JP2006156546A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 防爆弁を備えた電解コンデンサを有する電源装置において、防爆弁作動後のトラッキングやショートを防止する機構を備えた電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明の電源装置は、防爆弁を有する電解コンデンサと、交流入力の導通経路を遮断する遮断手段を備えたことを特徴とする。前記遮断手段は、電解コンデンサの防爆弁が作動した時に導通経路を遮断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、防爆弁付き電解コンデンサを使用する電源装置に関するものである。

変換効率が高く、しかも小型であることから広く用いられているスイッチング電源には、たいてい一時側電圧の平滑のために電解コンデンサが使用されている。

このスイッチング電源装置の交流電源入力に、給電設備の異常や人為ミスで、規格以上の電圧が印加されて一時側電圧の平滑用電解コンデンサに許容電圧を超える電圧が印加された時、電解コンデンサの内部圧力が急激に上昇して電解コンデンサの防爆弁が開き特定方向に電解液が放出される。

電解コンデンサから噴き出した電解液は導電性であるため、プリント基板上の電圧が印加されているパターン間に電解液が付着するとトラッキングやショートが発生する可能性がある。さらにトラッキングやショートが発煙・発火に至る場合もある。

上記の事故を解決する一つの方法として、電源回路を含む基板全体を防火ケースで囲む方法が用いられている。

また、異なる解決方法として、電解コンデンサを囲って酸欠状態にすることで発火を防止する防火ケースが考案されている（例えば、特許文献１、特許文献２および特許文献３参照）。

また、他の解決方法として、電解コンデンサから噴き出す電解液を吸収する不燃性の防火ケースを電解コンデンサに装着する方法が考案されている（例えば、特許文献４参照）。

また、他の解決方法として、電解コンデンサの防爆弁が作動した際にユーザに警報で知らせる方法が考案されている（例えば、特許文献５参照）。
特開平８−１３８９６５号公報 特開２００２−３４５２４７号公報 特開２００２−３４５２６２号公報 特開２００３−１８９６２４号公報 実開平４−８４２５号公報

上記に記した電源回路を有する基板全体を防火ケースで囲む方法は、防火ケースの大きさが基板の大きさよりも大きくなるため電源装置が大きくなるという欠点があった。また、電解コンデンサを囲う方法では、電解コンデンサの囲いの外に漏れた電解液については防火機能が働かないという問題があった。次に、ユーザに知らせる方法は、ユーザが近くにいないと不具合に対応できなかった。

上記、課題を鑑み、防爆弁付き電解コンデンサを備えた電源装置において、本出願に係る発明の目的は、交流入力を直流出力に変換する電源装置に接続された防爆弁付き電解コンデンサの防爆弁が作動した際の安全性の確保を従来と異なる方法で提供することである。

上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、
直流の脈流を平滑する電解コンデンサを有する電源装置において、前記電解コンデンサの防爆弁が開いたことに応じて前記電源装置を停止する停止手段を有することを特徴とする。

電解コンデンサの防爆弁が開いた後、ただちに電源を停止するため、電解コンデンサから放出される電解液によるトラッキングやショートを防止することができる。

本出願に係る第２の発明は、前記第１の発明において、前記電源装置は交流電源から直流電圧を生成して供給する電源装置であって、前記停止手段は交流電流が流れる導電経路を遮断する遮断手段を有することを特徴とする。

電解コンデンサの防爆弁が開いた後、ただちに交流入力の導電経路を遮断するため、電解コンデンサの電解液によるトラッキングやショートを防止することができる。

本出願に係る第３の発明は、前記第２の発明において、前記遮断手段とは、電気接点を有し、電気接点が離れることにより導電回路が遮断される遮断手段であることを特徴とする。

本出願に係る第４の発明は、前記第３の発明において、前記遮断手段とはスイッチであることを特徴とする。

本出願に係る第５の発明は、前記第２の発明において、前記遮断手段が前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に噴出する電解液の蒸気の熱によって遮断されるように配置した温度ヒューズであることを特徴とする。

本出願に係る第６の発明は、前記第２の発明において、前記遮断手段は、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に噴出する電解液の蒸気の熱によって遮断するように配置したサーモスイッチであることを特徴とする。

本出願に係る第７の発明は、前記第２から第４のいづれかの発明において、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に噴出する電解液の蒸気の圧力に押されて移動する可動部材と、前記可動部材に連動して電気接点を開く前記遮断手段から構成されることを特徴とする。

本出願に係る第８の発明は、前記第２から第４のいづれかの発明において、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に噴出する電解液の蒸気の圧力に押されて移動する可動部材と、前記可動部材の移動量を増幅する変位量増幅手段と、前記変位量増幅手段に連動して電気接点を開く前記遮断手段から構成されることを特徴とする。

本出願に係る第９の発明は、前記第２から第４のいづれかの発明において、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に前記防爆弁に押されて移動する可動部材と、前記可動部材の移動量を増幅する変位量増幅手段と、前記変位量増幅手段に連動して電気接点を開く前記遮断手段から構成されることを特徴とする。

本出願に係る第１０の発明は、前記第８又は第９の発明において、前記変位量増幅手段とは圧縮または伸張されたバネと、少量の変位量によって前記バネを圧縮または伸張した状態から開放するバネ押さえ手段で構成されることを特徴とする。

本発明によれば、電解コンデンサを有する電源装置において、電解コンデンサの防爆弁が作動した時にＡＣ入力ラインを遮断するため、噴出した電解液により引き起こされるトラッキングやショートの発生を防止することができる。

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

以下、図１を用いて本発明の第１の実施例を説明する。図１は電源基板の一部である。図１において１は電解コンデンサである。２ａおよび２ｂは接点である。接点２ａはＡＣ入力につながっている。接点２ｂはノイズフィルタを経由して整流回路につながっている。接点２ａと接点２ｂの間隔は、アーク電流が流れることを防止するため、１０ｍｍ程度離してある。３は遮断装置である。遮断装置３は前記電解コンデンサ１を囲むガス受け部とＡＣ電流が流れる導電部３ａからなる。通常時は、接点２ａと導電部３ａおよび導電部３ａと接点２ｂがそれぞれ接触しているためＡＣ電流が流れる回路が形成されている。接点２ａと接点２ｂの間隔は、導電部３の長さよりも数ミリ短くなっているため、接点２で導電部３を挟む構成になっている。また、接点２ａと接点２ｂの間隔は１０ｍｍ程度離してある。

間隔を空ける理由は遮断時にアーク電流が流れることを防止するためである。４は基板である。

図２に第１の実施例のスイッチング電源の電気回路図を示す。図２において１０は商用電源１００Ｖである。

商用電源１０より供給された交流電流は、前記遮断装置３の導電部３ａを通った後、ノイズフィルタ１１を通り、ダイオードブリッジ１２に辿りつく。ダイオードブリッジ１２において交流は、脈流に変換される。前記脈流は電解コンデンサ１によって平滑される。電解コンデンサ１の先には起動抵抗１３がある。起動抵抗１３はスイッチングトランジスタ１５の制御を行う制御回路１４に接続している。制御回路１４は、起動抵抗１３およびフォトカプラ２０からの入力に応じてスイッチングトランジスタ１５を制御する。スイッチングトランジスタ１５がＯＮの時、トランス１６の２次側の回路ではダイオード１７に対して逆方向に電流を流そうと働くため、トランス１６にエネルギーが蓄積する。その後、スイッチングトランジスタ１５がＯＦＦになった時、トランスの巻線の逆起電力によってダイオード１７に電流が流れる。コンデンサ１８は２次側に配置された出力電圧を平滑するコンデンサである。コンデンサ１８の容量は６８０μＦである。電解コンデンサの両端より負荷に直流を供給する。１９は出力電圧の検出回路である。電圧検出回路１９はフォトインタラプタ２０を介してＰＷＭ回路にフィードバックする。こうして、低圧電源Ｖｃｃの電圧を制御する。

これより、第１の実施例において、電解コンデンサ１の防爆弁が作動した場合について説明する。電解コンデンサ１の防爆弁が作動すると、防爆弁より電解液の蒸気が噴き出す。すると図３に示すように、電解液の蒸気によって遮断装置３が矢印Ｙ１の方向に持ち上がる。このとき導電部３ａが接点２から離れるので交流回路の導通が途絶える。さらに、遮断装置３が浮き上がると戻り防止部３ｂから接点２が離れる。すると、接点２はもとの形状に復元しようとする力が働くため、接点２ａと接点２ｂの間隔は戻り防止部３ｂの間隔よりも狭くなる。このようになると、防爆弁から出ていた電解液のガスが停止しても、再び遮断装置３の導電部３ａと接点２は再び閉じなくなる。ここで、戻り防止部３ｂは絶縁物によってできている。また、３ｃは電解液のガスを逃がすための穴である。穴３ｃによって、遮断装置３が電解コンデンサ１から外れて、電源基板上を自由に転がることを防止している。

また、冷えてガスから液体に戻った電解液が接点２ａと接点２ｂをショートしない位置に接点２は配置されている。

このように、電解コンデンサの防爆弁が開いた際に噴き出す電解液のガスの圧力によって、交流供給ラインの回路をオープンにすることが第１の実施例の特徴である。

また、本実施例では商用ＡＣ入力ラインの片側のみを遮断したが、両側を遮断してもよい。

以下、図４を用いて本発明の第２の実施例を説明する。図４は電源基板の一部である。図４において３１は電解コンデンサである。３２ａおよび３２ｂは接点である。接点３２ａはＡＣ入力につながっている。接点３２ｂはノイズフィルタを経由して整流回路につながっている。３３は可動接点である。可動接点３３は回転軸３３ａを中心に回転可能である。ところが、通常、可動接点３３はキャップ３４の突起３４ａに押されて接点３２ａおよび３２ｂに接触している。その一方、可動接点３３はバネ３５によって接点３２から引き離す方向に力を受けている。

ところで、接点３２ａと接点３２ｂの間で放電が起きないように、接点３２ａと接点３２ｂの間隔を１０ｍｍ程度離している。

前記キャップ３４は電解コンデンサ３１にかぶせている。

上記の構成からなる第２の実施例において、電解コンデンサ３１の防爆弁が作動した場合について説明する。電解コンデンサ３１の防爆弁が作動すると、防爆弁より電解液の蒸気が噴き出す。すると、図５に示すように、電解液の蒸気によってキャップ３４が矢印Ｙ２の方向に持ち上げられる。すると、可動接点３３の支えがなくなるため、可動接点３３はバネ３５に押されて矢印Ｙ３のように基板側へと移動する。このとき、接点３２と可動接点３３が離れるため、接点３２と可動接点３３の間の通電が途切れる。つまり、電源回路に商用ＡＣ電流が供給されなくなる。しばらくすると、電解コンデンサ３１が冷えて、電解液の噴出しも止まる。

接点が離れる際にアーク電流が発生してもすぐに途切れるように、接点３２と可動接点３３は２０ｍｍ程度離すことができるようにする。

また、冷えて蒸気から液体に戻った電解液が接点３２ａと接点３２ｂをショートしない位置に接点３２は配置されている。

上記のように、第１の実施例とは異なり電解液のガスを受け止めるキャップに導電経路を持たない構成においても、電解コンデンサの防爆弁が開いた際に噴き出す電解液のガスの圧力によって、交流供給ラインを切ることが第２の実施例の特徴である。

以下、図６を用いて本発明の第３の実施例を説明する。図６は電源基板の一部である。図６において４１は電解コンデンサである。４２ａおよび４２ｂは接点である。接点４２ａはＡＣ入力につながっている。一方、接点４２ｂはノイズフィルタを経由して整流回路につながっている。４３は可動接点である。可動接点４３は回転軸４３ａを中心に回転可能である。ところが、通常、可動接点４３は接点押さえ４４に押されて接点４２ａおよび４２ｂに接触している。そして、可動接点４３はバネ４６によって接点４２から引き離す方向に押されている。

ところで、接点４２ａと接点４２ｂの間で放電が起きないように、接点４２ａと接点４２ｂの間隔を１０ｍｍ程度離している。

前記接点押さえ４４は、支柱４５の回転軸４４ａを中心に回転可能である。また、接点押さえ４４は前記電解コンデンサ４１の防爆弁の上面に接している。その状態で、可動接点４３を押さえている。

つづいて、上記の構成からなる第３の実施例において、電解コンデンサ４１の防爆弁が作動した場合について説明する。電解コンデンサ４１の防爆弁が作動すると、防爆弁は図７に示すように上方に持ち上がる。このとき、防爆弁の開口部より電解液の蒸気が噴き出す。開いた防爆弁によって、図７に示すように接点押さえ４４は回転軸４４ａを中心として矢印Ｙ４の方向に持ち上げられる。すると、可動接点４３の押さえがなくなるため、可動接点４３はバネ４６に押されて矢印Ｙ５のように移って基板側に倒れる。このとき、接点４２と可動接点４３が離れるため、接点４２と可動接点４３の間の通電が途切れる。つまり、電源回路に商用ＡＣ電流が供給されなくなる。しばらくすると、電解コンデンサ４１が冷えて、電解液の噴出しも止まる。

ところで、冷えて蒸気から液体に戻った電解液が接点４２ａと接点４２ｂをショートしない位置に接点４２は配置されている。

上記のように、電解コンデンサの防爆弁が開く変形をてこを使って増幅することにより、交流供給ラインを切ることが第３の実施例の特徴である。

以下、図８を用いて本発明の第４の実施例を説明する。図８は電源基板の一部分を３方向からの視点で表した図である。図８において５１は電解コンデンサである。電解コンデンサ５１の防爆弁の手前に温度ヒューズ５２は実装されている。温度ヒューズ５２の片方はＡＣ入力につながっている。温度ヒューズ５２のもう一方はノイズフィルタを経由して整流回路につながっている。ここで、温度ヒューズ５２の動作温度は９０℃である。

図９に実施例４のスイッチング電源の電気回路図を記す。電解コンデンサ５１は整流回路の次に位置する。また、温度ヒューズ５２はＡＣ電源１０とフィルタ回路１１の間にある。その他の部分については、図２と同様であるため説明を省略する。

上記の構成からなる第４の実施例において、電解コンデンサ５１の防爆弁が作動した場合について説明する。電解コンデンサ５１の防爆弁が作動すると、防爆弁より電解液の蒸気が噴き出す。この時の電解液の蒸気の温度は、１００℃以上である。したがって、電解液の蒸気にさらされた温度ヒューズ５２はやがて断線する。こうして商用ＡＣ電流の供給が止まる。しばらくすると、電解コンデンサ５１が冷えて、電解液の噴出しも止まる。

上記のように、電解コンデンサの防爆弁が開いた際に噴き出す電解液のガスの温度によって、交流電流の供給ラインを遮断することが第４の実施例の特徴である。

実施例１の電源装置の遮断手段の概略図で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は右側面図である。 実施例１の電源装置の電気回路図である。 実施例１の電源装置の遮断手段が遮断状態の時の概略図で、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は右側面図である。 実施例２の電源装置の遮断手段の概略図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面断面図である。 実施例２の電源装置の遮断手段が遮断状態の時の概略図である。 実施例３の電源装置の遮断手段の概略図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図である。 実施例３の電源装置の遮断手段が遮断状態である時の概略図である。 実施例４の電源装置の遮断手段の概略図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は右側面図である。 実施例４の電源装置の電気回路図である。

符号の説明

１ 電解コンデンサ
２ 接点
３ 遮断装置
３ａ 遮断装置の導通部
４ プリント基板
１０ 商用交流電源
１１ フィルタ回路
１２ 整流回路
１３ 起動抵抗
１４ 制御回路
１５ スイッチングトランジスタ
１６ トランス
１７ ダイオード
１８ コンデンサ
１９ 電圧検出回路
２０ フォトインタラプタ
３１ 電解コンデンサ
３２ 接点
３３ 可動接点
３４ キャップ
３５ ばね
３６ プリント基板
４１ 電解コンデンサ
４２ 接点
４３ 可動接点
４４ 接点押さえ
４５ 支柱
４６ ばね
４７ プリント基板
５１ 電解コンデンサ
５２ 温度ヒューズ

Claims (10)

1. 直流の脈流を平滑する電解コンデンサを有する電源装置において、前記電解コンデンサの防爆弁が開いたことに応じて前記電源装置を停止する停止手段を有することを特徴とする電源装置。
2. 前記請求項１において、前記電源装置は交流電源から直流電圧を生成して供給する電源装置であって、前記停止手段は交流電流が流れる導電経路を遮断する遮断手段を有することを特徴とする電源装置。
3. 前記請求項２において、前記遮断手段とは、電気接点を有し、電気接点が離れることにより導電回路が遮断される遮断手段であることを特徴とする電源装置。
4. 前記請求項３において、前記遮断手段とは、スイッチであることを特徴とする電源装置。
5. 前記請求項２において、前記遮断手段は、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に噴出する電解液の蒸気の熱によって遮断されるように配置した温度ヒューズであることを特徴とする電源装置。
6. 前記請求項２において、前記遮断手段は、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に噴出する電解液の蒸気の熱によって遮断するように配置したサーモスイッチであることを特徴とする電源装置。
7. 前記請求項２から４のいづれかにおいて、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に噴出する電解液の蒸気の圧力に押されて移動する可動部材と、前記可動部材に連動して電気接点を開く前記遮断手段から構成されることを特徴とする電源装置。
8. 前記請求項２から４のいづれかにおいて、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に噴出する電解液の蒸気の圧力に押されて移動する可動部材と、前記可動部材の移動量を増幅する変位量増幅手段と、前記変位量増幅手段に連動して電気接点を開く前記遮断手段から構成されることを特徴とする電源装置。
9. 前記請求項２から４のいづれかにおいて、前記電解コンデンサの防爆弁が開いた時に前記防爆弁に押されて移動する可動部材と、前記可動部材の移動量を増幅する変位量増幅手段と、前記変位量増幅手段に連動して電気接点を開く前記遮断手段から構成されることを特徴とする電源装置。
10. 前記請求項８又は９において、前記変位量増幅手段とは圧縮または伸張されたバネと、少量の変位量によって前記バネを圧縮または伸張した状態から開放するバネ押さえ手段で構成されることを特徴とする電源装置。

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