WO2004109887A1

WO2004109887A1 - 逆起電力防止ユニット

Info

Publication number: WO2004109887A1
Application number: PCT/JP2004/007645
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Yamashita
Original assignee: Audio-Labo Corporation; Ntt Gp-Eco Communication, Inc.
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2004-12-16
Also published as: JP2005012994A; US7821760B2; US20070159134A1; JP4256810B2

Abstract

バッテリの負荷や充電用発電機のオンオフ時に発生する逆起電力によるノイズの発生を防止し、電製品であるカーオーディオのスピーカーから発生するノイズや電子機器の誤動作を抑制することができ、しかも既存のバッテリに簡単に取り付けることのできるバッテリの逆起電力防止ユニットを提供する。直流供給源であるバッテリの正端子と負端子にそれぞれ接続される正側リード線(102)と負側リード線(103)の間に、逆流阻止ダイオード(104)と過電流で溶断するヒューズ(105)とを直列に接続するとともに、逆流阻止ダイオード(104)と並列にコンデンサ(106)を接続する。

Description

逆起電力防止ュニット技術分野

本発明は、誘導性負荷に発生する逆起電力を吸収する直流電源の逆起電力防止ュニットに関する。

本願は、 2 0 0 3年 5月 2 8日に出願された日本特許出願第 2 0 0 3— 1 5 0 明

4 1 1、および、 2 0 0 4年 3月 2 6日に出願された日本特許出願第 2 0 0 4— 糸 1

0 9 3 2 6 0に対して優先権を主張するものであって、それらの内容をここに援書

用する。背景技術

直流電源として車載バッテリを例にとると、車载バッテリは、通常は充電が可能な二次電池が使用されている。パッテリおよび車載機器を電気回路で表すと、図 1 2に示すとおりである。図中 2 0はバッテリ、 2 1はセルモータ、 2 2は電装品、 2 3は発電機、 2 4はスタータスィツチ、 2 5は整流用ダイォード、 2 6 は充電用発電機 2 3の起電力がバッテリ電圧以上になつたときに自動的に入る自動オンオフスィツチを示している。

バッテリ 2 0は、純電池 E oと内部抵抗 rで表され、出力電流 iと内部抵抗 r による電圧降下 e = r iが生じ、出力端子の電圧 VIは

Vl= E o— e = E o— r ι

となる。

バッテリ 2 0の負荷としては、セルモータ 2 1、電装品 2 2があるが、セルモータ 2 1はもちろん、電装品 2 2の中のカーエアコン、カーオーディオ等にもィンダクタンス成分（誘導性負荷）が存在する。これらのインダクタンス成分からは、逆起電力が発生し、これがノイズとなって出力端子電圧に重畳される。

さらに、充電用発電機 2 3のプラス側はパッテリ 2 0の電圧を監視しながら自動オンオフスィッチ 2 6でオンオフしているため、オフ時には充電用発電機 2 3 のコイル Lがオープンになって、発生した逆起電力を吸収しにくくなつている。このようなインダクタンス成分による逆起電力は、力一オーディオ、ラジオのスピー力に耳障りなノイズとなつて現れ、また力ーナピゲーションゃテレビ画像のちらつきの原因となる。

従来においては、例えば図 1 3に示すように、ダイォード 2 0 6によってブロァモータ 2 0 1で発生するノイズをパッテリ電源 V_Bに回生することによりノィズを低減し、コンデンサ 2 2 4によりノイズの高調波成分を減衰し、スィッチング素子 2 0 2のスィツチングにより発生するパッテリ電源間のノイズをインダクタンス 2 2 3および電解コンデンサ 2 2 2により構成される L Cフィルタで減衰すると共に、インダクタンス 2 2 3によりスイッチング素子 2 0 2のオフ時に発生するノィズ量を減らし、電解コンデンサ 2 2 2によりパッテリ電源間の電圧変動を低減するようにしたものがある（例えば、特開平 7— 2 8 3 7 9 7号公報参照）。

しかしながら、コンデンサゃィンダクタンスを用いたノイズフィルタでは、高調波成分や特定の周波数の成分しか除去することができず、またピークの高い逆起電力の抑制効果は低レ、という問題がある。

また、従来のノイズフィルは、電装品自体に取り付けることになつているため、既存の電装品に新たに設けることはできないという問題がある。発明の開示

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バッテリ等の直流電源より誘導性負荷を含む負荷にスィツチング動作をする回路素子または回路部を介して給電されるように構成された回路装置において、上記スィツチング動作をする回路素子または回路部がスィツチング動作時に誘導性負荷により発生する逆起電力によるノイズの発生を防止し得る逆電圧防止ュニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第 1の態様による逆起電力防止ュニットは、パッテリ等の直流電源より誘導性負荷を含む負荷にスィツチング動作をする回路素子または回路部を介して給電されるように構成された回路装置における逆起電力防止ュニットであって、前記直流電源の出力端に並列に接続され前記誘導性負荷により発生する逆起電力を吸収するダイォードと、該ダイォードに並列接続されるコンデンサとを有する。

本発明の第 1の態様による逆起電力防止ュニットによれば、パッテリ等の直流電源より誘導性負荷を含む負荷にスィツチング動作をする回路素子または回路部を介して給電されるように構成された回路装置において、前記直流電源の出力端に並列に接続され前記誘導性負荷により発生する逆起電力を吸収するダイォードと、該ダイオードに並列接続されるコンデンサとを有する逆起電力防止ュニットを取り付けるようにしたので、上記スィツチング動作をする回路素子または回路部のスィツチング動作時に誘導性負荷により発生する逆起電力によるノイズの発生を有効に防止することができる。

本発明の第 2の態様による逆起電力防止ュニットは、直流供給源の正端子と負端子にそれぞれ接続される正側リ一ド線と負側リ一ド線の間に、逆流阻止ダイォ一ドと過電流で溶断するヒユーズ素子とを直列に接続するとともに、前記逆流阻止ダイォードと並列にコンデンサを接続したパッテリの逆起電力防止ュニットでめる。

本発明の第 2の態様による逆起電力防止ュニットにおいて、前記正側リ一ド線およぴ負側リ一ド線の端部に、圧着端子を設けても良レ、。

本発明の第 2の態様による逆起電力防止ユニットによれば、例えば、車載バッテリに逆電圧吸収ダイオードを入れることにより、ノイズを速やかに抑え、不要な電流が電装品に逆流することを防止することができる。これにより、電装品が正しく動作し、自動車車全体をスムーズに作動させることができる。また、自動車に搭載された FMラジオの雑音減少、音質向上、 AMラジオの雑音の減少という効果がある。さらに、オートマチック車のシフトショックがなくなり、静かになり、燃費が向上する。

また、バッテリの正端子と負端子に外付けするだけでいいので、既存の電製品を改造することなく、簡単に付設することができる。図面の簡単な説明図 1は、本発明が適用されるオーディオ回路の構成を示す回路図である。図 2は、図 1に示すオーディオ回路のアンプをスィッチに置き換え、トランスに交流信号を入力する代わりにトランスの二次側にバッテリを挿入した回路を示す図である。

図 3は、図 2に示す回路でスッチ 4がオン、オフ動作する際の A点の電位波形を示す図である。

図 4は、図 2に示す回路からダイォード D 2を除去した回路を示す図である。図 5は、図 2に示す回路からコンデンサ C 1、ダイオード D 2を除去した回路を示す図である。

図 6 A及び図 6 Bは、図 5に示す回路においてスィッチ 4をオン、オフ動作させたときの A点における電位の変化状態を示す波形図である。

図 6 Cは、図 5に示す回路においてスィッチ 4をオン、オフ動作させたときの C点における電位の変化状態を示す波形図である。

図 7は、図 2に示す回路からコンデンサ C 1を除去し、ダイオード D 2を残した回路を示す図である。

図 8 A及ぴ図 8 Bは、図 7に示す回路でスィッチ 4をオン、オフ動作させたときの A点における電位の変化状態を示す波形図である。

図 9は、本発明が適用されるスィッチング電源の構成例を示す図である。図 1 0は、本発明の実施形態に係る逆起電力防止ュニットの外観を示す図である。

図 1 1は、本発明に係る逆起電力防止ユニットをバッテリに接続した状態を示す回路図である。

図 1 2は、車載バッテリおよぴ車载機器の電気回路図である。 · 図 1 3は、従来のノイズフィルタの例を示す回路図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明が適用されるオーディオ回路の構成を図 1に示す。同図において、本発明が適用されるォ一ディォ回路は、入力信号が印加される入力端子 5 0， 5 1を有するトランス 1 と、トランスの二次側に接続され、入力される交流信号を整流するダイォード D 1と、平滑用コンデンサ C 1と、増幅器 2と、スピーカ 3とを有している。また、平滑用コンデンサ C 1には、並列に逆起電力を吸収するためのダイォード D 2が接続されている。

増幅器 2はスイッチング動作を行うので、増幅器 2をスィッチ 4に置き換え、トランス 1の入力端子 5 0、 5 1に交流信号を入力する代わりに、トランス 1の二次側にパッテリ 5を図示する極性で揷入すると、図 2に示す回路になる。回路動作を簡単化するために図 1に示す回路の代わりに、図 2に示す回路でスィツチ 4がオン、オフ動作する際の動作を、図 3を参照して説明する。図 3は、スイツチ 4のオン、オフ時におけるダイォード D 1の力ソード側の A点の電圧波形を示している。

図 2において、スィッチ 4が、例えば、時刻 t 1でオフ状態からオン状態に切り替わると、パッテリ 5の起電力がスピーカ 3の駆動コイル 3 aに対し、 D点側が十の極性に、スィツチ 4側である C点側がマイナスの極性になるように印加されるために、コンデンサ C 1は B点が +の極性に、 A点が一の極性になるように充電される。この結果、 A点の電位は、 0 Vから負方向に下降し始め、所定のレベルまで下降する。その後、コンデンサ C 1に蓄積された電荷は、ダイオード D 2及び駆動コイル 3 aを介して放電されるために A点の電位は上昇し、時刻 t 2 で元の電位に復帰する。

また、次に、時刻 t 3でスィッチ 4がオン状態からオフ状態に切り替わると、駆動コイル 3 aに対し、駆動コイル 3 aの C点が一の極性に、駆動コイル 3 aの D点が十の極性になるように、逆起電力が発生し、電流がダイォード D 2を介してコンデンサ C 1に A点側から流れ込むので、コンデンサ C 1は、 A点側が +の極性に、 B点が一の極性になるように充電される。

したがって、 A点の電位は、 0 Vから正方向に上昇し始め、所定のレベルまで上昇する。その後、コンデンサ C 1に蓄積された電荷は、ダイオード D l、トランス 1の二次卷線を介して、電源としてのバッテリ 5に戻されるように放電するとともに、ダイオード D 2を介して放電される。この結果、 A点の電位は、下降を開始し、時刻 t 4で 0 Vのレベルに復帰する。このようにして、スィッチ 4のオン、オフの切り替え時に平滑用のコンデンサ C 1と逆起電力吸収用のダイォード D 2の機能により図 3に示したように、 A点の電位は、一時的に上昇、または下降するように緩慢に変化する。

次に、図 2に示す回路からダイオード D 2を除去した回路を図 4に示す。この回路でスィッチ 4をオン、オフ動作させたところ、 A点の電位波形は図 3とほぼ同様であった。

次に、図 2に示す回路からコンデンサ C 1、ダイオード D 2を除去した回路を図 5に示す。この回路で、スィッチ 4をオン、オフ動作させたときの A点及ぴ C 点における電位の変化状態を示す波形を図 6 A〜図 6 Cに示す。図 6 Bに示すように、スィッチ 4がオン状態からオフ状態に切り替わるときには、図 3に示した場合に比して A点における電位が大きく変化することが分かる。

また、スィッチ 4がオン状態からオフ状態に切り替わったときの C点の電位 ( 逆起電力）は、図 6 Cに示すように、時間が経過するにつれて減衰する振動波形が観測される。このとき、 D点における電位は、 C点における電位を反転した波形となる。

次に、図 2に示す回路からコンデンサ C 1を除去し、ダイオード D 2を残した回路を図 7に示す。この回路でスィッチ 4をオン、オフ動作させたときの A点における電位波形を図 8 A及ぴ図 8 Bに示す。図 8 Aに示すように、スィッチ 4がオフ状態からオン状態に切り替わるときの A点の電位波形は、図 5に示した回路の場合（図 6 Aに示す波形）と、全く同じではないが、変化は少ない。

これに対して、スィツチ 4がオン状態からオフ状態に切り替わるときの A点の電位波形は、図 8 Bに示すように、図 5に示した回路の場合（図 6 B ) に比して大きく変化することが分かる。これは、図 5に示す回路において、スィッチ 4がオン状態からオフ状態に切り替わる時の A点における電位波形、すなわち図 6 B に示す A点における電位波形に D点における電位波形（図 6 Cに示す波形を反転した波形）が重畳されることによる。

このように、スィツチ 4がオン状態からオフ状態に切り替わるときにスピーカ 3の駆動コイル 3 aに発生する逆起電力は、平滑用のコンデンサ C 1に並列接続されるダイオード D 2により吸収され、ダイオード D l、トランス 1の二次卷線を介してバッテリ 5に供給される。

図 2に示す回路では、スィツチ 4がオン状態からオフ状態に切り替わるときにスピーカ 3の駆動コイル 3 aに発生する逆起電力は、ダイオード D 2により吸収され、コンデンサ C 1に、 A点が十の極^生に、 B点が一の極性になるように再充電される。このコンデンサ C 1は、交流信号をダイオード D 1により整流した後の脈流を平滑する本来の機能だけでなく、スピー力 3の駆動コイル 3 a等の誘導性負荷に発生する逆起電力を平滑する機能をも有している。

また、電源がバッテリである場合には、コンデンサ C 1は、スピーカ 3の駆動コイル 3 a等の誘導性負荷に発生する逆起電力により生ずる高調波成分をパッテリ側に戻す機能を有している。

次に、本発明が適用されるスイッチング電源の構成例を図 9に示す。同図において、整流回路 1 0'と、整流回路 1 0の出力電圧を平滑するコンデンサ C 1 0と、コンデンサ C 1 0に並列接続される逆起電力吸収用のダイォード D 1 1と、コンパレータ 1 1と、発振器 1 2と、トランス 1 3と、ダイオード D 1 2、 D 1 3 と、コイル L 1とコンデンサ C 1 2からなる平滑回路とを有している。

上記構成からなるスイッチング電源では、整流回路 1 0の出力と発振器 1 2の出力が入力されるコンパレータ 1 1により、整流回路 1 0の出力と発振器 1 2の出力との比較結果に応じて周期的にハイレベルとローレベルとの間で変化する交流信号（例えば、 1 0 0 k Hzのパルス信号）が出力され、トランス 1 3により変圧され、ダイオード D 1 2により整流され、コイル L 1と、コンデンサ C 1 2からなる平滑回路により、平滑された直流電圧が出力端 6 2、 6 3に出力される。上記構成のスイッチング電源は、誘導性負荷であるインダクタンスが多数、含まれるので、既述したオーディオ回路のスピーカの駆動コイルと同様に、コンパレータでスイッチングが行われるごとにトランス 1 3、コイル L 1等で逆起電力が発生するが、平滑用のコンデンサ C 1 0に並列にダイォードを図 9に示す極性で並列接続することにより発生する逆起電力を吸収することができる。.

この結果、不要な逆起電力を平滑コンデンサに再供給でき、ノイズの発生が防止できるとともに、逆起電力の分だけ、消費電力の低減が図れる。

次に、本発明の実施形態に係る逆起電力ュ-ットの具体的構成を図 1 0に示す図 1 0は本発明の実施形態に係る逆起電力防止ュニット 1 0 0の外観を示すもので、正側リ一ド線 1 0 2と、負側リード線 1 0 3との間に、逆流阻止ダイォード 1 0 4とヒューズ 1 0 5が直列に接続され、逆流阻止ダイォード 1 0 4には並列にコンデンサ 1 0 6が接続されている。ヒューズ 1 0 5はヒューズソケット 1 0 7に対して着脱自在になっており、ヒューズ 1 0 5が溶断したときは交換できるようにしている。正側リ一ド線 1 0 2と負側リ一ド線 1 0 3の先端には、圧着端子 1 0 8， 1 0 9が取り付けられており、パッテリの正極と負極に接続するときの接触を確実にし、また接触抵抗が小さくなるようにしている。

図 1 1は、本発明に係る逆起電力防止ュニット 1 0 0をバッテリ 1 1 0に接続した状態の回路図である。図中、 1 1 1はセルモータ、 1 1 2は電装品、 1 1 3 は発電機、 1 1 4はスタータスィツチ、 1 1 5は整流用ダイオード、 1 1 6は充電用発電機 1 1 3の起電力がバッテリ電圧以上になったときに自動的に入る自動オンオフスィッチを示している。なお、逆起電力防止ュニット 1 0 0は実際にはバッテリ 1 1 0の正端子と負端子に直接つながれる。

上述したように、バッテリ 1 1 0の負荷としては、セルモータ 1 1 1、電装品 1 1 2があるが、セルモータ 1 1 1はもちろん、電装品 1 1 2の中のカーエアコン、カーオーディオ等にもインダクタンス成分が存在する。これらのインダクタンス成分からは、逆起電力が発生し、これがノイズとなって出力端子電圧に重畳される。

さらに、充電用発電機 1 1 3のプラス側はパッテリ 1 1 0の電圧を監視しながら自動オンオフスィッチ 1 1 6でオンオフしているため、オフ時には充電用発電機 1 1 3のコイル Lがオープンになって、発生した逆起電力を吸収しにくくなつている。

し力し、逆起電力防止ュニット 1 0 0を設けたことで、 · セルモータ 1 1 1、電装品 1 1 2、充電用発電機 1 1 3のインダクタンス成分から発生する逆起電力は、逆流阻止ダイオード 1 0 4に流れて吸収され、パッテリ 1 1 0の出力端子には現れなくなる。

このようにして、ノッテリ 1 1 0に逆流阻止ダイオード 1 0 4を揷入することで、ノィズを速やかに抑え、不要な電流が電製品に逆流することを防止することができる。なお、正逆方向の高調波ノイズは、コンデンサ 1 0 6により吸収することができる。また、万一、コンデンサ 1 0 6や逆流阻止ダイォード 1 0 4が故障して短絡したときには、バッテリ 1 1 0から流れる大電流によりヒューズ 1 0 5が溶断して、事故を防ぐようにしている。

なお、コンデンサ 1 0 6の容量としては、バッテリ 1 1 0が 1 2 V定格の場合、 0 . 4 7 μ F、耐圧 2 5 0 V程度のものを使用することができる。産業上の利用の可能性

オーディオ回路やスイッチング電源などに適用され、誘導性負荷に発生する逆起電力を吸収する直流電源の逆起電力防止ュニットを提供する。本発明による逆起電力防止ュニットは、スイッチング動作をする回路素子または回路部のスイツチング動作時に誘導性負荷により発生する逆起電力によるノィズの発生を有効に防止することができる。また、本発明によるバッテリの逆起電力防止ユニットは、ノイズを速やかに抑え、不要な電流が電装品に逆流することを防止することができる。したがって、例えば車载パッテリに適用することで、電装品を正しく動作させることができ、自動車車全体がスムーズに作動する。また、自動車に搭載された FMラジオの雑音減少，音質向上， AMラジオの雑音の減少という効果がある。また、オートマチック車のシフトショックがなくなって静かになるとともに、燃費が向上する。また、パッテリの正端子と負端子に外付けするだけで済むため、既存の電製品を改造することなく、簡単に付設することができる。

Claims

請求の範囲

1 . パッテリ等の直流電源より誘導性負荷を含む負荷にスィツチング動作をする回路素子または回路部を介して給電されるように構成された回路装置における逆起電力防止ュニットであって、

前記直流電源の出力端に並列に接続され前記誘導性負荷により発生する逆起電力を吸収するダイオードと、

該ダイォードに並列接続されるコンデンサと、

を有する逆起電力防止ュ-ット。

2 . 直流供給源の正端子と負端子にそれぞれ接続される正側リ一ド線と負側リ一ド線の間に、逆流阻止ダイォードと過電流で溶断するヒユーズ素子とを直列に接続するとともに、前記逆流阻止ダイォードと並列にコンデンサを接続したパッテリの逆起電力防止ュニット。

3 . 前記正側リ一ド線および前記負側リ一ド線の端部に、圧着端子を設けた請求項 2記載のバッテリの逆起電力防止ュニット。