JP2003116267A - 電源装置 - Google Patents

電源装置

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JP2003116267A
JP2003116267A JP2001310130A JP2001310130A JP2003116267A JP 2003116267 A JP2003116267 A JP 2003116267A JP 2001310130 A JP2001310130 A JP 2001310130A JP 2001310130 A JP2001310130 A JP 2001310130A JP 2003116267 A JP2003116267 A JP 2003116267A
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noise
capacitor
power supply
power
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Masayasu Tomiyama
正康 富山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高周波ノイズの商用電源側へ伝導を防止する
と共に、漏れ電流の増加を招くことなく、コモンモード
のサージノイズの増幅によるスイッチングレギュレータ
等の誤動作、破壊等を防止する。 【解決手段】 交流電力を整流素子と平滑コンデンサと
により整流平滑し、整流平滑された直流電力をスイッチ
ング素子を用いて前記商用周波数よりも高い周波数にて
断続させ、整流、平滑することにより直流電力を所定の
負荷に供給する電源装置において、前記スイッチング動
作により発生した雑音が、商用電源に帰還するのを防止
するために、前記商用ラインと前記整流素子との間にフ
ィルタ手段を有し、上記フィルタ手段は雷等の外来雑音
により発生する一過性の過電圧を防止する過電圧防止手
段を有する電源装置。前記過電圧防止手段は定電圧素子
及びコンデンサ素子を直列接続したブロックにて構成さ
れ、前記ブロックを商用ラインとフレームグラウンドと
の間に配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器等の電源
回路に用いられるフィルタ回路に関し、特に商用電源か
ら侵入するサージノイズを吸収するフィルタ回路に関す
る。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のフィルタ回路及び該回路が
適用された電源回路の一例を示す図である。図中の1は
商用電源を示しており、プロテクトアース2が取り付け
られている。3はコモンモードコイルを示しており、4
はライン間に挿入されるアクロスザラインコンデンサ
を、5、6は各ラインとフレームグラウンドとの間に接
続されるラインバイパスコンデンサを示している。整流
ダイオード7a、7b、7c、7dは全波整流回路を構
成するように配置され、商用電源1から入力される交流
電圧を整流する。また、整流ダイオード7a、7b、7
c、7dにて構成される全波整流回路の出力側には平滑
コンデンサ8が配置され、整流された交流電圧の平滑を
行う。9はスイッチングレギュレータを示しており、平
滑された電圧を高周波にてスイッチングすることで任意
の出力電圧を生成する。
【0003】図中のScは商用電源側から侵入するコモ
ンモードノイズを、Snはノーマルモードノイズを示し
ている。コモンモードコイル3はコモンモードノイズ
(Sn)に対してインダクタンスとして働き、ノーマル
モードノイズ(Sn)に対してはインダクタンス成分を
持たないように構成されている。コモンモードコイル3
はインピーダンスがZ=2πfLで表され、周波数が高
くなるほど、インピーダンスが増加し、コモンモードノ
イズ(Sc)を減衰させる役目を果たしている。コモン
モードコイル3にて減衰させられなかったコモンモード
ノイズ(Sc)成分は、フレームグラウンドに対するイ
ンピーダンスがZ=1/2πfCと周波数が高くなるに
従い、低下するラインバイパスコンデンサ5,6によっ
てフレームグラウンドに吸収される。アクロスザライン
コンデンサ4はライン間のインピーダンスがZ=1/2
πfCと表され、周波数が増加するに従い、ライン間の
インピーダンスが低下する。この作用によりノーマルモ
ードノイズ(Sn)はアクロスザラインコンデンサ4に
よって吸収される。
【0004】ところで、各国の電波障害規制に関する基
準によれば、電気機器から発生する放射電界、及び商用
電源に伝導する端子雑音電界強度等の高周波ノイズに関
する規制がなされており、製品を販売する上で各国の電
波障害規制を満足する必要がある。前記規格を満足する
ために従来は図4に示したようなフィルタ回路を用いて
高周波ノイズの低減を図っている。すなわち、スイッチ
ングレギュレータ9から発生する高周波のスイッチング
ノイズが端子雑音電界として商用電源側に伝導しないよ
うに、コモンモードコイル3、ラインバイパスコンデン
サ5,6は伝導の方向は逆であるが先ほどと同じ原理
で、コモンモードノイズを減衰、吸収し、アクロスザラ
インコンデンサ4も伝導の方向は逆であるが先ほどと同
じ原理でノーマルモードノイズを吸収する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のフィルタ回路では商用電源に接続された他の電気機
器のスイッチ開閉や落雷等によって発生する高周波のサ
ージノイズがコモンモードにて商用電源から侵入する
と、コモンモードコイル3とラインバイパスコンデンサ
5とのLC共振効果により、印加波形よりも過大な誘起
電圧が発生し、スイッチングレギュレータ9の誤動作、
破壊等を生じるという欠点があった。この欠点を解決す
るために、図5に示すようにコモンモードコイル3のイ
ンダクタ部と並列にスパークギャップ10等の放電素子
を接続し、コモンモードコイル3に発生した過大な誘起
電圧を放電により吸収するという方法が考案されてい
る。しかしながら、スパークギャップ10は構成部品の
ばらつきや作動環境によって放電電圧が影響を受けるた
め、侵入ノイズを規定するのは非常に困難である。これ
に代わる方法として、放電素子のかわりに図6に示すよ
うにバリスタ11により過大な誘起電圧を吸収するとい
う方法も考案されている。しかしながら、バリスタ11
はわずかながら容量成分Crを有するため、図示したよ
うなスイッチングノイズ等の周波数の高いコモンモード
ノイズ(Nn)に関してはインピーダンスがZ=1/2
πfCrに従って低下し、コモンモードコイル3による
コモンモードノイズ(Nn)の減衰のレベルが低下して
しまう。このバリスタ11追加によるコモンモードノイ
ズ(Nn)の悪化を防ぐために、コモンモードコイル3
の商用電源側にさらにラインバイパスコンデンサ12、
13を追加して、フレームグラウンドに対するインピー
ダンス(Z=1/2πfC)を下げ、コモンモードノイ
ズ(Nn)をフレームグラウンドに吸収することにより
商用電源側へのコモンモードノイズ(Nn)の伝導を防
ぐ必要がある。一方商用周波数(50Hz、60Hz)
における漏れ電流I=2πfCVは、ラインバイパスコ
ンデンサ12、13を追加することにより、ラインバイ
パコンデンサ5、6に対してC成分が並列に追加される
ことになり、上式に従いC成分が増加し、増加する。こ
の漏れ電流に関しては、ユーザの感電に対する保護の観
点から製品ごとに限度値が決められており、ラインバイ
パスコンデンサの容量を大きくするには限度がある。本
発明は上記従来技術の問題点を解決するためのものであ
り、その目的とするところは商用周波数における漏れ電
流の増加を招くことなく、商用電源側から侵入するコモ
ンモードノイズに起因する過電圧の発生を防止し、スイ
ッチングレギュレータ9等の誤動作、破壊等を防止する
ことにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、本発明は商用電源への高周波ノイズの漏れを防止す
ると共に商用電源から進入するサージノイズを吸収する
ためのフィルタ回路において、商用電源に接続されるラ
インの途中に設けられ、印加電圧の高周波成分が高くな
るほどインピーダンスが増加するインダクタ手段と、商
用電源に接続されるラインとフレームグラウンドとの間
に配置され、印加電圧の高周波成分が高くなるほどイン
ピーダンスが減少するコンデンサ手段1とを備え、コン
デンサ手段1と並列に定電圧手段とコンデンサ手段2と
の直列回路を配置したことを特徴とするフィルタ回路を
提供する。
【0007】さらに本発明は前記定電圧手段及び前記コ
ンデンサ手段2を一体化したことを特徴とするフィルタ
回路を提供する。
【0008】さらに前記定電圧手段はバリスタであるこ
とを特徴とするフィルタ回路を提供する。
【0009】ここでインダクタ手段とは、例えばコモン
モードコイル等をいう。また、コンデンサ手段1、コン
デンサ手段2とは、例えばラインバイパスコンデンサ等
をいう。
【0010】また、一体化とは、例えば樹脂等により物
理的に固定する、あるいは積層構造等により単一の素子
として扱えるようにすることをいう。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
【0012】(実施例)図1は本発明の実施の一形態に
係るフィルタ回路及び該回路が適用された電源回路の一
例を示す図である。同図中、図5と同一部分には同一の
符号を付してその説明を省略し、図4と異なる部分のみ
説明する。本回路では定電圧素子14とコンデンサ15
とを直列に接続したブロックをラインバイパスコンデン
サ5に並列に接続することを特徴とする。以下、定電圧
素子14とコンデンサ15との直列接続により構成され
たブロックの効果について説明する。図2は落雷等によ
り商用電源から侵入するコモンモードノイズのモデル波
形を示している。図2に示したようにコモンコモンモー
ドノイズが図5に示したような従来回路に商用電源から
印加されると、コモンモードコイル3において図中に示
したような過大な誘起電圧が発生する。この過大な誘起
電圧により後段のスイッチングレギュレータ9等が誤動
作、破壊等を被ることになる。図1は第一の実施例を示
したフィルタ回路及び該回路が適用された電源回路を示
したものであるが、本発明に示した定電圧素子14とコ
ンデンサ15との直列回路ブロックをコンデンサ5に並
列に接続することにより、商用電源側からコモンモード
ノイズが印加されたときのみ定電圧素子14を導通さ
せ、コンデンサ15とラインバイパスコンデンサ5との
並列回路が形成し、容量成分が増加させることでZ=1
/2πfCに従ってフレームグラウンドに対するインピ
ーダンスが低下させ、コモンモードコイル3にて発生し
た過大な誘起電圧をフレームグラウンドに吸収すること
ができる。図2には本実施例における効果を示したが、
図中の波形のように過大な誘起電圧の発生を抑え、スイ
ッチングレギュレータ9等の誤動作、破壊等の発生を防
止することができる。また、定電圧素子14はコモンモ
ードノイズ印加時しか動作しないため、各ラインとフレ
ームグラウンドとの間の容量成分の増加もなく、商用周
波数における漏れ電流I=2πfCVの増加を招くこと
もない。本実施例では定電圧素子14とコンデンサ15
との直列回路ブロックはラインバイパスコンデンサ5に
並列接続する構成としたが、ラインバイパスコンデンサ
6に並列接続してもよいし、もう1つ定電圧素子とコン
デンサとの直列回路ブロックを用意して、ラインバイパ
スコンデンサ5、6双方に並列接続してもよい。
【0013】(実施例2)第一の実施例との違いは図1
における定電圧素子14とコンデンサ15との直列回路
を一体化したことに特徴がある。一体化する方法である
が、定電圧素子とコンデンサとを直列に接続し、樹脂等
により一体化する方法でもよいし、定電圧素子とコンデ
ンサとを積層構造とすることにより一体化する方法等で
あってもよい。一体化することにより基板上に占める面
積を小さくできるばかりでなく、素子間のリード長に起
因するインダクタンス成分、リード間のキャパシタンス
成分等の影響を小さくすることができるため、安定した
サージの抑制効果を得ることができる。
【0014】(実施例3)図3は本発明の第二の実施例
を説明するためのものであり、第一の実施例との違いは
定電圧素子14としてバリスタ16を使用したことに特
徴がある。バリスタ16は材質、面積、厚み等を変える
ことにより、定電圧特性を変化させることが容易であ
り、コスト的にもメリットがあるという特徴がある。ま
た、わずかながら存在する容量成分も商用周波数(50
Hz、60Hz)においては漏れ電流(I=2πfC
V)の増加を招くということもない。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項1
に係る発明によれば、一過性の過電圧が商用電源から印
加されたときに、スイッチングレギュレータの誤動作、
破壊を防止することができる。本発明の請求項2に係る
フィルタ回路によれば、漏れ電流を増加させることな
く、また端子雑音電界強度の悪化も招くことなく、商用
電源から侵入するコモンモードのサージノイズの対し
て、サージノイズの増幅を防ぎ、スイッチングレギュレ
ータ等の誤動作、破壊等を防止することができる。本発
明の請求項3に係る素子により、サージノイズの増幅を
防止することはもちろんであるが、基板上に占める面積
を小さくでき、また、2つの素子間のリード長に起因す
るインダクタンス成分、リード間のキャパシタンス成分
等の影響を小さくすることができるため、安定したサー
ジノイズ抑制が可能となる。本発明に係る請求項4に係
るフィルタ回路では、バリスタ素子を定電圧素子として
使用することにより、安価な構成にてサージノイズの増
幅を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態に係るフィルタ回路及び
該回路が適用された電源回路の一例を示す図である。
【図2】本発明の実施の一形態に係る効果を説明するサ
ージノイズ波形を示す図である。
【図3】本発明の実施の一形態に係るバリスタを用いた
フィルタ回路及び該回路が適用された電源回路の一例を
示す図である。
【図4】従来のフィルタ回路及び該回路が適用された電
源回路の一例を示す図である。
【図5】スパークギャップを用いた従来のフィルタ回路
及び該回路が適用された電源回路の一例を示す図であ
る。
【図6】バリスタを用いた従来のフィルタ回路及び該回
路が適用された電源回路の一例を示す図である。
【符号の説明】
1 商用電源 3 コモンモードコイル 4 アクロスザラインコンデンサ 5 ラインバイパスコンデンサ 6 ラインバイパスコンデンサ 9 スイッチングレギュレータ 10 スパークギャップ 11 バリスタ 12 ラインバイパスコンデンサ 13 ラインバイパスコンデンサ 14 定電圧素子 15 コンデンサ 16 バリスタ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 商用電源が供給される商用ラインと、 前記商用ラインから供給される交流電力を整流素子と平
    滑コンデンサとにより整流平滑し、整流平滑された直流
    電力をスイッチング素子を用いて前記商用周波数よりも
    高い周波数にて断続させ、整流、平滑することにより直
    流電力を所定の負荷に供給する電源装置において、前記
    スイッチング素子のスイッチング動作により発生した雑
    音が、前記商用電源に帰還することを防止するために、
    前記商用ラインと前記整流素子との間にフィルタ手段を
    有し、上記フィルタ手段は雷等の外来雑音により発生す
    る一過性の過電圧を防止する過電圧防止手段を有するこ
    とを特徴とする電源装置。
  2. 【請求項2】 前記過電圧防止手段は定電圧素子及びコ
    ンデンサ素子を直列接続したブロックにて構成され、前
    記ブロックを商用ラインとフレームグラウンドとの間に
    配置したことを特徴とする請求項1記載の電源装置。
  3. 【請求項3】 前記過電圧防止手段は定電圧素子及びコ
    ンデンサ素子を直列接続したものを一体化して構成した
    素子であり、前記素子を商用ラインとフレームグラウン
    ドとの間に配置したことを特徴とする請求項1記載の電
    源装置。
  4. 【請求項4】 前記過電圧防止手段を構成する定電圧素
    子はバリスタであることを特徴とする請求項2及び3記
    載の電源装置。
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