JP2018511908A - 電源装置における静電気放電保護および方法 - Google Patents

Abstract

本スイッチング電源装置および方法は、それぞれがアースを有するＡＣ回路部とＤＣ回路部を備える。これらのアースにはそれぞれ、アースへのエネルギー経路を形成する取付ポイントが規定される。取付ポイントの間に接続されるスパークギャップ構造は、取付ポイントの間の静電気エネルギー経路を形成する一方、取付ポイントの間の直流の流れを実質的に妨げる。スパークギャップ構造は、回路基板配線、電子回路部品のリード線、ヒートシンクのような互いに離間した構造物、または他の放電部品によって実装されてもよい。このように、本電源装置は、静電気放電による損傷を防ぐためにアースに依存する必要がない。【選択図】図７

Description

本開示は、全体としては電気および電子設備用の電源装置に関する。より具体的には、本開示は、電源装置およびそれら電源装置が接続される関連電子機器における静電気放電の損傷の影響を最小限にする保護回路構成に関する。開示される保護回路は、様々な用途に利用可能であり、本明細書では、リフトチェアやリクライニングチェアといった電動家具と共に示される。

本セクションは、本開示事項に関連する背景情報を提供するが、これは必ずしも先行技術にはあたらない。

静電気放電（ＥＳＤ）は、乾燥状態で見られるよくある厄介な現象である。人がカーペットの上を歩いたり、布張りをしたチェアに座ったり立ち上がったりする際に生じる静電気は、例えば、１８ｋｖに及ぶことがある。このような静電気は、人や家具から、電子機器、特にＡＣコンセントに接続している電源装置を有する電子機器に伝わることがある。コンセントが三極プラグによって接地している場合、最小限の損傷が観測されるように、静電気放電は通常、精密電子部品を迂回する。第三の極は、静電気放電用の最小抵抗パスとして機能するアースに接続している。しかしながら、接地極付三極プラグを特徴としない電源装置や充電器を装置が用いている場合、静電気放電は精密電子部品を介して広がり、電子機器やその電源装置を損傷させることがある。

接地極付コンセントや三極プラグは静電気放電の問題を解決するように思われるが、全ての住宅や建物がこの特徴を備えているわけではない。さらに、三極プラグを備えていない電子機器も多い。このような場合、電子機器は静電気放電により損傷を受けやすい。

本セクションは、開示事項の概略を示すものであり、その範囲全体又はその全ての特徴を包括的に開示するものではない。

開示される解決策では、アースは本方法の静電気放電に不要である。電源装置に接続される装置に由来する電源装置の直流出力からのＥＳＤは、放電ピンを有するスパークギャップ構造、あるいは、電源装置のＤＣ側およびＡＣ側間に接続される２つ以上の導電面の間の他の構造的な隔たりによって、電源装置内の精密電子部品を通ることなくＡＣラインに安全に放電される。

スパークギャップないし放電ピンは、プリント回路基板上で電源装置のＤＣ側とＡＣ側の間に形成されてもよい。構造的に離間した各導電面も同様に、プリント回路基板上に形成されてもよい。ＤＣ出力端子において、スパークギャップないし放電ピン、または、導電面は、ＤＣ側の（＋）正極端子ないし（−）負極端子またはその両方に接続されてもよいし、あるいは、適切な基準ポイントに接続されてもよい。スパークギャップないし放電ピン、または、導電面の反対側は、ＡＣ側に接続される。具体的には、例えば、プリント回路基板のＡＣ側のライブ（ホット）端子ないしニュートラル端子またはその両方、あるいは、適切な基準ポイントに接続される。

スパークギャップないし放電ピン、または、導電面は、一つ以上の任意の数の面でもよい。スパークギャップないし放電ピン、または、導電面の間隙すなわち距離は、交流成分と直流成分の離間に関する監督局によって許容される最小距離に調整される。このように、電源装置のＡＣ側およびＤＣ側は電気的に絶縁された状態（ＡＣ線間電圧がＤＣ側に流れない）に維持されるが、静電エネルギーは、電源装置の電子部品を損傷しない経路を通って、ＤＣ側からＡＣ側に伝えられる。

本発明の一側面において、電源装置は、装置に電力を供給する際に、交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換するために設けられる。電源装置は、交流電源に接続するＡＣ回路とＡＣ回路に接続するＤＣ回路を備える。ＡＣ回路は、ＡＣアース、ＡＣニュートラル、またはＡＣホット端子といった第一共通基準ポイント（ＡＣ基準ポイント）を有する。ＤＣ回路は、電力供給対象の装置に接続する直流電極を形成し、ＤＣ正極端子、ＤＣ負極端子、またはＤＣアースといった第二共通基準ポイント（ＤＣ基準ポイント）を有する。ＡＣアースおよびＤＣアースは電気的に絶縁され、ＡＣアースとＤＣアース間の直流の流れを実質的に妨げる（その結果、ＡＣ線間電圧のＤＣ側への流れが妨げられる）。第一取付ポイントは、ＡＣ基準ポイントへのエネルギー経路を形成し、第二取付ポイントはＤＣ基準ポイントへのエネルギー経路を形成する。このように、損傷を与える静電荷は、電源装置の精密部品を迂回する。

スパークギャップ構造は第一および第二取付ポイントに接続する。このようなスパークギャップ構造は、第一取付ポイントと第二取付ポイント間の静電エネルギー経路を形成するとともに、第一取付ポイントと第二取付ポイント間の直流の流れを実質的に妨げることができる。

さらなる適用可能な範囲は、本明細書の記載から理解されるだろう。この概要における説明および特定の実施例は、説明のみを目的とするものであり、本開示の範囲を限定するものではない。

ここに示される図面は、選択された実施形態の説明のみを目的とするものであり、可能な全ての実施を示すものではなく、本開示事項の範囲を限定することを意図するものでもない。
電動リクライニングチェアの要素を備える、リクライニングチェアの一例の斜視図であり、電源装置がどのように配置されうるかを示す。 スイッチング電源回路の簡略な電子回路図である。 スイッチング電源回路の一例の詳細な電子回路図である。 図１のチェアの切断側面図であり、静電荷がどのように発生し、チェアあるいは使用者に接触しているノートパソコン等の他の装置に接続する電源装置を介して伝わるかを示す。 図２の簡略な電子回路図の別図であり、開示される改良の恩恵を受けない回路内における静電荷の放電経路を示す。 図３の詳細な電子回路図の別図であり、開示される改良の恩恵を受けない回路内における静電荷の放電経路を示す。 保護スパークギャップ構造の第一実施形態を用いる電源装置の簡略なブロック図である。 保護スパークギャップ構造の第一実施形態を用いる電源装置の簡略なブロック図である。 図３の電源装置と類似するが、図７のスパークギャップ構造を備える電源装置の詳細な電子回路図であり、スパークギャップ構造が接続可能な、考えられるいくつかの異なる取付ポイントを示す。 放電ピンを用いたスパークギャップ構造の一実施形態を示す、プリント回路基板の部分平面図である。 互いに離間したヒートシンクを用いたスパークギャップ構造の別の実施形態を示す、プリント回路基板の部分平面図である。 互いに離間した関係にあり、放電ギャップを形成するリード線を有する電源回路部品を詳細に示す。

いくつかの図面を通じて、対応する参照番号は、対応する部分を示す。

添付の図面を参照して、例示的実施形態をより詳細に説明する。

本明細書では、以下の２種類の従来の使用事例に関連して、静電気放電保護の技術が説明される。ＤＣ電源装置を用いてモータおよび制御器回路に動力を供給する電動チェア、および、ＤＣ電源装置を用いて内部バッテリを充電すると共に、運転電力を得るノートパソコン。これらは本明細書に記載される回路としての例示的な装置であり、使用の際、通常ＡＣコンセントにプラグが差し込まれるＤＣ電源装置によって電力が供給される他のタイプの装置にも適用可能である。

図１を参照して、例示的な電動アシスト式リクライニングチェア１０が示される。チェア１０は、電動リフトチェアの一例でもあるが、リクライニングチェアとリフトチェアの主な違いは、そのモータアシスト動作領域にある。チェア１０のモータや他の電気・電子部品を稼働させる電力は、ＡＣ壁コンセント１４といった交流（ＡＣ）源にも接続されるＤＣ電源装置１２から得られる。チェア１０に、チェアのアームに装着されるコントローラ１５を設けてもよい。コントローラ１５に電源装置から電力が供給され、チェアの背もたれやレッグレスト部を調整する内部モータ（図示されず）を動かす制御電圧を供給する。このアーム装着型コントローラ１５に代わって、あるいは、加えて、取り外し可能なコントローラ１６が設けられてもよい。コントローラ１６は、本質的にはコントローラ１５と同様に機能するが、図示されるように、アンビリカルコードを介して内部電子部品に取り付けられる。第三の代替案として、チェアの内部電子部品は、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＷｉＦｉプロトコルと互換性のある無線回路を含んでもよく、これにより、スマートフォンやタブレット型コンピュータといった携帯型装置から遠隔制御が可能となる。

電源装置１２は、スイッチング電源であることが好ましい。スイッチング電源は、標準６０ｈｚ（または地域によっては５０Ｈｚ）のＡＣ電力を、より高周波の交流に変換する。この変換は、従来、スイッチングトランジスタ等の固体デバイスで行われる。ＡＣ電力をより高周波に変換することにより、より小型の降圧トランスの使用が可能となり、その結果、より小型で利便性が増した、民生用途にさらに適した電源パッケージが得られる。このようなより高周波の交流の電圧が、ＤＣモータやＤＣ制御器回路と適合する電圧に降圧されると、降圧された電圧は整流され、所望のＤＣ電圧に変換される。このように、スイッチング電源は、降圧トランスの一次側にＡＣ部を有し、降圧トランスの二次側にＤＣ部を有する。

さらなる説明のために、図２は、例示的なスイッチング電源回路をブロック図で示す。電源回路は、ＡＣ入力端子２２で、交流電源に接続可能とされるＡＣ回路部２０を有する。端子２２は、ＡＣ壁コンセントへの接続用の適切な電源コードに接続される。電源回路はまた、正極および負極のＤＣ端子２６を有するＤＣ回路部２４を有する。正極および負極のＤＣ端子２６は、後に、電源装置によって電力が供給される装置に接続される。図２に示される電源装置はスイッチング電源の一例であり、このスイッチング電源は、壁コンセントによって供給される交流電源の周波数より高い周波数でスイッチ交流を生ずるアクティブスイッチング部品２８を有する。図示されるように、ＤＣ回路部およびＡＣ回路部は、変圧器３０を介して互いに接続され、変圧器３０は、ＡＣ回路部とＤＣ回路部の境界線を規定する。

変圧器３０は巻回され、降圧トランスとして機能する。他の適切な整流器用のダイオード３２は、降圧された電圧を変圧器３０の二次側で直流に変換し、この直流はその後、平滑コンデンサ３４によって平滑化される。ツェナーダイオード３６、または、他の適切な電圧制御装置は、出力ＤＣ電圧を用途に応じた所望の公称動作電圧にクランプする。

図示される実施形態では、アクティブスイッチング部品２８は、電子駆動回路３８によって駆動される。回路３８はフィードバック回路４０の一部をなす。このフィードバック回路４０は、異なる負荷の下、端子２６におけるＤＣ電圧出力を所望の電圧に維持可能なペースで、アクティブスイッチング部品２８へのパルスを制御する。フィードバック回路は、ＡＣ回路部からＤＣ回路部を電気的に絶縁する光カプラ４２を有する。駆動回路３８は、 ブリッジ整流器４４および平滑コンデンサ４６を用いて得られるＤＣ供給電圧で作動する。なお、ブリッジ整流器４４および平滑コンデンサ４６は、電源装置のＡＣ回路部にあるが、ＤＣ動作圧力を供給し、アクティブスイッチング部品２８および駆動回路３８を作動させる。

電波障害（ＥＭＩ）フィルタ４８は、ＡＣ入力端子のライン（Ｌ）側およびニュートラル（Ｎ）側にわたって配置され、ＡＣ電源コードを介して回路に入る電気ノイズや電圧サージから回路を保護する。

ＡＣ回路部２０は、ＡＣアース記号５０によって示されるＡＣアースを有する。このＡＣアース記号５０は、ＡＣ回路部２０内の多数のポイントで見られる。例えば、ＡＣ回路部内の多数のコンデンサと同様にブリッジ整流器４４の端子の一つが、ＡＣアースに接続される。同様に、アクティブスイッチング部品２８が、バイアス抵抗器５２を介してＡＣアース５０に接続される。また、同様に、駆動回路３８が、自身のアースピン５４において回路アースに付される。

ＤＣ回路部２４は、自身のＤＣアース５６を有する。図２のＡＣアースと区別するために、異なる記号がＤＣアースに用いられている。なお、図示される実施形態において、ＤＣ端子２６のうち負極端子がＤＣアース５６に接続される。また、反対の極性を有する回路を構築することも可能であり、この場合、正極のＤＣ端子がアースに接続する。電源装置の必要条件次第で、いずれの選択肢も可能である。

図３は、電源装置の一実施形態のより詳細な回路図を示す。適用可能であれば、図２と同じ参照番号が、同様の、または、類似する部品を示すために用いられている。図３と関連して記載されるように、変圧器３０は通常、ＡＣ回路部２０とＤＣ回路部２４の境界線を規定する。

図３の回路（さらに図２のより一般化された回路）を観察すると、ＡＣアースとＤＣアースが電気的に絶縁され、これらのアース間の直流の流れを実質的に妨げることが分かる。変圧器３０は、離間した一次巻き線と二次巻き線とを有するため、変圧器の二次側のＤＣ電流は一次側に流れない。同様に、フィードバック抵抗４１によって測定されるＤＣ電圧によっては、光カプラ４２を介して流れる電流は生じない。というのは、この装置は、ＤＣ電流が装置内を流れないように設計されているからである。図３の回路を注意深く観察すると、コンデンサ５８が、ＡＣアース５０とＤＣアース５６を接続するように設けられていることが分かる。当然のことながら、このコンデンサもＡＣアースとＤＣアースの間の直流の流れを妨げる。

静電荷が図３の回路にＤＣ端子２６から入ると、ＡＣ入力端子２２のより低い電位に向かって、接続された部品中を電荷が急速に移動するため、電源回路に重大なダメージが後から起こる可能性がある。この点に関し、ＡＣ入力端子は、ＡＣ送電網にも接続される電源コンセントに差し込まれていることから、静電荷は、アース（ＡＣ送電網が堅固に固定されている）に戻るように移動する。図２の回路を例として用い、図５は、静電荷がＤＣ端子２６からＡＣ端子２２に移動する際の例示的な途中経路を示す。図示されるように、この放電経路は、電源装置が備える精密電子回路の全てではないが多くを横切る。これらの回路は、静電気により生じた、昇圧した電圧で動作するように設計されていないため、永久的な損傷が起こりうる。

静電気が、電源装置１２の精密電子部品内に到達する状況は多い。非常に一般的な状況として、人がカーペット上を歩いたり、チェアやソファに座ったり立ち上がったりする際に、静電気が起こることが挙げられる。人の洋服とチェアを覆う布といった二つの絶縁する物体が互いに擦り合う時、この現象が起こる。この現象は、湿度水準が低い場合に非常に多く見られる。

図４は、静電気がどのように生じ、また、重大な損傷が起こりうる、精密な電源回路に到達しうるかを示す。図４に示されるように、ノートパソコン７０を持ちながらチェア１０に座っている人が、前方に滑るように移動し、チェアから離れる。このような動作時、その人の臀部がチェアの布地１１と擦れ、人の洋服の布がチェアの布ないし他の素材と擦れると、正（＋）電荷と負（−）電荷が分離する。人の洋服やチェアの布地ないし他の素材は導電性が比較的低いため、負電荷が一方の素材に蓄積され、正電荷がもう一方に蓄積される。図４に図示されるところでは、人の洋服が正電荷を帯び、チェアの布地が負電荷を帯びている。人が座ったままでいれば、これらの正電荷と負電荷は互いに引きつけ合い、絶縁面が互いに接触する局所領域に留まろうとするだろう。しかしながら、人が立ち上がると、これらの二つの絶縁面が離間し、正電荷と負電荷はもはや互いに引き付け合わなくなる。

従って、図４におけるチェアは負に帯電し、一方で、人（および人によって保持される物）は正に帯電する。図４において、人はノートパソコン７０を保持しており、このノートパソコンも正に帯電することになる。

チェア１０とノートパソコン７０は共に各々の電源装置１２ａおよび１２ｂに接続しているため、チェアに帯びた静電気、および、人とノートパソコンが帯びる静電気は、ＡＣ電源コンセント１４を介してたまたま到達可能な大地に向かって流れることになる。この点に関し、ＡＣ電源コンセント１４は、電気設備の公共事業会社によって管理される電気送電網に接続されている。この送電網は多くのポイントで慎重にアースされており、ＡＣ電源コンセントは非常に大型のアースシンクをなし、正電荷と負電荷の両方を引き付ける。従って、例えば図４において、元々チェアのクッション布地１１が帯びていた負（−）電荷は、クッション１３とフレーム１７を流れることになる。この電荷はその後、フレームから制御回路１７およびモータ１９に流入する。制御回路１７は電源装置１２ａに接続しているため、電荷はＤＣ電力供給リード線２１をたどって、チェアコントローラ用の電源装置１２に流入する。

同様に、人がチェアから立ち去ると、元々人の洋服に帯電していた正（＋）電荷は、ノートパソコン７０に流入し、その後、ＤＣ電力供給リード線２３をたどって、ノートパソコンの電源装置１２ｂに流入することになる。

正電荷であろうと負電荷であろうと、図５に示されるように、電荷は通常電源回路を流れることになる。なお、電荷は、ＤＣ端子２６を通じて電源回路に流入し、その後全てではないが多くの精密電子部品を流れ、最終的に電源装置のＡＣ入力端子２２から出ていく。チェア１０用の電源装置の場合、静電荷は負電荷である（図４の例に基づく）。ノートパソコン７０が人に保持されている場合、電荷は正電荷であろう（図４の例に基づく）。いずれの場合も、これらの静電荷は、対応する電源回路を瞬く間に通り過ぎ、精密電子部品領域にダメージを与えることになる。さらなる説明のために、図６は、図３の電源装置の部品を通る、従来の静電気放電経路を示す。

静電気放電の問題を解決するために、改良された電源回路は静電気放電構造を採用する。この静電気放電構造は、静電気エネルギーのルートを精密電子部品を避ける経路に定める。この構造を実装するために、回路は、ＡＣアースへのエネルギー経路を形成する第一取付ポイントと、ＤＣアースへのエネルギー経路を形成する第二取付ポイントを規定する。これらの第一取付ポイントと第二取付ポイントはスパークギャップ構造に接続する。スパークギャップ構造は、第一取付ポイントと第二取付ポイントの間の静電気エネルギー経路を形成する。スパークギャップ構造は単独で、第一取付ポイントと第二取付ポイント間の直流の流れを実質的に妨げる（すなわち、スパークギャップ構造は、第一取付ポイントと第二取付ポイントの間の短絡を起こさない）。図７および８はこの構成を図示する。図７を参照し、ＡＣ回路部２０は、ＡＣアース５０へのエネルギー経路を形成する、少なくとも一つの取付ポイント７２を有する。同様に、ＤＣ回路部２４は、ＤＣアース５６へのエネルギー経路７５を形成する、少なくとも一つの取付ポイント７４を有する。スパークギャップ構造７６は、図示されるように、取付ポイント７２と取付ポイント７４の間に接続される。図７において、この例示的なスパークギャップ構造は、一対または複数対の放電ピン７８（図６では３対が図示）を備える。これらの放電ピンは、離間距離が２ｍｍ以上８ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以上７ｍｍ以下のエアギャップを形成する。提示される好ましい実施形態では６．２ｍｍの距離を採用している。

図８は、別の実施形態を示す。この実施形態では、スパークギャップ構造７６が一対の導電面８０を有する。この一対の導電面８０は互いに離間し、２ｍｍ以上８ｍｍ以下、好ましくは、４ｍｍ以上７ｍｍ以下の離間距離を規定する。これらの導電面は、回路内で別の機能を有する金属部品を用いて実装されてもよい。そのような金属部品としては、例えば、互いに離間した一対のヒートシンクや、コンデンサ等の回路部品上の互いに離間したリード線セットが挙げられる。あるいは、スパークギャップ構造は、気体放電管装置を用いて実装されてもよい。

改良された電源回路の実装に際し、第一取付ポイントおよび第二取付ポイントの形成に関してしばしばいくつかの異なる選択肢がある。好ましくは、ＡＣ回路部とＤＣ回路部のそれぞれに配置されるアクティブな電子部品が近接して取り付けられていないポイントが選択される。図２において、例えば、適切なＡＣ部の取付ポイントはＡ１−Ａ５として示され、適切なＤＣ部の取付ポイントは、Ｄ１−Ｄ２として示される。スパークギャップ構造は、ＡＣ部の取付ポイントとＤＣ部の取付ポイント間に接続されることから、本質的に静電放電を精密電子部品を避けて案内する。つまり、取付ポイントＤ２と取付ポイントＡ１間に接続されるスパークギャップ構造により、例えば、静電放電エネルギーはポイントＤ２からポイントＡ１に直接案内し、ポイントＤ２とポイントＡ１の間の全ての精密電子部品を迂回することになる。取付ポイントＤ１および／または取付ポイントＤ２と一つ以上のポイントＡ１−Ａ５の間の他の接続により、同様の回路保護が可能となる。

図３も同様に、当該回路の適切な取付ポイントを示す。これらの取付ポイントは、ポイントＡ１−Ａ７（ＡＣ回路部側）とポイントＤ１−Ｄ３（ＤＣ回路部側）とされる。適用可能であれば、図２の取付ポイントと合うように同様の符号が用いられている。図３の回路は図２の回路よりさらに詳細であるため、より適切な取付ポイントが図示されている。特に注目すべきは、取付ポイントＡ５とＤ４である。これらの取付ポイントは、コンデンサ５８のＡＣ回路部側とＤＣ回路部側に対応する。コンデンサ５８は、図３においてＡＣ回路部内に示されているが、実際にはＡＣアースとＤＣアースをつなぐ役割を果たしている。従って、コンデンサ５８は、ＡＣ回路部とＤＣ回路部間の境界線を規定すると言える。図１２に示されるように、コンデンサは回路基板または他の適切な接続ポイントに設置され、コンデンサのリード線が内外に延出して、スパークギャップ構造を形成してもよい。

今度は図９を参照すると、図６の回路の変形形態が示される。この回路は、ＡＣ回路部取付ポイントとＤＣ回路部取付ポイントの間に接続されるスパークギャップ構造７６を有する。図示の便宜上、取付ポイントＡ１と取付ポイントＤ１が用いられている。図示されるように、静電エネルギーがＤＣ端子２６に入ると、静電エネルギーはスパークギャップ構造７６を経由し、全ての精密電子部品を迂回する。この点に関し図６と比較する。図６では、スパークギャップ構造が用いられず、静電エネルギーが精密電子部品の全てないしほとんどを横切り、ダメージを引き起こす。

なお、図９では五対の放電ピン７８を備える一つのスパークギャップ構造７６が示されるが、使用されるスパークギャップ構造の数と、それぞれの放電ピンの対の数は変更可能である。例えば、必要であれば、第二のスパークギャップ構造が取付ポイントＡ４および取付ポイントＤ２の間に接続、または、他の適切なＡＣ回路部取付ポイントとＤＣ回路部取付ポイントの間に接続されてもよい。

図２および図３は、回路図の観点から考えうるＡＣ回路部取付ポイントおよびＤＣ回路部取付ポイントのいくつかを示す。実際の実体的な実施形態では、取付ポイントは、回路図に従って、電源装置の電子部品が取り付けられているプリント回路基板の領域ないし回路配線に組み込まれてもよい。図１０は、複数対の放電ピン７８を有するスパークギャップ構造７６が、プリント回路基板の一部としてどのように製造されるかを示す。複数対の放電ピンは互いに離間し、距離ｄの間隙を形成する。ある実施形態では、距離ｄは、４ｍｍ以上７ｍｍ以下であるが、２ｍｍ以上８ｍｍ以下でもよい。例えば、見やすくなるよう拡大された図１０に示される実施形態において、距離ｄは６．４ｍｍである。

この場合、金属製の回路配線がプリント回路基板８４の片側に配置される。こうして、静電気が対になった配線の間を飛び越えられるように、金属性の放電ピンは大気に曝される。いくつかの回路基板製造工程において、回路配線は非導電性の保護コーティングで覆われる。このようなコーティングが設けられる場合、コーティングの塗布時に金属製の放電ピンの周りの領域はマスクされるため、放電ピンは大気に曝されたままとなり、使用中の静電放電を可能にする。なお、回路基板配線として実装された一つのスパークギャップ構造が図１０に示されているが、このようなスパークギャップ構造はいくつか用いられてもよく、これらのスパークギャップ構造は、物理的ないし製造上の制約に応じて、同じ取付ポイントないし異なる取付ポイントに接続されてもよい。

スパークギャップ構造の別の実体的な形態が図１１に示される。この実施形態では、金属ヒートシンクが設けられ、ＡＣ回路部およびＤＣ回路部上の部品から熱を放散させる。例えば、ＡＣ回路部上では、アクティブスイッチング部品（例えば、図２および図３の部品２８）はヒートシンク９０に熱的に接続してもよい。ＤＣ回路部上では、ダイオード３２がヒートシンク９２に熱的に接続してもよい。その後、これら２つのヒートシンクは図１１に示されるように位置決めされ、上述の寸法とされる距離ｄのエアギャップを規定し、これら２つのヒートシンクがスパークギャップ構造として機能してもよい。これらのヒートシンクは、上述のような適切な取付ポイントに電気的に接続される。図１１において、ヒートシンク９０は、ＡＣアースポイントの全てが取り付けられたＡＣ側シャーシに電導可能に取り付けられることにより、ＡＣアースに電気的に接続する。アクティブスイッチング部品２８のショートを妨げるために、マイカ絶縁体（図示されず）が部品２８とヒートシンク９０の間で用いられる。図１１において、ヒートシンク９２は導電可能に取付ポイントＤ３に取り付けられ、取付ポイントＤ３はまた、ダイオード３２の陰極（負極端子）に電気的に接続される（図２および図３参照）。

スパークギャップ構造の第三の実体的な形態が図１２に示される。この実施形態では、図示されるように、コンデンサ５８の２本のリード線９３が外方に延出し、かつ、内方に曲がって、９４のようなスパークギャップを形成する。図示されないが、第四の実体的な形態は、ＡＣ回路部およびＤＣ回路部のそれぞれの取付ポイントの間に接続される気体排出装置を用いる。

スパークギャップ構造の異なる実体的な形態が別個に記載されているが、これらの異なる形態は、必要に応じて組み合わせて用いられてもよい。

装置に電力を供給するために交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換する電力供給装置において、ＥＳＤの流れを妨げる保護回路の形成方法もまた実施可能である。当該方法は以下の工程から構成可能である：
交流電源に接続可能とされ、ＡＣ基準点を規定する第一共通基準点を有するＡＣ回路を設け、
ＡＣ回路に接続され、電力供給対象の装置に接続される直流端子と、ＤＣ基準点を規定する第二共通基準点とを有するＤＣ回路を設け、
前記ＡＣ基準点と前記ＤＣ基準点の間を電気的に絶縁し、これら基準点の間の直流の流れを実質的に妨げ、
前記ＡＣ基準点へのエネルギー経路として機能する第一取付ポイントを設け、
前記ＤＣ基準点へのエネルギー経路として機能する第二取付ポイントを設け、
前記第一取付ポイントおよび前記第二取付ポイントに接続され、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の静電気エネルギー経路を形成する一方、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の直流の流れを実質的に妨げるスパークギャップ構造を形成する。

当該方法はまた、以下の工程から構成可能である：
交流電源に接続可能とされ、ＡＣ基準点を規定する第一共通基準点を有するＡＣ回路を設け、
ＡＣ回路に接続され、電力供給対象の装置への接続用の直流端子と、ＤＣ基準点を規定する第二共通基準点とを有するＤＣ回路を設け、
前記ＡＣ基準点と前記ＤＣ基準点の間を電気的に絶縁し、これら基準点の間の直流の流れを実質的に妨げ、
前記ＡＣ基準点へのエネルギー経路として機能する、プリント回路基板上に規定される第一取付ポイントを設け、
プリント回路基板上に規定され、前記ＤＣ基準点へのエネルギー経路として機能する第二取付ポイントを設け、
少なくとも一対の互いに離間した回路配線を形成し、この対の一方の配線は第一取付ポイントに電気的に接続され、この対の他方の配線は第二取付ポイントに電気的に接続されてスパークギャップ構造として機能し、該スパークギャップ構造は前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間に接続され、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の静電気エネルギー経路を形成する一方、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の直流の流れを実質的に妨げる。

各実施形態の上記記載は、図解および説明の目的で提供される。この記載は、網羅的または開示事項を限定することを意図しない。特定の実施形態の個別の要素または特徴は、一般にその特定の実施形態に限定されないが、適用可能な場合には、詳細に図示または説明されないとしても選択された実施形態で交換可能であり、使用可能である。同じものが多くの点で変更されてもよい。そのような変更は本開示事項からの逸脱とはみなされない。そのような変形は全て本開示事項の範囲内に含まれることが意図される。

図３も同様に、当該回路の適切な取付ポイントを示す。これらの取付ポイントは、ポイントＡ１−Ａ７（ＡＣ回路部側）とポイントＤ１−Ｄ４（ＤＣ回路部側）とされる。適用可能であれば、図２の取付ポイントと合うように同様の符号が用いられている。図３の回路は図２の回路よりさらに詳細であるため、より適切な取付ポイントが図示されている。特に注目すべきは、取付ポイントＡ５とＤ４である。これらの取付ポイントは、コンデンサ５８のＡＣ回路部側とＤＣ回路部側に対応する。コンデンサ５８は、図３においてＡＣ回路部内に示されているが、実際にはＡＣアースとＤＣアースをつなぐ役割を果たしている。従って、コンデンサ５８は、ＡＣ回路部とＤＣ回路部間の境界線を規定すると言える。図１２に示されるように、コンデンサは回路基板または他の適切な接続ポイントに設置され、コンデンサのリード線が内外に延出して、スパークギャップ構造を形成してもよい。

Claims (25)

1. 交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換し、装置に電力を供給する電源装置であって、
   交流電源に接続可能とされ、ＡＣ基準点を規定する第一共通基準点を有するＡＣ回路と、
   前記ＡＣ回路に接続され、電力供給対象の装置に接続される直流端子を形成し、ＤＣ基準点を規定する第二共通基準点を有し、前記ＤＣ基準点は前記ＡＣ基準点と電気的に絶縁され、前記ＡＣ基準点と前記ＤＣ基準点の間の直流の流れを実質的に妨げるＤＣ回路と、
   前記ＡＣ基準点へのエネルギー経路を形成する第一取付ポイントと、
   前記ＤＣ基準点へのエネルギー経路を形成する第二取付ポイントと、
   前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントに接続され、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の静電気エネルギー経路を形成する一方、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の直流の流れを実質的に妨げるスパークギャップ構造と、
   を備えることを特徴とした電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置において、
   前記第一取付ポイントおよび前記第二取付ポイントはプリント回路基板上に規定され、
   前記スパークギャップ構造は、少なくとも一対の互いに離間した回路配線を有し、この対の一方の配線は前記第一取付ポイントに電気的に接続され、この対の他方の配線は前記第二取付ポイントに電気的に接続されることを特徴とする電源装置。
3. 請求項２に記載の電源装置において、前記互いに離間した対をなす回路配線は、離間距離が４ｍｍ以上７ｍｍ以下のエアギャップを形成することを特徴とする電源装置。
4. 請求項２に記載の電源装置において、前記互いに離間した対をなす回路配線は、離間距離が２ｍｍ以上８ｍｍ以下のエアギャップを形成することを特徴とする電源装置。
5. 請求項２に記載の電源装置において、前記対をなす回路配線はそれぞれ、少なくとも一部が大気に曝されていることを特徴とする電源装置。
6. 請求項１に記載の電源装置において、前記ＡＣ回路は、前記ＡＣ回路を備える部品に取り付けられる金属ヒートシンク構造を備え、この金属ヒートシンク構造は前記スパークギャップ構造の一部をなすことを特徴とする電源装置。
7. 請求項１に記載の電源装置において、前記ＤＣ回路は、前記ＤＣ回路を備える部品に取り付けられる金属ヒートシンク構造を備え、この金属ヒートシンク構造は前記スパークギャップ構造の一部をなすことを特徴とする電源装置。
8. 請求項４に記載の電源装置において、
   前記ＡＣ回路は、前記ＡＣ回路を備える部品に取り付けられる第二金属ヒートシンク構造を備え、この第二金属ヒートシンク構造は前記スパークギャップ構造の別の一部をなし、
   前記第一ヒートシンク構造と前記第二ヒートシンク構造は、互いに離間して配置されて、前記第一ヒートシンク構造と前記第二ヒートシンク構造の間に静電気エネルギー経路を形成する一方、前記第一ヒートシンク構造と前記第二ヒートシンク構造の間の直流の流れを妨げることを特徴とする電源装置。
9. 請求項８に記載の電源装置において、前記第一ヒートシンク構造と前記第二ヒートシンク構造は、離間距離が４ｍｍ以上７ｍｍ以下で離間することを特徴とする電源装置。
10. 請求項８に記載の電源装置において、前記互いに離間した対をなす回路配線は、離間距離が２ｍｍ以上８ｍｍ以下のエアギャップを形成することを特徴とする電源装置。
11. 請求項１に記載の電源装置において、前記スパークギャップ構造は、前記ＡＣ回路と前記ＤＣ回路の間に橋渡しするように接続されるコンデンサを備え、このコンデンサは、互いに離間されて静電気エネルギー経路をなす間隙を形成する一対のリード線を有することを特徴とする電源装置。
12. 請求項１１に記載の電源装置において、前記形成された間隙は、４ｍｍ以上７ｍｍ以下であることを特徴とする電源装置。
13. 請求項１１に記載の電源装置において、前記形成された間隙は、２ｍｍ以上８ｍｍ以下であることを特徴とする電源装置。
14. 請求項１に記載の電源装置において、前記スパークギャップ構造は、静電気エネルギー経路を形成する一方、直流の流れを実質的に妨げる気体排出装置を備えることを特徴とする電源装置。
15. 請求項１に記載の電源装置において、前記ＡＣ回路と前記ＤＣ回路はスイッチング電源として機能することを特徴とする電源装置。
16. 請求項１に記載の電源装置において、
    前記ＡＣ回路は、前記交流電源の周波数よりも高い周波数でスイッチ交流を作り出す少なくとも一つのアクティブスイッチング部品を有し、
    前記ＤＣ回路は変圧器を介して前記ＡＣ回路に接続し、前記ＤＣ回路は、前記スイッチ交流を直流に変換する整流器を有することを特徴とする電源装置。
17. 請求項１に記載の電源装置において、前記ＡＣ回路と前記ＤＣ回路は、前記ＡＣ回路と前記ＤＣ回路の間の境界線を規定する変圧器によって接続されることを特徴とする電源装置。
18. 請求項１に記載の電源装置において、前記ＡＣ基準点は、ＡＣアースと、ＡＣライブと、ＡＣニュートラルからなる群から選択されることを特徴とする電源装置。
19. 請求項１に記載の電源装置において、前記ＤＣ基準点は、ＤＣ正極端子とＤＣ負極端子からなる群から選択されることを特徴とする電源装置。
20. 装置への電力供給に際して交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換する電源装置において、静電放電の流れを妨げる方法であって、
    交流電源に接続可能とされ、ＡＣ基準点を規定する第一共通基準点を有するＡＣ回路を設け、
    前記ＡＣ回路に接続され、電力供給対象の装置に接続される直流端子と、ＤＣ基準点を規定する第二共通基準点とを有するＤＣ回路を設け、
    前記ＡＣ基準点と前記ＤＣ基準点の間を電気的に絶縁し、これら基準点の間の直流の流れを実質的に妨げ、
    前記ＡＣ基準点へのエネルギー経路として機能する第一取付ポイントを設け、
    前記ＤＣ基準点へのエネルギー経路として機能する第二取付ポイントを設け、
    前記第一取付ポイントおよび前記第二取付ポイントに接続され、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の静電気エネルギー経路を形成する一方、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の直流の流れを実質的に妨げるスパークギャップ構造を形成する
    ことを特徴とする方法。
21. 請求項２０に記載の方法であって、
    前記第一取付ポイントおよび前記第二取付ポイントはプリント回路基板上に規定され、
    前記スパークギャップ構造は、少なくとも一対の互いに離間した回路配線を有し、この対の一方の配線は前記第一取付ポイントに電気的に接続され、この対の他方の配線は前記第二取付ポイントに電気的に接続されることを特徴とする方法。
22. 請求項２１に記載の方法において、前記互いに離間した対をなす回路配線は、離間距離が４ｍｍ以上７ｍｍ以下のエアギャップを形成することを特徴とする方法。
23. 装置への電力供給に際して交流（ＡＣ）を直流（ＤＣ）に変換する電源装置において、静電放電の流れを妨げる方法であって、
    交流電源に接続可能とされ、ＡＣ基準点を規定する第一共通基準点を有するＡＣ回路を設け、
    前記ＡＣ回路に接続され、電力供給対象の装置に接続される直流端子と、ＤＣ基準点を規定する第二共通基準点とを有するＤＣ回路を設け、
    前記ＡＣ基準点と前記ＤＣ基準点の間を電気的に絶縁し、これら基準点の間の直流の流れを実質的に妨げ、
    前記ＡＣ基準点へのエネルギー経路として機能する、プリント回路基板上に規定される第一取付ポイントを設け、
    プリント回路基板上に規定され、前記ＤＣ基準点へのエネルギー経路として機能する第二取付ポイントを設け、
    少なくとも一対の互いに離間した回路配線を形成し、この対の一方の配線は前記第一取付ポイントに電気的に接続され、この対の他方の配線は前記第二取付ポイントに電気的に接続されてスパークギャップ構造として機能し、該スパークギャップ構造は前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間に接続され、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の静電気エネルギー経路を形成する一方、前記第一取付ポイントと前記第二取付ポイントの間の直流の流れを実質的に妨げる
    ことを特徴とする方法。
24. 請求項２３に記載の方法において、前記互いに離間した対をなす回路配線は、離間距離が２ｍｍ以上８ｍｍ以下のエアギャップを形成することを特徴とする方法。
25. 請求項２３に記載の方法において、前記対をなす回路配線はそれぞれ、少なくとも一部が大気に曝されていることを特徴とする方法。

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