逆起電力防止ユニット
【課題】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るバッテリの逆起電力防止ユニットを提供する。
【解決手段】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。
【解決手段】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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
直流電源として車載バッテリを例にとると、車載バッテリは、通常は充電が可能な二次電池が使用されている。バッテリおよび車載機器を電気回路で表すと、図12に示すとおりである。図中20はバッテリ、21はセルモータ、22は電装品、23は発電機、24はスタータスイッチ、25は整流用ダイオード、26は充電用発電機23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イッチを示している。
【0003】
バッテリ20は、純電池Eo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V1はV1=Eo−e=Eo−ri
となる。
【0004】
バッテリ20の負荷としては、セルモータ21、電装品22があるが、セルモータはもちろん、電装品22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(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。
【0005】
さらに、充電用発電機13のプラス側はバッテリ10の電圧を監視しながら自動オンオフスイッチ16でオンオフしているため、オフ時には充電用発電機13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っている。
このようなインダクタンス成分による逆起電力は、カーオーディオ、ラジオのスピーカに耳障りなノイズとなって現れ、またカーナビゲーションやテレビ画像のちらつきの原因となる。
【0006】
従来においては、例えば図13に示すように、ダイオード106によってブロアモータ101で発生するノイズをバッテリ電源VBに回生することによりノイズを低減し、コンデンサ124によりノイズの高調波成分を減衰し、スイッチング素子102のスイッチングにより発生するバッテリ電源間のノイズをインダクタンス123および電解コンデンサi22により構成されるLCフィルタで減衰すると共に、インダクタンス123によりスイッチング素子102のオフ時に発生するノイズ量を減らし、電解コンデンサ122によりバ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、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平7−283797号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、コンデンサやイ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いという問題がある。
また、従来のノイズフィルタは、電装品自体に取り付けることになっているため、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。
【0008】
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イッ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、上記スイッチング動作をする回路素子または回路部がスイッ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ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成する本発明の逆起電力防止ユニットは、直流供給源からスイッ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前記スイッチング動作の際に生じる誘導性負荷に起因するノイズが出力される回路装置における逆起電力防止ユニットであって、そのカソードが前記直流供給源の正端子に接続され、そのアノードが前記直流供給源の負端子に接続されるダイオードと、該ダイオードに並列接続されるコンデンサとを有し、前記ダイオードは、前記誘導性負荷を吸収するものであり、前記コンデンサは、前記ダイオードのカソード側の電圧を、給電がオン状態に切り替わったときに所定のレベルまで一時的に下降させるとともに給電がオフ状態に切り替わったときに所定のレベルまで一時的に上昇させ、且つ、前記逆起電力により生じる高調波成分を前記直流供給源側に戻すものであることを特徴とする。
【0010】
ある実施の態様では、前記直流供給源は、バッテリと、該バッテリの電圧に応じてオンオフ動作を繰り返す充電用発電機との組み合わせであり、該充電用発電機もまた前記逆起電力を生じさせる回路素子を含むことを特徴とする。
【0011】
ある実施の態様では、前記回路装置は、コンパレータと、発振器と、トランスとを含み、前記コンパレータは、前記直流供給源の正極性電力と前記発振器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が出力するものであり、前記トランスは、その一次側の前記コンパレータの出力を変圧して二次側に出力するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、スイッチング動作をする回路素子または回路部のスイッ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回路装置のノイズの影響を防止することができる。
【0013】
また、例えば、車載バッテリに本発明の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。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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
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オーディオ回路は、入力信号が印加される入力端子50,51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オードD1と、平滑用コンデンサC1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C1には、並列に逆起電力を吸収するためのダイオードD2が接続されている。
【0015】
増幅器2はスイッチング動作を行うので、増幅器2をスイッチ4に置き換え、トランス1の入力端子50、51に交流信号を入力する代わりに、トランス1の二次側にバッテリ5を図示する極性で挿入すると、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に示す回路でスイッチ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、スイッチ4のオン、オフ時におけるダイオードD1のカソード側のA点の電圧波形を示している。
【0016】
図2において、スイッチ4が、例えば、時刻t1でオフ状態からオン状態に切り替わると、バッテリ5の起電力がスピーカ3の駆動コイル3aに対し、D点側が+の極性に、スイッチ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C1はB点が+の極性に、A点が−の極性になるように充電される。この結果、A点の電位は、0V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C1に蓄積された電荷は、ダイオードD2及び駆動コイル3aを介して放電されるためにA点の電位は上昇し、時刻t2で元の電位に復帰する。
【0017】
また、次に、時刻t3でスイッチ4がオン状態からオフ状態に切り替わると、駆動コイル3aに対し、駆動コイル3aのC点が−の極性に、駆動コイル3aのD点が+の極性になるように、逆起電力が発生し、電流がダイオードD2を介してコンデンサC1にA点側から流れ込むので、コンデンサC1は、A点側が+の極性に、B点が−の極性になるように充電される。
【0018】
したがって、A点の電位は、0V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C1に蓄積された電荷は、ダイオードD1、トランス1の二次巻線を介して、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D2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t4で0Vのレベルに復帰する。
このようにして、スイッチ4のオン、オフの切り替え時に平滑用のコンデンサC1と逆起電力吸収用のダイオードD2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。
【0019】
次に、図2に示す回路からダイオードD2を除去した回路を図4に示す。この回路でスイッチ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C1、ダイオードD2を除去した回路を図5に示す。この回路で、スイッチ4をオン、オフ動作させたときのA点及びC点における電位の変化状態を示す波形を図6に示す。図6(b)に示すように、スイッチ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。
【0020】
また、スイッチ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C1を除去し、ダイオードD2を残した回路を図7に示す。この回路でスイッチ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に示す。図8(a)に示すように、スイッチ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。
【0021】
これに対して、スイッチ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、スイッチ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点D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。
【0022】
このように、ダイオードD2はスイッチ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3aに発生する逆起電力は、平滑用のコンデンサC1に並列接続されるダイオードD2により吸収され、ダイオードD1、トランス1の二次巻線を介してバッテリ5に供給される。
【0023】
図2に示す回路では、スイッチ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3aに発生する逆起電力は、ダイオードD2により吸収され、コンデンサC1に、A点が+の極性に、B点が−の極性になるように再充電される。このコンデンサC1は、交流信号をダイオードD1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、スピーカ3の駆動コイル3a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C1は、スピーカ3の駆動コイル3a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バッテリ側に戻す機能を有している。
【0024】
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10と、整流回路10の出力電圧を平滑するコンデンサC10と、コンデンサC10に並列接続される逆起電力吸収用のダイオードD11と、コンパレータ11と、発振器12と、トランス13と、ダイオードD12、D13と、コイルL1と、コンデンサC12からなる平滑回路とを有している。
【0025】
上記構成からなるスイッチング電源では、整流回路10の出力と発振器12の出力が入力されるコンパレータ11により、整流回路10の出力と発振器12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、100kHzのパルス信号)が出力され、トランス13により変圧され、ダイオードD12により整流され、コイルL1と、コンデンサC12からなる平滑回路により、平滑された直流電圧が出力端62、63に出力される。
【0026】
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13、コイルL1等で逆起電力が発生するが、平滑用のコンデンサC10に並列にダイオードを図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。
【0027】
次に、本発明の実施形態に係る逆起電力ユニットの具体的構成を図10に示す。
図10は本発明の実施形態に係る逆起電力防止ユニット100の外観を示すもので、正側リード線102と、負側リード線103との間に、逆流阻止ダイオード104とヒューズ105が直列に接続され、逆流阻止ダイオード104には並列にコンデンサ106が接続されている。ヒューズ105はヒューズソケット107に対して着脱自在になっており、ヒューズ105が溶断したときは交換できるようにしている。正側リード線102と負側リード線103の先端には、圧着端子108,109が取り付けられており、バ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。
【0028】
図11は、本発明に係る逆起電力防止ユニット100をバッテリ110に接続した状態の回路図である。図中、111はセルモータ、112は電装品、113は発電機、114はスタータスイッチ、115は整流用ダイオード、116は充電用発電機113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イッチを示している。なお、逆起電力防止ユニット100は実際にはバッテリ10の正端子と負端子に直接つながれる。
【0029】
上述したように、バッテリ110の負荷としては、セルモータ111、電装品112があるが、セルモータはもちろん、電装品112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。
【0030】
さらに、充電用発電機113のプラス側はバッテリ110の電圧を監視しながら自動オンオフスイッチ116でオンオフしているため、オフ時には充電用発電機113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っている。
【0031】
しかし、逆起電力防止ユニット100を設けたことで、セルモータ111、電装品112、充電用発電機113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104に流れて吸収され、バッテリ110の出力端子には現れなくなる。
【0032】
このようにして、バッテリ110に逆流阻止ダイオード104を挿入することで、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。なお、正逆方向の高調波ノイズは、コンデンサ106により吸収することができる。また、万一、コンデンサ106や逆流阻止ダイオード104が故障して短絡したときには、バッテリ110から流れる大電流によりヒューズ105が溶断して、事故を防ぐようにしている。
なお、コンデンサ106の容量としては、バッテリ110が12V定格の場合、0.47μF、耐圧250V程度のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】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。
【図2】図1に示すオーディオ回路のアンプをスイッチに置き換え、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。
【図3】図2に示す回路でスイッチ4がオン、オフ動作する際のA点の電位波形を示す図。
【図4】図2に示す回路からダイオードD2を除去した回路を示す図。
【図5】図2に示す回路からコンデンサC1、ダイオードD2を除去した回路を示す図。
【図6】図5示す回路においてにスイッチ4をオン、オフ動作させたときのA点及びC点における電位の変化状態を示す波形図。
【図7】図2に示す回路からコンデンサC1を除去し、ダイオードD2を残した回路を示す図。
【図8】図7に示す回路でスイッチ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。
【図9】本発明が適用されるスイッチング電源の構成例を示す図。
【図10】本発明の実施形態に係る逆起電力防止ユニットの外観を示す図。
【図11】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。
【図12】車載バッテリおよび車載機器の電気回路図。
【図13】従来のノイズフィルタの例を示す回路図。
【符号の説明】
【0034】
1…トランス
2…増幅器
3…スピーカ
3a…駆動コイル
4…スイッチ
C1…コンデンサ
D1、D2…ダイオード
100…逆起電力防止ユニット
102…正側リード線
103…負側リード線
104…逆流阻止ダイオード
105…ヒューズ
106…コンデンサ
107…ヒューズソケット
108,109…圧着端子
110…バッテリ
111…セルモータ
112…電装品
113…発電機
114…スタータスイッチ
115…整流用ダイオード
116…自動オンオフスイッチ
【技術分野】
【0001】
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ユニットに関する。
【背景技術】
【0002】
直流電源として車載バッテリを例にとると、車載バッテリは、通常は充電が可能な二次電池が使用されている。バッテリおよび車載機器を電気回路で表すと、図12に示すとおりである。図中20はバッテリ、21はセルモータ、22は電装品、23は発電機、24はスタータスイッチ、25は整流用ダイオード、26は充電用発電機23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イッチを示している。
【0003】
バッテリ20は、純電池Eo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V1はV1=Eo−e=Eo−ri
となる。
【0004】
バッテリ20の負荷としては、セルモータ21、電装品22があるが、セルモータはもちろん、電装品22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(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。
【0005】
さらに、充電用発電機13のプラス側はバッテリ10の電圧を監視しながら自動オンオフスイッチ16でオンオフしているため、オフ時には充電用発電機13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っている。
このようなインダクタンス成分による逆起電力は、カーオーディオ、ラジオのスピーカに耳障りなノイズとなって現れ、またカーナビゲーションやテレビ画像のちらつきの原因となる。
【0006】
従来においては、例えば図13に示すように、ダイオード106によってブロアモータ101で発生するノイズをバッテリ電源VBに回生することによりノイズを低減し、コンデンサ124によりノイズの高調波成分を減衰し、スイッチング素子102のスイッチングにより発生するバッテリ電源間のノイズをインダクタンス123および電解コンデンサi22により構成されるLCフィルタで減衰すると共に、インダクタンス123によりスイッチング素子102のオフ時に発生するノイズ量を減らし、電解コンデンサ122によりバ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、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開平7−283797号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、コンデンサやイ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いという問題がある。
また、従来のノイズフィルタは、電装品自体に取り付けることになっているため、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。
【0008】
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イッ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、上記スイッチング動作をする回路素子または回路部がスイッ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ユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記目的を達成する本発明の逆起電力防止ユニットは、直流供給源からスイッ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前記スイッチング動作の際に生じる誘導性負荷に起因するノイズが出力される回路装置における逆起電力防止ユニットであって、そのカソードが前記直流供給源の正端子に接続され、そのアノードが前記直流供給源の負端子に接続されるダイオードと、該ダイオードに並列接続されるコンデンサとを有し、前記ダイオードは、前記誘導性負荷を吸収するものであり、前記コンデンサは、前記ダイオードのカソード側の電圧を、給電がオン状態に切り替わったときに所定のレベルまで一時的に下降させるとともに給電がオフ状態に切り替わったときに所定のレベルまで一時的に上昇させ、且つ、前記逆起電力により生じる高調波成分を前記直流供給源側に戻すものであることを特徴とする。
【0010】
ある実施の態様では、前記直流供給源は、バッテリと、該バッテリの電圧に応じてオンオフ動作を繰り返す充電用発電機との組み合わせであり、該充電用発電機もまた前記逆起電力を生じさせる回路素子を含むことを特徴とする。
【0011】
ある実施の態様では、前記回路装置は、コンパレータと、発振器と、トランスとを含み、前記コンパレータは、前記直流供給源の正極性電力と前記発振器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が出力するものであり、前記トランスは、その一次側の前記コンパレータの出力を変圧して二次側に出力するものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、スイッチング動作をする回路素子または回路部のスイッ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回路装置のノイズの影響を防止することができる。
【0013】
また、例えば、車載バッテリに本発明の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。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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0014】
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オーディオ回路は、入力信号が印加される入力端子50,51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オードD1と、平滑用コンデンサC1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C1には、並列に逆起電力を吸収するためのダイオードD2が接続されている。
【0015】
増幅器2はスイッチング動作を行うので、増幅器2をスイッチ4に置き換え、トランス1の入力端子50、51に交流信号を入力する代わりに、トランス1の二次側にバッテリ5を図示する極性で挿入すると、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に示す回路でスイッチ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、スイッチ4のオン、オフ時におけるダイオードD1のカソード側のA点の電圧波形を示している。
【0016】
図2において、スイッチ4が、例えば、時刻t1でオフ状態からオン状態に切り替わると、バッテリ5の起電力がスピーカ3の駆動コイル3aに対し、D点側が+の極性に、スイッチ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C1はB点が+の極性に、A点が−の極性になるように充電される。この結果、A点の電位は、0V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C1に蓄積された電荷は、ダイオードD2及び駆動コイル3aを介して放電されるためにA点の電位は上昇し、時刻t2で元の電位に復帰する。
【0017】
また、次に、時刻t3でスイッチ4がオン状態からオフ状態に切り替わると、駆動コイル3aに対し、駆動コイル3aのC点が−の極性に、駆動コイル3aのD点が+の極性になるように、逆起電力が発生し、電流がダイオードD2を介してコンデンサC1にA点側から流れ込むので、コンデンサC1は、A点側が+の極性に、B点が−の極性になるように充電される。
【0018】
したがって、A点の電位は、0V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C1に蓄積された電荷は、ダイオードD1、トランス1の二次巻線を介して、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D2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t4で0Vのレベルに復帰する。
このようにして、スイッチ4のオン、オフの切り替え時に平滑用のコンデンサC1と逆起電力吸収用のダイオードD2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。
【0019】
次に、図2に示す回路からダイオードD2を除去した回路を図4に示す。この回路でスイッチ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C1、ダイオードD2を除去した回路を図5に示す。この回路で、スイッチ4をオン、オフ動作させたときのA点及びC点における電位の変化状態を示す波形を図6に示す。図6(b)に示すように、スイッチ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。
【0020】
また、スイッチ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C1を除去し、ダイオードD2を残した回路を図7に示す。この回路でスイッチ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に示す。図8(a)に示すように、スイッチ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。
【0021】
これに対して、スイッチ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、スイッチ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点D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。
【0022】
このように、ダイオードD2はスイッチ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3aに発生する逆起電力は、平滑用のコンデンサC1に並列接続されるダイオードD2により吸収され、ダイオードD1、トランス1の二次巻線を介してバッテリ5に供給される。
【0023】
図2に示す回路では、スイッチ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3aに発生する逆起電力は、ダイオードD2により吸収され、コンデンサC1に、A点が+の極性に、B点が−の極性になるように再充電される。このコンデンサC1は、交流信号をダイオードD1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、スピーカ3の駆動コイル3a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C1は、スピーカ3の駆動コイル3a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バッテリ側に戻す機能を有している。
【0024】
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10と、整流回路10の出力電圧を平滑するコンデンサC10と、コンデンサC10に並列接続される逆起電力吸収用のダイオードD11と、コンパレータ11と、発振器12と、トランス13と、ダイオードD12、D13と、コイルL1と、コンデンサC12からなる平滑回路とを有している。
【0025】
上記構成からなるスイッチング電源では、整流回路10の出力と発振器12の出力が入力されるコンパレータ11により、整流回路10の出力と発振器12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、100kHzのパルス信号)が出力され、トランス13により変圧され、ダイオードD12により整流され、コイルL1と、コンデンサC12からなる平滑回路により、平滑された直流電圧が出力端62、63に出力される。
【0026】
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13、コイルL1等で逆起電力が発生するが、平滑用のコンデンサC10に並列にダイオードを図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。
【0027】
次に、本発明の実施形態に係る逆起電力ユニットの具体的構成を図10に示す。
図10は本発明の実施形態に係る逆起電力防止ユニット100の外観を示すもので、正側リード線102と、負側リード線103との間に、逆流阻止ダイオード104とヒューズ105が直列に接続され、逆流阻止ダイオード104には並列にコンデンサ106が接続されている。ヒューズ105はヒューズソケット107に対して着脱自在になっており、ヒューズ105が溶断したときは交換できるようにしている。正側リード線102と負側リード線103の先端には、圧着端子108,109が取り付けられており、バ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。
【0028】
図11は、本発明に係る逆起電力防止ユニット100をバッテリ110に接続した状態の回路図である。図中、111はセルモータ、112は電装品、113は発電機、114はスタータスイッチ、115は整流用ダイオード、116は充電用発電機113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イッチを示している。なお、逆起電力防止ユニット100は実際にはバッテリ10の正端子と負端子に直接つながれる。
【0029】
上述したように、バッテリ110の負荷としては、セルモータ111、電装品112があるが、セルモータはもちろん、電装品112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。
【0030】
さらに、充電用発電機113のプラス側はバッテリ110の電圧を監視しながら自動オンオフスイッチ116でオンオフしているため、オフ時には充電用発電機113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っている。
【0031】
しかし、逆起電力防止ユニット100を設けたことで、セルモータ111、電装品112、充電用発電機113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104に流れて吸収され、バッテリ110の出力端子には現れなくなる。
【0032】
このようにして、バッテリ110に逆流阻止ダイオード104を挿入することで、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。なお、正逆方向の高調波ノイズは、コンデンサ106により吸収することができる。また、万一、コンデンサ106や逆流阻止ダイオード104が故障して短絡したときには、バッテリ110から流れる大電流によりヒューズ105が溶断して、事故を防ぐようにしている。
なお、コンデンサ106の容量としては、バッテリ110が12V定格の場合、0.47μF、耐圧250V程度のものを使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0033】
【図1】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。
【図2】図1に示すオーディオ回路のアンプをスイッチに置き換え、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。
【図3】図2に示す回路でスイッチ4がオン、オフ動作する際のA点の電位波形を示す図。
【図4】図2に示す回路からダイオードD2を除去した回路を示す図。
【図5】図2に示す回路からコンデンサC1、ダイオードD2を除去した回路を示す図。
【図6】図5示す回路においてにスイッチ4をオン、オフ動作させたときのA点及びC点における電位の変化状態を示す波形図。
【図7】図2に示す回路からコンデンサC1を除去し、ダイオードD2を残した回路を示す図。
【図8】図7に示す回路でスイッチ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。
【図9】本発明が適用されるスイッチング電源の構成例を示す図。
【図10】本発明の実施形態に係る逆起電力防止ユニットの外観を示す図。
【図11】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。
【図12】車載バッテリおよび車載機器の電気回路図。
【図13】従来のノイズフィルタの例を示す回路図。
【符号の説明】
【0034】
1…トランス
2…増幅器
3…スピーカ
3a…駆動コイル
4…スイッチ
C1…コンデンサ
D1、D2…ダイオード
100…逆起電力防止ユニット
102…正側リード線
103…負側リード線
104…逆流阻止ダイオード
105…ヒューズ
106…コンデンサ
107…ヒューズソケット
108,109…圧着端子
110…バッテリ
111…セルモータ
112…電装品
113…発電機
114…スタータスイッチ
115…整流用ダイオード
116…自動オンオフスイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流供給源からスイッ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前記スイッチング動作の際に生じる誘導性負荷に起因するノイズが出力される回路装置における逆起電力防止ユニットであって、
そのカソードが前記直流供給源の正端子に接続され、そのアノードが前記直流供給源の負端子に接続されるダイオードと、
該ダイオードに並列接続されるコンデンサとを有し、
前記ダイオードは、前記誘導性負荷を吸収するものであり、
前記コンデンサは、前記ダイオードのカソード側の電圧を、給電がオン状態に切り替わったときに所定のレベルまで一時的に下降させるとともに給電がオフ状態に切り替わったときに所定のレベルまで一時的に上昇させ、且つ、前記逆起電力により生じる高調波成分を前記直流供給源側に戻すものであることを特徴とする、
逆起電力防止ユニット。
【請求項2】
前記直流供給源は、バッテリと、該バッテリの電圧に応じてオンオフ動作を繰り返す充電用発電機との組み合わせであり、
該充電用発電機もまた前記逆起電力を生じさせる回路素子を含むことを特徴とする、
請求項1記載の逆起電力防止ユニット。
【請求項3】
前記回路装置は、コンパレータと、発振器と、トランスとを含み、
前記コンパレータは、前記直流供給源の正極性電力と前記発振器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が出力するものであり、
前記トランスは、その一次側の前記コンパレータの出力を変圧して二次側に出力するものであることを特徴とする、
請求項1記載の逆起電力防止ユニット。
【請求項1】
直流供給源からスイッ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前記スイッチング動作の際に生じる誘導性負荷に起因するノイズが出力される回路装置における逆起電力防止ユニットであって、
そのカソードが前記直流供給源の正端子に接続され、そのアノードが前記直流供給源の負端子に接続されるダイオードと、
該ダイオードに並列接続されるコンデンサとを有し、
前記ダイオードは、前記誘導性負荷を吸収するものであり、
前記コンデンサは、前記ダイオードのカソード側の電圧を、給電がオン状態に切り替わったときに所定のレベルまで一時的に下降させるとともに給電がオフ状態に切り替わったときに所定のレベルまで一時的に上昇させ、且つ、前記逆起電力により生じる高調波成分を前記直流供給源側に戻すものであることを特徴とする、
逆起電力防止ユニット。
【請求項2】
前記直流供給源は、バッテリと、該バッテリの電圧に応じてオンオフ動作を繰り返す充電用発電機との組み合わせであり、
該充電用発電機もまた前記逆起電力を生じさせる回路素子を含むことを特徴とする、
請求項1記載の逆起電力防止ユニット。
【請求項3】
前記回路装置は、コンパレータと、発振器と、トランスとを含み、
前記コンパレータは、前記直流供給源の正極性電力と前記発振器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が出力するものであり、
前記トランスは、その一次側の前記コンパレータの出力を変圧して二次側に出力するものであることを特徴とする、
請求項1記載の逆起電力防止ユニット。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2009−72061(P2009−72061A)
【公開日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−311615(P2008−311615)
【出願日】平成20年12月5日(2008.12.5)
【分割の表示】特願2004−93260(P2004−93260)の分割
【原出願日】平成16年3月26日(2004.3.26)
【出願人】(502067749)オーディオ・ラボ有限会社 (3)
【出願人】(504251333)エヌ・ティ・ティジーピー・エコ株式会社 (13)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成20年12月5日(2008.12.5)
【分割の表示】特願2004−93260(P2004−93260)の分割
【原出願日】平成16年3月26日(2004.3.26)
【出願人】(502067749)オーディオ・ラボ有限会社 (3)
【出願人】(504251333)エヌ・ティ・ティジーピー・エコ株式会社 (13)
【Fターム(参考)】
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