JP2012182956A

JP2012182956A - 電源回路

Info

Publication number: JP2012182956A
Application number: JP2011045608A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Sato; 佐藤　　忍
Original assignee: Funai Electric Co Ltd
Current assignee: Funai Electric Co Ltd
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】インパルスノイズによる誤動作を防止しつつ、本来の過電圧保護のみに保護動作を行う電源回路を提供する。
【解決手段】交流を所定の直流に変換する電源回路１００において、直流の伝送ラインＬｄｃにおける過電圧を防止する過電圧防止回路７０と、過電圧防止回路７０が過電圧を検知すると交流の伝送ラインＬａｃを電気的に切断する過電流保護回路３０と、を備え、直流の伝送ラインＬｄｃと過電圧防止回路７０との間にローパスフィルタ回路８０を介挿する。
【選択図】図１

Description

本発明は電源回路に関し、特に交流を所定の直流に変換する電源回路に関する。

電気機器、通信機器、防災機器等においては、雷等によって発生する短時間のサージ電圧をガードし、誤作動や素子破壊を防止する必要がある。
例えば、特許文献１には、サージ電圧が伝送する可能性のある線路に対し、誘導雷の入力される側から順に、アレスタ、バリスタ、フィルタ、ツェナダイオード、を接続した雷保護回路が開示されている。当該回路においてサージ電圧が線路を伝送すると、当該サージ電圧がツェナダイオードへ到達するタイミングをフィルタ回路が遅延させることによりツェナダイオードの降伏タイミングを遅延させ、この遅延時間内にアレスタおよびバリスタが先に動作してサージ電圧を定格電圧以下に下げ、これに追従してツェナダイオードも動作するようになっている。
その他、特許文献２には、定電流ダイオードと容量素子を用いたローパスフィルタ（定電流ダイオードフィルタ）が開示され、特許文献３には、三極放電管とハイパスフィルタをもうけることにより雷害保護する保護装置について開示されている。

特開平１０−１９１５５５号公報特開２００７−３３６６８２号公報特開２００４−３５７４８０号公報

その一方で、電気機器、通信機器、防災機器等は、適応しないＡＣ商用電源に接続されたときの誤作動や素子破壊を防止する必要もある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたもので、雷等によって発生する短時間のサージ電圧に対する保護動作と、適応しない電源が供給されたときの保護動作とを、適切に実現可能な電源回路を提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる電源回路は、交流を直流に変換する電源回路において、過電圧検知回路と、過電流保護回路と、ローパスフィルタと、を備える構成とされる。当該構成において、過電圧検知回路は、当該電源回路における過電圧を検知可能になっており、過電圧検知回路が過電圧を検知すると過電流保護回路が前記交流の伝送ラインを電気的に切断する。これにより、前記直流の伝送ラインを伝送する過電圧から、過電圧検知回路よりも後段に有る回路素子を保護する。

ここで、前記過電圧検知回路の監視対象となる伝送ライン（直流もしくは交流の伝送ライン）と前記過電圧検知回路との間にはローパスフィルタが介挿されており、前記過電圧検知回路が検知する前記監視対象となる伝送ラインから前記過電圧検知回路へ入力される電圧から、高周波成分を除去している。従って、前記監視対象となる伝送ラインにおいて前記過電圧を超える瞬間的なインパルスノイズが発生しても、当該インパルスノイズはローパスフィルタによって除去されるため、前記過電圧検知回路は当該インパルスノイズに含まれる過電圧を検出しなくなる。

よって、当該電源回路における定常的な過電圧から過電圧検知回路よりも後段に有る回路素子を保護しつつ、当該電源回路に発生する瞬間的なインパルスノイズの過電圧によっては過電圧検知回路や過電流保護回路が動作しないようになる。よってインパルスノイズによる誤動作を防止しつつ、本来の過電圧保護のみに保護動作を行う電源回路を提供することができる。

また、本発明の選択的な一態様においては、前記過電圧検知回路は、前記直流の伝送ラインを監視対象とし、前記直流の伝送ラインにおける過電圧を検知すると前記直流の伝送ラインをグランドに接続し、前記過電流保護回路は、前記直流の伝送ラインがグランドに接続されて前記交流の伝送ラインに過電流が流れると前記交流の伝送ラインを電気的に切断する構成とされる。
当該構成によれば、過電圧を検知したときに前記過電圧検知回路が前記直流の伝送ラインをグランドに接続することにより、当該過電圧検知回路よりも前段側に発生する過電流を前記過電流保護回路が検知し、前記交流の伝送ラインを電気的に切断する。よって、前記過電圧防止回路から前記過電流保護回路へ検知結果を伝送するための構成を特別に設ける必要が無く、シンプルな回路構成で過電圧検知回路や過電流保護回路を構成することができる。

また、本発明の選択的な一態様においては、前記ローパスフィルタは、マイクロ秒オーダー以下の周期を持つ高周波成分を除去する構成とされる。
当該構成によれば、具体的にローパスフィルタを実現する上で適切なカット周波数を設定することができる。

また、本発明の選択的な一態様においては、前記ローパスフィルタは、コイルとコンデンサを備え、前記コイルは、前記過電圧検知回路の監視対象となる伝送ラインと前記過電圧検知回路との間に介挿され、前記コンデンサは、前記過電圧防止回路と前記コイルとの間に一端を接続され他端をグランドに接続される、構成とされる。
当該構成によれば、上述した作用を奏するローパスフィルタを、シンプルな回路構成で効果的に実現することができる。

また、本発明の選択的な一態様においては、前記過電圧検知回路は、前記直流の伝送ラインを監視対象とし、前記直流の伝送ラインとグランドとの間をアノードを前記直流の伝送ラインに向けつつカソードをグランドに向けて接続し当該カソードに過電圧を印加されると降伏するツェナダイオードにより構成され、前記過電流保護回路は、前記交流の伝送ライン上に配置されて前記ツェナダイオードが降伏したときに前記交流の伝送ラインに流れる過電流によって溶断するヒューズにより構成され、前記ローパスフィルタは、コイルとコンデンサにより構成され、前記コイルは、前記直流の伝送ラインと前記ツェナダイオードのカソードとの間に介挿され、前記コンデンサは、前記ツェナダイオードと前記コイルとの間に一端を接続され他端をグランドに接続され、前記ツェナダイオードは、前記直流の伝送ラインが過電圧になると降伏して前記直流の伝送ラインをグランドに接続し、前記ヒューズは、前記直流の伝送ラインがグランドに接続されて前記交流の伝送ラインに過電流が流れると溶断して前記交流の伝送ラインを電気的に切断する構成とされる。

当該構成において、ツェナダイオードは、前記直流の伝送ラインが定常的な過電圧になると降伏する。すると、当該ツェナダイオードよりも前段に有る交流ラインに配置されたヒューズに過電流が流れて当該ヒューズが溶断し、回路が保護されることとなる。ただし、前記直流の伝送ラインにおいて前記過電圧を超える瞬間的なインパルスノイズが発生しても、当該インパルスノイズはローパスフィルタによって除去されるため、ツェナダイオードは降伏せず、ヒューズも溶断しない。よって、インパルスノイズによる誤動作を防止しつつ、本来の過電圧保護のみに保護動作を行う電源回路を提供することができる。

以上説明したように本発明によれば、インパルスノイズによる誤動作を防止しつつ、本来の過電圧保護のみに保護動作を行う電源回路を提供することができる。
請求項２にかかる発明によれば、シンプルな回路構成で過電圧検知回路や過電流保護回路を構成することができる。
請求項３にかかる発明によれば、具体的にローパスフィルタを実現する上で適切なカット周波数を設定することができる。
請求項４にかかる発明によれば、ローパスフィルタをシンプルな回路構成で効果的に実現することができる。
請求項５のようなより具体的な構成において、上述した請求項１〜請求項の各発明と同様の作用効果を奏することはいうまでもない。

本実施形態にかかる電源回路の回路図である。本実施形態にかかる電源回路の動作を説明する図である。本実施形態にかかる電源回路の動作を説明する図である。本実施形態にかかる電源回路の動作を説明する図である。

以下、下記の順序に従って本発明の実施形態を説明する。
（１）電源回路の構成、作用：
（２）電源回路の動作：
（３）まとめ：

（１）電源回路の構成、作用：
図１は、本発明の一実施形態にかかる電源回路の構成例を示す要部回路図である。
同図において、電源回路１００は、ＡＣ入力部１０、ノイズフィルタ回路２０、過電流保護回路３０、整流回路４０、平滑回路５０、ラッシュ制限回路６０、過電圧防止回路７０と、ローパスフィルタ回路８０と、を備えている。

ＡＣ入力部１０は、外部から電源回路１００の電源電圧としての交流ＡＣを入力するための入力端子であり、電源回路１００においては交流ＡＣの入力元となる。ＡＣ入力部１０は、例えば、外部の交流電源（例えば、商用の交流電源等）に接続入力される端子としてのコネクタＡＣ−ｉｎで構成することができる。

ノイズフィルタ回路２０は、ＡＣ入力部１０より入力される交流ＡＣから各種のノイズを除去する。ノイズフィルタ回路２０は、例えば、コモン・モード・チョーク・コイルＬ１や、アクロス・ザ・ライン・コンデンサＣ１と放電抵抗Ｒ１、により構成することができる。

過電流保護回路３０は、ＡＣ入力部１０に入力された交流ＡＣの伝送ラインＬａｃに過電流が流れたときに、当該伝送ラインＬａｃを電気的に切断することにより後段の素子を保護する。過電流とは配線に許容量以上の大きな電流が流れることをいい、回路を構成する各素子の定格、耐久性、各種の基準等に基づいて各回路に適切な値が適宜に決定される。
過電流保護回路３０は、例えば、伝送ラインＬａｃに直列に介挿されたヒューズＦ１で構成することができる。本実施形態においては、ヒューズＦ１が取替え可能になっており、ヒューズＦ１が溶断した場合には新たなヒューズＦ１を装着して電源回路１００を再び動作させることができる。

なお、過電流保護回路３０は、過電圧防止回路７０において過電圧を検出したときに伝送ラインＬａｃを断線させることができればよく、ヒューズＦ１に限定されるものではない。例えば、ヒューズＦ１の代わりにトランジスタ回路やリレー回路等を交流ＡＣの伝送ラインＬａｃ上に配置し、後述する過電圧防止回路７０における過電圧の検出に応じて、伝送ラインＬａｃを電気的に切断するように構成してもよい。

整流回路４０は、ＡＣ入力部１０に入力された交流ＡＣを直流ＤＣに整流する。整流回路４０は、例えば、ダイオードＤ２〜Ｄ５により構成されるダイオードブリッジ回路により構成することができる。ダイオードブリッジ回路は、交流ＡＣを全波整流することにより直流ＤＣを生成して出力する。

平滑回路５０は、整流回路４０によって整流された直流ＤＣからリップルを除去することにより脈流をより直流に近い状態に平滑化する。平滑回路５０は、例えば、平滑コンデンサＣ２により構成することができる。

ラッシュ制限回路６０は、ＡＣ入力部１０から入力される交流ＡＣに起因する突入電流を制限する。ラッシュ制限回路６０は、例えば、整流回路４０において整流された後の直流ＤＣを伝送する伝送ラインＬｄｃに直列に介挿されるラッシュ制限抵抗Ｒ２により構成することができる。

過電圧防止回路７０は、直流ＤＣの伝送ラインＬｄｃにおける過電圧を検出したときに当該直流ＤＣの伝送ラインＬｄｃをグランドＧＮＤに接続することにより後段の素子を保護する。過電圧とは負荷の耐圧を超える電圧をいい、回路を構成する各素子の定格、耐久性、各種の基準等に基づいて各回路に適切な値が適宜に決定される。

過電圧防止回路７０は、例えば、伝送ラインＬｄｃとグランドの間に、カソードを伝送ラインＬｄｃに向けつつアノードをグランドに向けて接続されたツェナダイオードＤ１により構成することができる。ツェナダイオードＤ１は、伝送ラインＬｄｃの直流ＤＣが過電圧より低いときは降伏せず、伝送ラインＬｄｃに流れる直流ＤＣが過電圧になると降伏して伝送ラインＬｄｃをグランドＧＮＤに接続する。過電圧防止回路７０の検出する過電圧は、電源回路を構成する各素子の定格や耐性に応じて適宜に決定されるものであり、当該過電圧ならびに当該過電圧によって電源回路に発生する電流によって各素子が誤作動・破壊しないような値とされる。

すなわち、伝送ラインＬｄｃの直流ＤＣが過電圧を超えると、ＡＣ入力部１０は過電圧防止回路７０を経由してグランドＧＮＤへと過電流が発生する。すると、当該過電流を過電流保護回路３０が検知して伝送ラインＬａｃを電気的に切断するため、過電圧ならびに過電流から後段の素子が保護される。

なお、過電圧防止回路７０は、必ずしも整流回路４０の後段に配置される必要はなく、例えば、交流ＡＣの伝送ラインＬａｃに接続されて交流ＡＣに基づいて過電圧を検出する構成としてもよい。例えば、２つのツェナダイオードをカソードが向かい合わせになるように接続し、一方のツェナダイオードのアノードを交流ＡＣの伝送ラインＬａｃに向けて接続しつつ他方のツェナダイオードのアノードをグランドＧＮＤに向けて接続する。このように構成すれば交流ＡＣに基づいて過電圧を検出することも可能である。
以上のように、本実施形態における過電圧防止回路７０、もしくは過電圧防止回路７０と整流回路４０の組合せは、本発明の過電圧検知回路を構成する。

ローパスフィルタ回路８０は、前記直流ＤＣの伝送ラインＬｄｃと過電圧防止回路７０との間に介挿され、伝送ラインＬｄｃから過電圧防止回路７０へ印加される電圧から高周波成分を除去する。すなわち、伝送ラインＬｄｃを伝送する電圧の低周波成分のみを過電圧防止回路７０へ入力する。ここで、高周波成分とは、いわゆる雷サージ等によって流入するインパルスノイズであり、一般に、マイクロ秒オーダー以下の周期（時間）を有すると共に上述した過電圧以上のピーク値を有するノイズである。インパルスノイズのピーク値は、例えば、キロボルトオーダーを超える。

ローパスフィルタ回路８０は、例えば、コイルＢＣ１とコンデンサＣ３とで構成することができる。コイルＢＣ１は、直流ＤＣの伝送ラインＬｄｃと過電圧防止回路７０との間に介挿され、コンデンサＣ３は、過電圧防止回路７０とコイルＢＣ１との間に一端を接続されつつ他端をグランドＧＮＤに接続される。このように構成されたローパスフィルタ回路８０は、マイクロ秒オーダーを超える周期の周波数成分については過電圧防止回路７０へ通過させ、マイクロ秒オーダー以下の周期の高周波成分については過電圧防止回路７０へ通過させないという作用を有する。

（２）電源回路の動作：
次に、図２〜４を参照しつつ、以上の回路構成における動作についてローパスフィルタ回路８０がある場合と無い場合とを比較する。図２〜４には、図１におけるＡ点とＢ点の電圧波形を場合分けして模式的に示しつつ、各場合において、過電圧防止回路７０と過電流保護回路３０とがどのように動作するかを示してある。なお、図２〜４に示す例では、本実施形態にかかる電源回路を搭載した電気機器、電子機器の定格電圧をＡＣ１００Ｖとし、ＡＣ２００Ｖは過電圧であるものとする。すなわち、定格のＡＣ１００Ｖを大きく超えるＡＣ２００Ｖを入力されたときに電源回路１００に発生する電圧は、過電圧となるものとする。

図２は、コネクタＡＣ−ｉｎが１００Ｖの交流電源に接続された場合である。
図２（ｂ）のようにローパスフィルタ回路８０が無い場合は、当然ながらＡ点とＢ点の電圧波形は、いずれも１００Ｖの交流が整流回路４０にて全波整流された直流ＤＣとなる。従って、過電圧防止回路７０は過電圧を検出せず、過電流保護回路３０に過電流が流れることも無い。
一方、図２（ａ）のようにローパスフィルタ回路が有る場合は、Ａ点の電圧波形は１００Ｖの交流が整流回路４０にて全波整流された直流ＤＣとなり、Ｂ点の電圧波形は当該直流ＤＣの高周波成分が除去されて平滑化された直流となる。従って、過電圧防止回路７０は過電圧を検出せず、過電流保護回路３０に過電流が流れることも無い。

図３は、コネクタＡＣ−ｉｎが２００Ｖの交流電源に接続された場合である。
図３（ｂ）のようにローパスフィルタ回路８０が無い場合は、当然ながらＡ点とＢ点の電圧波形は、いずれも２００Ｖの交流が整流回路４０にて全波整流された直流ＤＣとなる。従って、過電圧防止回路７０はこの直流ＤＣを過電圧として検出し、過電流保護回路３０に過電流が流れて、交流ＡＣの伝送ラインＬａｃを電気的に切断することにより後段の素子を保護する。
一方、図３（ａ）のようにローパスフィルタがある場合は、Ａ点の電圧波形は２００Ｖの交流が整流回路４０にて全波整流された直流ＤＣとなり、Ｂ点の電圧波形は当該直流ＤＣの高周波成分が除去されて平滑化された直流となる。従って、過電圧防止回路７０はこの直流ＤＣを過電圧として検出し、過電流保護回路３０に過電流が流れて、交流ＡＣの伝送ラインＬａｃを電気的に切断することにより後段の素子を保護する。

図４は、コネクタＡＣ−ｉｎが１００Ｖの交流電源に接続されているときにサージ等のインパルスノイズが流入した場合である。
図４（ｂ）のようにローパスフィルタ回路８０が無い場合は、当然ながらＡ点とＢ点の電圧波形は、いずれもインパルスノイズが重畳された１００Ｖの交流が整流回路４０にて全波整流された直流ＤＣとなる。従って、過電圧防止回路７０はインパルスノイズを過電圧として検出し、過電流保護回路３０に過電流が流れて交流ＡＣの伝送ラインＬａｃを電気的に切断することにより後段の素子を保護する。
一方、図４（ａ）のようにローパスフィルタがある場合は、Ａ点の電圧波形はインパルスノイズが重畳された１００Ｖの交流が整流回路４０にて全波整流された直流ＤＣとなり、Ｂ点の電圧波形は当該直流ＤＣの高周波成分が除去されて平滑化された直流となる。すなわち、Ｂ点の電圧波形からはインパルスノイズが除去され、１００Ｖの交流が整流回路４０にて全波整流された直流ＤＣとほぼ同様の電圧波形となる。従って、過電圧防止回路７０は過電圧を検出せず、過電流保護回路３０に過電流が流れることもない。

以上のように、本実施形態にかかるローパスフィルタ回路８０を備えた電源回路１００によれば、定常的な過電圧からは過電圧防止回路７０と過電流保護回路３０の作用により回路を保護しつつ、瞬間的な過電圧については、ローパスフィルタ回路８０の作用により過電圧防止回路７０の動作を抑制し、ひいては過電流保護回路３０の動作も抑制している。よって、瞬間的な雷等のサージ電圧に対して誤作動・破壊しないようにしつつ、コネクタＡＣ−ｉｎの接続ミス等に起因する定常的な過電圧に対しては確実に作動して回路素子を保護することができる。

（３）まとめ：
以上説明したように本実施形態にかかる電源回路１００は、交流を所定の直流に変換する電源回路１００において、直流の伝送ラインＬｄｃにおける過電圧を防止する過電圧防止回路７０と、過電圧防止回路７０が過電圧を検知すると交流の伝送ラインＬａｃを電気的に切断する過電流保護回路３０と、を備え、直流の伝送ラインＬｄｃと過電圧防止回路７０との間にローパスフィルタ回路８０を介挿してある。よって、インパルスノイズによる誤動作を防止しつつ、本来の過電圧保護のみに保護動作を行うことができる。

なお、本発明は上記実施例に限られるものでないことは言うまでもない。当業者であれば言うまでもないことであるが、
・上記実施例の中で開示した相互に置換可能な部材および構成等を適宜その組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術であって上記実施例の中で開示した部材および構成等と相互に置換可能な部材および構成等を適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
・上記実施例の中で開示されていないが、公知技術等に基づいて当業者が上記実施例の中で開示した部材および構成等の代用として想定し得る部材および構成等と適宜置換し、またその組み合わせを変更して適用すること
は本発明の一実施例として開示されるものである。

１０…ＡＣ入力部、２０…ノイズフィルタ回路、３０…過電流保護回路、４０…整流回路、５０…平滑回路、６０…ラッシュ制限回路、７０…過電圧防止回路、８０…ローパスフィルタ回路、１００…電源回路、ＡＣ−ｉｎ…コネクタ、ＢＣ１…コイル、Ｃ１…アクロス・ザ・ライン・コンデンサ、Ｃ２…平滑コンデンサ、Ｃ３…コンデンサ、Ｄ１…ツェナダイオード、Ｄ２〜Ｄ５…ダイオード、Ｆ１…ヒューズ、ＧＮＤ…グランド、Ｌ１…コモン・モード・チョーク・コイル、Ｌａｃ…伝送ライン、Ｌｄｃ…伝送ライン、Ｒ１…放電抵抗、Ｒ２…ラッシュ制限抵抗

Claims

交流を直流に変換する電源回路において、
当該電源回路の過電圧を検知する過電圧検知回路と、
前記過電圧検知回路が過電圧を検知すると前記交流の伝送ラインを電気的に切断する過電流保護回路と、
を備え、
前記過電圧検知回路の監視対象となる伝送ラインと前記過電圧検知回路との間にローパスフィルタを介挿されることを特徴とする電源回路。
前記過電圧検知回路は、前記直流の伝送ラインを監視対象とし、前記直流の伝送ラインにおける過電圧を検知すると前記直流の伝送ラインをグランドに接続し、
前記過電流保護回路は、前記直流の伝送ラインがグランドに接続されて前記交流の伝送ラインに過電流が流れると前記交流の伝送ラインを電気的に切断することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。
前記ローパスフィルタは、マイクロ秒オーダー以下の周期となる高周波成分を除去することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源回路。
前記ローパスフィルタは、コイルとコンデンサを備え、
前記コイルは、前記過電圧検知回路の監視対象となる伝送ラインと前記過電圧検知回路との間に介挿され、
前記コンデンサは、前記過電圧検知回路と前記コイルとの間に一端を接続され他端をグランドに接続される、
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電源回路。
前記過電圧検知回路は、前記直流の伝送ラインを監視対象とし、アノードを前記直流の伝送ラインに向けつつカソードをグランドに向けて前記直流の伝送ラインとグランドとの間を接続し当該カソードに過電圧を印加されると降伏するツェナダイオードにより構成され、
前記過電流保護回路は、前記ツェナダイオードが降伏したときに前記交流の伝送ラインに流れる過電流によって溶断するヒューズにより構成され、
前記ローパスフィルタは、コイルとコンデンサにより構成され、
前記コイルは、前記直流の伝送ラインと前記ツェナダイオードのカソードとの間に介挿され、
前記コンデンサは、前記ツェナダイオードと前記コイルとの間に一端を接続され他端をグランドに接続され、
前記ツェナダイオードは、前記直流の伝送ラインが過電圧になると降伏して前記直流の伝送ラインをグランドに接続し、
前記ヒューズは、前記直流の伝送ラインがグランドに接続されて前記交流の伝送ラインに過電流が流れると溶断して前記交流の伝送ラインを電気的に切断することを特徴とする請求項１に記載の電源回路。