(57)【要約】【課題】  良好な同相モードサージ保護効果を得る。【解決手段】  サージ保護装置のフィルタ回路(200)は、Ｙキャパシタ(202)、第１のラインとＹキャパシタ(202)の間に結合された第１の金属酸化物バリスタ(204)、および、第２のラインとＹキャパシタ(202)の間に結合された第２の金属酸化物バリスタ(208)を備える。【選択図】  図２Ａ
2006191797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列結合された大容量Ｙキャパシタと抵抗器を含み、アースに結合されたＲＣ回路と、
第１のラインと前記ＲＣ回路の間に結合された第１の金属酸化物バリスタと、
第２のラインと前記ＲＣ回路の間に結合された第２の金属酸化物バリスタと、
を備えることを特徴とする同相モードサージ保護フィルタ回路。
【請求項２】
シャーシと、
前記シャーシに給電し、さらに電源電圧ライン、中立ラインおよびアースラインを含む電線と、
前記電線に結合された同相モードサージ保護フィルタ回路と、を備え、該同相モードサージ保護フィルタ回路が、
並列結合された大容量Ｙキャパシタと抵抗器を含み、前記アースラインに結合されたＲＣ回路と、
前記電源電圧ラインと前記ＲＣ回路の間に結合された第１の金属酸化物バリスタと、
前記中立ラインと前記ＲＣ回路の間に結合された第２の金属酸化物バリスタと、
を備えることを特徴とする電子機器ユニット。
【請求項３】
前記電線に結合され、前記シャーシ内に形成された少なくとも１つのアウトレットをさらに備え、前記電子機器ユニットが、サージ抑制レセプタクル、エンターテインメントパワーセンター、ラックマウントサージサプレッサー、全家屋サージサプレッサー、プログラム可能な電源制御システム、プラグインノイズフィルタ、無停電電源装置、およびパワーストリップからなるグループから選択されたサージ抑制装置であることを特徴とする請求項２に記載のユニット。
【請求項４】
前記電線に結合され、前記シャーシ内に収容された少なくとも１つの電子装置をさらに備え、前記電子機器ユニットが、コンピュータ、記憶システム、通信システム、民生用電子機器ユニットおよびエンターテインメントシステムからなるグループの中から選択された電子システムであることを特徴とする請求項２に記載のユニット。
【請求項５】
前記同相モードサージ保護フィルタ回路と前記少なくとも１つの電子装置との間に結合された差動変圧器をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のユニット。
【請求項６】
前記ＲＣ回路がアースに結合されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回路またはユニット。
【請求項７】
前記第１の金属酸化物バリスタが、第１の電圧入力ラインに結合され、前記第２の金属酸化物バリスタが第２の電圧入力ラインに結合されていることを特徴とする請求項６に記載の回路またはユニット。
【請求項８】
前記第１の金属酸化物バリスタが能動ラインに結合され、前記第２の金属酸化物バリスタが中立ラインに結合されていることを特徴とする請求項６に記載の回路またはユニット。
【請求項９】
前記第１の金属酸化物バリスタに結合された第１の熱遮断素子と、
前記第２の金属酸化物バリスタに結合された第２の熱遮断素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回路またはユニット。
【請求項１０】
前記第１の金属酸化物バリスタと前記第２の金属酸化物バリスタが、熱的に保護された金属酸化物バリスタであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の回路またはユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サージ保護のためのフィルタおよび電子機器ユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
同相モードの高電圧過渡現象は、一般に、大容量キャパシタンス、Ｙキャパシタ、気体放電管（ＧＤＴ）、あるいは金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）とＧＤＴの組み合わせによって保護される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
同相モードの保護のためにＹキャパシタなどの大容量キャパシタンスを利用する問題点は、Ｕｎｉｔｅｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，  Ｉｎｃ．（ＵＬ）電流漏れ試験で不合格になりやすいことである。より高いエネルギーを吸収できるようにキャパシタンスレベルを高くするほど電流漏れの問題が大きくなる。
【０００４】
気体放電管（ＧＤＴ）の問題点は、高エネルギー過渡現象の間に寿命が制限される。ＧＤＴの実装は最終的に役に立たたず、装置は保護されないままである。
【０００５】
金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）は、規制の高電位（Ｈｉ−ｐｏｔ）仕様によって同相モード保護には単独で使用されない。したがって、ＭＯＶは、一般に、ＧＤＴと組み合わせで使用されるか、または差動モードにおいて単独で使用される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
サージ保護装置により、フィルタ回路の実施形態は、Ｙキャパシタ、第１のラインとＹキャパシタの間に結合された第１の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）、および、第２のラインとＹキャパシタの間に結合された第２の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）を含む。
【０００７】
すなわち、本発明に係る同相モードサージ保護フィルタ回路は、並列結合された大容量Ｙキャパシタと抵抗器を含み、アースに結合されたＲＣ回路と、第１のラインと前記ＲＣ回路の間に結合された第１の金属酸化物バリスタと、第２のラインと前記ＲＣ回路の間に結合された第２の金属酸化物バリスタと、を備える。
【０００８】
また、本発明に係る電子機器ユニットは、シャーシと、前記シャーシに給電し、さらに電源電圧ライン、中立ラインおよびアースラインを含む電線と、前記電線に結合された同相モードサージ保護フィルタ回路と、を備え、該同相モードサージ保護フィルタ回路が、
並列結合された大容量Ｙキャパシタと抵抗器を含み、前記アースラインに結合されたＲＣ回路と、前記電源電圧ラインと前記ＲＣ回路の間に結合された第１の金属酸化物バリスタと、前記中立ラインと前記ＲＣ回路の間に結合された第２の金属酸化物バリスタと、を備える。
【０００９】
前記電子機器ユニットは、前記電線に結合され、前記シャーシ内に形成された少なくとも１つのアウトレットをさらに備えることができる。この前記電子機器ユニットは、例えばサージ抑制レセプタクル、エンターテインメントパワーセンター、ラックマウントサージサプレッサー、全家屋サージサプレッサー、プログラム可能な電源制御システム、プラグインノイズフィルタ、無停電電源装置、およびパワーストリップからなるグループから選択されたサージ抑制装置である。
【００１０】
前記電子機器ユニットは、前記電線に結合され、前記シャーシ内に収容された少なくとも１つの電子装置をさらに備えることができる。この前記電子機器ユニットは、例えばコンピュータ、記憶システム、通信システム、民生用電子機器ユニットおよびエンターテインメントシステムからなるグループの中から選択された電子システムである。
【００１１】
前記電子機器ユニットは、前記同相モードサージ保護フィルタ回路と前記少なくとも１つの電子装置との間に結合された差動変圧器をさらに備えることができる。
前記フィルタ回路または前記電子機器ユニットの前記ＲＣ回路は、アースに結合されても良い。この場合、前記第１の金属酸化物バリスタを、第１の電圧入力ラインに結合し、前記第２の金属酸化物バリスタうぃ第２の電圧入力ラインに結合することができる。また、前記第１の金属酸化物バリスタを能動ラインに結合し、前記第２の金属酸化物バリスタを中立ラインに結合することができる。
【００１２】
前記フィルタ回路または前記電子機器ユニットは、前記第１の金属酸化物バリスタに結合された第１の熱遮断素子と、前記第２の金属酸化物バリスタに結合された第２の熱遮断素子と、をさらに備えることができる。
前記第１の金属酸化物バリスタと前記第２の金属酸化物バリスタは、熱的に保護された金属酸化物バリスタであっても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
構造と動作方法の両方に関する本発明の実施形態は、以下の説明と添付図面を参照することによって最もよく理解することができる。
【００１４】
図１を参照すると、回路図は、同相モードサージ保護用のフィルタ回路１００の実施形態を示す。フィルタ回路１００は、Ｙキャパシタ１０２、第１のライン１０６とＹキャパシタ１０２の間に結合された第１の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）１０４、および第２のライン１１０とＹキャパシタ１０２の間に結合された第２の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）１０８を含む。回路１００は、各入力ライン１０６、１１０上に金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）１０４、１０８を含む。両方の金属酸化物バリスタ１０４、１０８は、Ｙキャパシタ１０２で終端する。
【００１５】
抵抗器１１２がＹキャパシタ１０２と並列に結合され、その結果できた抵抗器−キャパシタ（ＲＣ）並列回路１１４がアース１１６に接続される。Ｙキャパシタ１０２は、Ｙキャパシタ１０２を充電する過渡電圧スパイクまたはサージが発生したときにＹキャパシタ１０２の放電を支援する並列の抵抗器Ｒ１１２を有する。Ｙキャパシタ１０２と抵抗器Ｒ１１２は両方とも、シャーシアース１１６で終端する。
【００１６】
Ｙキャパシタ１０２は、高電圧試験の際に生じる電圧のような大きい直流（ＤＣ）電圧から金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）１０４、１０８を保護し、金属酸化物バリスタが、電気嵐や誘導モータ始動中に生じる過渡現象などの高周波高エネルギー過渡現象の際に放電することを可能にする。
【００１７】
第１のライン１０６と第２のライン１１０は、一般に、それぞれ第１と第２の電圧入力ラインである。電圧入力ラインは、他の状況では、電源電圧（ｌｉｎｅ  ｖｏｌｔａｇｅ）または能動ラインおよび中立ラインと呼ばれる。
【００１８】
図２Ａと図２Ｂを参照すると、概略ブロック図は、さらに熱保護を含む同相モードサージ保護用のフィルタ回路２００のもう１つの実施形態を示す。実例となる同相モードサージ保護フィルタ回路２００において、ＲＣ回路２１４は、アースに結合されたＲＣ回路２１４と並列に結合された大容量Ｙキャパシタ２０２と抵抗器２１２を含む。第１の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）２０４が、第１のライン２０６とＲＣ回路２１４の間に結合され、第２の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）２０８が、第２のライン２１０とＲＣ回路２１４の間に結合されている。例えば第１のライン２０６と第１のＭＯＶ２０４の間で、第１のＭＯＶ２０４に第１の熱遮断素子（ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｕｔ−ｏｆｆ）２２０が結合されてもよい。第２のライン２１０と第２のＭＯＶ２０８の間で、第２のＭＯＶ２０８に第２の熱遮断素子２２２が結合されてもよい。
【００１９】
図２Ａは、ＭＯＶ２０４、２０８と直列の熱遮断素子２２０、２２２の配置を示す。図２Ｂは、ＭＯＶ２０４、２０８と並列な熱遮断素子２２０、２２２の配置を示す。熱遮断素子２２０、２２２を入れることにより、ＭＯＶ２０４、２０８に流れる電流によって生じる可能性のある熱事象から保護する。熱遮断素子（ＴＣＯ）は、複数の様々な動作温度で使用可能である。ＴＣＯは、ＭＯＶからの伝導熱、対流熱、放射熱の組み合わせによって活動化される。
【００２０】
さらに他の実施形態において、金属酸化物バリスタ２０４と２０８は、熱的に保護された金属酸化物バリスタ（ＴＭＯＶ）でよい。いくつかの実施形態において、内部が熱的に保護されたＭＯＶは、金属酸化物バリスタのエポキシ被覆の内部に内部セラミック円盤と近接して温度ヒューズ要素を含む。
【００２１】
従来のサージ保護回路は、大容量Ｙキャパシタを使用するが構造上大きな漏れ電流が生じる可能性があり、それにより電流漏れ試験の仕様が満たされない可能性がある。一般に、大容量キャパシタのキャパシタンスが大きいほど、測定される漏れ電流は多くなる。他の従来の設計は、気体放電管（ＧＤＴ）を使用し、この実施態様は、それぞれ受ける過渡現象により装置が弱くなるため信頼性が限られる。いくつかの従来の設計は、ＧＤＴを破局的故障から保護するためにＧＤＴと直列に金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）を使用し、この実施態様はコストと大きさを増える。
【００２２】
金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）は、一般に酸化亜鉛粒子を他の金属酸化物のマトリクス中に含む一般的なタイプのバリスタである。酸化亜鉛と金属酸化物が２つの電極の間に挟まれている。隣り合った金属酸化物粒子間の境界は、一方向だけに流れるように電流を制限するダイオード接合となる。ランダムに配向された金属酸化物粒子は、逆並列ダイオード対が他の多くの対と並列になった逆並列ダイオード対の回路網と機能的に似た塊を形成する。電極の両側に低い電圧から中くらいの電圧を印加すると、わずかな電流だけが流れ、ダイオード接合に逆漏れ電流が生じる。高い電圧を印加すると、ダイオード接合が電子雪崩によって破壊して大きな電流が流れる。電流電圧特性がきわめて非線形なので、ＭＯＶは低電圧で高抵抗を有し高電圧で低抵抗を有するようになる。
【００２３】
図１、図２Ａおよび図２Ｂに示した金属酸化物バリスタ（ＭＯＹ）、Ｙキャパシタ、および抵抗器の構成は、同相モードの高エネルギー試験の際に生じる高エネルギー過渡現象から下流側の構成要素を保護する信頼性の高い低漏れ電流フィルタである。ＭＯＶ、Ｙキャパシタ、抵抗器の構成は、気体放電管（ＧＤＴ）よりも破局的故障を受けにくい。ＭＯＶ、Ｙキャパシタ、抵抗器フィルタは、ＧＤＴ／ＭＯＶ回路のような代替よりコストが少なく、大容量キャパシタンスやＭＯＶ／ＧＤＴ回路などの他の設計よりも使用スペースが小さい。また、ＭＯＶ、Ｙキャパシタ、抵抗器構成は、大容量キャパシタだけを使用するよりも漏れ電流の量を減少させる。
【００２４】
実例となる同相モードサージ保護フィルタ回路１００、２００は、高電位（Ｈｉ−ｐｏｔ）試験、電流漏れ試験、双方向波試験（Ｂｉ−ｗａｖｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ）およびリング波試験を含む様々なＵｎｉｔｅｄ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（ＵＬ）試験に合格しやすくなる。Ｈｉ−ｐｏｔ試験は、電気絶縁状態を判定するために装置への高電圧の印加を含み、そうでない場合は、耐電圧試験、絶縁耐力試験、絶縁降伏試験と呼ばれることがある。
【００２５】
電流漏れ試験は、筐体からシステムへの連続的な漏れ電流の測定を含む。一般に、試験は、通常極性状態と逆極性状態と中性線が開いた状態と閉じた状態で、開いたアース導体と閉じたアース導体の様々な組み合わせで行われる。
【００２６】
双方向波（Ｂｉ−ｗａｖｅ）試験は、ある時間枠内の電圧と別の時間枠内の電流を含む組み合わされた双方向波または２つの波に応じたサージ電圧の測定を含む。１つの例において、印加されるパルスは、立ち上がり時間１．２マイクロ秒（μｓ）で６０００ボルトであり半減するのに５０μｓであり、その後、立ち上がり時間８μｓで３０００アンペアであり半減するのに２０μｓである。
【００２７】
リング波サージ試験は、スイッチング事象で生じるサージをシミュレートする。例えば、２〜６ｋＶの振幅と２００アンペア〜５００アンペアの電流容量の１００ｋＨｚ正弦波試験電圧を印加することができる。
【００２８】
図３を参照すると、概略ブロック図は、同相モードサージ保護フィルタ３０２を含む電子機器ユニット３００の実施形態を示す。電子機器ユニット３００は、シャーシ３０４と、シャーシ３０４に電力を供給する電線３０６とを含む。電線３０６は、電源電圧ライン（ｌｉｎｅ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｌｉｎｅ）３０８、中立ライン３１０およびアースライン３１２を含む。同相モードサージ保護フィルタ回路３０２は、電線３０６に結合され、大容量Ｙキャパシタ３１６と抵抗器３１８が並列に結合されたＲＣ回路３１４をさらに含む。ＲＣ回路３１４は、アースライン３１２に結合されている。第１と第２の金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）３２０と３２２はそれぞれ、電源電圧ライン３０８と中立ライン３１０と、ＲＣ回路３１４との間で結合されている。
【００２９】
電子機器ユニット３００は、さらに、電線３０６に結合されシャーシ３０４内に形成された少なくとも１つのアウトレット３２４を含むことができる。様々な実施形態において、電子機器ユニット３００は、サージ抑制装置でよい。サージ抑制装置３００のいくつかの例は、サージ抑制レセプタクル、エンタテインメントパワーセンター、ラックマウントサージサプレッサー、全家屋（whole house）サージサプレッサー、プログラム可能な電源制御システム、プラグインノイズフィルタ、無停電電源装置（ＵＰＳ）およびパワーストリップである。
【００３０】
図４を参照すると、電子機器ユニット４００は、さらに、電線３０６に結合されシャーシ３０４内に収容された少なくとも１つの電子装置４０２を含む。様々な実施形態において、電子機器ユニット４００は、電子システムでよい。様々な電子システム４００とその関連装置４０２には、コンピュータ、記憶システム、通信システム、民生用電子機器ユニット、およびエンタテインメントシステムがある。
【００３１】
電子システム４００は、さらに、同相モードサージ保護フィルタ回路３０２と少なくとも１つの電子装置４０２の間に結合された差動変圧器４０４を含むことができる。
【００３２】
サージ抑制装置３００と電子システム４００のいくつかの実施形態において、第１のＭＯＶ３２０と第２のＭＯＶ３２２は、熱的に保護された金属酸化物バリスタ（ＴＭＯＶ）でよい。同様に、図２に示したように、第１と第２の熱遮断素子は、電源電圧ラインおよび中立ラインと第１と第２のＭＯＶとの間にそれぞれ結合されてもよい。
【００３３】
図５を参照すると、グラフは、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３および図４に示したような同相モードサージ保護フィルタ回路の過渡電圧に対するＹキャパシタ容量の関係を示す。図示したように、大容量キャパシタ値またはＹキャパシタ値が約１００ナノファラッド（ｎＦ）より大きいと過渡電圧が適切に低下する。Ｙキャパシタ値が約１００ｎＦ未満の場合、過渡電圧が漸近的に増加し始める。特定の例において、キャパシタンス４７０ｎＦは過渡電圧約１４００ボルト（Ｖ）に対応し、キャパシタンス２２０ｎＦは１６００Ｖの過渡現象に関係し、１００ｎＦは１７５０ボルト（Ｖ）を生じ、キャパシタンス１５ｎＦは３３００ボルト（Ｖ）に対応する。
【００３４】
この開示が様々な実施形態を説明しているが、これらの実施形態は、例示的なものとして理解されるべきであり、特許請求の範囲を制限しない。説明した実施形態の多くの変形、修正、追加および改良が可能である。例えば、当業者は、本明細書で開示した構造および方法を実現するのに必要なステップを容易に実施し、プロセスパラメータ、材料および寸法が単なる例として示されていることを理解するであろう。パラメータ、材料および寸法は、特許請求の範囲内にある所望の構造ならびに修正を達成するように変更することができる。例えば、フィルタは、電子機器ユニットと電子システムの特定の例と共に使用するように説明されているが、フィルタは、任意の適切な電子機器ユニットと電子システムで実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】フィルタ回路の実施形態を示す回路図である。
【図２Ａ】さらに熱保護を含むフィルタ回路の実施形態を示す回路図である。
【図２Ｂ】さらに熱保護を含むフィルタ回路の実施形態を示す回路図である。
【図３】同相モードサージ保護フィルタを含むサージ保護装置の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図４】同相モードサージ保護フィルタを含む電子システムの実施形態を示す概略ブロック図である。
【図５】図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３、および図４に示したような同相モードサージ保護フィルタ回路の過渡電圧に対するＹキャパシタ容量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３６】
１００  同相モードサージ保護フィルタ回路
１０２  Ｙキャパシタ
１０４、１０８  金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ）
１０６  第１のライン
１１０  第２のライン
１１２  抵抗器Ｒ
１１４  抵抗器−キャパシタ（ＲＣ）並列回路
１１６  アース
【図１】
2006191797.tif 000003
【図２Ａ】
2006191797.tif 000004
【図２Ｂ】
2006191797.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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