電圧以
上になるとスイッチング回路をオンさせる。その結果、
平滑用コンデンサーに接続されたスイッチング回路に電
流が流れ、平滑用コンデンサーへの充電電流が流れなく
なり、両端電圧は低下し、分圧電圧も低下する。

【００３７】そして、分圧電圧が基準電圧未満になる
と、電源用制御回路によりスイッチング回路はオフす
る。その結果、平滑用コンデンサーが充電し、両端電圧
は再び上昇する。この様に電源用制御回路は平滑用コン
デンサーの両端電圧を略一定に保つ様に、スイッチング
回路をオン、オフさせるので、平滑用コンデンサーに接
続されたリレー回路とポンプ回路とマイクロコンピュー
タへ略一定の電圧を供給できる。

【００３８】上述の様に、整流素子と平滑用コンデンサ
ーとヒーターにより電源回路を構成するので、従来の様
に高価な電源トランスが必要ないため安価かつ電圧変動
の少ない電源回路が得られる。

【００３９】すなわち、リレー回路とモータ回路とマイ
クロコンピュータへ電圧を供給する電源回路を共通化で
きるので、個別に整流回路と平滑回路を設ける従来品と
比べて、低コストで製造できる。また従来の様に、大型
の金属抵抗を用いる必要がないので、比較的小さい回路
基板で済み、かつ回路基板の温度上昇が小さい。

【００４０】また本発明は望ましくは、比較回路にヒス
テリシス特性を持たせ、比較器の「Ｈ」出力反転時のピ
ーク電圧を急激に増加させ、比較器の「Ｌ」出力反転時
のピーク電圧を急激に減少させる。その結果、これらの
ピーク電圧の差が大きくなり比較器のオンとオフの周
期、すなわちスイッチング回路のスイッチング素子（第
１トランジスタ）のオンとオフの周期が長くなる。故に
第１トランジスタのオンとオフの頻繁さが緩和され、ス
イッチング素子自身の発熱量が抑制され、寿命が長くな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る電気湯沸かし器の断
面図である。

【図２】前記電気湯沸かし器の電気回路図である。

【図３】前記電気湯沸かし器に於て、比較回路が「Ｌ」
出力の時の比較回路の等価回路である。

【図４】従来の電気湯沸かし器および前記電気湯沸かし
器に於ける、分圧電圧の特性図である。

【符号の説明】

４ ヒーター １９ 整流素子 ２２ 平滑用コンデンサー ２７ スイッチング回路 ３８ 電源用制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅井 和輝 鳥取県鳥取市南吉方３丁目201番地 鳥取 三洋電機株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に直列接続された整流素子と平
   滑用コンデンサーとヒーターと、該平滑用コンデンサー
   に接続されたスイッチング回路と、該スイッチング回路
   に接続された電源用制御回路とを備え、前記電源用制御
   回路は前記平滑用コンデンサーの分圧電圧と基準電圧を
   発生させ、両者を比較する比較回路を有し、該分圧電圧
   が該基準電圧未満又は以上に応じて、前記スイッチング
   回路を各々オフ又はオンさせる事を特徴とする電気湯沸
   かし器。
2. 【請求項２】 前記比較回路はヒステリシス特性を備え
   た事を特徴とする請求項１の電気湯沸かし器。