(57)【要約】【課題】異常電流が発生した際に確実な保護機能を備え、かつ、低コストの保護回路および電源回路を提供する。【解決手段】巻線抵抗からなる抵抗器Ｒ１およびＲ２を入力電源ラインに対して直列に接続し、その際、抵抗器Ｒ２の巻線の径を抵抗器Ｒ１よりも細く、かつ、巻線のピッチを抵抗器Ｒ１より大きくする（または、巻数を抵抗器Ｒ１より少なくする）。【選択図】図１
2006024675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の巻線抵抗器と、巻線の径を前記第１の巻線抵抗器よりも細くした第２の巻線抵抗器と、が直列に接続され、
前記第２の巻線抵抗器は、巻線のピッチを前記第１の巻線抵抗器より大きくするか、または、巻線の巻数を前記第１の巻線抵抗器より少なくした
保護回路。
【請求項２】
トランスと、当該トランスの一次側に配設された交流電圧源と、を含む電源回路であって、
第１の巻線抵抗器と、第２の巻線抵抗器とが前記交流電圧源に対して回路基板上に直列に接続され、
前記第２の巻線抵抗器は、
巻線の径を前記第１の巻線抵抗器よりも細く、かつ、巻線のピッチを前記第１の巻線抵抗器より大きくした
電源回路。
【請求項３】
第１の巻線抵抗器と、第２の巻線抵抗器とが回路基板上に直列に接続され、
前記第２の巻線抵抗器は、
巻線の径を前記第１の巻線抵抗器よりも細く、かつ、巻線のピッチを前記第１の巻線抵抗器より大きくして前記回路基板に取り付けられる
保護回路。
【請求項４】
前記第２の巻線抵抗器は、
巻線の径を前記第１の巻線抵抗器よりも細く、かつ、巻線の巻数を前記第１の巻線抵抗器より少なくした
請求項２記載の電源回路。
【請求項５】
前記第２の巻線抵抗器は、
巻線の径を前記第１の巻線抵抗器よりも細く、かつ、巻線の巻数を前記第１の巻線抵抗器より少なくした
請求項３記載の保護回路。
【請求項６】
前記第２の巻線抵抗器は、
巻芯の長手方向の両端に位置する２つの端子により形成される線が、前記回路基板の面に対して略垂直となるように前記回路基板に取り付けられる
請求項２記載の電源回路。
【請求項７】
前記第２の巻線抵抗器は、
巻芯の長手方向の両端に位置する２つの端子により形成される線が、前記回路基板の面に対して略垂直となるように前記回路基板に取り付けられる
請求項３記載の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異常電流に対して電気回路を保護する保護回路、および異常電流に対する保護手段を備えた電源回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源回路（ＡＣ／ＤＣ変換）のＡＣ入力部の保護回路としては、ヒューズや電流制限抵抗などが一般的に用いられている。たとえば、入力側の回路の短絡等により異常電流が発生した場合には、ヒューズが溶断することで電源ラインは遮断される。これにより、異常電流による電源回路の破壊が回避される。
また、電流制限抵抗は、回路のスイッチング動作やサージノイズに伴う突入電流やピーク電流を抑制するために使用される。これにより、過電流による動作不良などから電源回路が保護される。
【０００３】
最近は、抵抗にヒューズ機能を持たせたヒューズ抵抗器も電源回路の保護回路として使用される。ヒューズ抵抗器は、抵抗器に溶断特性を持たせたものであり、たとえば、定格電力の約１０倍以上の電流が流れると、断線して抵抗器自身の焼損、発火から電源回路を保護する。
たとえば、下記特許文献１には、ヒューズ機能を備えたセメント抵抗器に関する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平１−３０３０１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電源容量や電源ラインのインピーダンスによっては、電源回路に対して上述したヒューズや単一のヒューズ抵抗器を適用することが困難な場合がある。
たとえば、欧州安全規格ＥＮ６０９５０対応の携帯電話機用ＡＣアダプタ（２００Ｖ系）では、ＡＣ電源ラインのインピーダンスが低いことに起因して、ＡＣ電圧整流回路のダイオードショート等によりアダプタ内部が故障したときには、１５０〜１８０Ａ程度の異常電流が発生する場合がある。
かかる場合に、ヒューズによって回路を保護しようとすると、ヒューズの仕様としては、たとえば、定格：０．５Ａに対して遮断容量：２００Ａが必要となり、非常に高価なヒューズとなって、携帯電話機等の民生用機器に使用することができない。
【０００５】
また、単一のヒューズ抵抗器により回路を保護しようとすると、異常電流によりヒューズ抵抗器内の抵抗線が溶断し、開放状態（オープン）となった際に発生するアーク放電による電流を制限することができない。
【０００６】
一方、１つの抵抗器の中に、ヒューズ機能を有する部位と電流制限機能を有する部位を持たせ、異常電流が発生した際のアーク放電から生ずる続流電流を抑制することによって保護回路を構成することも考えられる。たとえば、１つの巻線抵抗の中に、巻線が巻き方が疎である部位と密である部位とを有するように形成し、疎である部位にヒューズ機能を、密である部位に電流制限機能を、それぞれ持たせることができる。
しかしながら、疎である部位と密である部位が混在した巻線抵抗器は、製造コストが高く、また、異常電流が発生した場合には、すべて取り替える必要があるので、電源回路などに使用することは好ましくない。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、異常電流が発生した際に確実な保護機能を備え、かつ、低コストの保護回路および電源回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点は、第１の巻線抵抗器と、巻線の径を前記第１の巻線抵抗器よりも細くした第２の巻線抵抗器と、が直列に接続され、前記第２の巻線抵抗器は、巻線のピッチを前記第１の巻線抵抗器より大きくするか、または、巻線の巻数を前記第１の巻線抵抗器より少なくした保護回路である。
好適には、前記第２の巻線抵抗器は、巻芯の長手方向の両端に位置する２つの端子により形成される線が、前記回路基板の面に対して略垂直となるように前記回路基板に取り付けられる。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点は、トランスと、当該トランスの一次側に配設された交流電圧源と、を含む電源回路であって、第１の巻線抵抗器と、第２の巻線抵抗器とが前記交流電圧源に対して回路基板上に直列に接続され、前記第２の巻線抵抗器は、巻線の径を前記第１の巻線抵抗器よりも細く、かつ、巻線のピッチを前記第１の巻線抵抗器より大きくした電源回路である。
【００１０】
本発明に係る保護回路の作用は、以下の通りである。
すなわち、前記第２の巻線抵抗器は、巻線の径を前記第１の巻線抵抗器よりも細く、かつ、巻線のピッチを前記第２の巻線抵抗器より大きくしているので、異常電流に対しては、第２の巻線抵抗器のみが溶断し、当該溶断によって開放した部位に生ずるアーク放電電流の大きさを、第１の巻線抵抗器が制限する。
【００１１】
さらに、前記第２の巻線抵抗器は、巻芯の長手方向の両端に位置する２つの端子により形成される線が、前記回路基板の面に対して略垂直となるように前記回路基板に取り付けられていた場合、第２の巻線が溶断によって破壊されたとしても、内部のガスや表面の被膜が回路基板に対して垂直方向に飛散し、回路基板上の他の素子への影響を最小限に抑制する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高い異常電流が発生した際に確実に回路素子および回路基板が保護されるとともに、低コストであるので、広範囲な用途に適用できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る電源回路について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る電源回路１の回路構成図である。電源回路１は、入力した交流電圧源から所定の直流電圧を得るための回路であり、実際には、図１に示した回路構成が図示しない回路基板上に実装されている。
電源回路１は、交流電圧源１０に対して異常電圧が印加された場合（たとえば、正常な印加電圧がＡＣ２００ＶであるときにＡＣ３００Ｖが印加された場合）などに、電源回路１の回路素子の破壊を防止するための保護回路を備えている。
【００１４】
以下、電源回路１を構成する各構成要素について説明する。
電源回路１の入力端子ａ１およびａ２には、交流電圧源（ＡＣ）１０が印加される。たとえば、ＡＣ２００Ｖの交流電圧が印加される。
ダイオードＤ１〜Ｄ４は、交流電圧源１０に対して全波整流を行い、平滑コンデンサとしてのコンデンサＣ１は、その整流された交流電圧を平滑化して変圧部１１に与える。
【００１５】
変圧部１１は、入出力を絶縁するとともに所定の電圧レベルに変圧させるためのトランス、そのトランスの二次側の電圧を整流するためのダイオードなどを含んで構成される。そして、図１に示すように、変圧部１１の一次側および二次側には、それぞれ、平滑コンデンサとしてコンデンサＣ１およびＣ２が接続される。これにより、リップル成分の少ない安定した直流電圧が出力端子ｂ１〜ｂ２間に得られる。
【００１６】
抵抗器Ｒ１およびＲ２は、それぞれ巻線抵抗を含み、交流電圧源１０と直列に接続されることで、上述した電源回路１の保護回路を構成する。なお、抵抗器Ｒ１およびＲ２は、それぞれ本発明の保護回路の第１および第２の巻線抵抗器の一実施形態である。
抵抗器Ｒ１およびＲ２は、それぞれ保護回路における機能が異なり、それに応じて構造および特性が異なっている点に特徴がある。すなわち、抵抗器Ｒ２は、異常電流により生ずる発熱によって溶断する機能を有し、抵抗器Ｒ１は、抵抗器Ｒ２が溶断した後のアーク電流の発生を抑制するための電流制限抵抗としての機能を有している。
【００１７】
上述したように、抵抗器Ｒ２は、異常電流が発生した際に溶断するヒューズ抵抗器として機能する。すなわち、入力電源ラインに異常電流が発生し、所定の発熱量が与えられると、巻線が溶断して開放状態となるように設計される。
しかし、抵抗器Ｒ２のみをヒューズとして用いた場合には、溶断後に完全に電流が遮断されず、溶断部位を通してアーク電流が発生し、この発生したアーク電流が回路基板上を流れ続けることになるため、抵抗器Ｒ２のみでは保護回路として十分ではない。
そこで、本実施形態に係る保護回路は、抵抗器Ｒ１およびＲ２を、交流電圧源１０に対して直列に接続する構成としている。
抵抗器Ｒ２の具体的な構造については、後述する。
【００１８】
抵抗器Ｒ１は、異常電流により抵抗器Ｒ２が溶断した後に発生するアーク電流を制限するための抵抗器である。
抵抗器Ｒ１は、ヒューズとしての機能はなく、入力電源ラインに異常電流が発生した場合でも開放状態となることはないが、その際に電流制限抵抗として機能する。
仮に抵抗器Ｒ１がないとすると、異常電流により抵抗器Ｒ２が溶断した後に発生するアーク電流により、回路基板が破壊するおそれがある。すなわち、交流電圧源１０が、その極性に応じて、ダイオードＤ１，Ｄ４またはダイオードＤ２，３を介し、短絡（ショート）することになって、回路基板が焼損・破壊する可能性がある。
そこで、本実施形態に係る保護回路は、抵抗器Ｒ１およびＲ２を、交流電圧源１０に対して直列に接続する構成としている。
抵抗器Ｒ１の具体的な構造については、後述する。
【００１９】
次いで、保護回路を構成する各抵抗器の構造について、添付図面に関連付けて説明する。
図２は、保護回路を構成する各抵抗器の構造を図解した図であり、（ａ）は抵抗器Ｒ１の内部の断面を、（ｂ）は抵抗器Ｒ２の内部の断面を、それぞれ示す。
図２において、抵抗器Ｒ２の巻線の径は、抵抗器Ｒ１の巻線の径より細く、かつ、抵抗器Ｒ１の巻線の巻数より少なくなっている。すなわち、抵抗器Ｒ２の巻線のピッチは、抵抗器Ｒ１と比較して大きくなっている。換言すれば、抵抗器Ｒ１の巻線の巻き方は密に、、抵抗器Ｒ２の巻線の巻き方は疎になっている。
【００２０】
かかる構造とすることで、保護回路に与えられた異常電流による抵抗器Ｒ２の発熱により、その巻線が溶断するような設計となっている。なお、巻線の径を抵抗器Ｒ１と変えずにした場合には、巻線のピッチを大きくしただけでは、異常電流時の発熱量に対して常に溶断するとは限らないので、巻線の径も細くする必要がある。
【００２１】
次いで、保護回路を構成する各抵抗器Ｒ１およびＲ２の仕様（巻線径、巻数等）について述べる。
図３は、抵抗器Ｒ１およびＲ２の巻線の径および巻数を様々に変化させた場合に、保護機能が確保されたか否かについて行った試験結果である。なお、図３において、（ａ）は抵抗器Ｒ１の巻線および巻数の組み合わせを、（ｂ）は抵抗器Ｒ２の巻線および巻数の組み合わせを、（ｃ）は試験結果を、それぞれ示す。
（ｃ）に示す試験結果において、「ＯＫ」は、異常電流に対し抵抗器Ｒ２が溶断し、その後、回路基板に焼損がない場合、すなわち、回路保護機能が正常に動作した場合を示す。また、「ＮＧ」は、異常電流に対し抵抗器Ｒ２が溶断しないか、または、溶断後に回路基板の焼損が発生した場合、すなわち、回路保護機能が正常に動作しない場合を示す。
【００２２】
図３から明らかなように、抵抗器Ｒ２の巻線径および巻数がともに抵抗器Ｒ１に対して小さな値である場合には、回路保護機能が正常に動作し、電源回路１が異常電流に対して保護される。
もっとも、適用するシステムに応じて、必要な定格入力、周辺の回路構成が異なるので、抵抗器Ｒ１およびＲ２に対する最適な巻線径および巻数（ピッチ）が異なることは言うまでもないが、一般的に、抵抗器Ｒ１に対して、抵抗器Ｒ２の巻線径が小さく、かつ、巻数が小さい（ピッチが大きい）場合に、その抵抗器Ｒ１および抵抗器Ｒ２の組み合わせが保護回路として好適であるということが言える。
【００２３】
なお、実際に、上述した保護回路の各抵抗器の仕様（巻線径、巻数等）を決定する際には、保護回路が適用されるシステムにおいて、図３に示したように、異なる仕様のそれぞれにおいて保護機能が確保されているか確認するとともに、イミュニティレベルや耐サージ性等の電気的性能を満足するような仕様が決定される。
また、抵抗器Ｒ１およびＲ２の抵抗値は、上記電気的性能を満足するとともに、抵抗器Ｒ２に対しては、アーク電流に対して十分な電流制限機能が確保されるように決定される。たとえば、図１に示した電源回路１では、Ｒ１：１０Ω，Ｒ２：２．２Ωとする。
【００２４】
次に、保護回路を構成する抵抗器Ｒ１およびＲ２の回路基板上に実装方法について説明する。各抵抗器Ｒ１およびＲ２は、保護回路としての機能を最適なものとするために、実装方法についても留意する必要がある。
図４は、保護回路の実装について図解した図である。なお、（ａ）は通常の場合の実装態様を、（ｂ）はアーク電流発生時の状態を、それぞれ説明するための図である。また、（ｃ）は、抵抗器Ｒ２の故障モードについて図解している。
なお、電源回路１が有する保護回路以外の素子については、図４に図示していないが、抵抗器Ｒ１およびＲ２と同様に、回路基板ＣＢ上に実装されていることは言うまでもない。
【００２５】
図４（ａ）に示すように、本実施形態に係る抵抗器Ｒ１およびＲ２は、それぞれ導線により直列に接続されるとともに、各抵抗器の一方の端子は、回路基板ＣＢに対して、たとえば半田により接続される。
ここで、抵抗器Ｒ２は、回路基板ＣＢに対してほぼ垂直となるように実装されている。すなわち、抵抗器Ｒ２の両端の端子ｔｍ１およびｔｍ２により形成されるラインが回路基板ＣＢに対してほぼ垂直となるように実装される。
【００２６】
図４（ｂ）では、異常電流ｉにより抵抗器Ｒ２が溶断し、その溶断した部位においてアーク電流（ＡＲＣ）が発生した状態である。アーク電流が発生した場合でも抵抗器Ｒ１によりアーク電流が抑制され、回路基板ＣＢにまでアーク電流が流れることはなく、回路基板ＣＢおよび回路基板ＣＢに実装されたその他の素子が保護される。
【００２７】
抵抗器Ｒ２にアーク電流が発生した際の故障モードとしては、抵抗器Ｒ２の両端子ｔｍ１およびｔｍ２の最弱部位が破壊され、図４（ｃ）に示すように、内部のガスが漏れる場合や、または、抵抗器Ｒ２の表面の被膜部分が飛散する場合などが考えられる。かかる場合でも、図４（ａ）に示したように、両端の端子ｔｍ１およびｔｍ２により形成されるラインが回路基板ＣＢに対してほぼ垂直となるように実装されているので、他の素子へのアークにて生ずるガスの影響を最小限に抑えることができる。
すなわち、抵抗器Ｒ２を回路基板ＣＢに対して横向き（端子ｔｍ１およびｔｍ２により形成されるラインが回路基板ＣＢに対して平行）に配置された場合には、抵抗器Ｒ２の内部のガスや表面の被覆部分が回路基板ＣＢの広範囲な部分に飛散することで、素子間の短絡が発生する可能性があるが、図４（ａ）に示すように抵抗器Ｒ２を配置することで、その可能性を低減することができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態に係る保護回路によれば、巻線抵抗からなる抵抗器Ｒ１およびＲ２を入力電源ラインに対して直列に接続し、抵抗器Ｒ２の巻線の径を抵抗器Ｒ１よりも細く、かつ、巻線のピッチを抵抗器Ｒ１より大きくした（または、巻数を抵抗器Ｒ１より少なくした）ので、抵抗器Ｒ２はヒューズとして機能するとともに、異常電流により抵抗器Ｒ２が溶断した後のアーク電流を抵抗器Ｒ１により制限する。
これにより、回路基板ＣＢおよび回路基板ＣＢに実装された他の素子が保護される。
また、抵抗器Ｒ１およびＲ２は、ともに一定線径および一定ピッチにより製作できるので、低コストで上述した保護機能が得られる。また、抵抗器Ｒ１およびＲ２の仕様を決定する際の設計自由度が高い。
【００２９】
本実施形態に係る保護回路によれば、抵抗器Ｒ２は、その両端の端子ｔｍ１およびｔｍ２により形成されるラインが回路基板ＣＢに対してほぼ垂直となるように実装された場合、アーク電流の発生により両端の端子ｔｍ１およびｔｍ２が破壊された場合であっても、内部のガスや表面の被膜が回路基板ＣＢに対して垂直方向に飛散し、他の素子への影響を最小限に抑えることができる。したがって、保護機能がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】一実施形態に係る電源回路の回路図である。
【図２】保護回路を構成する抵抗の構造を図解した図である。
【図３】保護回路のパラメータの選択に応じた試験結果である。
【図４】保護回路を回路基板上に実装した図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…電源回路
１０…交流電圧源
１１…変圧部
Ｒ１，Ｒ２…抵抗器
Ｃ１，Ｃ２…コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４…ダイオード
【図１】
2006024675.tif 000003
【図２】
2006024675.tif 000004
【図３】
2006024675.tif 000005
【図４】
2006024675.tif 000006