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発明の名称 スイッチングレギュレータ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−140339
公開日 平成8年(1996)5月31日
出願番号 特願平6−277768
出願日 平成6年(1994)11月11日
代理人
発明者 石川 哲司 / 大石 広人
要約 目的
落雷等によるサージ電圧の侵入時や入力電圧の急変時等に発生する逆起電力による半導体の破損を防止し、安全性,信頼性が高いOA機器用のスイッチングレギュレータを提供する。

構成
ノイズフィルタ部2には、交流ラインに発生するノイズを低減するコモンモードのインダクタL1と、このインダクタL1に対して並列となる位置に接続された定電圧素子5と、4つのコンデンサC1〜C4とが配置されている。交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、あるいは交流入力ラインL−フレームグランドFG間にコモンモードのサージ電圧が侵入してきた場合には、ノイズフィルタ部2のインダクタL1に逆起電力が発生する。インダクタL1に発生した逆起電力は、サージ応答性が優れた定電圧素子5によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子5の内部で吸収される。
特許請求の範囲
【請求項1】 交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインにコモンモードのインダクタとラインコンデンサとを挿入して交流入力ラインに発生するノイズを低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置に定電圧素子を配置したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項2】 交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインにコモンモードのインダクタとラインコンデンサとを挿入して交流入力ラインに発生するノイズを低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記コモンモードのインダクタに対して交流入力寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項3】 交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインにコモンモードのインダクタとラインコンデンサとを挿入して交流入力ラインに発生するノイズを低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記コモンモードのインダクタに対して整流素子寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項4】 交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインにコモンモードのインダクタとラインコンデンサとを挿入して交流入力ラインに発生するノイズを低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記コモンモードのインダクタに対して交流入力寄りの交流入力ライン−ニュートラル間及び整流素子寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項5】 交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインの片側にノーマルモードのインダクタを挿入して入力の高調波電流を低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置に定電圧素子を配置したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項6】 交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインの片側にノーマルモードのインダクタを挿入して入力の高調波電流を低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの交流入力寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項7】 交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインの片側にノーマルモードのインダクタを挿入して入力の高調波電流を低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの整流素子寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項8】 交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインの片側にノーマルモードのインダクタを挿入して入力の高調波電流を低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの交流入力寄り端子−ニュートラル間及び整流素子寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とするスイッチングレギュレータ。
【請求項9】 前記定電圧素子を、ガスチューブアレスタ,酸化金属バリスタ,ガスチューブアレスタと酸化金属バリスタとの直列素子又はガスチューブアレスタと抵抗との直列素子のいずれか1つの素子によって、あるいは2つ以上の素子の組合せによって構成したことを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項記載のスイッチングレギュレータ。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、OA機器等の電子機器の交流入力部における内外来サージ電圧吸収回路を備えたスイッチングレギュレータに関するものである。
【0002】
【従来の技術】特開平5−161258号公報には、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタのインダクタに発生する逆起電力を吸収するサージ電圧吸収回路を備えたスイッチングレギュレータ方式の電源装置の一例が示されている。
【0003】図9は特開平5−161258号公報に記載された電源装置を示す回路図である。近年、OA機器等の電子機器の電源は、小型化,軽量化,高効率化等の要求によってスイッチングレギュレータ方式を採用しているものが多くなっている。スイッチングレギュレータは、ドロッパータイプの電源装置に比べて、コンバータ用のトランスが高周波(50kHz〜200kHz)で駆動すること、制御が断続であるために電力損失が少ない等の利点を有し、電源装置の小型化,軽量化,高効率化が可能になる。このため、最近のOA機器等の電子機器の電源装置は、そのほとんどがスイッチングレギュレータ方式を採用している。しかしながら、このようなスイッチングレギュレータにおいても、以下のような欠点が存在する。
【0004】従来のスイッチングレギュレータの欠点としては、例えば、商用電源から入力される交流電流に高周波が含まれることや、また落雷による誘導サージ電圧の侵入、工作機械,エアコン等のパワーが大きい電子機器のオン/オフによりサージ電圧が侵入することなどがある。このようなサージ電圧が交流入力ライン−ニュートラル間,交流入力ライン−フレームグランド(接地)間,ニュートラル−フレームグランド間に侵入した場合、サージ電圧は最大10kVに達することもあるため、サージ電圧によってスイッチングトランジスタ等の半導体が破壊される危険性がある。また、スイッチングレギュレータ自身のノイズ発生も大きく、ノイズ発生部であるスイッチング素子付近にスナバー回路を設けてノイズ発生を抑制した場合でも、交流入力部から電源外部へ流失するノイズを抑えるために交流入力部でのノイズを低減する手段も必要となる。このようなノイズを低減するため、図9のサージ電圧吸収回路では、入力部にノイズフィルタ部(コンデンサC1,C2やインダクタL1)を設けて、流出入ノイズやサージ電圧を低減,吸収している。このように構成されたノイズフィルタは、スイッチング電源から外部へ流出する伝導ノイズ(雑音端子電圧),放射ノイズ(電界,磁界)及びサージ電圧を抑制するばかりでなく、外部からのノイズやサージ電圧の侵入に対しても電磁機器を保護する役目を持っている。交流入力ライン−ニュートラル間に侵入したノーマルモードのサージエネルギーは、これらのノイズフィルタ部の各素子によって吸収され、特にインダクタL1に発生した逆起電力による高電圧は、耐パルス抵抗R1の両端にかかり、電力損失として吸収される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記したような耐パルス抵抗R1を用いた回路では、常時電流が耐パルス抵抗R1に流れ込むので耐パルス抵抗R1による電力損失や、それに伴う発熱が生じる。また、耐パルス抵抗R1の定格電力を超えるサージ電圧が印加された場合には、耐パルス抵抗R1の破損やパターンの溶断、及びそれらに伴い発熱,発煙が生じて火災等の恐れがあり、非常に危険でOA機器等の電子機器の信頼性,安全性の点から大きな問題となる。
【0006】また、近年のスイッチングレギュレータでは、交流入力電流の高調波成分を抑制するためにノーマルモードのインダクタを交流電源の入力部に設けることが一般的に行われている。このような回路でも、落雷による誘導サージ電圧その他のサージ電圧の侵入時に、インダクタに大きな逆起電圧を生じるので、上記した耐パルス抵抗R1を用いた場合と同様に、信頼性,安全性についての問題がある。
【0007】本発明の目的は、上記の問題を解決するため、落雷等によるサージ電圧の侵入時や入力電圧の急変時等に発生する逆起電力による半導体の破損を防止し、安全性,信頼性が高いOA機器用のスイッチングレギュレータを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するため、本発明の第1の手段は、交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインにコモンモードのインダクタとラインコンデンサとを挿入して交流入力ラインに発生するノイズを低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置に定電圧素子を配置したことを特徴とする。
【0009】また、第2の手段は、交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインにコモンモードのインダクタとラインコンデンサとを挿入して交流入力ラインに発生するノイズを低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記コモンモードのインダクタに対して交流入力寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とする。
【0010】また、第3の手段は、交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインにコモンモードのインダクタとラインコンデンサとを挿入して交流入力ラインに発生するノイズを低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記コモンモードのインダクタに対して整流素子寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とする。
【0011】また、第4の手段は、交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインにコモンモードのインダクタとラインコンデンサとを挿入して交流入力ラインに発生するノイズを低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記コモンモードのインダクタに対して交流入力寄りの交流入力ライン−ニュートラル間及び整流素子寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とする。
【0012】また、第5の手段は、交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインの片側にノーマルモードのインダクタを挿入して入力の高調波電流を低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置に定電圧素子を配置したことを特徴とする。
【0013】また、第6の手段は、交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインの片側にノーマルモードのインダクタを挿入して入力の高調波電流を低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの交流入力寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とする。
【0014】また、第7の手段は、交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインの片側にノーマルモードのインダクタを挿入して入力の高調波電流を低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの整流素子寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とする。
【0015】また、第8の手段は、交流電源から入力する交流電力を整流素子と平滑コンデンサとにより整流平滑し、この整流平滑された一次直流電力をトランスの一次巻線と直列に接続されたスイッチング素子によりオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑して得られた二次直流電力を出力するとともに、この二次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化し、かつ交流入力ラインの片側にノーマルモードのインダクタを挿入して入力の高調波電流を低減するスイッチングレギュレータにおいて、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの交流入力寄り端子−ニュートラル間及び整流素子寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことを特徴とする。
【0016】さらに、第9の手段は、前記定電圧素子を、ガスチューブアレスタ,酸化金属バリスタ,ガスチューブアレスタと酸化金属バリスタとの直列素子又はガスチューブアレスタと抵抗との直列素子のいずれか1つの素子によって、あるいは2つ以上の素子の組合せによって構成したことを特徴とする。
【0017】
【作用】上記の第1の手段によれば、交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置に定電圧素子を配置したことにより、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収される。
【0018】また、第2の手段によれば、交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及びコモンモードのインダクタの交流入力寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことにより、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収される。
【0019】また、第3の手段によれば、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記コモンモードのインダクタの整流素子寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことにより、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収される。
【0020】また、第4の手段によれば、前記交流入力ラインに配置されたコモンモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記コモンモードのインダクタの交流入力寄りの交流入力ライン−ニュートラル間及び整流素子寄りの交流入力ライン−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことにより、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収される。
【0021】また、第5の手段によれば、前記交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置に定電圧素子を配置したことにより、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収される。
【0022】また、第6の手段によれば、交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの交流入力寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことにより、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収される。
【0023】また、第7の手段によれば、交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの整流素子寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことにより、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴うAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収される。
【0024】また、第8の手段によれば、交流入力ラインに配置されたノーマルモードのインダクタに対して並列となる位置、及び前記ノーマルモードのインダクタの交流入力寄り端子−ニュートラル間及び整流素子寄り端子−ニュートラル間にそれぞれ定電圧素子を配置したことにより、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴うAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収される。
【0025】さらに、第9の手段によれば、定電圧素子をガスチューブアレスタ,酸化金属バリスタ,ガスチューブアレスタと酸化金属バリスタとの直列素子又はガスチューブアレスタと抵抗との直列素子のいずれか1つの素子によって、あるいは2つ以上の素子の組合せによって構成したことにより、サージ電圧及び回路の特性に対応させて定電圧素子を選択することが可能になる。
【0026】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1は本発明のスイッチングレギュレータの第1実施例の回路図である。1は交流電源ACの入力部、2はノイズフィルタ部、3は整流平滑部、4はスイッチング電源4aによって構成されたスイッチング電源部である。入力部1には交流入力ラインLに過電流保護用ヒューズF1が配置されている。ノイズフィルタ部2には、交流ラインに発生するノイズを低減するコモンモードのインダクタL1と、このインダクタL1に対して並列となる位置に接続された定電圧素子5と、4つのコンデンサC1,C2,C3,C4とが配置されている。
【0027】整流平滑部3では、交流電源ACから入力する交流電力を整流素子D1と平滑コンデンサC5とによって整流平滑している。また、スイッチング電源部4では、整流平滑部3によって整流平滑された1次直流電力をトランスの1次巻線と直列に接続されたスイッチング素子(図示省略)によってオン/オフし、前記トランスの2次巻線に誘起された電力をさらに整流平滑するとともに、その2次直流電力の出力電圧に応じて前記スイッチング素子のデューティ比を制御することにより前記出力電圧を安定化している。
【0028】上記のように構成された第1実施例のスイッチングレギュレータにおいて、交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、前記ノイズフィルタ部2のインダクタL1に逆起電力が発生する。また、交流入力ラインL−フレームグランドFG間にコモンモードのサージ電圧が侵入してきた場合も同様にインダクタL1に逆起電力が発生する。インダクタL1に発生した逆起電力はサージ応答性が優れた定電圧素子5によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子5の内部で吸収される。
【0029】図2は本発明のスイッチングレギュレータの第2実施例の回路図であり、図1に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。12はノイズフィルタ部であり、ノイズフィルタ部12には、コモンモードのインダクタL1と、このインダクタL1に対して並列となる位置に接続された定電圧素子5と、インダクタL1に対して交流電源AC寄りの交流入力ラインL−ニュートラルN間に接続された定電圧素子6と、4つのコンデンサC1,C2,C3,C4とが配置されている。
【0030】第2実施例のスイッチングレギュレータにおいて、交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、交流入力ラインL−ニュートラルN間に配置された定電圧素子6によって大部分のサージ電圧が吸収される。しかしながら、雷サージ等の場合には、サージ電圧はノーマルモード及びコモンモードが混在した成分のものであり、定電圧素子6だけでは吸収しきれないので、前記ノイズフィルタ部12のインダクタL1に逆起電力が発生する。インダクタL1に発生した逆起電力及び侵入したサージ電圧は、サージ応答性に優れた定電圧素子5及び定電圧素子6によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子5,6の内部で吸収される。
【0031】ここで、侵入してきたサージ電圧が極めて大きく、定電圧素子6のサージ耐量を超えるようなサージエネルギーが侵入した場合、定電圧素子6がショートモードでの破壊となり、入力部1のヒューズF1が切れて電子機器等のシステムダウンになる可能性がある。
【0032】電力中央研究所によれば、避雷針における放電電流は、ほとんどの場合、200A以下であり、200Aを超すものは5%程度であると報告されている。このことを考慮した場合、システムダウンを防止するための具体的な手段としては、200Aの放電電流に対して安全係数を5〜6倍として、サージ電流耐量が1000Aから1250Aの定電圧素子6を選定すれば、エネルギー耐量を十分なものにすることができ、定電圧素子6のショートモード破壊に伴うシステムダウンを防止することができる。特に、高信頼性が要求される場合には、安全係数をさらに大きくとってサージ電流耐量が大きい定電圧素子6を選定することにより、信頼性をさらに向上することができる。
【0033】図3は本発明のスイッチングレギュレータの第3実施例の回路図であり、図1に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。22はノイズフィルタ部であり、ノイズフィルタ部22には、コモンモードのインダクタL1と、このインダクタL1に対して並列となる位置に接続された定電圧素子5と、インダクタL1に対して整流素子D1寄りの交流入力ラインL−ニュートラルN間に接続された定電圧素子7と、4つのコンデンサC1,C2,C3,C4とが配置されている。
【0034】第3実施例のスイッチングレギュレータにおいて、交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、ノイズフィルタ部22のインダクタL1に逆起電力が発生する。インダクタL1に発生した逆起電力及び侵入してきたサージ電圧は、サージ応答性に優れた定電圧素子5及び定電圧素子7によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子5,7の内部で吸収される。
【0035】ここで、侵入してきたサージ電圧が極めて大きく定電圧素子7のサージ耐量を超えるようなサージエネルギーが侵入した場合、定電圧素子7がショートモードでの破壊となり、入力部1のヒューズF1が切れて電子機器等のシステムダウンになる可能性があるが、第2実施例と同様に定電圧素子7のサージ電流耐量を適宜に選定すれば、定電圧素子7のショートモード破壊に伴うシステムダウンを防止することができる。
【0036】図4は本発明のスイッチングレギュレータの第4実施例の回路図であり、図1に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。32はノイズフィルタ部であり、ノイズフィルタ部32には、コモンモードのインダクタL1と、このインダクタL1に対して並列となる位置に接続された定電圧素子5と、インダクタL1に対して交流電源AC寄りの交流入力ラインL−ニュートラルN間に接続された定電圧素子6と、インダクタL1に対して整流素子D1寄りの交流入力ラインL−ニュートラルN間に接続された定電圧素子7と、4つのコンデンサC1,C2,C3,C4とが配置されている。
【0037】第4実施例のスイッチングレギュレータにおいて、交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、ノイズフィルタ部32のインダクタL1に逆起電力が発生する。インダクタL1に発生した逆起電力及び侵入してきたサージ電圧は、サージ応答性に優れた定電圧素子5及び定電圧素子6及び定電圧素子7によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子5,6,7の内部で吸収される。
【0038】ここで、侵入してきたサージ電圧が極めて大きく定電圧素子6,7のサージ耐量を超えるようなサージエネルギーが侵入した場合、定電圧素子6,7がショートモードでの破壊となり、入力部1のヒューズF1が切れて電子機器等のシステムダウンになる可能性があるが、第2実施例と同様に定電圧素子6,7のサージ電流耐量を適宜に選定すれば、定電圧素子6,7のショートモード破壊に伴うシステムダウンを防止することができる。
【0039】図10乃至図14は、それぞれ第4実施例のスイッチングレギュレータにおける低電圧素子の具体的な構成例を示す回路図である。
【0040】図10に示すスイッチングレギュレータにおいては、全ての定電圧素子5,6,7がガスチューブアレスタGAによって構成されている。
【0041】また、図11に示すスイッチングレギュレータにおいては、全ての定電圧素子5,6,7が酸化金属バリスタMBによって構成されている。
【0042】また、図12に示すスイッチングレギュレータにおいては、全ての定電圧素子5,6,7が、ガスチューブアレスタGAと酸化金属バリスタMBとが直列に接続された直列素子によって構成されている。
【0043】また、図13に示すスイッチングレギュレータにおいては、全ての定電圧素子5,6,7が、ガスチューブアレスタGAと抵抗Rとが直列に接続された直列素子によって構成されている。
【0044】また、図14に示すスイッチングレギュレータにおいては、定電圧素子5が、ガスチューブアレスタGAと酸化金属バリスタMBとが直列に接続された直列素子によって構成され、定電圧素子6が酸化金属バリスタMBによって構成され、定電圧素子7がガスチューブアレスタGAと抵抗Rとが直列に接続された直列素子によって構成されている。
【0045】図5は本発明のスイッチングレギュレータの第5実施例の回路図であり、図1に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。42はノイズフィルタ部であり、ノイズフィルタ部42には、高調波電流を低減するノーマルモードのインダクタL2と、このインダクタL2に対して並列となる位置に接続された定電圧素子8と、交流入力ラインLに発生するノイズを低減するコモンモードのインダクタL1と、コンデンサC1,C2,C3,C4とが配置されている。
【0046】第5実施例のスイッチングレギュレータにおいて、交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、ノイズフィルタ部42のインダクタL2に逆起電力が発生する。また、交流入力ラインL−フレームグランドFG間にコモンモードのサージ電圧が侵入してきた場合も同様にインダクタL2に逆起電力が発生する。インダクタL2に発生した逆起電力は、サージ応答性に優れた定電圧素子8によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子8の内部で吸収される。
【0047】図6は本発明のスイッチングレギュレータの第6実施例の回路図であり、図1に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。52はノイズフィルタ部であり、ノイズフィルタ部52には、ノーマルモードのインダクタL2と、このインダクタL2に対して並列となる位置に接続された定電圧素子8と、インダクタL2の交流電源AC寄りの端子−ニュートラルN間に接続された定電圧素子9と、交流入力ラインLに発生するノイズを低減するコモンモードのインダクタL1と、コンデンサC1,C2,C3,C4とが配置されている。
【0048】第6実施例のスイッチングレギュレータにおいて、交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、ノイズフィルタ部52のインダクタL2に逆起電力が発生する。インダクタL2に発生した逆起電力及び侵入してきたサージ電圧は、サージ応答性に優れた定電圧素子8及び定電圧素子9によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子8,9の内部で吸収される。
【0049】ここで、侵入してきたサージ電圧が極めて大きく定電圧素子9のサージ耐量を超えるようなサージエネルギーが侵入した場合、定電圧素子9がショートモードでの破壊となり、入力部1のヒューズF1が切れて電子機器等のシステムダウンになる可能性があるが、第2実施例と同様に定電圧素子9のサージ電流耐量を適宜に選定すれば、定電圧素子9のショートモード破壊に伴うシステムダウンを防止することができる。
【0050】図7は本発明のスイッチングレギュレータの第7実施例の回路図であり、図1に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。62はノイズフィルタ部であり、ノイズフィルタ部62には、ノーマルモードのインダクタL2と、このインダクタL2に対して並列となる位置に接続された定電圧素子8と、インダクタL2の整流素子D1寄りの端子−ニュートラルN間に接続された定電圧素子10と、交流入力ラインLに発生するノイズを低減するコモンモードのインダクタL1と、コンデンサC1,C2,C3,C4とが配置されている。
【0051】第7実施例のスイッチングレギュレータにおいて、交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、ノイズフィルタ部62のインダクタL2に逆起電力が発生する。インダクタL2に発生した逆起電力及び侵入してきたサージ電圧は、サージ応答性に優れた定電圧素子8及び定電圧素子10によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子8,10の内部で吸収される。
【0052】ここで、侵入してきたサージ電圧が極めて大きく定電圧素子10のサージ耐量を超えるようなサージエネルギーが侵入した場合、定電圧素子10がショートモードでの破壊となり、入力部1のヒューズF1が切れて電子機器等のシステムダウンになる可能性があるが、第2実施例と同様に定電圧素子10のサージ電流耐量を適宜に選定すれば、定電圧素子10のショートモード破壊に伴うシステムダウンを防止することができる。
【0053】図8は本発明のスイッチングレギュレータの第8実施例の回路図であり、図1に基づいて説明した部材に対応する部材については同一符号を付して説明を省略する。72はノイズフィルタ部であり、ノイズフィルタ部72には、ノーマルモードのインダクタL2と、このインダクタL2に対して並列となる位置に接続された定電圧素子8と、インダクタL2の交流電源AC寄りの端子−ニュートラルN間に接続された定電圧素子9と、インダクタL2の整流素子D1寄りの端子−ニュートラルN間に接続された定電圧素子10と、交流入力ラインLに発生するノイズを低減するコモンモードのインダクタL1と、コンデンサC1,C2,C3,C4とが配置されている。
【0054】第8実施例のスイッチングレギュレータにおいて、交流入力ラインL−ニュートラルN間にノーマルモードのサージ電圧が侵入してきた場合、ノイズフィルタ部72のインダクタL2に逆起電力が発生する。インダクタL2に発生した逆起電力及び侵入してきたサージ電圧は、サージ応答性に優れた定電圧素子8及び定電圧素子9及び定電圧素子10によってクランプされ、それ以上のサージ電圧は定電圧素子8,9,10の内部で吸収される。
【0055】ここで、侵入してきたサージ電圧が極めて大きく定電圧素子9,10のサージ耐量を超えるようなサージエネルギーが侵入した場合、定電圧素子9,10がショートモードでの破壊となり、入力部1のヒューズF1が切れて電子機器等のシステムダウンになる可能性があるが、第2実施例と同様に定電圧素子9,10のサージ電流耐量を適宜に選定すれば、定電圧素子9,10のショートモード破壊に伴うシステムダウンを防止することができる。
【0056】次に、実施例1乃至第8実施例のスイッチングレギュレータに用いた定電圧素子5〜10について説明する。第4実施例における定電圧素子5〜7の具体的な構成例については、図10乃至図14に基づいて既に説明したが、他の実施例についても、第4実施例の場合と同様に構成された定電圧素子5〜10を用いることができ、また複数の定電圧素子5〜10が配置されている実施例においては、第4実施例の場合と同様に異なる種類の素子を組み合わせて用いることができる。
【0057】定電圧素子5〜10としてガスチューブアレスタGAを選択した場合、ガスチューブアレスタGAは、放電開始電圧までほとんど電流が流れない特性を有しており、端子間電圧が放電開始電圧を超えるとガス放電を開始し、放電開始後、その端子間電圧が放電開始電圧より低い放電電圧に低下し、放電電流の大小に関係なく一定の放電電圧を維持する。またガスチューブアレスタGAは、端子間電圧が放電電圧より低下すると放電が停止して、放電開始前の状態に戻る自己復帰性を有している。
【0058】しかしながら、サージ電圧が極めて高い場合、又は放電電流が大きすぎる場合には、ガスチューブアレスタGAは、ガス放電を発生せずにアーク放電により両端子間がショート状態になり、放電電圧より低い電圧になっても放電が止まらずに放電電極が溶融破損してしまうことがある。ここで、ノーマルモードのサージ電圧に対する作用については、第1実施例で説明した場合と同様であるので説明を省略する。
【0059】また、定電圧素子5〜10として酸化亜鉛バリスタMB等の酸化金属バリスタMBを選択した場合、酸化金属バリスタMBは、その端子間電圧が電流の対数に略比例する特性を有しており、逆にいえば、電流は端子間電圧の指数関数に略比例して変化するので、端子間電圧がある値を超えると酸化金属バリスタMBに流れる電流が急激に増加する。このような特性を有することにより、酸化金属バリスタMBは定電圧素子として使用されることが多い。しかしながら、酸化金属バリスタMBは、ガスチューブアレスタGAと異なり、低い電圧でも僅かな電流(リーク電流)が流れ、ある電圧になると急激にリーク電流が増加してリーク電流を無視できなくなるので、このリーク電流が急激に増加する電圧を交流電源ACのピーク電圧よりかなり高い値に設定する必要がある。またサージ電圧を吸収する目的から考慮した場合、酸化金属バリスタMBを用いることにより、ガスチューブアレスタGAを用いた場合と比較したときには、定電圧素子5〜10を小型化することが可能になるが、サージ電圧及電力が大きいときに電力損失による発熱によって端子間がショート状態になってしまう可能性が高くなる。以上説明した酸化金属バリスタMBについての作用効果は、定電圧素子5〜10として炭化珪素バリスタを選択した場合でも同様である。
【0060】また、定電圧素子5〜10としてガスチューブアレスタGAと酸化金属バリスタMBとが直列に接続された直列素子を選択した場合、この直列素子を用いた回路にサージ電圧が印加されると、前述したようにガスチューブアレスタGAにはサージ電圧の印加直後の状態で電流が流れないから、立ち上がり時のサージ電圧はほとんどがガスチューブアレスタGAの端子間にかかる。サージ電圧が増加して放電開始電圧を超えると、ガスチューブアレスタGAがガス放電を開始し、酸化金属バリスタMBの端子間には、サージ電圧からガスチューブアレスタGAの放電電圧だけ降下した電圧が印加され、酸化金属バリスタMBの端子間に電流が流れ始める。このことにより、ガスチューブアレスタGAの端子間電圧が放電電圧より低下すると、ガスチューブアレスタGAは、放電を停止して放電開始前の状態に復帰する。ここで、酸化金属バリスタMBのバリスタ電圧は、ガスチューブアレスタGAの放電開始電圧と比較して低い値になるように設定する。この直列素子を用いることにより、酸化金属バリスタMBによって続流を防止し、速やかにサージ電圧を吸収することができる。
【0061】また、定電圧素子5〜10としてガスチューブアレスタGAと抵抗Rとが直列に接続された直列素子を選択した場合、この直列素子を用いた回路にサージ電圧が印加されると、前述したようにガスチューブアレスタGAには、サージ電圧の印加直後の状態で電流が流れないから、立ち上がり時のサージ電圧はほとんどがガスチューブアレスタGAの端子間にかかる。サージ電圧が増加して放電開始電圧を超えると、ガスチューブアレスタGAがガス放電を開始し、抵抗Rの端子間にはサージ電圧からガスチューブアレスタGAの放電電圧だけ降下した電圧が印加され、電力損失として消費される。このことにより、ガスチューブアレスタGAの端子間電圧が放電電圧より低下すると、ガスチューブアレスタGAは、放電を停止して放電開始前の状態に復帰する。この直列素子を用いることにより、ガスチューブアレスタGAで放電させ、かつ抵抗Rによって続流を防止して速やかにサージ電圧を吸収することができる。
【0062】以上説明した第1実施乃至第8実施例では、インダクタL1,L2を入力部1のヒューズF1とコンデンサC3,C4との間に配置した回路に定電圧素子5〜10を接続した場合を説明したが、インダクタL1,L2をコンデンサC3,C4と整流素子D1との間に配置した回路、あるいはインダクタL1,L2を整流素子D1と平滑コンデンサC5との間に配置した回路に定電圧素子5〜10を接続しても同様の効果を得ることができる。
【0063】また、第1実施乃至第4実施例では、定電圧素子5をインダクタL1に対して並列になる位置に接続し、かつニュートラルN側に配置したが、定電圧素子5を交流入力ラインL側に配置しても第1実施乃至第4実施例と同様の効果を得ることができ、さらに2つの定電圧素子5をニュートラルN側と交流入力ラインL側にそれぞれ配置することにより、さらに高い効果を得ることができる。
【0064】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の第1の手段によれば、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収されることにより、サージエネルギーを確実に吸収できるスイッチングレギュレータを提供することができるので、電子機器におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁部品の破壊を防止できる。
【0065】また、第2の手段によれば、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収されることにより、サージ応答性がよくサージエネルギーを確実に吸収できる信頼性の高いスイッチングレギュレータを提供することができるので、電子機器におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁部品の破壊を防止できる。
【0066】また、第3の手段によれば、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収されることにより、サージ応答性がよくサージエネルギーを確実に吸収できる信頼性の高いスイッチングレギュレータを提供することができるので、電子機器におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁部品の破壊を防止できる。
【0067】また、第4の手段によれば、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収されることにより、サージ応答性がよくサージエネルギーを確実に吸収できる信頼性の高いスイッチングレギュレータを提供することができるので、電子機器におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁部品の破壊を防止できる。
【0068】また、第5の手段によれば、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収されることにより、サージエネルギーを確実に吸収できるスイッチングレギュレータを提供することができるので、電子機器におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁部品の破壊を防止できる。
【0069】また、第6の手段によれば、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴いAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収されることにより、サージ応答性がよくサージエネルギーを確実に吸収できる信頼性の高いスイッチングレギュレータを提供することができるので、電子機器におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁部品の破壊を防止できる。
【0070】また、第7の手段によれば、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴うAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収されることにより、サージ応答性がよくサージエネルギーを確実に吸収できる信頼性の高いスイッチングレギュレータを提供することができるので、電子機器におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁部品の破壊を防止できる。
【0071】また、第8の手段によれば、誘導雷等によるサージ電圧の入力に伴うAC電源フィルタが発生する逆起電力が吸収されることにより、サージ応答性がよくサージエネルギーを確実に吸収できる信頼性の高いスイッチングレギュレータを提供することができるので、電子機器におけるトランスやフォトカプラ等の絶縁部品の破壊を防止できる。
【0072】さらに、第9の手段によれば、サージ電圧及び回路の特性に対応させて定電圧素子を選択することが可能になることにより、例えば、定電圧素子としてガスチューブアレスタと酸化金属バリスタとが直列に接続された直列素子を選択することにより、酸化金属バリスタによって続流を防止して速やかにサージ電圧を吸収することができ、また定電圧素子としてガスチューブアレスタと抵抗とが直列に接続された直列素子を選択することにより、ガスチューブアレスタで放電させ、かつ抵抗によって続流を防止して速やかにサージ電圧を吸収することができる。




 

 


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