JP4121431B2 - アーク放電保護装置 - Google Patents

Description

本発明は高圧出力区間にあって異常現象によりアーク放電効果が発生する時に、それを検出し並びに制御信号をトリガして高圧出力区間に高圧出力を停止させる保護装置に関する。

いわゆるアーク放電現象は、二つの電極の間に高ボルトの電圧が印加され、並びにそれらがゆっくりと接近させられて、二つの電極が一定の距離まで接近した時に、二つの電極の間にアーク状の火花が出現することを指す。その状況は雷雲が発生する稲妻に類似する。しかし、稲妻は瞬間的に去るが、電極の間の火花は長時間存在し熱累積を形成する。

電子回路領域にあって、アーク放電は電子装置の機能を破壊し、電子回路のバランスを失わせ、厳重な場合は、人の生命や安全を脅かす。伝統的な高圧出力負荷装置、例えば冷陰極管、マイナスイオン発生器、テレビジョン映像管等の例では、負荷装置が高電圧を受ける前に、接触不良、環境の温度や湿度の変化或いは電子回路中の一部の部品の破損により、前述のアーク放電現象が発生しうる。このため、いかにアーク放電を発生しうる部分にアーク放電保護装置を設置して負荷装置の損壊を防止するかが、業者が早急に解決しなければならない問題とされている。以下に、アーク放電を発生しやすい設計と装置として、伝統的な高圧変圧器、セラミック式圧電変圧器の昇圧装置を例に挙げて、その運用するアーク放電保護装置についてそれぞれ説明する。
一．図１に示されるように、一般の高圧変圧器或いはセラミック変圧器は、それ自身の固定作業周波数を有し、且つコントロールユニット（１１）の提供するコントロール周波数を具え、この二種類の周波数が交替するよう組み合わされ、並びに交替の間に高ボルトの交流電圧が発生し、また、昇圧ユニット（１３）の出力端に接触不良或いはその他の不明な因子により亀裂や小さいギャップが発生すると、アーク放電現象が発生しうる。このアーク放電現象は高圧アーク状態に属し、直接周囲の部品の使用寿命に影響を与えるほか、間接的に負荷（１４）に影響を与える。このため通常は、漏電保護装置（３０）が組み合わされ、この漏電保護装置（３０）内部に短絡保護の漏電スイッチが取り付けられて放電効果発生時に開路を形成する。しかし、この漏電保護装置（３０）は通常、振動力が比較的小さい機械設備に取り付けられた場合に、アーク噴出方向に十分なアーク距離を保留できる。このため、漏電保護装置（３０）は機械振動が大きい、或いは交流磁場が強い位置への取り付けには適さず、且つこの漏電保護装置（３０）は取り付けに際して、水、塵等の因子による危害を考慮しなければならず、その他の余分な必要防護措置を採用することが必要となり、ゆえに実用性が低く、取り付けコストもまた経済的に符合しない。
二．図２に示されるように、圧電方式の変圧器で組成された昇圧ユニット（１３）は、変圧器（１３１）（圧電片）及び基板（１３３）を具え、変圧器（１３１）と基板（１３３）は配線部分（１３２）で連設され、且つ基板（１３３）と負荷（１４）は抜き差し手段により接続部分（１３４）を形成し、インバータ回路の例では、アーク放電効果を発生する因子には以下のものがある。１．温度と湿度の変化により引き起こされる配線部分（１３２）の切断或いは接触不良、２．変圧器（１３１）（圧電片）の老化或いは故障による切断、３．接続部分（１３４）の老化或いは不当な使用によりプラグとソケットの間に発生する小さいギャップ、４．負荷（１４）が形成する開路状態。以上の因子はいずれも出力端より出力される高電圧にアーク放電信号を発生させる。図２はアーク転向装置（４０）を利用してアーク放電信号を受け取った後に接地端に導出している。しかしこの装置は全部のアーク放電信号を排除することはできず、ゆえに全体回路の動作を制御できず、このため昇圧ユニット（１３）に依然として接触不良、温度湿度変化等により残留するアーク放電信号があり、且つ伝導接地の過程で、変圧器（１３１）（圧電片）が組み付けられた基板（１３３）が変圧器（１３１）の持続的昇圧放電によりアーク効果を有し、その熱累積或いは火花により焼損の状況が発生しうる。

以上の説明から分かるように、周知のアーク放電保護装置は完全にはアーク放電効果を防止することができず、且つ制限が多く、用途は広くない。このため本発明はこのような不完全な状況の時に、全体の回路を停止させられ、基板或いはその他の電子部品のアーク放電効果による損壊を防止し、アーク放電効果を有効に防止できる完全なアーク放電保護装置を提供する。

本発明の主要な目的は、高圧出力区間に異常な現象によりアーク放電効果が発生する時に、それを検出し並びに制御信号をトリガして高圧出力区間の高圧出力を停止させる保護装置を提供することにある。

該アーク放電保護装置は基板により高圧出力区間の昇圧ユニットの放出する高圧アークを吸い取り、さらに変圧ユニットにより基板の吸い取った高圧アークによる放電信号を低圧の放電信号に変換し、整流ユニットにより変圧ユニットの低圧の放電信号を受け取り並びに整流してアーク雑波を出力し、トリガユニットによりアーク雑波を検出し並びにトリガ信号をコントロールユニット或いは駆動ユニットに対して出力して動作停止させ、これによりアーク放電効果が周辺部品に対して熱累積を形成する時の火花或いは焼損の状況の発生を防止する。

請求項１の発明は、電源入力に供される電源ユニット（１０）と、電圧分配信号を提供するコントロールユニット（１１）と、該電源と該電圧分配信号を受け取り並びに電圧変換を行なう駆動ユニット（１２）と、変換後の電圧を受け取り高圧に変圧する昇圧ユニット（１３）及び該昇圧ユニット（１３）の高圧出力端に接続された負荷（１４）とを具えた高圧出力区間にあって、異常現象により発生するアーク放電効果を防止するアーク放電保護装置において、このアーク放電保護装置（２０）は、昇圧ユニット（１３）の放出する高圧アークを吸い取る電極板（２１）と、上述の電極板（２１）の吸い取った高圧アークによる放電信号を低圧の放電信号に変換する変圧ユニット（２２）と、上述の変圧ユニット（２２）の低圧の放電信号を受け取りそれを整流し、且つ整流後にアーク雑波を出力する整流ユニット（２３）と、上述のアーク雑波を検出し並びにトリガ信号をコントロールユニット（１１）或いは駆動ユニット（１２）に出力して作動停止させてアーク放電効果を防止するトリガユニット（２４）と、を具えたことを特徴とする、アーク放電保護装置としている。
請求項２の発明は、請求項１記載のアーク放電保護装置において、前記昇圧ユニット（１３）が変圧器（１３１）と基板（１３３）を具え、且つ前記電極板（２１）が変圧器（１３１）に対応する部分に配置されるか、変圧器（１３１）と基板（１３３）の配線部分（１３２）に配置されるか、或いは基板（１３３）と負荷（１４）の接続部分（１３４）に配置されたことを特徴とする、アーク放電保護装置としている。
請求項３の発明は、請求項２記載のアーク放電保護装置において、前記変圧器（１３１）の上にカバー（５０）が配置され、且つ前記電極板（２１）が該カバー（５０）の内壁面に設置されたことを特徴とする、アーク放電保護装置としている。

本発明は、高圧出力区間に異常な現象によりアーク放電効果が発生する時に、それを検出し並びに制御信号をトリガして高圧出力区間の高圧出力を停止させる保護装置を提供している。

図３に示されるように、本発明の提供するアーク放電保護装置（２０）は、高圧出力区間にあって異常現象により発生するアーク放電効果を防止するのに用いられる。前述の高圧出力区間は、電源入力に供される電源ユニット（１０）、電圧分配信号を提供するコントロールユニット（１１）、電源と電圧分配信号を受け取り並びに電圧を変換する駆動ユニット（１２）、変換後の電圧を受け取り高圧に変圧する昇圧ユニット（１３）及び該昇圧ユニット（１３）の高圧出力端に接続された負荷（１４）とを具えている。該負荷（１４）は高圧駆動される電子製品を指し、冷陰極管、マイナスイオン発生器等とされうる。この高圧出力区間の電源入力、電圧分配、電圧変換、低電圧への変圧及び高圧駆動原理は周知であり、本発明の技術特徴に属しないため説明は省略する。

本発明のアーク放電保護装置（２０）は、昇圧ユニット（１３）の放出する高圧アークを吸い取る電極板（２１）を具え、該電極板（２１）は銅箔或いはアークを吸い取ることのできる導体とされ、且つ該電極板（２１）の接地部分は高圧出力区間のアーク放電効果を発生する任意の部分とされ、本発明の実施例では、昇圧ユニット（１３）は変圧器（１３１）と基板（１３３）を具え、アーク放電効果を発生しうる部分は、変圧器（１３１）（その断裂時）、変圧器（１３１）と基板（１３３）の配線部分（１３２）（配線部分（１３２）は温度湿度により老化断裂を発生しうる）、基板（１３３）と負荷（１４）の接続部分（１３４）（接続部分（１３４）の老化或いは不当な使用によりプラグとソケット間に小さいギャップが発生する）を含む。且つ一群の抵抗素子で組成された変圧回路を具えた変圧ユニット（２２）が、上述の電極板（２１）の吸い取った高圧アークによる放電信号を受け取った後に低圧の放電信号に変換する。この時、さらにダイオードとコンデンサで組成された整流回路を具えた整流ユニット（２３）が上述の変圧ユニット（２２）の低圧の放電信号を受け取り並びに整流し、且つ整流後にアーク雑波を出力する。このアーク雑波はトリガユニット（２４）により検出され、これによりトリガユニット（２４）がトリガ信号をコントロールユニット（１１）或いは駆動ユニット（１２）に送り作動停止させ、アーク放電効果を防止する。該トリガユニット（２４）はＳＣＲ或いはフリップフロップとされる。

前述の回路フロー中より明らかなように、高圧出力区間の任意の位置に損壊或いは断裂が発生すると、負荷（１４）は高圧駆動を受けられなくなりアーク放電現象が誘発される。この時、電極板（２１）がアークを吸収し、並びに変圧ユニット（２２）による変圧、整流ユニット（２３）による整流によりアーク波形とし、トリガユニット（２４）がそれを検出してトリガ信号を送出しコントロールユニット（１１）或いは駆動ユニット（１２）の動作を停止させ、全体の高圧出力区間は当然即刻高圧変換及び出力を停止し、これによりアーク放電効果が発生せず、周辺部品に熱累積或いは火花の状況が発生せず、これにより焼損の危険の発生が防止される。

図４は本発明の電極板（２１）の配置実施例を示す。変圧器（１３１）の断裂により引き起こされるアーク放電効果に対しては、本発明の電極板（２１）は変圧器（１３１）高圧出力端底部に配置可能で、設置位置は直接基板（１３３）の表層とされる。注意すべきは、電極板（２１）は必ず変圧器（１３１）と一定のアーク距離を保有しなければならないことで、これにより変圧器（１３１）の高圧出力端がアーク放電効果を発生する時、アークが電極板（２１）により吸収され、並びに対応する変圧ユニット（２２）の回路に送られて防護効果が達成される。

図５は本発明の電極板（２１）の配置のもう一つの実施例を示す。本実施例は先の実施例と同様に変圧器（１３１）の断裂により引き起こされ得るアーク放電効果に対して応用される。ただし図４の実施例と異なる点は、変圧器（１３１）にカバー（５０）が配置され、且つ電極板（２１）はカバー（５０）の内壁面に設置され、図４と同様に電極板（２１）は必ず変圧器（１３１）と一定のアーク距離を保持し、これにより変圧器（１３１）の高圧出力端がアーク放電効果を発生する時に、アークを電極板（２１）により吸収し、並びに対応する変圧ユニット（２２）の回路に送り防護効果を達成する。

周知の漏電保護装置の構造図である。 周知のアーク転向装置の構造図である。 本発明の回路フローブロック図である。 本発明の電極板配置実施例図である。 本発明のもう一つの電極板配置実施例図である。

符号の説明

（１０）電源ユニット
（１１）コントロールユニット
（１２）駆動ユニット
（１３）昇圧ユニット
（１４）負荷
（２０）アーク放電保護装置
（２１）電極板
（２２）変圧ユニット
（２３）整流ユニット
（２４）トリガユニット
（１３１）変圧器
（１３２）配線部分
（１３３）基板
（１３４）接続部分
（３０）漏電保護装置
（４０）アーク転向装置
（５０）カバー

Claims (3)

1. 電源入力に供される電源ユニット（ １ ０ ） と、電圧分配信号を提供するコントロールユニット（ １ １ ） と、該電源と該電圧分配信号を受け取り並びに電圧変換を行なう駆動ユニット（ １ ２ ） と、変換後の電圧を受け取り高圧に変圧する昇圧ユニット（ １ ３ ） 及び該昇圧ユニット（ １ ３ ） の高圧出力端に接続された負荷（ １ ４ ） とを具えた高圧出力区間にあって、異常現象により発生するアーク放電効果を防止するアーク放電保護装置において、
   このアーク放電保護装置（ ２ ０ ） は、
   昇圧ユニット（ １ ３ ） の放出する高圧アークを吸い取る電極板（ ２ １ ） と、
   上述の電極板（ ２ １ ） の吸い取った高圧アークによる放電信号を低圧の放電信号に変換する変圧ユニット（ ２ ２ ） と、
   上述の変圧ユニット（ ２ ２ ） の低圧の放電信号を受け取りそれを整流し、且つ整流後にアーク雑波を出力する整流ユニット（ ２ ３ ） と、
   上述のアーク雑波を検出し並びにトリガ信号をコントロールユニット（ １ １ ） 或いは駆動ユニット（ １ ２ ） に出力して作動停止させてアーク放電効果を防止するトリガユニット（ ２ ４ ） と、
   を具えたことを特徴とする、アーク放電保護装置。
2. 請求項１記載のアーク放電保護装置において、前記昇圧ユニット（１３）が変圧器（１３１）と基板（１３３）を具え、且つ前記電極板（２１）が変圧器（１３１）に対応する部分に配置されるか、変圧器（１３１）と基板（１３３）の配線部分（１３２）に配置されるか、或いは基板（１３３）と負荷（１４）の接続部分（１３４）に配置されたことを特徴とする、アーク放電保護装置。
3. 請求項２記載のアーク放電保護装置において、前記変圧器（１３１）の上にカバー（５０）が配置され、且つ前記電極板（２１）が該カバー（５０）の内壁面に設置されたことを特徴とする、アーク放電保護装置。

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