JP2005253228A - 電源平滑装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電源より発生するリップルノイズ、Ｅ．Ｍ．Ｉ．ノイズを完璧に減少させることができる電源平滑装置を提供すること。
【解決手段】 対向する一対の酸化膜を有する電極箔と、内部に電解液を含むセパレータを介して巻回してなる無極性円筒体構造で、前記電極箔のそれぞれを外部より認知しうるリード電極１４−１、１４−２と前記円筒体端面封止部１３−１より一方向に導出し、前記電解コンデンサは少なくとも１組は同一構造、容量を持ち、前記リード電極の断面積の少なくとも５倍以上の断面積を持つ低抵抗、低インダクタンスの導電板１６−１、１６−２にそれぞれの内部電極より発する磁束が互いに打ち消すような関係で並列又は直列される電源平滑装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、きわめて高度な電子装置に利用される低雑音、低歪率の電源用平滑装置の改良に関する。

従来、電解コンデンサを使用する直流電源平滑装置は、電子機器の高度化に伴い、超低雑音化、低歪率化に対する要望が益々大となっている。本発明者は、この要請には電子機器に使用される電子部品の高度化が必要で、電子部品中最も雑音、歪の大なる電解コンデンサの改善こそ必要と考え、セパレータ中に、導電性微粒子を分散することにより、上記の要請にこたえる電解コンデンサを世界に先駆けて開発し、商品名「ブラックゲート」として商品化した。さらに、かかる導電性微粒子を分散した電解コンデンサをペア化することにより、その特性をさらに改善発展させた完全無極性電解コンデンサを開発商品化し、全世界から評価されている。すなわち、この完全無極性電解コンデンサは、特許文献１に記載されているように、同一性能、同一構造の上記電解コンデンサをペアとして用い、それぞれの内部電極から発生する磁束を互いに打ち消すように接続することにより、電解コンデンサ内部のインダクタンスを実質的に零にすることにより、インピーダンス及びＥ．Ｓ．Ｒ．（等化直列抵抗）の周波数特性を大幅に改善したものである。
特開平５−２５２７４２号公報

上述した従来のペア接続電解コンデンサを電源平滑装置に用いた場合、電源から発生するリップルノイズ、不要輻射（Ｅ．Ｍ．Ｉ．）ノイズは大幅に減少させることができたが、増幅器の超低雑音化、低歪率化等の電子機器のさらなる高度化に対しては、リップルノイズ、Ｅ．Ｍ．Ｉ．ノイズの低減は完璧とはいえず、より高度な電源平滑装置が要望されている。

したがって、本発明は上記のような電源より発生するリップルノイズ、Ｅ．Ｍ．Ｉ．ノイズを完璧に減少させることができる電源平滑装置を提供することを目的とするものである。

本発明者は従来の電源平滑装置において、電源より発生するリップルノイズ、外部に放射する不要輻射（Ｅ．Ｍ．Ｉ．）ノイズを完璧に減少させることができない理由について検討した。その結果、電極箔のインダクタンスと内部容量とで形成される内部共振は、意外にも、容量値に比較して内部インダクタンスの値は少なく、ペアのコンデンサそれぞれのリード線をそれぞれ接続される際、通常コンデンサの製造上、線径が１ｍｍ以下の小断面積のリード線が使用されるので、抵抗値や相互のリード線で形成される外部のインダクタンスの方がコンデンサの内部の値より大きく、コンデンサ全体の特性に影響することが判明した。そして、内部の電極素子に比べ変化の大きい外部に導出されるリード線の導体抵抗、インダクタンスを可及的に零にすることが、内部の磁束の打ち消しに対しても有効に作用することが判明した。本発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、具体的には次のような解決手段により構成されている。

本発明の電源平滑装置は、交流電源出力を整流する整流器と、この整流器の出力を平滑する偶数個の電解コンデンサを具備し、前記電解コンデンサは、対向する一対の酸化膜を有する電極箔と、内部に電解液を含むセパレータを介して巻回してなる無極性円筒体構造で、前記電極箔のそれぞれを外部より認知し得るリード電極と前記円筒体端面封止部より一方向に導出し、前記電解コンデンサは少なくとも１組は同一構造、容量を持ち、前記リード電極の断面積の少なくとも５倍以上の面積を持つ低抵抗、低インダクタンスの導電板又は、前記リード電極の断面積の少なくとも５倍以上の断面積を有する棒状導電体により、それぞれの内部電極から発する磁束が互いに打ち消すような関係で並列又は直列接続されたものである。

また、本発明の電源平滑装置においては、電極箔セパレータにはセパレータの重量に対して０．５乃至７重量％の導電性微粒子が分散結着されている無極性コンデンサを具備することを特徴とするものである。

さらに、本発明の電源平滑装置においては、前記導電板は、微小間隔を保ってほぼ並行に対峙する長方形の銅板よりなり、無極性コンデンサの一対の接続点は互いにほぼ等間隔を保ち、一対のコンデンサの電極より発する磁束が互いに打ち消すような幾何学的位置に溶接されることを特徴とするものである。

本発明の電源平滑装置によれば、電源より発生するリップルノイズ、Ｅ．Ｍ．Ｉ．ノイズを完璧に近い状態に減少させることができる。

以下、本発明の電源平滑装置の実施例について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に用いる電解コンデンサの接続部の構成を示す斜視図及び等価回路図である。

無極性円筒体構造の電解コンデンサ１１−１、１１−２はほぼ円筒軸がほぼ平衡となるように配置され、円筒体端面封止部１３−１、１３−２のそれぞれから内部電極に接続されたリード電極１４−１、１４−２および１５−１、１５−２が導出されている。すなわち、これらの電解コンデンサは、図示しないが、表面に酸化膜が形成され、これらの酸化膜が互いに対向するように配置された一対の電極箔と、これらの一対の電極箔の間に、内部に電解液を含むセパレータが介在され、これらの一対の電極箔をセパレータと共に円筒状に巻回してなるものである。そして電解コンデンサ１１−１の各電極箔にはリード電極１４−１、１４−２が接続されており、電解コンデンサ１１−２の各電極箔にはリード電極１５−１、１５−２が接続されている。そしてこれらのリード電極１４−１、１４−２および１５−１、１５−２には、それぞれ図示のように、Ｌ、Ｓの記号が標記されている。Ｌは各電解コンデンサ１１−１、１１−２における電極箔の一方、例えば、巻回された状態において、外側に位置する電極箔に接続されたリード電極１４−１、１５−１に表示され、Ｓは各電解コンデンサ１１−１、１１−２における電極箔の他方、すなわち、巻回された状態において、内側に位置する電極箔に接続されたリード電極１４−２、１５−２に表示されている。これらのリード電極１４−１、１４−２および１５−１、１５−２は、通常単独で使用される電解コンデンサの場合には、それぞれ所定の長さで導出され、Ｌと標記されたリード線１４−１、１５−１は、Ｓと標記されたリード線１４−２、１５−２より長く導出されている。しかし本発明の実施例に使用される電解コンデンサの場合は、これらのリード線は、数ｍｍの長さに短く切断され、リード電極１４−１、１４−２および１５−１、１５−２として使用されている。ここで、第１および第２の電解コンデンサ１１−１、１１−２は、各リード電極のＬ、Ｓの標記位置が互いに逆になるように配置されている。

このように配置された第１および第２の電解コンデンサ１１−１、１１−２の封止部１３−１、１３−２には、２枚の導電板１６−１、１６−２が互いに平行となるように離間配置され、これらに電解コンデンサ１１−１、１１−２のリード電極１４−１、１４−２および１５−１、１５−２が半田付けされている。また、すなわち、第１の導電板１６−１には、第１および第２の電解コンデンサ１１−１、１１−２のリード電極１４−１（Ｓ）および１５−１（Ｌ）は、対応する部分に設けられた透孔内に挿入され半田付けされている。また、第２の導電板１６−２には、第１および第２の電解コンデンサ１１−１、１１−２のリード電極１４−２（Ｌ）および１５−２（Ｓ）が、対応する部分に設けられた透孔内に挿入され半田付けされている。そして、第１及び第２の導電板１６−１、１６−２には第１および第２の電解コンデンサ１１−１、１１−２に共通のリード線１７−１、１７−２が同様にそれぞれに形成された透孔内に挿入され、半田接続されている。

このように構成されたペア化された電解コンデンサ１１−１、１１−２の電気的な接続は同図の等価回路図に示されている。この実施例においては、一対の無極性電解コンデンサ１１−１、１１−２は、それぞれのＬ標記されたリード電極を他方の電解コンデンサのＳ標記されたリード電極に接続することにより、内部電極から発生する磁束を互いに打ち消し、電解コンデンサ内部のインダクタンスを実質的に零にするとともに、インピーダンス及びＥ．Ｓ．Ｒ．（等化直列抵抗）の周波数特性を大幅に改善することができる（特許文献１参照）。さらに、この実施例においては、一対の無極性電解コンデンサ１１−１、１１−２は、２枚の導電板１６−１、１６−２によって電気的かつ機械的に結合される。導電板１６−１、１６−２は例えば縦３２ｍｍ、横１６ｍｍ、厚さ３ｍｍ程度の肉厚銅板を約１ｍｍ間隔配置したもので、その面積は、通常の電解コンデンサのリード線の断面積に比較して少なくとも５倍以上あり、低抵抗、低インダクタンスである。ここで、導電板１６−１、１６−２の横幅１６ｍｍは、一対の無極性電解コンデンサ１１−１、１１−２の円筒体の直径にほぼ等しい。したがって、従来のペア化された電解コンデンサ１１−１、１１−２において、電解コンデンサ外部に導出される線状のリード線によるインダクタンス成分及び抵抗成分をほとんど無視できる程度に小さくでき、２つのコンデンサの周波数特性をさらに改善することができる。そして２つのコンデンサの共振周波数も完全に一致し、且つ、共振エネルギーは相互に打ち消され消滅する。この結果、共振点以上の周波数領域において通常のコンデンサに必ず発生する信号の反射、歪の増加は発生せず、リード線１７−１、１７−２による外部からの影響もなく、各コンデンサの２倍の容量を持つ、完全無極性のコンデンサが誕生する。

図２は、本発明の電源平滑装置に用いる電解コンデンサの他の実施例を示す斜視図及び等価回路図である。この電解コンデンサは、２組のコンデンサペア２１、２２を用いている。第１のコンデンサペア２１は、図１に示したコンデンサペアと実質的に同じであるため、対応する構成部分には同じ番号を付している。また、第２のコンデンサペア２２も、図１に示したコンデンサペアと実質的に同じであるため、対応する構成部分には同じ番号に´を付し示している。これらの２組のコンデンサペア２１、２２は、接地用導電板２３を介して相互に接続されている。すなわち、この接地用導電板２３は、図１の２枚の導電板１６−１、１６−２と同様に、例えば厚さ３ｍｍの銅板により構成され、２組のコンデンサペア２１、２２を構成する４個の電解コンデンサ１１−１、１１−２、１１−１´、１１−２´の封止部１３−１、１３−２、１３−１´、１３−２´上に載置され、それぞれの短く切断されたリード電極１４−２、１５−２、１４−２´、１５−２´が半田付けされる。図２の等価回路図はこのように構成された２組のコンデンサペアの接続状態を示すものである。

図３は上記の電解コンデンサペアを用いた本発明の電源用平滑装置の実施例を示す回路図である。この電源用平滑装置は単層半波整流型の装置である。すなわち、同図に示すように、交流電源３１から導入された入力は変圧器３２を通って整流器３３に供給され、正負の整流脈流となり、ペア化された無極性コンデンサ３４に導入される。ペア化された無極性コンデンサ３４は、図１に示した構造の電解コンデンサが用いられる。すでに説明したとおり、電解コンデンサ１１−１、１１−２のリード電極にはＬ、Ｓが標記され、互いの箔の巻き方向が示されている。そして一方の電解コンデンサのリード電極Ｌは他方のリード電極Ｓと結合することによって内部共振は打ち消され、出力端子３５−１、３５−２には無雑音の直流が得られる。

一方、図４も本発明の電源用平滑装置の他の実施例を示す回路図である。この電源用平滑装置は単層全波整流型の装置である。すなわち、交流電源４１から導入された入力は、中性点タップ４２−１を有する変圧器４２を通り、整流器４３に供給されて、正負の整流脈流となり、２組のペア化された無極性コンデンサ４４に導入される。２組のペア化された無極性コンデンサ４４は、図２に示した構造の電解コンデンサが用いられる。電解コンデンサ１１−１、１１−２は前述したように、Ｌ、Ｓの標記によって無雑音並列接続され、他の電解コンデンサ１１−１´、１１−２´も同様に接続される。そして、両者の中間電位点を図２の接地用導電板２３により接続し接地すれば、変圧器４２の中性点と同電位で接地される。これによって、プラスマイナス２電源構成となり、電源は完全接地される。このような構成により、超高級増幅器とかつてないＳ／Ｎを得ることができる。

表１は本発明と従来品とをスイッチング電源の平滑用に使用した場合の特性比較表である。同表において、「従来並列接続１」は同一の無極性電解コンデンサを同じ標記Ｌ、Ｓを有するリード線同士を接続した場合を示し、また、「従来並列接続２」は図1の等価回路図に示すように、異なる標記Ｌ、Ｓを有するリード線同士を、線状のリード線の状態で相互に接続した場合を示ししている。そして「本発明並列接続」は、線状のリード線の代わりに、２枚の導電板１６−１、１６−２あるいはさらに接地用導電板２３を用いた図１または図２に示す構造の電解コンデンサを示している。表１から、本発明の実施例では、出力リップルノイズが０．１ｍＶと圧倒的な効果を示した。

本発明の電源平滑装置は、また、通常の商用電源を使用するセットにおいても電源ノイズ、セット自体の歪は大幅に減少し、高級オーディオ増幅器、高度医用機器に使用されると、セット全体のＳ／Ｎ、忠実性、伴に圧倒的な評価を得た。

本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記の実施形態においては、２枚の導電板１６−１、１６−２として、板状の導電体を用いたが、必ずしも板状である必要はなく、図５に示すように、リード電極の断面積の少なくとも５倍以上の断面積を持つ棒状の導体１６−１´´、１６−２´´を用いても同様な結果が得られる。なお、同図において、図２と同一部分には同一の番号を付し、詳細な説明は省略する。

また、上記の実施例においては、ペアコンデンサは並列に接続されたが、必ずしも並列に限らず、直列でもよい。この場合には、同じ標記のリード電極を相互に接続することにより、コイル状に巻回された電極箔から生ずる磁力線を相殺することにより、内部共振が打ち消される。

本発明の電源用平滑装置に使用される電解コンデンサの実施例を示す斜視図である。 本発明の電源用平滑装置に使用される電解コンデンサ他の実施例を示す斜視図である。 本発明の電源用平滑装置の実施例を示す回路図である。 本発明の電源用平滑装置の他の実施例を示す回路図である。 本発明の電源用平滑装置の他の実施例を示す回路図である。

符号の説明

１１−１……第１の電解コンデンサ
１１−２……第２の電解コンデンサ
１３−１、１３−２……封止部
１４−１、１４−２、１５−１、１５−２……リード電極
１６−１、１６−２……導電板
１７−１、１７−２……リード線

Claims (3)

1. 交流電源出力を整流する整流器と、この整流器の出力を平滑する偶数個の電解コンデンサを具備し、前記電解コンデンサは、対向する一対の酸化膜を有する電極箔と、内部に電解液を含むセパレータを介して巻回してなる無極性円筒体構造で、前記電極箔のそれぞれを外部より認知し得るリード電極と前記円筒体端面封止部より一方向に導出し、前記電解コンデンサは少なくとも１組は同一構造、容量を持ち、前記リード電極の断面積の少なくとも５倍以上の面積を持つ低抵抗、低インダクタンスの導電板又は、前記リード電極の断面積の少なくとも５倍以上の断面積を有する棒状導電体により、それぞれの内部電極から発する磁束が互いに打ち消すような関係で並列又は直列接続された電源平滑装置。
2. 電極箔セパレータにはセパレータの重量に対して０．５乃至７重量％の導電性微粒子が分散結着されている無極性コンデンサを具備することを特徴とする電源平滑装置。
3. 前記導電板は、微小間隔を保ってほぼ並行に対峙する長方形の銅板よりなり、無極性コンデンサの一対の接続点は互いにほぼ等間隔を保ち、一対のコンデンサの電極より発する磁束が互いに打ち消すような幾何学的位置に溶接されることを特徴とする電源平滑装置。

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