JP4435497B2 - サージ吸収用フィルタ回路及び電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号入力端子或いは信号出力端子から入来する雷サージから内部回路を保護するために端子部に設けるサージ吸収回路に関し、特にフィルタ回路にサージ吸収機能を持たせたサージ吸収用フィルタ回路及びそのフィルタ回路を備えた電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子機器を雷サージから保護する機能を備えた従来のフィルタ回路は、例えば図１１に示すように形成されていた。図１１は、サージ吸収素子としてのコイルを備えたフィルタ回路を抽出した電子機器の回路図であり、２ａは信号入力端子、３ａは信号出力端子、１５は内部電子回路を示している。そして、フィルタ回路は、信号入力端子２ａ及び信号出力端子３ａにコンデンサＣ３とコイルＬ３を組み合わせてハイパスフィルタ回路として形成され、信号入力端子２ａ及び信号出力端子３ａの信号通路に直流成分を阻止するコンデンサＣ３を介在させ、侵入する雷サージエネルギーをアースに放出するサージ吸収素子としてコイルＬ３が双方の端子とアース間に設けられている。（例えば、特許文献１の図１）
【０００３】
ここで使用されるコイルＬ３は、雷エネルギーに耐える必要があるのは勿論のこと、信号通路に伝送される信号周波数帯の下限においても十分なリアクタンスが必要であり、例えば伝送信号の下限周波数を５ＭＨｚ、雷エネルギーが６ｋＶ、３０００Ａとすると、コイルＬ３は１０μＨ（このとき、コンデンサＣ３は１０００ｐＦ）、使用する銅線の太さは０．４ｍｍ必要であり、更に、雷サージ作用時の強力な磁力から巻き線の乱れを防止するためにコイルは弾性を有する樹脂で覆われて固定されていた。
このように形成したサージ吸収用フィルタ回路の損失及びリターンロスの周波数特性は図１２に示すようであった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２８９２１１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
最近の電子機器の小型化の進展に伴い、サージ吸収用フィルタ回路の小型化も望まれている。その場合、上記コンデンサＣ３に比べてコイルＬ３は大きな設置スペースを必要とするため、コイルＬ３の小型化が効果的であるが、上述するようにフィルタ特性やサージに対する保護機能を劣化させずにコイルＬ３を小型化するのは難しかった。
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、特定の回路を備えた電子機器にあっては、所定の特性を維持したままコイルの小型化、即ちサージ吸収素子の小型化が可能であることを発明者等は見いだしたもので、電子機器に内蔵された特定の回路をサージ吸収用フィルタ回路の一部として利用することで、サージ吸収素子の小型化を図った電子機器及びサージ吸収用フィルタ回路を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、上限周波数及び下限周波数からなる所定の周波数帯の一の伝送信号、および、前記一の伝送信号よりも低周波の伝送信号を入出力する信号入力端子と信号出力端子を備え、前記信号入力端子と信号出力端子との双方に、前記低周波の伝送信号の下限周波数或いは上限周波数のうち、少なくとも下限周波数を決定するフィルタ回路が設けられ、前記信号入力端子と信号出力端子との間に、前記一の伝送信号が単方向に通過可能な単方向回路と、前記下限周波数を含む前記低周波の伝送信号の少なくとも一部の周波数帯の信号が双方向に通過可能なパス回路とを、並列に接続した電子機器に設けるサージ吸収用フィルタ回路であって、前記フィルタ回路が、信号通路に介在させたコンデンサと、該コンデンサの一端とアースとの間に設けて入来するサージをアースに放出するコイルとを有し、双方のフィルタ回路と前記パス回路とから成る回路を合成フィルタ回路として、該合成フィルタ回路が前記信号の下限周波数を決定するよう前記コンデンサ及びコイルの値を選定して成ることを特徴とする。
【０００７】
例えば、ＣＡＴＶ網の引き込みに使用されるドロップアンプの場合、個々の契約者がセンター局等へ信号を送出するための上り信号伝送路は、下り信号（例えば、５４〜１０００ＭＨｚ）に比べて低周波の信号（例えば、５〜４２ＭＨｚ）が使用される。そのため、ドロップアンプの入出力端子間に設けられた上り信号通過回路は下り信号をカットするローパスフィルタを設けた受動素子のみから成り、信号は双方向に通過可能となっている。
この場合、信号入力端子、信号出力端子の双方に設けたフィルタ回路と上記信号通過回路を合わせて１個のサージ吸収用フィルタ回路として作用させることができ、そうすることで各端子に設けたフィルタ回路のコイルの小型化が可能となる。
【０００８】
そこで、サージ吸収用フィルタ回路を上記の如く構成することで、電子機器に設けられた上り信号伝送路は双方向に信号が通過可能なパス回路であるので、サージ吸収用フィルタ回路の一部として作用させて、信号入力端子と信号出力端子との双方の端子に設けたフィルタ回路との合成回路を１個のサージ吸収用フィルタ回路と見ることができる。その結果、端子とアース間に設けたコイルのインダクタンスを従来の略２分の１にでき、コイルの巻き数を削減でき、コイル即ちサージ吸収素子の小型化を図ることができる。
そして、巻き数が削減されることで、入来した雷サージによる応力も小さくなり、樹脂によりコイルを覆わなくても、コイルの長寿命化を図ることが可能となるため、更に小型化に貢献できる。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の発明において、フィルタ回路が、１個のコンデンサと１個のコイルから成るハイパスフィルタ回路であって、コンデンサに対してコイルを端子側に設けて成ることを特徴とする。
この構成により、雷サージの主エネルギーはコイルに印加されるため、コンデンサの耐圧を低くでき、安価なものを使用できる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２記載の発明において、伝送信号の下限周波数が５ＭＨｚであり、ハイパスフィルタを構成するコンデンサが略１０００ｐＦ、コイルが略５μＨであることを特徴とする。
信号通過帯域の下限が５ＭＨｚの場合、従来は端子に設けられるハイパスフィルタのコンデンサが１０００ｐＦ、コイルが１０μＨであったが、パス回路を加味することで、コイルを５μＨとして同等のフィルタ特性を得ることができる。従って、コイルを小さくでき、サージ吸収素子を小型化できる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、双方の端子部の信号通路に設けたコンデンサより小さな容量のコンデンサをパス回路に介在させ、該コンデンサを前記端子の信号通路に設けたコンデンサより温度による特性変化の小さい温度補償用コンデンサとしたことを特徴とする。
この構成により、合成フィルタ回路の温度特性を安定化でき、リターンロス等の特性が温度により劣化することがなくなる。また、端子に設けるコンデンサは、サージ対策用に高耐圧であれば良く、温度特性を考慮する必要が無くなり安価なコンデンサを使用できる。尚、温度補償用コンデンサは、Ｑが高く温度変化に対して安定なコンデンサであり、例えばＪＩＳ規格で磁器コンデンサの種類１が使用できる。
【００１２】
請求項５の発明に係る電子機器は、請求項１乃至４の何れかに記載のサージ吸収用フィルタ回路を備えて構成される。この構成により、パス回路がサージ吸収用フィルタ回路の一部として作用し、信号入力端子と信号出力端子との双方の端子に設けたフィルタ回路との合成回路を１個のサージ吸収用フィルタ回路と見ることができるので、端子とアース間に設けたコイルのインダクタンスを従来の略２分の１にでき、コイルの小型化を図ることができ、電子機器の小型化に貢献できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１はＣＡＴＶ網から契約者宅へ信号線を引き込む際に使用する電子機器としてのドロップアンプの要部回路図を示し、本発明に係るサージ吸収用フィルタ回路部を抽出して示している。図１において、２はＣＡＴＶ網へ接続するドロップアンプ１の信号入力端子、３は契約者宅へ信号を送出するための信号出力端子、４は内部電子回路、そして５はサージ吸収用フィルタ回路の一部を成すハイパスフィルタ回路である。
【００１４】
内部電子回路４は、ＣＡＴＶ網を介してセンター局（図示せず）から送られて来る５４〜１０００ＭＨｚの下り信号を増幅する下り信号増幅部６と、契約者宅に設置された端末機器からセンター局或いは外部通信網に向けて送出される５〜４２ＭＨｚの上り信号を通過させる上り信号通過回路７を有している。下り信号増幅部６は、増幅回路８及び５４ＭＨｚ以上の信号を通過させるためのハイパスフィルタ９を有し、上り信号通過回路７には、４２ＭＨｚを超える信号の通過を阻止するローパスフィルタ１１が設けられている。
【００１５】
ハイパスフィルタ回路５は、信号入力端子２及び信号出力端子３の夫々に設けられ、コンデンサＣ１とコイルＬ１とから形成されている。コンデンサＣ１は、信号入力端子２及び信号出力端子３に、信号通路１０に直列に配置され、コンデンサＣ１の端子側とアースとの間にコイルＬ１が設けられている。ここでは、後述する理由により、コンデンサＣ１は１０００ｐＦ、コイルＬ１は５μＨとなっている。
【００１６】
図２は、このように形成されたサージ吸収用フィルタ回路の等価回路を示している。上り信号周波数帯（５〜４２ＭＨｚ）で見た場合、上り信号通過回路７は、双方向に通過可能なパス回路となる。そのため、この周波数帯で両ハイパスフィルタ回路５，５は直列接続されたものと同等に扱うことができ、等価回路は、図２に示すようにコンデンサＣ１の２分の１の容量のコンデンサとコイルＬ１から成るπ型回路となり、全体を１つのフィルタ回路と見た場合フィルタ特性が異なったものとなる。
そのため、この等価回路を５ＭＨｚ以上の周波数を通過させるハイパスフィルタとするには、コンデンサＣ１が１０００ｐＦの場合、コイルＬ１は５μＦとなる。図３は、このサージ吸収用フィルタ回路の損失及びリターンロスの周波数特性を示すもので、伝送信号の周波数帯である５ＭＨｚ以上で何れの特性も良好な数値を示している。
【００１７】
図１０は、上記図１１に示す従来のサージ吸収用フィルタ回路のコイルＬ３と図１のコイルＬ１の形状を比較している。コイルＬ１は、直径０．４ｍｍの銅線をフェライトコアに１７回巻回して５μＨのインダクタンスを形成し、直径４ｍｍ、長さ１１ｍｍの大きさとなっている。これに対し、従来のコイルＬ３は１０μＨであり、同一の線径を使用し、２６回巻回しているため全体の長さは１５ｍｍと４ｍｍ長いし、更に周囲を弾性を有する樹脂で覆ってコイル銅線を固定しているため更に大きなものとなっている。また、コイル不良となる雷サージテストも従来のものは２０回で巻線が切断したにも拘わらず、本発明の回路の場合、１００回以上耐えている。
【００１８】
このように、信号入力端子及び信号出力端子間に信号が双方向に通過可能なパス回路を備えた電気機器にあっては、サージ吸収機能を持たせたフィルタ回路を各端子に設けた場合、パス回路をサージ吸収用フィルタ回路の一部として使用でき、端子に設けたフィルタ回路との合成回路をサージ吸収用フィルタ回路とすることで、伝送信号周波数帯で見た場合、全体をπ型の等価回路に置き換えることができる。従って、コイルのインダクタンスを従来の略２分の１の値に小さくでき、コイルの小型化を図ることができる。
そして、巻き数が削減できるので、入来した雷サージによる応力も小さくなり、樹脂によりコイルを覆わなくてもコイルの長寿命化を図ることが可能となり、更に小型化に貢献でき、ドロップアンプの小型化に大きく貢献できる。また、コイルをコンデンサの外側（端子側）に配置することで、雷サージの主電圧はコイル印加されるため、コンデンサの耐圧を低くでき、安価なもので済む。
【００１９】
図４はサージ吸収用フィルタ回路の他の例を示し、上記図１との違いはハイパスフィルタ回路５の構成が異なり、コイルＬ１をコンデンサＣ１の内部電子回路４側に接続している。尚、図１と同一或いは同様の構成要素には同一の符号を付与し説明を省略する。このように、コイルＬ１の接続位置はコンデンサＣ１に対して内部回路側に接続しても良く、等価回路はＴ型と成るが、同様にコイルの小型化を図ることができる。
但し、内部回路側にコイルＬ１を設けた場合、コンデンサＣ１には信号入力端子２、或いは信号出力端子３から入来した雷サージは減衰することなく印加されるので、高耐圧が要求される。
【００２０】
図５はサージ吸収用フィルタ回路の他の例を示し、パス回路である上り信号通過回路７の１カ所に、温度特性の良好な温度補償用コンデンサＣ２が挿入されている。この温度補償用コンデンサＣ２は、ハイパスフィルタ回路５を構成するコンデンサＣ１ａに比べ比較的小容量で温度特性が良好なものが使用されている。例えば、ハイパスフィルタ回路５に使用されるコンデンサは、磁器コンデンサの種類２（ＪＩＳ規格）で良いが、温度補償用コンデンサＣ２は磁器コンデンサの種類１（ＪＩＳ規格）が使用される。具体的には、図５では、コンデンサＣ１ａに株式会社ＭＡＲＵＷＡ製ＲＴ−ＨＭ８６ＳＪＹＢ２２２Ｋの２２００ｐＦが使用され、温度補償用コンデンサＣ２には株式会社村田製作所製ＧＲＭ１８８２Ｃ１Ｈ６８１ＤＡ０１Ｋの６８０ｐＦが使用されている。この場合、サージ吸収用フィルタ回路としての合成容量は４２０ｐＦとなる。
【００２１】
図６，図７は、この場合の周波数特性を示し、図６は２５℃での特性、図７は−４０℃での特性を示している。尚、上記図３は、２５℃の特性であり、コンデンサには株式会社ＭＡＲＵＷＡ製ＲＴ−ＨＭ６０ＳＪＹＢ１０２Ｋの１０００ｐＦが使用されている。また、図８は図３と比較するために、図３と同一の回路を−４０℃にした際の特性を示している。
これらの特性図からわかるように、パス回路に比較的小さな容量の温度補償用コンデンサＣ２を設けることで、全体の温度特性は小容量の温度補償用コンデンサＣ２に支配されるので、サージ吸収用フィルタ回路の損失特性やリターンロス特性が信号周波数帯の下限（５ＭＨｚ）においても温度の変化により劣化することがなく温度特性を良好に維持できることがわかる。これに比べて、図１の回路の場合、−４０℃ではリターンロスが５ＭＨｚにおいて約−１２ｄＢと小さく特性が劣化してしまう。これは、従来のフィルタ回路に対しても同様である。
尚、一方の端子に設けられたハイパスフィルタ回路のコンデンサＣ１を温度補償用コンデンサに置き換えることもできるが、雷サージに耐えうる温度補償用コンデンサの入手は困難なため、図５に示すような構成が好ましい。
【００２２】
図９はサージ吸収用フィルタ回路の更に他の例を示し、ドロップアンプ１に分配回路１３が内蔵され、信号出力端子３が複数設けられた場合を示している。この場合も、図示するように各端子２，３にコンデンサＣ１，Ｃ１ｂとコイルＬ１の組から成るハイパスフィルタ回路５を各端子に設けた場合、内部に設けられた上り信号通過回路７の作用により、等価回路からコイルのインダクタンスを小さくでき、その結果コイルＬ１を小さくできる。
但し、信号出力端子３，３間の関係は、分配回路１１の特性に依存し、分配回路特性によりコンデンサＣ１ｂの値は異なったものとなる。
【００２３】
尚、上記実施形態は電子機器としてドロップアンプを例にとり説明したが、入出力端子間で低周波の信号を双方向で通過できるパス回路を有した電子機器であれば、同様に各端子に設けたコイルの小型化を図ることができ、例えばＶＨＦ、ＵＨＦ帯の信号を通過させるパス回路を備えたＢＳ−ＩＦ帯ブースタや、１０〜５５ＭＨｚの上り信号を通過させるパス回路を備えたＢＳ−ＩＦ帯或いはＶＨＦ，ＵＨＦ帯増幅機器に対して適用できるし、周波数変換器、ゴースト除去装置、ビート除去装置等の信号処理装置、抵抗やＰＩＮダイオードを備えた信号減衰器、更には疑似線路減衰器等の電子機器にも容易に適用できる。また、端子部に設けるフィルタ回路をハイパスフィルタ回路として説明したが、コイルＬ１に並列にコンデンサを設けたバンドパスフィルタであってもパス回路があれば同様にコイルの小型化を図ることができる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、信号入力端子と信号出力端子との間に、下限周波数を含む低周波の伝送信号の少なくとも一部の周波数帯の信号が双方向に通過可能なパス回路を備えた電子機器は、パス回路をサージ吸収用フィルタ回路の一部として利用できることで、信号入力端子と信号出力端子との双方の端子に設けたフィルタ回路との合成回路を１個のサージ吸収用フィルタ回路と見ることができる。その結果、端子とアース間に設けたコイルのインダクタンスを従来の略２分の１にでき、コイルの巻き数を削減できる。従って、コイルの小型化を図ることができ、電子機器の小型化に貢献できる。
そして、巻き数が削減されることで、入来した雷サージによる応力も小さくなり、樹脂によりコイルを覆わなくても、コイルの長寿命化を図ることが可能となるため、更に小型化に貢献できる。
また、パス回路に温度補償用コンデンサを設けることで、合成フィルタ回路の温度特性を安定化でき、リターンロス等の特性が温度により劣化することがなくなるし、端子に設けるコンデンサは、サージ対策用に高耐圧であれば良く、温度特性を考慮する必要が無くなり安価なコンデンサを使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子機器の一例を示し、サージ吸収用フィルタ回路を抽出したドロップアンプの回路図である。
【図２】図１のサージ吸収用フィルタ回路の等価回路である。
【図３】図１のサージ吸収用フィルタ回路のロス及びリターンロスの特性図である。
【図４】サージ吸収用フィルタ回路の他の例を示す回路図である。
【図５】サージ吸収用フィルタ回路の他の例を示す回路図である。
【図６】図５のサージ吸収用フィルタ回路のロス及びリターンロスの特性図である。
【図７】図５の−４０℃におけるロス及びリターンロスの特性図である。
【図８】図１のサージ吸収用フィルタ回路の−４０℃におけるロス及びリターンロスの特性図である。
【図９】サージ吸収用フィルタ回路の更に他の例を示す回路図である。
【図１０】本発明のサージ吸収用フィルタ回路に使用するコイルと従来のサージ吸収用フィルタ回路に使用するコイルを比較した表図である。
【図１１】従来の電子機器の要部回路図である。
【図１２】図１１のフィルタ回路のロス及びリターンロスの特性図である。
【符号の説明】
１・・電子機器としてのドロップアンプ、２・・信号入力端子、３・・信号出力端子、４・・電子回路、５・・ハイパスフィルタ回路、６・・下り信号増幅部、７・・パス回路としての上り信号通過回路、８・・増幅回路、１０・・信号通路、１１・・ローパスフィルタ、Ｃ１，Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ・・コンデンサ、Ｃ２・・温度補償用コンデンサ、Ｌ１・・コイル。

Claims (5)

1. 上限周波数及び下限周波数からなる所定の周波数帯の一の伝送信号、および、前記一の伝送信号よりも低周波の伝送信号を入出力する信号入力端子と信号出力端子を備え、前記信号入力端子と信号出力端子との双方に、前記低周波の伝送信号の下限周波数或いは上限周波数のうち、少なくとも下限周波数を決定するフィルタ回路が設けられ、前記信号入力端子と信号出力端子との間に、前記一の伝送信号が単方向に通過可能な単方向回路と、前記下限周波数を含む前記低周波の伝送信号の少なくとも一部の周波数帯の信号が双方向に通過可能なパス回路とを、並列に接続した電子機器に設けるサージ吸収用フィルタ回路であって、
   前記フィルタ回路は、信号通路に介在させたコンデンサと、該コンデンサの一端とアースとの間に設けて入来するサージをアースに放出するコイルとを有し、双方のフィルタ回路と前記パス回路とから成る回路を合成フィルタ回路として、該合成フィルタ回路が前記信号の下限周波数を決定するよう前記コンデンサ及びコイルの値を選定して成ることを特徴とするサージ吸収用フィルタ回路。
2. フィルタ回路が、１個のコンデンサと１個のコイルから成るハイパスフィルタ回路であって、コンデンサに対してコイルを端子側に設けて成る請求項１記載のサージ吸収用フィルタ回路。
3. 伝送信号の下限周波数が５ＭＨｚであり、ハイパスフィルタを構成するコンデンサが略１０００ｐＦ、コイルが略５μＨである請求項２記載のサージ吸収用フィルタ回路。
4. 双方の端子部の信号通路に設けたコンデンサより小さな容量のコンデンサをパス回路に介在させ、該コンデンサを前記端子の信号通路に設けたコンデンサより温度による特性変化の小さい温度補償用コンデンサとした請求項１又は２に記載のサージ吸収用フィルタ回路。
5. 請求項１乃至４に記載のサージ吸収用フィルタ回路を備えた電子機器。

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