JP7570705B2

JP7570705B2 - ノイズ低減回路及び電気機器

Info

Publication number: JP7570705B2
Application number: JP2022109125A
Authority: JP
Inventors: 根本　正明
Original assignee: 完実電気株式会社
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2024-10-22
Anticipated expiration: 2042-07-06
Also published as: JP2024007797A

Description

本発明は、ノイズ低減回路及び電気機器に関する。

家庭用や商用の電源電圧にはノイズが重畳することがあり、そのノイズが原因で電気機器の性能を十分に引き出すことができない場合がある。例えば、オーディオ機器では、ノイズが原因で高品位な音を出力できないことがある。

そこで、電源電圧のノイズをノイズ低減回路で低減し、ノイズが低減された電源電圧で電気機器を駆動することが考えられる。ノイズ低減回路としては、例えばLCローパスフィルタがある。LCローパスフィルタは、電源電圧に重畳した高周波のノイズ成分をカットし、低周波成分のみを通過させるため、簡便なノイズ低減回路として使用することができる。

また、電源電圧ではなく、アース線に重畳したノイズを抽出し、抽出したノイズを非常用の電源として活用する方法も提案されている（特許文献１）。

特開２０１６－８６５２８号公報

しかしながら、オーディオ機器に供給する電源電圧のノイズをLCローパスフィルタで低減すると、LCローパスフィルタのインダクタが原因で、オーディオ機器から出力される音に「力」がなくなることが経験的に知られている。また、特許文献１の方法は、アース線に重畳したノイズを低減する方法であり、この方法では電源のノイズを低減することができない。

本発明は、このような現状を鑑みてなされたものであり、LCローパスフィルタを使用せずに、電源電圧に重畳したノイズを低減することを目的とする。

本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。

上記課題を解決すべく、本発明の一態様に係るノイズ低減回路は、第１の電源線と、前記第１の電源線との間に交流電圧が印可される第２の電源線と、一端が前記第１の電源線と電気的に接続された第１のコンデンサと、一端が前記第１のコンデンサの他端に電気的に接続され、かつ他端が前記第２の電源線に電気的に接続された一次巻き線と、前記一次巻き線に磁気的に結合した二次巻き線とを備えたトランスと、第１の端子と、前記二次巻き線の一端に電気的に接続された第２の端子とを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間を流れる電流を整流する整流回路と、一端が前記第１の端子に電気的に接続され、かつ他端が前記二次巻き線の他端に電気的に接続された第２のコンデンサと、第３の端子と、前記第２のコンデンサの前記他端に電気的に接続された第４の端子とを有し、前記第２のコンデンサの両極間の電圧が所定電圧以上となったときに、前記第３の端子と前記第４の端子とを電気的に接続するスイッチ回路と、一端が前記第３の端子に電気的に接続され、かつ他端が前記第２のコンデンサの前記一端に電気的に接続された素子と、を有する。

前記スイッチ回路は、アノード端子とカソード端子とを備えたサイリスタを有し、前記第３の端子は、前記アノード端子と前記カソード端子のうちの一方であり、前記第４の端子は、前記アノード端子と前記カソード端子のうちの他方とすることができる。

前記第２のコンデンサの両極間の前記電圧が前記所定電圧以上となったときに、前記サイリスタのゲートに電流を供給する制御回路を更に有することができる。

前記素子は発光ダイオードとすることができる。

本発明の他の態様に係る電気機器は、第１の電源線と、前記第１の電源線との間に交流電圧が印可される第２の電源線と、前記第１の電源線又は前記第２の電源線に重畳しているノイズを抽出するノイズ抽出部と、抽出された前記ノイズで素子を駆動する素子駆動部と、を有する。

筐体を更に有し、前記素子は、前記筐体の外部から視認可能な発光ダイオードとすることができる。

前記第１の電源線と前記第２の電源線の各々に接続されたコンセントを複数有することができる。

本発明によれば、LCローパスフィルタを使用せずに、電源電圧に重畳したノイズを低減することができる。

図１は、本実施形態に係る電気機器の一例を示す外観図である。図２は、本実施形態に係る電気機器の回路図の一例を示す図である。図３は、本実施形態に係るノイズ低減回路の回路図の一例を示す図である。

以下、本発明に係る一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、一実施形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、「Ａからなる」、「Ａよりなる」、「Ａを有する」、「Ａを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。

＜本実施形態＞
図１は、本実施形態に係る電気機器の一例を示す外観図である。

電気機器１は、テーブルタップであって、筐体２、電源ケーブル３、及び複数のコンセント４を有する。電源ケーブル３は、家庭用又は商用の交流電圧が印可されるケーブルである。その交流電圧に重畳しているノイズは、後述のノイズ低減回路で低減される。そして、各コンセント４には、このようにノイズが低減された交流電圧が供給される。

電気機器１には更に発光部５が設けられる。一例として、発光部５は、後述のノイズ低減回路が抽出したノイズで発光する発光ダイオードであって、筐体２の外部から視認可能に設けられる。例えば、透光性材料で筐体２を構成し、筐体２の内側に発光部５を設けることにより、筐体２を介して発光部５を外部から視認可能にしてもよい。これに代えて、筐体２の外側表面に発光部５を設けることにより、筐体２の外部から発光部５を視認可能としてもよい。

発光部５は、交流電圧から抽出したノイズで発光するため、このように筐体２の外部から視認可能とすることにより、ノイズが抽出されていることをユーザが目視で確認することができる。

図２は、本実施形態に係る電気機器１の回路図の一例を示す図である。

図２に示すように、電源ケーブル３は、第１の電源線１１と第２の電源線１２とを有する。これらの電源線１１、１２の間には、周波数が５０Hz～６０Hzの家庭用又は商用の交流電圧V_ACが印加される。これらの電源線１１、１２は、筐体２（図１参照）に収容されたノイズ低減回路１０と接続される。

ノイズ低減回路１０は、各電源線１１、１２に重畳しているノイズを低減する回路である。各電源線１１、１２が分岐して各コンセント４に交流電圧V_ACが供給される。交流電圧V_ACのノイズはノイズ低減回路１０で低減されているため、コンセント４からオーディオ機器（不図示）に交流電圧を供給することで、ノイズに伴う雑音等が排除された高品位な音をオーディオ機器が出力できるようになる。

図３は、本実施形態に係るノイズ低減回路１０の回路図の一例を示す図である。

図３に示すように、ノイズ低減回路１０は、前述の発光部５の他に、ノイズ抽出部１５と素子駆動部１６とを備える。

ノイズ抽出部１５は、交流電圧V_ACに重畳している高周波のノイズを抽出する回路であって、第１～第３のコンデンサC1～C3が並列に接続されたハイパスフィルタである。なお、ノイズ抽出部１５におけるコンデンサの個数は特に限定されない。例えば、１個のコンデンサでノイズ抽出部１５を構成してもよいし、並列接続された２個又は４個以上のコンデンサをノイズ抽出部１５として採用してもよい。

この例では、第１のコンデンサC1の一端１１ａを第１の電源線１１に電気的に接続する。これにより、交流電圧V_ACに重畳しているノイズがノイズ抽出部１５を透過し、そのノイズが第１のコンデンサC1の他端１１ｂから出力されるため、交流電圧V_ACに重畳しているノイズを低減することができる。これについては第２～第３のコンデンサC2～C3についても同様である。

ノイズ抽出部１５が抽出するノイズの周波数は特に限定されないが、この例ではAM(Amplitude Modulation)波帯域における数百kHzのノイズがノイズ抽出部１５で抽出されるように第１～第３のコンデンサC1～C3の静電容量を設定する。一例として、第１～第３のコンデンサC1～C3の静電容量をいずれも４７０nFとする。

また、第１の電源線１１と第２の電源線１２との間には、第４のコンデンサC4と第１の抵抗R1とが設けられる。第４のコンデンサC4は、交流電圧V_ACに重畳しているノーマルモードのノイズを低減するフィルタであり、その静電容量は例えば４７０nFである。また、第１の抵抗R1は、その第４のコンデンサC4の放電抵抗であって、その抵抗値は例えば３３０kΩである。

一方、素子駆動部１６は、発光部５の発光ダイオード等の素子を駆動する回路であって、トランスTR、整流回路１７、第５のコンデンサC5、及びスイッチ回路１９を備える。

トランスTRは、第１のコンデンサC1の他端１１ｂから出力されるノイズの電圧を昇圧する回路素子である。この例では、トランスTRは、互いに磁気的に結合した一次巻き線L1と二次巻き線L2と有する。一次巻き線L1は、その一端が第１のコンデンサC1の他端１１ｂと電気的に接続されており、他端が第２の電源線１２に電気的に接続される。一次巻き線L1の巻き数n1と二次巻き線L2の巻き数n2の比は特に限定されないが、ここではn1:n2 = 7:75とする。このようにn2>n1とすることにより、一次側よりも昇圧されたノイズが二次側に出力される。

二次巻き線L2にはツェナーダイオードZNが並列接続される。ツェナーダイオードZNは、二次巻き線L2の一端１６ａと他端１６ｂの電位差をクランプ電圧以下にすることで、素子駆動部１６を過電圧から保護する役割を担う。

整流回路１７は、第１の端子１７ａと第２の端子１７ｂとの間を流れる電流を一方向に整流する半波倍電圧整流回路である。一例として、整流回路１７は、第６のコンデンサC6、第１のダイオードD1、及び第２のダイオードD2を備える。

第６のコンデンサC6は、二次巻き線L2の両端の電位差の二倍の電圧で充電される充電用のコンデンサであって、その静電容量は例えば１００nFである。ここでは、第６のコンデンサC6の一端である第２の端子１７ｂを、二次巻き線L2の一端１６ａに電気的に接続する。

また、各ダイオードD1、D2は整流用のダイオードである。この例では、第６のコンデンサC6の他端１７ｃに、第１のダイオードD1のカソード端子を電気的に接続する。また、第１のダイオードD1のアノード端子は、トランスTRの他端１６ｂと電気的に接続される。

そして、第２のダイオードD2は、そのカソード端子が第１の端子１７ａとして機能すると共に、そのアノード端子が第６のコンデンサC6の他端１７ｃに電気的に接続される。

一方、第５のコンデンサC5は、第２の抵抗R2と共にRC充電回路を構成する回路素子である。一例として、第２の抵抗R2の抵抗値は１００kΩであり、第５のコンデンサC5の静電容量は４．７μFである。ここでは、第５のコンデンサC5の一端１６ｃを第２の抵抗R2を介して第１の端子１７ａに電気的に接続する。また、第５のコンデンサC5の他端１６ｄは、二次巻き線L2の他端１６ｂに電気的に接続される。

その第５のコンデンサC5は、第３の抵抗R3を介して第７のコンデンサC7と並列接続される。第３の抵抗R3と第７のコンデンサC7は、スイッチ回路１９のチャタリングを防止するためのRC充電回路である。一例として、第３の抵抗R3の抵抗値は１００kΩであり、第７のコンデンサC7の静電容量は１００nFである。

スイッチ回路１９は、発光部５に供給する電流をスイッチングするための回路である。例えば、スイッチ回路１９は、制御IC１８、第４の抵抗R4、及びサイリスタTHを備える。

サイリスタTHは、ゲート１９ｃに電流が供給されたときに、アノード端子１９ａとカソード端子１９ｂとが電気的に接続されてオン状態となる回路素子である。カソード端子１９ｂは、第４の端子の一例であって、第５のコンデンサC5の他端１６ｄと電気的に接続される。また、アノード端子１９ａは、第３の端子の一例であって、発光部５と電気的に接続される。なお、整流回路１７で整流する電流の向きを逆にすることで、第５のコンデンサC5の他端１６ｄにアノード端子１９ａを電気的に接続し、発光部５にカソード端子１９ｂを電気的に接続してもよい。

制御IC(Integrated Circuit)１８は、制御回路の一例であって、第５の端子１８ａと第６の端子１８ｂとを備える。第５の端子１８ａは、第３の抵抗R3を介して第５のコンデンサC5の一端１６ｃと電気的に接続される。そして、第６の端子１８ｂは、第５のコンデンサC5の他端１６ｄと電気的に接続される。

第５の端子１８ａと第６の端子１８ｂとの電位差は、第５のコンデンサC5の両極間の電圧V_Cに等しい。制御IC１８は、その電圧V_Cを監視し、第５のコンデンサC5の充電が進んで電圧V_Cが所定電圧V_TH以上となったときに、第４の抵抗R4を介してゲート１９ｃに電流を供給する。なお、第４の抵抗R4は、ゲート１９ｃに供給される電流を制限するための抵抗であって、その抵抗値は例えば１０kΩである。

発光部５は、互いに並列接続された第１の発光ダイオードLED１と第２の発光ダイオードLED２とを備える。なお、発光部５が備える発光ダイオードの個数は２個に限定されない。例えば、１つの発光ダイオードで発光部５を構成してもよいし、直列又は並列に接続された３個以上の発光ダイオードを発光部５として採用してもよい。

ここでは、第１の発光ダイオードLED１のアノード端子を、第５の抵抗R5を介して第５のコンデンサC5の一端１６ｃと電気的に接続する。また、第１の発光ダイオードLED１のカソード端子は、サイリスタTHのアノード端子１９ａと電気的に接続される。

同様に、第２の発光ダイオードLED２のアノード端子は、第６の抵抗R6を介して第５のコンデンサC5の一端１６ｃと電気的に接続される。そして、第２の発光ダイオードLED２のカソード端子は、サイリスタTHのアノード端子１９ａと電気的に接続される。

なお、第５の抵抗R5と第６の抵抗R6は、第１の発光ダイオードLED１と第２の発光ダイオードLED２の各々に供給する電流を制限するための抵抗であり、その抵抗値は例えば１０kΩである。

このようなノイズ低減回路１０によれば、各電源線１１、１２に重畳しているノイズがノイズ抽出部１５で抽出された後、そのノイズの電圧がトランスTRで昇圧される。昇圧されたノイズは、整流回路１７で交流成分がカットされた後、第５のコンデンサC5を充電する。その第５のコンデンサC5の両極間の電位差V_Cが所定電圧V_TH以上になると、制御IC１８がサイリスタTHにゲート電流を供給し、サイリスタTHのアノード端子１９ａとカソード端子１９ｂとが電気的に接続される。これにより、第５のコンデンサC5が放電するようになり、その放電電流で各LED１、２が発光する。

これによれば、各電源線１１、１２に重畳しているノイズを低減することができるため、各コンセント４（図１参照）にノイズが低減された交流電圧V_ACを供給することができる。しかも、ノイズ低減回路１０にはLCローパスフィルタがないため、例えば各コンセント４からオーディオ機器（不図示）に交流電圧V_ACを供給することで、そのオーディオ機器から出力される音の「力」を維持することができる。

しかも、抽出したノイズを発光部５を発光させる電力として使用するため、ノイズが抽出されたときに発光部５が発光し、ノイズが抽出できていることをユーザが視覚的に確認することができる。なお、ノイズが抽出できていることをユーザが確認する必要がない場合には、ノイズの電力を消費する回路素子を発光部５に代えて採用してもよい。そのような回路素子としては、例えば、インダクタや抵抗がある。

更に、この例では、スイッチ回路１９におけるスイッチング素子としてサイリスタTHを採用する。サイリスタTHは、一度オン状態になると、アノード端子１９ａとカソード端子１９ｂとの電位差がゼロになるまでオフ状態にならないという性質がある。そのため、抽出したノイズによってサイリスタTHが一度オン状態になると、アノード端子１９ａとカソード端子１９ｂとの電位差がゼロにならない限りサイリスタTHのオン状態が維持され、後続のノイズで発光部５の各LED１、２を発光させることができる。これにより、ノイズを抽出するたびにスイッチ回路１９をオン状態にする必要がなくなるため、スイッチ回路１９のスイッチング回数を大幅に低減できると共に、効率的にノイズを光エネルギに変換することができる。

本発明は、上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、さらに様々な変形が可能である。例えば、上述した実施形態や変形例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある変形例の一部を他の変形例に置き換えたり、変形例を組み合わせたりすることが可能である。

１…電気機器、２…筐体、３…電源ケーブル、４…コンセント、５…発光部、１０…ノイズ低減回路、１１…第１の電源線、１１ａ…一端、１１ｂ…他端、１２…電源線、１２…第２の電源線、１５…ノイズ抽出部、１６…素子駆動部、１６ａ…一端、１６ｂ…他端、１６ｃ…一端、１６ｄ…他端、１７…整流回路、１７ａ…第１の端子、１７ｂ…第２の端子、１７ｃ…他端、１８ａ…第５の端子、１８ｂ…第６の端子、１９…スイッチ回路、１９ａ…アノード端子、１９ｂ…カソード端子、１９ｃ…ゲート。

Claims

第１の電源線と、
前記第１の電源線との間に交流電圧が印可される第２の電源線と、
一端が前記第１の電源線と電気的に接続された第１のコンデンサと、
一端が前記第１のコンデンサの他端に電気的に接続され、かつ他端が前記第２の電源線に電気的に接続された一次巻き線と、前記一次巻き線に磁気的に結合した二次巻き線とを備えたトランスと、
第１の端子と、前記二次巻き線の一端に電気的に接続された第２の端子とを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間を流れる電流を整流する整流回路と、
一端が前記第１の端子に電気的に接続され、かつ他端が前記二次巻き線の他端に電気的に接続された第２のコンデンサと、
第３の端子と、前記第２のコンデンサの前記他端に電気的に接続された第４の端子とを有し、前記第２のコンデンサの両極間の電圧が所定電圧以上となったときに、前記第３の端子と前記第４の端子とを電気的に接続するスイッチ回路と、
一端が前記第３の端子に電気的に接続され、かつ他端が前記第２のコンデンサの前記一端に電気的に接続された素子と、
を有するノイズ低減回路。
請求項１に記載のノイズ低減回路であって、
前記スイッチ回路は、アノード端子とカソード端子とを備えたサイリスタを有し、
前記第３の端子は、前記アノード端子と前記カソード端子のうちの一方であり、
前記第４の端子は、前記アノード端子と前記カソード端子のうちの他方である、
ノイズ低減回路。
請求項２に記載のノイズ低減回路であって、
前記第２のコンデンサの両極間の前記電圧が前記所定電圧以上となったときに、前記サイリスタのゲートに電流を供給する制御回路を更に有する、
ノイズ低減回路。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のノイズ低減回路であって、
前記素子は発光ダイオードである、
ノイズ低減回路。
第１の電源線と、
前記第１の電源線との間に交流電圧が印可される第２の電源線と、
前記第１の電源線又は前記第２の電源線に重畳しているノイズを抽出するノイズ抽出部と、
抽出された前記ノイズで素子を駆動する素子駆動部と、を有し、
前記ノイズ抽出部は、
一端が前記第１の電源線と電気的に接続された第１のコンデンサを有し、
前記素子駆動部は、
一端が前記第１のコンデンサの他端に電気的に接続され、かつ他端が前記第２の電源線に電気的に接続された一次巻き線と、前記一次巻き線に磁気的に結合した二次巻き線とを備えたトランスと、
第１の端子と、前記二次巻き線の一端に電気的に接続された第２の端子とを有し、前記第１の端子と前記第２の端子との間を流れる電流を整流する整流回路と、を有し、
前記ノイズ抽出部は、
一端が前記第１の端子に電気的に接続され、かつ他端が前記二次巻き線の他端に電気的に接続された第２のコンデンサを有し、
前記素子駆動部は、
第３の端子と、前記第２のコンデンサの前記他端に電気的に接続された第４の端子とを有し、前記第２のコンデンサの両極間の電圧が所定電圧以上となったときに、前記第３の端子と前記第４の端子とを電気的に接続するスイッチ回路を有し、
前記素子は、一端が前記第３の端子に電気的に接続され、かつ他端が前記第２のコンデンサの前記一端に電気的に接続されている、
電気機器。
請求項５に記載の電気機器であって、
筐体を更に有し、
前記素子は、前記筐体の外部から視認可能な発光ダイオードである、
電気機器。
請求項５又は請求項６に記載の電気機器であって、
前記第１の電源線と前記第２の電源線の各々に接続されたコンセントを複数有する、
電気機器。