JP2001268888A - サージ保護回路及び電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が簡易であり、過電流が流れた場合に要
する復旧作業の手間を削減できるサージ保護回路及びサ
ージ保護回路を備えた電源装置を提供する。 【解決手段】 入力ラインＬ１，Ｌ２のうち、一方の入
力ラインＬ１に通常のサージによって溶断しない（例え
ば１０Ａ）程度のヒューズＦ１を接続し、サージ保護回
路１０の後段に位置するフィルタ回路２０と、スイッチ
ング電源回路４０の前段に位置する整流平滑化回路３０
との間の電流経路に、電子機器に過電流が流れ込むこと
を阻止する（例えば１〜２Ａ）程度のヒューズＦ２を接
続する。また、サージ保護回路１０は、入力ラインＬ
１，Ｌ２の間にバリスタ１２，１３を接続すると共に、
その共通接続点とフレームグランドＦＧとの間にガスア
レスタ１５を接続したものを用い、両バリスタ１２，１
３の合計バリスタ電圧を、ノーマルモードのサージを吸
収できる程度の大きさに設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電源ライン等を介
して侵入するサージ等の過渡的な過電圧から、電子機器
を保護するサージ保護回路、及びサージ保護回路を備え
た電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、商用電源（例えばＡＣ１００
Ｖ）から電子機器への供給電源（例えばＤＣ１２Ｖ）を
生成する電源装置には、商用電源からの電源供給を受け
る入力ラインに、この入力ラインを介して侵入するサー
ジ等の過渡的な過電圧から電子機器を保護するためのサ
ージ保護回路が設けられている。

【０００３】ここで、図２は、この種のサージ保護回路
が組み込まれた電源装置の一例である。図２に示すよう
に、電源装置１００は、プラグＰに接続され商用電源が
印加される入力ラインＬ１，Ｌ２と、これら入力ライン
Ｌ１，Ｌ２に、それぞれ接続されたヒューズＦ１１，Ｆ
１２と、入力ラインＬ１，Ｌ２を介して当該装置に侵入
するサージを吸収するサージ保護回路１１０と、入力ラ
インＬ１，Ｌ２間に接続されたコンデンサ２２、及びラ
インフィルタ２４からなり、サージ保護回路１１０を通
過したノイズを除去するフィルタ回路２０と、フィルタ
回路２０の出力を全波整流するダイオードブリッジ３
２、及びダイオードブリッジ３２の出力を平滑化するコ
ンデンサ３４からなる整流平滑化回路３０と、整流平滑
化回路３０の出力を断続制御して、所望の直流電圧にて
電源供給を行うスイッチング電源回路４０とからなる。

【０００４】そして、サージ保護回路１１０は、ノーマ
ルモードのサージを吸収するために、両入力ラインＬ
１，Ｌ２間に接続されたバリスタ１１と、コモンモード
のサージを吸収するために、一端が各入力ラインＬ１，
Ｌ２にそれぞれ接続されたバリスタ１２，１３と、両バ
リスタ１２，１３の他端とフレームグランドＦＧの間に
接続された温度ヒューズ１４とからなる。

【０００５】このように構成されたサージ保護回路１１
０は、入力ラインＬ１，Ｌ２間に、ノーマルモード用の
バリスタ１１のバリスタ電圧（電流が急激に増大する電
圧）を越えるサージが印加された場合、バリスタ１１を
介して入力ラインＬ１，Ｌ２間が導通してサージを吸収
する。

【０００６】一方、入力ラインＬ１（又はＬ２），フレ
ームグランドＦＧ間に、コモンモード用のバリスタ１２
（又は１３）のバリスタ電圧を越えるサージが印加され
た場合、バリスタ１２（又は１３）を介して入力ライン
Ｌ１（又はＬ２）がフレームグランドＦＧと導通してサ
ージを吸収する。

【０００７】これにより、サージ保護回路１１０の後段
へのサージの印加が阻止されることになる。なお、ノー
マルモード用のバリスタ１１のバリスタ電圧は、通常時
に入力ラインＬ１，Ｌ２間に印加される電圧（即ち、商
用電源の電圧）より大きいければよく、例えば、正常な
印加電圧の２倍程度の大きさに設定され、コモンモード
用のバリスタ１２，１３のバリスタ電圧は、電気用品取
締法に規定された耐電圧試験試験時に印加される電圧よ
り大きくする必要があり、通常、１０００Ｖ以上に設定
される。

【０００８】ところで、ヒューズＦ１１，Ｆ１２及び温
度ヒューズ１４は、バリスタ１１〜１３がショートモー
ドで壊れる可能性があり、その場合に流れる短絡電流
（過電流）から当該電源装置１００を保護するために設
けられたものである。即ち、ノーマルモード用のバリス
タ１１が壊れるか、又はコモンモード用のバリスタ１
２，１３が同時に壊れた場合には、ヒューズＦ１１，Ｆ
１２のいずれにも短絡電流が流れるため、これらヒュー
ズＦ１１，Ｆ１２のいずれかが溶断する。一方、コモン
モード用のバリスタ１２が壊れた場合にはヒューズＦ１
１に短絡電流が流れ、コモンモード用のバリスタ１３が
壊れた場合にはヒューズＦ１２に短絡電流が流れ、この
短絡電流が流れた側のヒューズＦ１１又はＦ１２が溶断
する。

【０００９】但し、何等かの理由でフレームグランドＦ
Ｇのインピーダンスが高い場合には、コモンモード用の
バリスタ１２，１３が壊れたとしても、短絡電流の大き
さが制限されてしまうため、ヒューズＦ１１，Ｆ１２が
溶断しなかったり、溶断までに時間を要してしまう可能
性がある。このような場合であっても、バリスタ１２，
１３破壊時の過電流を確実に遮断するために、短絡電流
によりバリスタ１２，１３が発熱すると、この熱によっ
て溶断する温度ヒューズ１４が設けられているのであ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、温度ヒューズ
１４は、通常のヒューズより高価なだけでなく、バリス
タ１２，１３に発生した熱を、温度ヒューズ１４に確実
に伝導させるための処理に手間がかかるという問題があ
った。

【００１１】即ち、温度ヒューズ１４を用いた場合、図
３に示すように、部品の組立時に、両バリスタ１２，１
３の間に温度ヒューズ１４を配置し、バリスタ１２，１
３と温度ヒューズ１４との間を熱伝導性充填剤Ｍ１を用
いて接触させ、更に、耐熱性チューブＭ２にて一体に覆
う等の作業を施さねばならないのである。

【００１２】また、ヒューズＦ１１，Ｆ１２は、このよ
うなサージ保護回路１１０が壊れた時に当該装置を保護
するために用いられるだけでなく、スイッチング電源回
路４０や当該装置が電源供給を行っている電子機器の異
常により、過電流が発生した時に、スイッチング電源回
路４０や電子機器を過電流から保護するためにも兼用さ
れている。つまり、スイッチング電源回路４０や電子機
器を保護するためには、ヒューズＦ１１，Ｆ１２とし
て、あまり大容量のものを用いることができず、通常
は、電子機器の消費電流よりわずかに大きい容量のもの
が用いられているため、サージによるヒューズＦ１１，
Ｆ１２の溶断が発生し易いという問題もあった。

【００１３】例えば、容量が１Ａのヒューズでは、一般
に、１０００Ａ程度のサージまで耐えることが可能であ
るが、商用電源を介して侵入するサージには、１０００
〜３０００Ａ程度のものがある。このため、ヒューズＦ
１１，Ｆ１２の容量が例えば１〜２Ａ程度しかない場
合、通常に想定し得る大きさのサージであってもヒュー
ズが溶断してしまう可能性が高いのである。

【００１４】しかも、溶断してしまったヒューズＦ１
１，Ｆ１２や温度ヒューズ１４は、これを新たなものに
取り替えなければ、電子機器の使用を再開することがで
きないため、復旧作業に手間を要するという問題があっ
た。本発明は、上記問題点を解決するために、構成が簡
易であり、過電流が流れた場合に要する復旧作業の手間
を削減できるサージ保護回路及びサージ保護回路を備え
た電源装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の発明である請求項１記載のサージ保護回路は、印加電
圧の上昇に伴って抵抗値が減少する一対の抵抗型サージ
吸収素子（例えばバリスタ）を、入力ライン間に直列接
続すると共に、対向配置された電極間の放電によりサー
ジを吸収する放電型サージ吸収素子（例えばガスアレス
タ）を、一対の抵抗型サージ吸収素子の共通接続点とグ
ランドとの間に接続した構成を有している。

【００１６】このように構成された本発明のサージ保護
回路では、一対の抵抗型サージ吸収素子が直列接続され
た回路にて、ノーマルモードのサージを吸収し、いずれ
か一方の抵抗型サージ吸収素子と放電型サージ吸収素子
とが直列接続された回路にて、各入力ラインのコモンモ
ードのサージを吸収する。

【００１７】このように、本発明のサージ保護回路によ
れば、各入力ラインは、破壊モードがオープンとなる放
電型サージ吸収素子を介してグランドに接続されている
ため、いずれのサージ吸収素子が壊れたとしても、対グ
ランド間に短絡電流が流れることがない。従って、温度
ヒューズを用いる必要がなく、温度ヒューズを用いた従
来装置と比較して、製造の手間を大幅に軽減することが
できる。

【００１８】ところで、従来のサージ保護回路１１０で
も、入力ライン間にコモンモード用の一対のバリスタ１
２，１３が直列接続された構成を有しているが、上述し
たように、これらのバリスタ１２，１３の動作電圧（バ
リスタ電圧）は、ノーマルモード用のバリスタ１１より
大きく、従って、これらバリスタ１２，１３が直列接続
された回路を、ノーマルモード用のサージ吸収素子とし
て使用することができなかった。

【００１９】これに対して、本発明のサージ保護回路で
は、抵抗型サージ吸収素子と放電型サージ吸収素子とが
直列接続された回路にてコモンモードのサージを吸収す
るため、両者の合計にて、必要な動作電圧（サージ吸収
を開始する電圧）が得られればよい。このため、この一
対の抵抗型サージ吸収素子を直列接続してなる回路を、
ノーマルモードのサージを吸収するような設定とするこ
とが可能であり、そのように設定した場合には、ノーマ
ルモードのサージのみを吸収する専用のサージ吸収素子
（例えば図２ではバリスタ１１に相当）を設ける必要が
ないため、回路構成をより簡略化できる。

【００２０】なお、放電型サージ吸収素子では、電極間
の放電が一旦始まると、サージが去った後にも、電源電
圧によって放電が持続するいわゆる続流が生じる可能性
があるが、放電型サージ吸収素子と直列に抵抗型サージ
吸収素子が接続されているため、これを確実に防止する
ことができる。

【００２１】次に、請求項２記載の電源装置では、入力
ラインのサージ保護回路より前段に位置する部分に、過
電流が流れると入力ラインを開放して過電流を遮断する
過電流遮断素子を接続すると共に、サージ保護回路から
電源回路に至る電流経路に、この電流経路を流れる過電
流を遮断，或いは制限する過電流制限素子を接続した構
成を有している。

【００２２】このように構成された本発明の電源装置で
は、電源回路や電子機器に異常が生じることにより過電
流が流れた場合には、過電流制限素子が、この過電流を
遮断，或いは制限するため、過電流遮断素子は、サージ
保護回路がショートモード（入力ライン間のショート、
或いは入力ライン，グランド間のショート）で故障した
時に流れる過電流のみを阻止すればよい。

【００２３】従って、本発明の電源装置によれば、過電
流遮断素子の容量を通常のサージによって溶断すること
のない大きさに設定することができ、その結果、過電流
遮断素子の復旧作業を行う回数を減少させることがで
き、使い勝手のよい装置を提供することができる。

【００２４】なお、サージ保護回路として、請求項３記
載のように、印加電圧の上昇に伴って抵抗値が減少する
一対の抵抗型サージ吸収素子を、入力ライン間に直列接
続すると共に、対向配置された電極を有し該電極間の放
電によりサージを吸収する放電型サージ吸収素子を、一
対の抵抗型サージ吸収素子の共通接続点とグランドとの
間に接続したもの、即ち、請求項１記載のサージ保護回
路を用いることができる。

【００２５】この場合、放電型サージ吸収素子，抵抗型
サージ吸収素子のいずれが壊れたとしても、入力ライ
ン，グランド間のショートが発生することがないため、
過電流遮断素子は、両抵抗型サージ吸収素子がショート
した場合のみに対応すればよい。従って、本発明によれ
ば、請求項１と同様の効果が得られるだけでなく、過電
流遮断素子は、入力ラインのいずれか一方の側のみに設
ければよいため、より一層、部品点数の削減を図ること
ができる。

【００２６】また、過電流制限素子は、過電流によって
溶断するヒューズ等を用いてもよいが、請求項４記載の
ように、過電流制限素子に流れる電流値の上昇に伴って
抵抗値が増大する正特性抵抗素子（例えば正の温度係数
を有するサーミスタ）を用いてもよい。

【００２７】この場合、電源回路や電子機器の異常が解
消されると、過電流制限素子が元の状態に戻るため、ヒ
ューズの取替等のような復旧作業を行う必要がなく、装
置の使い勝手をより向上させることができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。図１は、本発明が適用された実施例の電源
装置２の全体構成図である。なお、本実施例の電源装置
２は、先に従来装置として説明した電源装置１００と
は、一部の構成（具体的にはサージ保護回路とヒュー
ズ）が異なっているだけであるため、同じ構成部分には
同一符号を付して説明を省略し、構成の相異する部分を
中心に説明する。

【００２９】図１に示すように、本実施例の電源装置２
では、入力ラインＬ１，Ｌ２のうち、いずれか一方の入
力ライン（例えば本実施例ではＬ１）にのみ過電流遮断
素子としてのヒューズＦ１が接続され、サージ保護回路
１０の後段に位置するフィルタ回路２０と、スイッチン
グ電源回路４０（本発明における電源回路に相当）の前
段に位置する整流平滑化回路３０との間の電流経路に過
電流制限素子としてのヒューズＦ２が接続されている。

【００３０】但し、ヒューズＦ１は、商用電源を介して
侵入する通常の大きさのサージ（１０００〜３０００Ｖ
程度）では溶断せず、且つ直列接続されたバリスタ１
２，１３のサージ吸収耐量よりわずかに小さい比較的大
容量（例えば１０Ａ程度）のものが用いられ、一方、ヒ
ューズＦ２は、当該電源装置２が電源供給する電子機器
に必要以上の電流が流れ込むことを阻止する比較的小容
量（１〜２Ａ程度）のものが用いられている。

【００３１】また、本実施例の電源装置２のサージ保護
回路１０は、バリスタ１１が省略されていると共に、入
力ラインＬ１，Ｌ２の間に直列接続された抵抗型サージ
吸収素子としてのバリスタ１２，１３の共通接続点とフ
レームグランドＦＧとの間には、温度ヒューズ１４の代
わりに放電型サージ吸収素子としてのガスアレスタ１５
が接続されている。

【００３２】但し、バリスタ１２，１３は、同じバリス
タ電圧を有するものが用いられ、しかも、直列接続され
た両バリスタ１２，１３の合計バリスタ電圧が、プラグ
Ｐを介して入力される通常の印加電圧の最大値より大き
くなるように設定されており、また、ガスアレスタ１５
は、上述の耐圧試験時に印加される試験電圧では動作し
ない程度の大きさの放電開始電圧を有するものが用いら
れている。

【００３３】このように構成された本実施例の電源装置
２では、入力ラインＬ１，Ｌ２を介して侵入するノーマ
ルモードのサージをバリスタ１２，１３が吸収し、同じ
くコモンモードのサージを、入力ラインＬ１側では、バ
リスタ１２とガスアレスタ１５、入力ラインＬ２側で
は、バリスタ１３とガスアレスタ１５が吸収する。

【００３４】なお、ガスアレスタ１５は、電極間の放電
が一旦始まると、通常の電源電圧の印加によって放電が
持続するが、バリスタ１２，１３が直列に接続されてい
ることにより、電源電圧がバリスタ電圧より低下した時
に、ガスアレスタ１５への電圧印加が途絶えるため、ガ
スアレスタ１５の続流は確実に阻止される。

【００３５】また、両バリスタ１２，１３がいずれもシ
ョートモードで壊れた場合には、ヒューズＦ１が溶断す
ることにより過電流が確実に阻止される。更に、ガスア
レスタ１５の破壊モードはオープンであるため、バリス
タ１２，１３に加えてガスアレスタ１５が壊れたとして
も、入力ラインＬ１，Ｌ２とフレームグランドＦＧとの
間に短絡電流が流れることはない。

【００３６】また更に、スイッチング電源回路４０又は
当該電源装置２が電源供給している電子機器の異常によ
り過電流が流れると、ヒューズＦ２が溶断し、スイッチ
ング電源回路４０や電子機器に過電流が流入し続けるこ
とが阻止される。以上説明したように、本実施例の電源
装置２によれば、バリスタ１２，１３の共通接続端を、
ガスアレスタ１５を介して接地することにより、どのサ
ージ吸収素子（バリスタ１２，１３、及びガスアレスタ
１５）が壊れたとしても、入力ラインＬ１，Ｌ２とフレ
ームグランドＦＧとの間の短絡電流が流れることがない
ようにされており、従来装置のように温度ヒューズを用
いる必要がないため、当該装置２の製造の手間を大幅に
軽減することができる。

【００３７】また、本実施例の電源装置２では、バリス
タ１２，１３は、ガスアレスタ１５と共にコモンモード
のノイズを吸収するだけでなく、バリスタ１２，１３の
みにより、ノーマルモードのサージも吸収できるように
されているため、ノーマルモードのサージを吸収する専
用のサージ吸収素子を設ける必要がなく、回路構成を簡
略化できる。

【００３８】更に、本実施例の電源装置２では、サージ
保護回路１０が壊れた時に入力ラインＬ１，Ｌ２に流れ
る過電流を阻止するためのヒューズＦ１とは別に、スイ
ッチング電源回路４０や電子機器に異常が生じた場合に
流れる過電流を阻止するためのヒューズＦ２が設けられ
ているため、ヒューズＦ１の容量を、通常のサージによ
って溶断することのない大きさに設定することができ
る。つまり、サージによってヒューズＦ１が溶断するこ
とが防止され、ヒューズＦ１の復旧作業を行う回数を減
少させることができるため、当該装置２の使い勝手を向
上させることができる。

【００３９】しかも、本実施例では、サージ保護回路１
０の故障によって、入力ラインＬ１，Ｌ２とフレームグ
ランドＦＧとの間が短絡することがなく、両バリスタ１
２，１３が同時に壊れる等して両入力ラインＬ１，Ｌ２
間が短絡した場合にのみ入力ラインが開放されるように
構成すればよいため、いずれか一方の入力ライン（ここ
ではＬ１）のみにヒューズＦ１を設ければよい。

【００４０】つまり、本実施例では、スイッチング電源
回路４０や電子機器の異常時に流れる過電流を阻止する
ために新たなヒューズＦ２を設けているが、従来より設
けられていたサージ保護回路１０の異常時に流れる過電
流を阻止するためのヒューズＦ１を従来より削減できる
ため、全体としては、従来装置と比較してヒューズの数
を増大させることがない。

【００４１】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様
々な態様にて実施することが可能である。例えば、上記
実施例では、スイッチング電源回路４０や電子機器の異
常に基づく過電流を阻止する過電流制限素子として、過
電流により溶断するヒューズＦ２を用いているが、ヒュ
ーズの代わりに、正の温度係数を有するサーミスタを用
いてもよい。

【００４２】この場合、スイッチング電源回路４０や電
子機器の異常が解消され、電流値が正常に戻ると、サー
ミスタの抵抗値も自動的に元に戻るため、ヒューズの取
替等のような復旧作業を行う必要がなく、装置の使い勝
手をより向上させることができる。特に導電性ポリマー
を用いて構成されたサーミスタは、抵抗値に変化が大き
いため、このような用途に好適に用いることができる。

【００４３】また、上記実施例では、バリスタ１２，１
３及びガスアレスタ１５からなるサージ保護回路１０
と、ヒューズＦ２とを同時に適用しているが、従来から
存在する電源装置のサージ保護回路部分のみを、上述の
サージ保護回路１０に置き換えるか、或いは、従来から
存在する電源装置に、ヒューズＦ２を追加すると共にヒ
ューズＦ１の容量を変更するだけであっても、十分に効
果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の電源装置の全体構成図である。

【図２】 従来装置の全体構成図である。

【図３】 温度ヒューズを用いた場合の問題点を示すた
めの説明図である。

【符号の説明】

２…電源装置、１０…サージ保護回路、１１〜１３…バ
リスタ、１４…温度ヒューズ、１５…ガスアレスタ、２
０…フィルタ回路、２２，３４…コンデンサ、２４…ラ
インフィルタ、３０…整流平滑化回路、３２…ダイオー
ドブリッジ、４０…スイッチング電源回路、Ｆ１，Ｆ２
…ヒューズ、ＦＧ…フレームグランド、Ｌ１，Ｌ２…入
力ライン、Ｐ…プラグ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源からの電源供給を受ける入力ラ
   イン間に直列接続され、印加電圧の上昇に伴って抵抗値
   が減少する一対の抵抗型サージ吸収素子と、 該一対の抵抗型サージ吸収素子の共通接続点とグランド
   との間に接続され、対向配置された電極を有し該電極間
   の放電によりサージを吸収する放電型サージ吸収素子
   と、 を備えることを特徴とするサージ保護回路。
2. 【請求項２】 交流電源からの電源供給を受ける入力ラ
   インに重畳されたサージを吸収するサージ保護回路と、 前記入力ラインの前記サージ保護回路より前段に位置す
   る部分に接続され、過電流が流れると該入力ラインを開
   放して過電流を遮断する過電流遮断素子と、 前記サージ保護回路を通過した出力に基づき、電子機器
   への電源供給を行う電源回路と、 を備えた電源装置において、 前記サージ保護回路から前記電源回路に至る電流経路
   に、該電流経路を流れる過電流を遮断，或いは制限する
   過電流制限素子を設けたことを特徴とする電源装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の電源装置において、 前記サージ保護回路は、 前記入力ライン間に直列接続され、印加電圧の上昇に伴
   って抵抗値が減少する一対の抵抗型サージ吸収素子と、 該一対の抵抗型サージ吸収素子の共通接続点とグランド
   との間に接続され、対向配置された電極を有し該電極間
   の放電によりサージを吸収する放電型サージ吸収素子
   と、 を備えることを特徴とする電源装置。
4. 【請求項４】 請求項２又は請求項３記載の電源装置に
   おいて、 前記過電流制限素子は、該過電流制限素子に流れる電流
   値の上昇に伴って抵抗値が増大する正特性抵抗素子であ
   ることを特徴とする電源装置。