(57)【要約】【課題】電気回路を雷サージ電流から安定に保護することが可能な保護回路を提供する。【解決手段】この直流電圧発生回路９は、商用交流電流を通過させ、雷サージ電流を遮断するためのノーマルモードチョークコイル１７，１８およびコモンモードチョークコイル１９を配線Ｌ１，Ｌ２とトランス２２の間に設けたものである。配線Ｌ１，Ｌ２に流入した雷サージ電流はノーマルモードチョークコイル１７，１８およびコモンモードチョークコイル１９で遮断され、配線Ｌ１，Ｌ２の電圧が上昇して放電ギャップ１３〜１５で放電が発生する。したがって、トランス２２の入力インピーダンスが低い場合でも、トランス２２などを雷サージ電流から安定に保護できる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源によって駆動される電気回路を雷サージ電流から保護する保護回路であって、
一方端が前記商用交流電源からの交流電圧を受ける配線と、
前記配線と基準電圧のラインとの間に設けられ、前記配線の電圧が予め定められた電圧を越えたことに応じて放電する放電ギャップと、
前記配線の他方端と前記電気回路との間に接続され、前記商用交流電源からの交流電流を通過させ、前記配線に流入した前記雷サージ電流を遮断するためのコイルとを備える、保護回路。
【請求項２】
商用交流電源によって駆動される電気回路を雷サージ電流から保護する保護回路であって、
それらの一方端の間に前記商用交流電源からの交流電圧を受ける第１および第２の配線と、
前記第１および第２の配線間に設けられ、前記第１および第２の配線間の電圧が予め定められた電圧を越えたことに応じて放電する第１の放電ギャップと、
それぞれ前記第１および第２の配線の他方端と前記電気回路との間に接続され、前記商用交流電源からの交流電流を通過させ、前記第１および第２の配線に流入した前記雷サージ電流を遮断するための第１および第２のコイルとを備える、保護回路。
【請求項３】
さらに、それぞれ前記第１および第２の配線と基準電圧のラインとの間に設けられ、それぞれ前記第１および第２の配線の電圧が予め定められた電圧を越えたことに応じて放電する第２および第３の放電ギャップを備える、請求項２に記載の保護回路。
【請求項４】
前記電気回路は、
前記第１および第２のコイルの端子間に接続された１次巻線と２次巻線とを含むトランスと、
前記２次巻線の端子間電圧を整流して直流電圧を生成する整流回路とを含む、請求項２または請求項３に記載の保護回路。
【請求項５】
前記電気回路は、
前記第１および第２のコイルを介して供給された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
前記第１および第２のコイルと前記コンバータとの間に設けられ、前記交流電圧を通過させ、前記コンバータで発生したスイッチング周波数の電圧を遮断する入力フィルタとを含む、請求項２または請求項３に記載の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は保護回路に関し、特に、商用交流電源によって駆動される電気回路を雷サージ電流から保護する保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、商用交流電源によって駆動される電気回路を雷サージ電流から保護する保護回路がある。従来の保護回路では、電気回路に商用交流電圧を供給する配線と接地された筐体との間に放電ギャップが設けられていた。配線に雷サージ電流が流入して配線の電圧が所定の電圧よりも高くなると、放電ギャップで放電が発生して雷サージ電流が筐体に流出し、電気回路が雷サージ電流によって破壊されることが防止される（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５９３０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の保護回路では、電気回路のインピーダンスが低い場合は雷サージ電流が配線に流入しても配線の電圧が上昇せず、放電ギャップで放電が発生しない場合があった。このような場合は、雷サージ電流が電気回路に流入し、電気回路が破壊されてしまう。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、電気回路を雷サージ電流から安定に保護することが可能な保護回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る保護回路は、商用交流電源によって駆動される電気回路を雷サージ電流から保護する保護回路であって、一方端が商用交流電源からの交流電圧を受ける配線と、配線と基準電圧のラインとの間に設けられ、配線の電圧が予め定められた電圧を越えたことに応じて放電する放電ギャップと、配線の他方端と電気回路との間に接続され、商用交流電源からの交流電流を通過させ、配線に流入した雷サージ電流を遮断するためのコイルとを備えたものである。
【０００７】
また、この発明に係る他の保護回路は、商用交流電源によって駆動される電気回路を雷サージ電流から保護する保護回路であって、それらの一方端の間に商用交流電源からの交流電圧を受ける第１および第２の配線と、第１および第２の配線間に設けられ、第１および第２の配線間の電圧が予め定められた電圧を越えたことに応じて放電する第１の放電ギャップと、それぞれ第１および第２の配線の他方端と電気回路との間に接続され、商用交流電源からの交流電流を通過させ、第１および第２の配線に流入した雷サージ電流を遮断するための第１および第２のコイルとを備えたものである。
【０００８】
好ましくは、さらに、それぞれ第１および第２の配線と基準電圧のラインとの間に設けられ、それぞれ第１および第２の配線の電圧が予め定められた電圧を越えたことに応じて放電する第２および第３の放電ギャップを備える。
【０００９】
また好ましくは、電気回路は、第１および第２のコイルの端子間に接続された１次巻線と２次巻線とを含むトランスと、２次巻線の端子間電圧を整流して直流電圧を生成する整流回路とを含む。
【００１０】
また好ましくは、電気回路は、第１および第２のコイルを介して供給された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、第１および第２のコイルとコンバータとの間に設けられ、交流電圧を通過させ、コンバータで発生したスイッチング周波数の電圧を遮断する入力フィルタとを含む。
【発明の効果】
【００１１】
この発明に係る保護回路では、商用交流電流を通過させ、雷サージ電流を遮断するコイルが配線と電気回路との間に接続される。したがって、配線に雷サージ電流が流入すると雷サージ電流がコイルで遮断され、配線の電圧が上昇して放電ギャップで放電が発生する。よって、電気回路のインピーダンスが低い場合でも、電気回路を雷サージ電流から安定に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の一実施の形態によるブースタの構成を示す図である。
【図２】図１に示した基板３に搭載された高周波増幅器の構成を示す回路図である。
【図３】図１に示した基板２とシールドケースとの間のギャップを示す図である。
【図４】図１に示した基板２に搭載された直流電圧発生回路の構成を示す回路図である。
【図５】図４に示した放電ギャップの構成を示す図である。
【図６】図４に示したノーマルモードチョークコイルのインピーダンスの周波数特性を示す図である。
【図７】実施の形態の変更例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、この発明の一実施の形態によるブースタの構成を示すブロック図である。図１において、このブースタは、合成樹脂製の直方体状の筐体１を備える。図１では、筐体１の蓋が外された状態が示されている。筐体１の長方形の底には、２枚のプリント基板２，３が図中の左右に配置されている。プリント基板２には、商用交流電圧に基づいて直流電圧を生成する直流電圧発生回路と、それに商用交流電圧を供給するためのコネクタ４とが搭載されている。プリント基板２で生成された直流電圧は、プリント基板３に供給される。
【００１４】
プリント基板３には、図２に示すように、高周波増幅器５が搭載されている。高周波増幅器５は、プリント基板２から電源端子５ａ，５ｂ間に供給される直流電圧によって駆動され、入力端子５ｃに入力された高周波信号（たとえばテレビジョン放送信号）を増幅して出力端子５ｄに出力する。
【００１５】
プリント基板３の大部分は、金属製の直方体状のシールドケース６に収容されている。シールドケース６は接地される。図３に示すように、プリント基板２の端面は、シールドケース６の１つの側面に対して、所定のギャップＧ１（たとえば、３．０ｍｍ）を開けて垂直に設けられている。また、シールドケース６の他の側面には、２つの同軸端子７，８が設けられている。同軸端子７，８は、それぞれ高周波増幅器５の入力端子５ｃおよび出力端子５ｄに接続される。
【００１６】
図４は、プリント基板２に搭載された直流電圧発生回路９の構成を示す回路図である。図４において、直流電圧発生回路９は、コネクタ４、ヒューズ１１，１２、配線Ｌ１〜Ｌ３、放電ギャップ１３〜１５，２５、ノーマルモードチョークコイル１７，１８、コモンモードチョークコイル１９、トランス２２、全波整流回路２６、コンデンサ３１、および出力端子Ｔ３を備える。
【００１７】
コネクタ４は、２つの入力端子Ｔ１，Ｔ２を含む。入力端子Ｔ１，Ｔ２は、たとえばプラグおよびコンセントを介して商用交流電源１０に接続される。ヒューズ１１は入力端子Ｔ１と配線Ｌ１の一方端との間に接続され、ヒューズ１２は入力端子Ｔ２と配線Ｌ２の一方端との間に接続される。ヒューズ１１，１２は、何らかの原因で過電流が流れたときに溶断し、商用交流電源１０および直流電圧発生回路９を保護する。
【００１８】
放電ギャップ１３は配線Ｌ１とＬ２の間に設けられ、放電ギャップ１４は配線Ｌ２と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に設けられる。放電ギャップ１５は配線Ｌ１と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に設けられ、放電ギャップ２５は配線Ｌ３と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に設けられる。配線Ｌ３は、放電ギャップ２５の一方端子とトランス２２の１次巻線２３の中間タップとの間に接続される。放電ギャップ１３〜１５，２５の各々は、ギャップ間電圧がたとえば５Ｋ（Ｖ）に到達した場合に放電し、電流を流す。
【００１９】
図５は、放電ギャップ１３〜１５，２５の構成を示す図であって、プリント基板２およびシールドケース６の裏側から見た図である。図５において、プリント基板２の裏面には、配線Ｌ１〜Ｌ３の各々の一部が形成されている。配線Ｌ１，Ｌ２の一端には、それぞれパッドＰ１，Ｐ２が形成されている。パッドＰ１，Ｐ２は、隣接して設けられており、それぞれスルーホールＴＨ１，ＴＨ２を介してプリント基板２の表面側の回路に接続されている。
【００２０】
パッドＰ１，Ｐ２の内側にそれぞれ突起部１３ａ，１３ｂが設けられている。突起部１３ａ，１３ｂは、所定のギャップＧ２（たとえば、２．７ｍｍ）を開けて互いに対向して配置されており、放電ギャップ１３を構成している。
【００２１】
配線Ｌ１〜Ｌ３の各々の一部は、シールドケース６に隣接する辺に対して直角に設けられている。配線Ｌ１〜Ｌ３の先端部1５ａ，１４ａ，２５ａの各々は、放電し易くなるように、先端に向かって徐々に細くなる先鋭状に形成されている。配線Ｌ１〜Ｌ３の先端部1５ａ，１４ａ，２５ａとシールドケース６は、それぞれ放電ギャップ１５，１４，２５を構成している。
【００２２】
図４に戻って、ノーマルモードチョークコイル１７，１８は、配線Ｌ１，Ｌ２に流れるノーマルモード電流を減衰させ、コモンモード電流を減衰させないチョークコイルである。コモンモードチョークコイル１９は、２つのコイル２０，２１を含み、配線Ｌ１，Ｌ２に流れるコモンモード電流を減衰させ、ノーマルモード電流を減衰させないチョークコイルである。なお、コモンモード電流とは、配線Ｌ１，Ｌ２を同じ方向に流れる電流である。また、ノーマルモード電流とは、配線Ｌ１，Ｌ２を異なる方向に流れる電流である。
【００２３】
配線Ｌ１の他方端は、ノーマルモードチョークコイル１７およびコイル２０を介してトランス２２の１次巻線２３の一方端子に接続され、配線Ｌ２の他方端は、ノーマルモードチョークコイル１８およびコイル２１を介してトランス２２の１次巻線２３の他方端子に接続されている。
【００２４】
図６は、ノーマルモードチョークコイル１７，１８の各々のインピーダンス（Ω）の周波数特性を示す図である。ノーマルモードチョークコイル１７，１８の各々のインダクタンスは３．６ｍＨに設定されている。ノーマルモードチョークコイル１７，１８の各々のインピーダンスは、商用周波数（６０Ｈｚ）においては数Ω程度となり、雷サージの周波数（数ＭＨｚ）においては数十ＫΩとなる。したがって、商用周波数の電流はノーマルモードチョークコイル１７，１８を通過し、雷サージ電流はノーマルモードチョークコイル１７，１８によって遮断される。
【００２５】
図４に戻って、全波整流回路２６は、４つのダイオード２７〜３０を含む。ダイオード２７，２９のアノードはともに接地電圧ＧＮＤのラインに接続され、それらのカソードはそれぞれトランス２２の２次巻線２４の一方端子および他方端子に接続される。ダイオード２８，３０のアノードはそれぞれトランス２２の２次巻線２４の一方端子および他方端子に接続され、それらのカソードはともに出力端子Ｔ３に接続される。コンデンサ３１は、出力端子Ｔ３と接地電圧ＧＮＤのラインとの間に接続される。トランス２２の２次巻線２４の端子間の交流電圧は、全波整流回路２６によって全波整流され、コンデンサ３１によって平滑化されて直流電圧になる。この直流電圧は、出力端子Ｔ３を介して図２の高周波増幅器５の電源端子５ａに与えられる。電源端子５ｂは、接地される。
【００２６】
次に、このブースタの動作について説明する。コネクタ４は、たとえばプラグおよびコンセントを介して商用交流電源１０に接続される。通常動作時は、商用交流電源１０から交流電圧がコネクタ４、ヒューズ１１，１２、配線Ｌ１，Ｌ２、およびノーマルモードチョークコイル１７，１８およびコモンモードチョークコイル１９を介してトランス２２の１次巻線２３に印加される。商用交流電源１０からの交流電流に対するノーマルモードチョークコイル１７，１８およびコモンモードチョークコイル１９のインピーダンスは十分に低い。
【００２７】
交流電圧は、トランス２２によって所定の電圧に変圧され、全波整流回路２６によって全波整流され、コンデンサ３１で平滑化されて直流電圧になる。この直流電圧によって高周波増幅器５が駆動される。同軸端子７に入力された高周波信号は、高周波増幅器５で増幅されて同軸端子８から出力される。
【００２８】
たとえば商用交流電源１０に落雷が起こって配線Ｌ１，Ｌ２にコモンモードの雷サージ電流が発生すると、雷サージ電流に対するコモンモードチョークコイル１９のインピーダンスは高いので、配線Ｌ１，Ｌ２の電圧が高くなり、放電ギャップ１４，１５が放電する。これにより、雷サージ電流は配線Ｌ１，Ｌ２から接地されたシールドケース６に流出し、雷サージ電流によってトランス２２、全波整流回路２６などが破壊されるのを防止することができる。
【００２９】
また、たとえば商用交流電源１０に落雷が起こって配線Ｌ１，Ｌ２にノーマルモードの雷サージ電流が発生すると、雷サージ電流に対するノーマルモードチョークコイル１７，１８のインピーダンスは高いので、配線Ｌ１，Ｌ２間の電圧が高くなり、放電ギャップ１３〜１５のうちの少なくとも１つの放電ギャップが放電する。これにより、雷サージ電流が消滅し、雷サージ電流によってトランス２２、全波整流回路２６などが破壊されるのを防止することができる。
【００３０】
なお、雷サージ電流が比較的小さいために放電ギャップ１３〜１５が放電せず、雷サージ電流がノーマルモードチョークコイル１７，１８およびコモンモードチョークコイル１９を通過した場合は、雷サージ電流は放電ギャップ２５の放電によって消滅する。また、雷サージ電流がさらに小さいために放電ギャップ１３〜１５，２５が放電しない場合は、雷サージ電流はトランス２２などで熱になるが、その熱は小さいのでトランス２２などが破壊されることはない。
【００３１】
この実施の形態では、商用交流電流を通過させ、雷サージ電流を遮断するためのノーマルモードチョークコイル１７，１８およびコモンモードチョークコイル１９を配線Ｌ１，Ｌ２とトランス２２との間に設けたので、配線Ｌ１，Ｌ２に雷サージ電流が流入すると雷サージ電流がノーマルモードチョークコイル１７，１８およびコモンモードチョークコイル１９で遮断され、配線Ｌ１，Ｌ２の電圧が上昇して放電ギャップ１３〜１５で放電が発生する。よって、トランス２２の入力インピーダンスが低い場合でも、トランス２２などの電気回路を雷サージ電流から安定に保護することができる。
【００３２】
なお、この実施の形態では、ノーマルモードチョークコイル１７，１８およびコモンモードチョークコイル１９の両方を設けたが、雷サージ電流によってトランス２２の巻線２３，２４が溶断されるのを防止することができるのであれば、ノーマルモードチョークコイル１７，１８とコモンモードチョークコイル１９のうちのいずれか一方のみを配線Ｌ１，Ｌ２とトランス２２との間に設けても構わない。
【００３３】
また、図７は、実施の形態の変更例を示す回路ブロック図であって、図４と対比される図である。図７において、この変更例が実施の形態と異なる点は、直流電圧発生回路９が直流電圧発生回路４０と置換されている点である。直流電圧発生回路４０は、直流電圧発生回路９のトランス２２、放電ギャップ２５、全波整流回路２６、コンデンサ３１、および出力端子Ｔ３を、入力フィルタ４１、電源回路４２、および出力端子Ｔ４，Ｔ５で置換したものである。入力フィルタ４１は、商用周波数の交流電圧を通過させ、電源回路４２で発生するスイッチング周波数（１０Ｋ〜１００ＫＨｚ程度）の電圧を遮断する低域通過フィルタである。
【００３４】
電源回路４２は、交流電圧を所望の正電圧および負電圧に変換するコンバータを含み、正電圧および負電圧をそれぞれ出力端子Ｔ４，Ｔ５に出力する。出力端子Ｔ４，Ｔ５は、それぞれ図２の高周波増幅器５の電源端子５ａ，５ｂに接続される。電源回路４２のコンバータは、スイッチング周波数でオン／オフ制御される複数のトランジスタを含む。電源回路４２の入力側に発生するスイッチング周波数の電圧は入力フィルタ４１によって遮断される。これにより、スイッチング周波数の電圧によって商用交流電源１０に悪影響が発生するのを防止している。この変更例でも、実施の形態と同じ効果が得られる。
【００３５】
なお、ノーマルモードチョークコイル１７，１８、コモンモードチョークコイル１９および入力フィルタ４１を、商用周波数の交流電圧を通過させ、雷サージ電流およびスイッチング周波数の電圧を遮断するような低域通過フィルタで置換してもよい。
【００３６】
また、ノーマルモードチョークコイル１７，１８の各々をインダクタで置換してもよい。
【００３７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３８】
１  筐体、２，３  プリント基板、４  コネクタ、５  高周波増幅器、６  シールドケース、７，８  同軸端子、９，４０  直流電圧発生回路、１０  商用交流電源、１１，１２  ヒューズ、１３〜１５，２５  放電ギャップ、１７，１８  ノーマルモードチョークコイル、２０，２１  コイル、１９  コモンモードチョークコイル、２２  トランス、２３  １次巻線、２４  ２次巻線、２６  全波整流回路、２７〜３０  ダイオード、３１  コンデンサ、４１  入力フィルタ、４２  電源回路、Ｌ１〜Ｌ３  配線、Ｐ１，Ｐ２  パッド、Ｔ１，Ｔ２  入力端子、Ｔ３〜Ｔ５  出力端子、ＴＨ１，ＴＨ２  スルーホール。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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