JP2005304153A - 電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 沿面距離もしくは空間距離を大きくとることができ、雷サージや交流ラインノイズに対する耐性を高める。
【解決手段】 基板上に所定の間隔をおいて電位差を有する複数の電源系ラインの配線パターンが配置された電源回路において、電位差を有する二つの隣接配置されている電源系ライン間にスリットＳＬ１、ＳＬ２が設けられ、少なくともスリットＳＬ１、ＳＬ２から突設される絶縁部材３０が設けられている
【選択図】 図１１

Description

本発明は、電源回路に係り、特に交流ラインフィルタを有し、交流電源を直流電源に変換する電源回路に関する。

従来より、電源回路においては、電源回路に外部より入力されるノイズあるいは電源回路において発生し外部に出力されるノイズを除去するための回路としてＡＣラインフィルタを備えた電源回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−３０３６７４号公報

ところで、雷サージや交流ラインノイズなどに強い電源回路を構成するための手法として、部品間、あるいは、配線パターン間の沿面距離もしくは空間距離を大きくとることにより、２点間の耐圧を向上させる手法が知られている。
さらに、従来において、配線パターン間にスリットを設けより耐圧を向上させる手法も知られている。
しかしながら、いずれの方法によっても、配線パターンの形状あるいは基板面積などにおいては、十分な耐圧を確保できない場合が生じてしまうという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、部品同士の位置を必要以上に離間させることなく、あるいは、隣接する配線パターンのクリアランスを必要以上に広げることなく、沿面距離もしくは空間距離を大きくとることができ、雷サージや交流ラインノイズに対する耐性の高い電源回路を提供することにある。

上記課題を解決するため、基板上に所定の間隔をおいて電位差を有する複数の電源系ラインの配線パターンが配置された電源回路は、前記電位差を有する二つの隣接配置されている電源系ライン間にスリットが設けられ、少なくとも前記スリットから突設される絶縁部材が設けられていることを特徴としている。
この場合において、前記隣接配置されている電源系ラインは、フレーム接地を行うためのフレームグランドラインあるいは交流電源を構成するライブラインおよびニュートラルラインのうちいずれか二つであるようにしてもよい。
また、前記ライブラインおよび前記ニュートラルラインには、交流ラインフィルタを構成するコモンチョークコイルが介挿されており、前記絶縁部材は、前記コモンチョークコイルのケーシングあるいはパッケージに設けられているようにしてもよい。

さらに、前記絶縁部材は、フィルム状、ピン形状、プレート形状あるいはブロック形状をなしているようにしてもよい。
さらにまた、前記絶縁部材は、前記隣接されている電源系ラインのうち一方の配線パターンが、他方の電源系ラインの配線パターンにより挟まれた状態にある場合に、前記一方の電源系ラインの配線パターンの側方に沿って設けられた二つの前記スリットにより支持され、かつ、前記一方の配線パターンを覆うように配置されているようにしてもよい。

また、交流電源を構成するライブラインおよびニュートラルラインに対応する配線パターンが所定の間隔を空けて、略平行に配置され、ライブラインおよびニュートラルラインに対応する配線パターン間にフレーム接地を行うためのフレームグランドラインに対応する配線パターンが配置され、前記フレームグランドラインに対応する配線パターンが、前記ライブラインあるいは前記ニュートラルラインのいずれか一方に対応する配線パターンが交流ラインフィルタを構成するコモンチョークコイルに接続されることにより、当該コモンチョークコイルの配置位置に対応する位置で、前記ライブラインあるいは前記ニュートラルラインのいずれか一方に対応する配線パターンに挟まれた状態で前記ライブラインおよび前記ニュートラルラインに対応する配線パターン間から外に引き出されている場合に、前記絶縁部材は、前記フレームグランドラインの配線パターンの側方に沿って設けられた二つの前記スリットにより支持され、かつ、前記フレームグランドラインの配線パターンを覆うように配置されているようにしてもよい。

さらに、前記絶縁部材は、二つの前記スリットに撓ませて嵌め込まれるフィルム状をなしているようにしてもよい。
さらにまた、前記絶縁部材は、前記スリットの延在方向に沿って前記配線パターンを覆う部分が前記スリットの長さを超えて延在されているようにしてもよい。

次に図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
図１は実施形態の電源回路の概要構成ブロック図である。
電源回路１０は、商用交流電源に接続され、当該電源回路１０に外部より入力されるノイズあるいは当該電源回路１０から外部に出力されるノイズを除去するためのＡＣラインフィルタ１１と、交流電力を直流電力に変換するためのダイオードブリッジ１２と、電圧制御信号に基づいて後述のトランス１４の二次側電圧を調整する電圧調整部１３と、一次側コイルに印加された入力直流電力の電圧を変換して二次側コイルを介して出力直流電力として出力するトランス１４と、トランス１４の出力直流電力の電圧を所定電圧に設定するとともに、実際の電圧を検出して電圧検出信号を出力する電圧設定検出部１５と、電圧検出信号に基づいて、出力直流電力の電圧を所定電圧とするための電圧制御信号を生成し出力する電圧制御部１６と、を備えている。

上記構成によれば、ＡＣラインフィルタ１１は、当該電源回路１０に外部より入力されるノイズあるいは当該電源回路１０から外部に出力されるノイズを除去して、商用交流電源からの商用交流電圧をダイオードブリッジ１２に出力する。
ダイオードブリッジ１２は、交流電圧を全波整流して直流電圧に変換してトランス１４に供給する。
これによりトランス１４は、一次側コイルに印加された入力直流電力の電圧を変換して二次側コイルを介して出力直流電力として出力することとなる。
このとき、電圧設定検出部１５は、トランス１４の出力直流電力の電圧を所定電圧に設定するとともに、実際の電圧を検出して電圧検出信号を電圧制御部１６に出力する。
電圧制御部１６は、電圧検出信号に基づいて、出力直流電力の電圧を所定電圧とするための電圧制御信号を生成し電圧調整部１３に出力する。
これらの結果、電圧調整部１３は、電圧制御信号に基づいてトランス１４の二次側電圧を所定電圧に調整することとなる。

ここで、ＡＣラインフィルタの構成について図２ないし図５を参照して説明する。
図２は、実施形態のＡＣラインフィルタの回路図である。また、図３ないし図５は、ＡＣラインフィルタの他の回路図である。
一般家庭で最も多く用いられている商用交流電源、いわゆる単相交流電源は、ライブライン（Live Line；活線。以下、Ｌラインという。）およびニュートラルライン（Neutral Line；接地線。以下、Ｎラインという。）を備えている。
AＣラインフィルタ１０を構成するコンデンサＣ１、Ｃ２は、Ｌライン−Ｎライン間のノイズを除去するために挿入されている。
これに対して、コンデンサＣ３は、Ｌライン−ＦＧ（フレームグランド）間のノイズを除去するために、Ｌライン−ＦＧ間に結線されている。
また、コンデンサＣ４は、Ｎライン−−ＦＧ間のノイズを除去するために、Ｎライン−ＦＧ間に結線されている。
このため、コンデンサＣ３およびコンデンサＣ４は、ＦＧへ接続するに際し、主として図２〜図５のいずれかの態様をとることが考えられる。

ここで、いずれの態様が好ましいかを検討する。
まず、コンデンサＣ３−ＦＧ間、コンデンサＣ４−ＦＧ間のパターンの距離は、本来的には、短く、太いことが望ましいことが分かる。
したがって、図３に示すように、コンデンサＣ３とＣ４のＦＧ側の端子を共通とし、コンデンサＣ３およびコンデンサＣ４の近傍でねじ等により基板をフレームグランドＦＧに接続するのが理想と考えられる。
しかしながら、図３に示すような構造とするには、ねじ留めを行うためのランドをＬラインとＮラインとの間に設ける必要が生じ、図６に示すように、ＬラインおよびＮラインの配線パターンが大きくふくらむこととなる。さらに、隣接部品であるコイルＬ２との距離も確保する必要があるため、配線パターンとランドパターンとで非常に大きな設置面積を必要としてしまうという問題が生じることとなる。
また、図４に示すように、コンデンサＣ３、Ｃ４をＡＣライン（＝ＬラインおよびＮライン）の外側に実装し、コンデンサＣ３、Ｃ４の一方の端子をフレームグランドＦＧに接続される別のランドにそれぞれ接続する方法においては、ねじ留めが２カ所必要となり、フレームグランドＦＧ用の配線パターンも２本必要となるためメリットがない。

さらに、図５に示すように、一方のコンデンサ（図５では、コンデンサＣ３）の一方の端子をジャンパ線で接続する方法もあるが、配線インピーダンスが大きくなるため、望ましくない。
そこで、図２に示すように、コンデンサＣ３、Ｃ４の共通端子をコモンチョークコイルＬ２の２番ピンと４番ピンとの間を通し、さらに１番ピンと２番ピンとの間を通してフレームグランドＦＧ用の配線パターンを側方に引き出し、ランドを設けて基板をフレームグランドＦＧにねじ留めにより接続する方法が、部品および配線パターンの配置面積の低減、配線インピーダンス等の観点から好ましいことが分かる。
本実施形態は以上の観点から、図２に示したような構成を採っている。

ところで、上記図２の構成を採った場合、コモンチョークコイルＬ２のサイズが大きい場合は、１番ピン〜４番ピンの端子間の距離も長いため、フレームグランドＦＧ用の配線パターンを２番ピンと４番ピンとの間を通し、さらに１番ピンと２番ピンとの間を単純に通しても問題はないが、コモンチョークコイルＬ２のサイズが小さい場合には、端子間の距離が短くなり、絶縁耐圧を確保するためには、フレームグランドＦＧ用の配線パターンを細くしなければならない。
しかしながら、フレームグランドＦＧ用の配線パターンを細くするとラインフィルタとしての性能が低下し好ましくないということになる。
以上の理由から、本実施形態では、図２に示したような構成を採ることとしたものである。

次に本実施形で採用した上記構成についてより具体的に説明する。
図７は、実施形態のプリント配線板の配線パターンの一例の説明図である。図７において、斜線部分は、配線パターンの図示を省略した領域を表している。
プリント配線板２０のパターン配線面２１には、交流電源を構成するＬライン用の配線パターンＬＬとＮライン用の配線パターンＮＬが所定の間隔を空けて略平行に配置され、それぞれ複数の配線パターンに分割されて配置されている。
また、フレームグランドラインＦＧに対応する配線パターンＦＧＬが、Ｎライン用の配線パターンＮＬに挟まれた状態でＬライン用の配線パターンＬＬとＮライン用の配線パターンＮＬ間から外（プリント配線板２０の中央部）に引き出され、その端部には、フレームグランドＦＧにねじ留めして電気的に接続される第５フレームグランド接続ランドＦＧ５が設けられている。
さらにフレームグランドラインの配線パターンの側方に沿って二つのスリットＳＬ１、ＳＬ２が設けられている。

また、プリント配線板２０の４つの角部分には、それぞれがフレームグランドＦＧにねじ留めして電気的に接続される第１〜第４フレームグランド接続ランドＦＧ１〜ＦＧ４が設けられている。
図８は、実施形態のプリント配線板の配線パターンの部品配置例の説明図である。図８においても、斜線部分は、配線パターンの図示を省略した領域を表している。
図８に示すように、Ｎラインに対応する配線パターンＮＬが交流ラインフィルタ１１を構成するコモンチョークコイルＬ２に接続され、フレームグランドラインＦＧに対応する配線パターンＦＧＬは、コモンチョークコイルＬ２の配置位置に対応する位置でＬラインおよびＮラインに対応する配線パターン間から外に引き出されることとなっている。

これは、上述したように、コンデンサＣ３、Ｃ４の共通端子をコモンチョークコイルＬ２の２番ピンと４番ピンとの間を通し、さらに１番ピンと２番ピンとの間を通してフレームグランドＦＧ用の配線パターンＦＧＬを側方に引き出す構成が、部品および配線パターンの配置面積の低減、配線インピーダンス等の観点から好ましいからである。
図９は、フレームグランドＦＧ用の配線パターンＦＧＬの引き出し部分の拡大説明図である。
図９に示すように、ＮラインＮＬと配線パターンＦＧＬとの間の距離ａ、ｂは、距離が近いため、ＮラインＮＬ−配線パターンＦＧＬ間で耐圧不良を引き起こす可能性がある。

そこで、本実施形態においては、以下のような構成を採っている。
図１０は、フィルム状絶縁部材の使用前の平面図である。
フィルム状絶縁部材３０は、その中央部がスリットＳＬ１、ＳＬ２の長さと略等しく、両端部分に突起３１、３２が設けられた形状を有している。
図１１は、フィルム状絶縁部材の使用態様説明図である。
図１１に示すように、フィルム状絶縁部材３０を撓め、突起３１がプリント配線板２０の裏面側に突設するように、突起３１をスリットＳＬ１に挿入し、突起３２をスリットＳＬ２に挿入する。
この結果、ＮラインＮＬ−配線パターンＦＧＬ間のクリアランスを増加させたり、部品間の距離を離間させなくても、沿面距離および空間距離を大きく設定でき、雷サージや交流ラインノイズに対する耐性の高い電源回路を構成することが可能となる。

図１２は、フィルム状絶縁部材の他の態様の使用前の平面図である。
以上の説明においては、フィルム状絶縁部材３０は、その中央部がスリットＳＬ１、ＳＬ２の長さと略等しい構成を採っていたが、本態様は、フィルム状部材３３の中央部（配線パターンを覆う部分）がスリットの延在方向に沿ってスリットＳＬ１、ＳＬ２の長さを超えて延在されている場合のものである。
この態様によれば、配線パターンＦＧＬに沿って長い距離にわたって、沿面距離および空間距離を大きく設定でき、より一層、雷サージや交流ラインノイズに対する耐性の高い電源回路を構成することが可能となる。
以上の説明においては、絶縁部材をフィルム状の場合について説明したが、ピン形状、プレート形状あるいはブロック形状をなしているようにしてもよい。

以上の説明においては、Ｎラインの配線パターンＮＬ間を配線パターンＦＧＬが引き回されている場合を述べたが、配線パターンＦＧＬをＬラインの配線パターンＬＬ間を引き回す場合であっても同様に適用が可能である。
また、以上の説明においては、Ｎラインの配線パターンＮＬ間を配線パターンＦＧＬが引き回されている場合を述べたが、基板上に所定の間隔をおいて電位差を有する複数の電源系ラインの配線パターンが配置された電源回路において、電位差を有する二つの隣接配置されている電源系ライン間にスリットが設けられ、少なくともスリットから突設される絶縁部材が設けられているようにしてもよい。
この場合において、絶縁部材は、前接されている電源系ラインのうち一方の配線パターンが、他方の電源系ラインの配線パターンにより挟まれた状態にある場合に、一方の電源系ラインの配線パターンの側方に沿って設けられた二つのスリットにより支持され、かつ、一方の配線パターンを覆うように配置されているようにすればよい。

実施形態の電源回路の概要構成ブロック図である。 実施形態のＡＣラインフィルタの回路図である。 ＡＣラインフィルタの他の回路図（その１）である。 ＡＣラインフィルタの他の回路図（その２）である。 ＡＣラインフィルタの他の回路図（その３）である。 図３の問題点を説明する図である。 実施形態のプリント配線板の配線パターンの一例の説明図である。 実施形態のプリント配線板の配線パターンの部品配置例の説明図である。 フレームグランド用の配線パターンの引き出し部分の拡大説明図である。 フィルム状絶縁部材の使用前の平面図である。 フィルム状絶縁部材の使用態様説明図である。 フィルム状絶縁部材の他の態様の使用前の平面図である。

符号の説明

１０…電源回路、１１…ＡＣラインフィルタ（交流ラインフィルタ）、１２…ダイオードブリッジ、１３…電圧調整部、１４…トランス、１５…電圧設定検出部、１６…電圧制御部、３０…絶縁部材、３１，３２…突起、３３…絶縁部材、Ｃ１〜Ｃ４…コンデンサ、ＦＧ１〜ＦＧ５…フレームグランド接続ランド、ＦＧＬ…フレームグランド用配線パターン、ＬＬ…ライブライン用配線パターン、ＮＬ…ニュートラルライン用配線パターン、Ｌ１、Ｌ２…コモンチョークコイル。

Claims (8)

1. 基板上に所定の間隔をおいて電位差を有する複数の電源系ラインの配線パターンが配置された電源回路において、
   前記電位差を有する二つの隣接配置されている電源系ライン間にスリットが設けられ、少なくとも前記スリットから突設される絶縁部材が設けられていることを特徴とする電源回路。
2. 請求項１記載の電源回路において、
   前記隣接配置されている電源系ラインは、フレーム接地を行うためのフレームグランドラインあるいは交流電源を構成するライブラインおよびニュートラルラインのうちいずれか二つであることを特徴とする電源回路。
3. 請求項１または請求項２記載の電源回路において、
   前記ライブラインおよび前記ニュートラルラインには、交流ラインフィルタを構成するコモンチョークコイルが介挿されており、
   前記絶縁部材は、前記コモンチョークコイルのケーシングあるいはパッケージに設けられていることを特徴とする電源回路。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電源回路において、
   前記絶縁部材は、フィルム状、ピン形状、プレート形状あるいはブロック形状をなしていることを特徴とする電源回路。
5. 請求項１または請求項２記載の電源回路において、
   前記絶縁部材は、前記隣接されている電源系ラインのうち一方の配線パターンが、他方の電源系ラインの配線パターンにより挟まれた状態にある場合に、前記一方の電源系ラインの配線パターンの側方に沿って設けられた二つの前記スリットにより支持され、かつ、前記一方の配線パターンを覆うように配置されていることを特徴とする電源回路。
6. 請求項１記載の電源回路において、
   交流電源を構成するライブラインおよびニュートラルラインに対応する配線パターンが所定の間隔を空けて、略平行に配置され、
   ライブラインおよびニュートラルラインに対応する配線パターン間にフレーム接地を行うためのフレームグランドラインに対応する配線パターンが配置され、
   前記フレームグランドラインに対応する配線パターンが、前記ライブラインあるいは前記ニュートラルラインのいずれか一方に対応する配線パターンが交流ラインフィルタを構成するコモンチョークコイルに接続されることにより、当該コモンチョークコイルの配置位置に対応する位置で、前記ライブラインあるいは前記ニュートラルラインのいずれか一方に対応する配線パターンに挟まれた状態で前記ライブラインおよび前記ニュートラルラインに対応する配線パターン間から外に引き出されている場合に、
   前記絶縁部材は、前記フレームグランドラインの配線パターンの側方に沿って設けられた二つの前記スリットにより支持され、かつ、前記フレームグランドラインの配線パターンを覆うように配置されていることを特徴とする電源回路。
7. 請求項５または請求項６記載の電源回路において、
   前記絶縁部材は、二つの前記スリットに撓ませて嵌め込まれるフィルム状をなしていることを特徴とする電源回路。
8. 請求項７記載の電源回路において、
   前記絶縁部材は、前記スリットの延在方向に沿って前記配線パターンを覆う部分が前記スリットの長さを超えて延在されていることを特徴とする電源回路。
   
   

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