JP2009254207A - 過渡ノイズ低減回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒューズ溶断により発生する過渡ノイズを抑制するための過渡ノイズ低減回路を提供する。
【解決手段】電源装置４と、電源装置４から電源供給され動作する負荷装置５と、電源装置４と負荷装置５の接続の開閉を行うための電源スイッチ２と、回路の異常時の過電流を遮断するためのヒューズ１と、この回路の配線材や部品等に存在するインダクタンス（Ｌ）成分を模式的に表したコイル１０と、ヒューズ１に並列に配置されたコンデンサ（容量性素子）３と、を備える。ヒューズ１へ並列にコンデンサ（容量性素子、バリスタなど）３を接続することによって、ヒューズ１の溶断直後の異常電流をこのコンデンサ３に流すことで電流変化ΔＩ＝Ｖ／Ｒ…（式２）のΔＩを低くする。
【選択図】図１

Description

電源を共有する装置群において、他の装置の故障によるヒューズ断やブレーカー断に伴い発生する過渡ノイズを発生源において低減させるための過渡ノイズ低減回路に関するものである。

従来において、電源を利用する機器や装置は、電子デバイスの進展により、ディジタル回路を有するものや、スイッチング動作をもとにしたものを包含するようになってきた。これらの機器は、ディジタル信号処理によって動作することから、その動作は瞬間的なノイズ（過渡ノイズと以下表現する）に対して、これをディジタル信号と誤認して影響を受けることが知られている（特許文献１参照）。

その原因となる過渡ノイズの発生メカニズムは、図７に示すような系構成で説明される。電源線は複数の装置で共用されており、図７中の第１〜第３の装置で共用している。たとえば、一般家庭内の商用電源配線（ＡＣ１００Ｖ、５０／６０Ｈｚ）に複数の家電製品（電子レンジ、冷蔵庫、洗濯機、テレビ受信機、オーディオ再生装置、パソコン、電話機など）が接続されるのと同様と考えてよい。この場合、各機器に備わるヒューズは、機器が故障した場合に被害を最小に食い止めるため、機器に異常に流れ込む電流を食い止めるため所定の電流値で溶断する。
特開２００６−３５３０４０

しかしながら、図７に示すようにたとえば第１の装置が故障してヒューズが溶断すると、瞬間的なヒューズ溶断のため、インダクタンス成分Ｌを持つ電線に流れる電流に急峻な電流変化が起こり、逆起電力の発生による過渡ノイズが生じてしまう。この過渡ノイズは電源線を伝播して第２の装置や第３の装置に流れ込み、それぞれで誤動作を起こす原因となる。

また、図７の説明図を模式的に表したのが図６である。この図６では電源装置１００が負荷装置１０１へ電源供給している。両者の間には電源スイッチ１０２とヒューズ１０３が配置され、コイル１０４も存在している。ただし、このコイル１０４は受動素子として挿入されるものではなく、配線材や電源装置１００、負荷装置１０１などが持つＬ成分を模式的に示したものである。

このような構成において、電源スイッチ１０２が閉じてＯＮ状態となり電源装置１００から負荷装置１０１へ電源供給されている場合において、たとえば負荷装置１０１に何らかの故障が生じたとする。すると過電流が流れ、この過電流によりヒューズ１０３がほぼ瞬時に溶断する。この溶断により図６に示す回路が溶断したヒューズ１０３の部分で瞬時に断たれるので、コイル１０４の逆起電力により高電圧が瞬間的に発生し、過渡ノイズが発生してしまう。

このような課題に鑑み、本発明の解決すべき課題は、ヒューズ溶断により発生する過渡ノイズを抑制するための過渡ノイズ低減回路を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、前記ヒューズに並列に接続されて該ヒューズが溶断した際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子を備える。

また、請求項２に記載の本発明は、電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、直列接続された前記ヒューズと電源スイッチに並列に接続されて前記ヒューズの溶断もしくは前記電源スイッチの開閉の際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子を備える。

また、請求項３に記載の本発明は、電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、前記ヒューズに並列に接続されて該ヒューズが溶断した際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子と、前記容量性素子に直列接続されて該容量性素子への充電電流を制限するための抵抗素子と、を備える。

また、請求項４に記載の本発明は、電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、直列接続された前記ヒューズと電源スイッチに並列に接続されて前記ヒューズの溶断もしくは前記電源スイッチの開閉の際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子と、前記容量性素子に直列接続されて該容量性素子への充電電流を制限するための抵抗素子と、を備える。

また、請求項５に記載の本発明は、電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、前記ヒューズに並列に接続されて該ヒューズが溶断した際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子と、前記容量性素子に並列に接続された抵抗素子と、を備える。

本発明によれば、ヒューズ溶断により発生する過渡ノイズを抑制するための過渡ノイズ低減回路を提供することができる。

＜第一の実施の形態＞
図１は、本発明の過渡ノイズ低減回路の第１の実施の形態に係る、構成図を示している。

この図１には、電源装置４と、電源装置４から電源供給され動作する負荷装置５と、電源装置４と負荷装置５の接続の開閉を行うための電源スイッチ２と、回路の異常時の過電流を遮断するためのヒューズ１と、この回路の配線材や部品等に存在するインダクタンス（Ｌ）成分を模式的に表したコイル１０と、ヒューズ１に並列に配置されたコンデンサ（容量性素子）３と、が示されている。

このような図１の構成においては、電源装置４と負荷装置５の間の接続関係は、単相交流や単一直流電源など簡易な場合、この図１に示すように、電源装置４が端子（１）及び端子（３）に配線され、負荷装置５の端子（２）、端子（４）との間で配線されるが、いずれか一方に、ヒューズ１（数ｍΩ〜数百ｍΩを想定）と、このヒューズ１に並列接続されたコンデンサ３と、電源装置４と負荷装置５との接続を開閉するための電源スイッチ２が挿入されている。

電源は商用電源の場合、他の機器と共通に使用されるので、他の機器向けに端子（１）及び端子（３）が提供され、こちらにも図示しない別の電源スイッチとヒューズの組が存在し何らかの負荷装置が接続されている。この回路構成に流れる電流値Ｉは、
電流：Ｉ＝Ｖ／Ｒ…（式１）（Ｖ＝電源装置４の電圧、Ｒ＝負荷装置５の抵抗性負荷）
である。ここで、たとえば電源装置４の異常や、もしくは負荷装置５につながれた機器に異常が発生すると過大な電流が負荷装置５に流れる。このときの電流変化は、
電流変化ΔＩ＝Ｖ／Ｒ…（式２）
となり、この回路中にはＬ成分のコイル１０が存在するので、
電圧Ｖ_Ｌ＝Ｌ（ｄｌ／ｄｔ）…（式３）
が発生して過渡ノイズとなる。

回路に何らかの異常が生じて意図する異常の過電流が流れることを防止するためにヒューズ１が回路に挿入接続されており、予め規定された電流値を超える電流がヒューズ１に流れるとヒューズ１自体が溶断して電気的導通を断っている。

しかしながら、このヒューズ１の溶断の仕方は非常に急峻で、それに伴い、機器が正常動作時に消費する定格電力に相当する電流を大きく超える異常な電流値がヒューズ溶断と同時に電流値０になるので、電源装置４側へコイル１０で発生する大きな過渡的異常電圧を発生させる（電圧Ｖ_Ｌ＝Ｌ（ｄｌ／ｄｔ）…（式３））。この異常電圧は、電源装置４には影響しない可能性もあるが、この電源装置４を共通に電源として電力供給を受けている他の図示しない機器へコイル１０で発生した過渡ノイズを与え、その機器の動作を異常にする可能性もある。

この過渡ノイズの発生を解消するために、溶断寸前にヒューズ１を流れていた電流が溶断と同時に瞬間的に流れなくするのではなく、ヒューズ１へ並列にコンデンサ（容量性素子、バリスタなど）３を接続することによって、ヒューズ１の溶断直後の異常電流をこのコンデンサ３に流すことで電流変化ΔＩ＝Ｖ／Ｒ…（式２）のΔＩを低くすることができるので、ヒューズ１の溶断直後の過渡的な高電流をなだらかにできる。

＜第二の実施の形態＞
図２に第二の実施の形態を示す。第一の実施の形態では、ヒューズ１の溶断のみに着目した。これに対し第二の実施の形態においては、機器の使用者が意図して電源スイッチ２を操作して電源を切る場合がる。この場合には、やはり、回路に流れる電流値の瞬間的変動率が高くなり、電源装置４側に過渡的な異常電圧が現れる場合がある。

これに対応するため、電源スイッチ２とヒューズ１を直列接続した部分に並列接続して、容量性素子としてコンデンサ３を配置することで、電源スイッチ２の開閉操作に伴う電流の過渡的現象も、ヒューズ溶断に伴う電流値の過渡的現象も、共に低減することができる。

＜第三の実施の形態＞
図３に第三の実施の形態を示す。第一の実施の形態と似通っているが、商用交流電源（１００Ｖや２００Ｖ等の５０Ｈｚ／６０Ｈｚを想定）を利用する場合に、商用電源周波数でのコンデンサ３（たとえば０．０１μＦ以上１０μＦ以下を想定）のパンクによる導通故障（ショートモードでの故障）に起因する不具合（ヒューズが切れているのに電源が入ってしまう事の無いように。）を回避するため、コンデンサ３に直列に抵抗６（たとえば１００Ω以上１０ｋΩ以下を想定）をつないだ直列回路をヒューズ１に並列に接続する。この抵抗６によりコンデンサ３への充電電流を制限することで、商用交流電源を利用する場合の電流値のコンデンサ３のパンクなどによる過渡的変動（過渡ノイズの発生）を抑えることができる。

＜第四の実施の形態＞
図４に第四の実施の形態を示す。第一の実施の形態と第二の実施の形態の差分と同様に、第三の実施の形態に対しその差分を第四の実施の形態として記載する。電源スイッチ２の切断時の電流値変化をも低減できるように、電源スイッチ２とヒューズ１が直列に接続されているところにコンデンサ３（０．０１μＦ以上１０μＦ以下を想定）と抵抗６（１００Ω以上１０ｋΩ以下を想定）を直列に接続したものを並列に接続して充電電流を制限している。これにより、電源スイッチ２の切断や、ヒューズ１の溶断、コンデンサ３のパンクのいずれかで発生する電流値の過渡的変動（過渡ノイズの発生）を抑えることができる。

＜第五の実施の形態＞
図５に第五の実施の形態を示す。第一の実施の形態と似通っているが、負荷装置５の故障が直り、復旧させる場合に、溶断したヒューズの交換が必要である。その操作時に、第一の実施の形態では、コンデンサ３に電荷が溜まっている場合が考えられる。

そのため電源スイッチ２が切られていたとしても、コンデンサ３の静電容量に依存して、取り替える新しいヒューズ１の装着がこのコンデンサ３にチャージされた電荷をショートさせることになり、最悪は、ヒューズが再度溶断する可能性もある。

また、直流電源高電圧化の環境では、ヒューズ交換作業者の電気的安全にも考慮しなければならない。このため、ヒューズ１の溶断後にコンデンサ３に蓄積された電荷を放電するために、あらかじめ、放電用の抵抗６を並列に接続しておく。

こうすることで、ヒューズ１の溶断後のヒューズ交換時に電源スイッチ２を断することによって、容量性素子１は電源系から切り離され、蓄積された電荷は、放電用の抵抗６によって放電され、コンデンサ３の両端の電圧は人体的に安全な電位差になり、再度新しいヒューズに交換する際のヒューズ再溶断を回避することができる。なお、コンデンサ３として、たとえば特開２００６−３５３０４０に開示された擬似キャパシタンスを用いても良い。

以上説明した実施の形態によれば、ヒューズ溶断時の異常過渡電圧レベルを低減でき、他装置への影響を低減できる方法を安価、簡便に提供することができる。さらに、ヒューズのみならず、電源電源スイッチも包含して、対策回路を接続することにより、電源電源スイッチ操作に起因する過渡ノイズを抑えることができる。

本発明の第一の実施の形態の回路図を示す。 本発明の第二の実施の形態の回路図を示す。 本発明の第三の実施の形態の回路図を示す。 本発明の第四の実施の形態の回路図を示す。 本発明の第五の実施の形態の回路図を示す。 従来の回路構成を示す。 電源系統を共有する系で、ヒューズ断による異常過渡電圧が他機器へ影響を与えることを説明するための図を示す。

符号の説明

１…ヒューズ
２…電源スイッチ
３…コンデンサ（容量性素子）
４…電源装置
５…負荷装置
６…抵抗
１０…コイル

Claims (5)

1. 電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、
   前記ヒューズに並列に接続されて該ヒューズが溶断した際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子
   を備えることを特徴とする過渡ノイズ低減回路。
2. 電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、
   直列接続された前記ヒューズと電源スイッチに並列に接続されて前記ヒューズの溶断もしくは前記電源スイッチの開閉の際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子
   を備えることを特徴とする過渡ノイズ低減回路。
3. 電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、
   前記ヒューズに並列に接続されて該ヒューズが溶断した際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子と、
   前記容量性素子に直列接続されて該容量性素子への充電電流を制限するための抵抗素子と、
   を備えることを特徴とする過渡ノイズ低減回路。
4. 電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、
   直列接続された前記ヒューズと電源スイッチに並列に接続されて前記ヒューズの溶断もしくは前記電源スイッチの開閉の際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子と、
   前記容量性素子に直列接続されて該容量性素子への充電電流を制限するための抵抗素子と、
   を備えることを特徴とする過渡ノイズ低減回路。
5. 電源装置と負荷装置の間がヒューズを介して接続された電源供給回路に好適な過渡ノイズ低減回路において、
   前記ヒューズに並列に接続されて該ヒューズが溶断した際に前記電源供給回路に存在するインダクタンス成分に起因して生じた過渡ノイズを軽減させるための容量性素子と、
   前記容量性素子に並列に接続された抵抗素子と、
   を備えることを特徴とする過渡ノイズ低減回路。

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