CN117833625A - 电流注入型有源滤波器以及电路 - Google Patents

电流注入型有源滤波器以及电路 Download PDF

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Abstract

本发明的电流注入型有源滤波器具备检测变压器、放大电路、振荡抑制电路和注入变压器。检测变压器具有与电源线连接的第一主绕组、以及与第一主绕组接近地配置的第一副绕组。放大电路包括输入端子与第一副绕组连接的运算放大器、以及连接于运算放大器的输入端子与输出端子之间的反馈电路。振荡抑制电路插入到反馈电路，抑制放大电路的振荡。注入变压器具有与电源线连接的第二主绕组、以及与第二主绕组接近地配置并且与放大电路的输出端子连接的第二副绕组。

Description

电流注入型有源滤波器以及电路
技术领域
实施方式一般涉及用于减少共模噪声的电流注入型有源滤波器以及使用该电流注入型有源滤波器的电路。
背景技术
有时在电动机等负载的驱动中使用开关逆变器。在这样的开关逆变器中，在进行开关动作时产生共模噪声。为了抑制共模噪声所引起的共模电流向其他电路的流入以及放射而利用噪声滤波器。作为噪声滤波器，例如使用由共模扼流线圈以及Y电容器等无源元件构成的无源滤波器。此外，作为噪声滤波器，也提出了一种使用由半导体元件构成的放大电路等有源元件来积极地消除噪声的有源滤波器。有源滤波器检测出流过电源线的共模电流，将所检测出的共模电流通过放大电路放大，使放大后的电流以逆相返回到电源线，由此消除噪声。
有源滤波器将相对于所检测出的共模电流为逆相(-180°)的电流注入到电源线，由此消除噪声。然而，根据共模电流的频率，存在在与共模电流同相(0°)的方向上相位变化后的电流被注入到电源线，由此噪声反而增加的情况。具体而言，在注入电流的增益相对于共模电流为0以上时，如果相位与-90°相比向0°侧变化，则会持续放大噪声，电路发生振荡。
实施方式提供抑制振荡且具有较高的滤波器效果的有源滤波器以及使用该有源滤波器的电路。
发明内容
一个方式的电流注入型有源滤波器具备检测变压器、放大电路、振荡抑制电路和注入变压器。检测变压器具备与电源线连接的第一主绕组、以及与第一主绕组接近地配置的第一副绕组。放大电路包括输入端子与第一副绕组连接的运算放大器、以及连接于运算放大器的输入端子与输出端子之间的反馈电路。振荡抑制电路插入到反馈电路，抑制放大电路的振荡。注入变压器具有与电源线连接的第二主绕组、以及与第二主绕组接近地配置并且与放大电路的输出端子连接的第二副绕组。
附图说明
图1是示意性地表示包括实施方式的有源滤波器的逆变器电路的构成例的图。
具体实施方式
以下，参照附图来对实施方式进行说明。图1是示意性地表示包括实施方式的有源滤波器的逆变器电路的构成例的图。
逆变器电路100具有电源1、有源滤波器9、整流电路10和逆变器11。在逆变器电路100与电源1之间布线有电源线L(Live：火线)、N(Neutral：中性线)。此外，在有源滤波器9的输入侧的电源线L与电源线N的相间以及有源滤波器9的输出侧的电源线L与电源线N的相间分别连接有X电容器2。为了绕过(bypass)电源线L、N的相间产生的常模噪声而将X电容器2插入到电源线L、N的相间。此外，在有源滤波器9的输出侧的电源线L、N各自与接地的相对地间(日文：相対地間)连接有Y电容器13。为了绕过由于开关动作而在电源线L、N产生的共模噪声而将Y电容器13插入到电源线L、N。
电源1例如是商用电源，生成规定的频率的交流电压。由电源1生成的交流电压经由有源滤波器9施加到整流电路10。
有源滤波器9插入到电源1与整流电路10之间，是由于逆变器11的开关动作而主动减少电源线L、N中产生的共模噪声的滤波器。之后，对有源滤波器9进行说明。
整流电路10经由有源滤波器9与电源1连接，将由电源1施加的交流电压转换为直流电压。由整流电路10转换后的直流电压被施加到逆变器11。
逆变器11例如包括通过将多个半导体开关元件电桥连接而构成的电桥逆变器电路，通过各自的半导体开关元件的开关动作，将从整流电路10施加的直流电压转换为负载12的驱动所需的希望的频率以及振幅的交流电压。由逆变器11转换后的交流电压被施加到负载12。
负载12例如是使空调机的压缩机驱动的三相电动机，根据由逆变器11施加的交流电压进行动作。
接着，对有源滤波器9进行说明。实施方式中的有源滤波器9具有检测变压器3、放大电路4、振荡抑制电路5、射极跟随器电路7和注入变压器8。
检测变压器3具有分别插入到电源线L、N的电源1侧的主绕组Wm1、以及与插入到电源线N的主绕组Wm1接近地配置的副绕组Ws1。主绕组Wm1形成了共模扼流线圈，减少共模噪声。此外，主绕组Wm1与副绕组Ws1一起形成了变压器。变压器通过主绕组Wm1与副绕组Ws1的电磁感应检测出由于共模噪声而流过主绕组Wm1的共模电流。副绕组Ws1的一端与放大电路4连接。副绕组Ws1的另一端与地连接。即，副绕组Ws1对于接地绝缘。
放大电路4是使用运算放大器18的反相放大电路。运算放大器18的负输入端子经由电阻16与副绕组Ws1连接。此外，运算放大器18的正输入端子与地连接。运算放大器18的输出端子与发射极跟随器电路7连接。进而，在运算放大器18的输出端子与负输入端子之间插入有负反馈电路。负反馈电路包括插入到运算放大器18的输出端子与负输入端子之间的电阻17、以及与电阻17并联连接的电容器6。放大电路4对检测变压器3的输出进行电压放大。放大电路4的放大率由考虑了副绕组Ws1的组数、电阻16与电阻17的电阻比等的电路模拟决定。
进而，在实施方式中，在运算放大器18的负反馈电路插入有振荡抑制电路5。振荡抑制电路5包括与电阻17串联连接的电容器C、以及与电阻17和电容器6并联连接的电阻R。振荡抑制电路5使从运算放大器18的输出端子负反馈的电流的特定的低频率成分中的相位提前来调整放大电路4的增益，由此抑制放大电路4中的振荡。振荡抑制电路5的相位以及增益的调整量由考虑了副绕组Ws1的组数、电阻16与电阻17的电阻比、电容器C的静电电容、电阻R的电阻值等的电路模拟决定。
发射极跟随器电路7例如是推挽型(日文：プッシュプル型)的发射极跟随器电路。发射极跟随器电路7对运算放大器18的输出进行电流放大。
注入变压器8具有分别插入到电源线L、N的整流电路10侧的主绕组Wm2、以及与插入到电源线N的主绕组Wm2接近地配置的副绕组Ws2。主绕组Wm2形成了共模扼流线圈，减少共模噪声。此外，主绕组Wm2与副绕组Ws2一起形成了变压器。变压器通过副绕组Ws2与主绕组Wm2的电磁感应将从发射极跟随器电路7流入到副绕组Ws2的电流注入到电源线N。副绕组Ws2的一端与发射极跟随器电路7连接。副绕组Ws2的另一端与地连接。即，副绕组Ws2对于接地绝缘。
进而，在实施方式中，为了防止在雷等高电压的浪涌进入逆变器电路100时的放大电路4等的部件损坏，分别对于检测变压器3的例如电源线N侧的主绕组Wm1以及注入变压器8的例如电源线N侧的主绕组Wm2并列地插入作为浪涌保护元件的气体放电管14。同样，在实施方式中，为了防止在雷等高电压的浪涌进入逆变器电路100时的放大电路4等的部件损坏，分别对于检测变压器3的副绕组Ws1以及注入变压器8的副绕组Ws2并列地插入作为浪涌保护元件的齐纳二极管15。浪涌保护元件不限于气体放电管、齐纳二极管。作为浪涌保护元件，也可以使用可变电阻等其他浪涌保护元件，还可以将放电管与可变电阻组合使用等。
接着，对逆变器电路100的动作进行说明。由电源1生成的交流电压通过在整流电路10中被整流而转换为直流电压。基于在整流电路10中转换后的直流电压，通过逆变器11的开关动作生成负载12的动作所需的交流电压。通过在逆变器11中生成的交流电压使负载12驱动。
由逆变器11的开关动作产生的共模电压所引起的共模电流经由负载12的寄生电容返回到电源1一侧，共模电流流入到电源线N。流入到电源线N的共模电流由检测变压器3检测出。
由检测变压器3检测出的共模电流在放大电路4中被电压放大，在发射极跟随器电路7中被电流放大。被发射极跟随器电路7放大后的电流通过注入变压器8以共模电流的逆相返回到电源线N。由此，共模电流与注入电流抵消，共模电流被消除。
这里，在实施方式中，对放大电路4设置振荡抑制电路5。为了提高作为有源滤波器的效果，只要增大放大电路4的放大率即可。这里，在不设置振荡抑制电路5的情况下，如果设定某种程度以上的放大率，则在某低频率成分中，注入电流的相位相对于共模电流的相位从-90°向0°方向变化，并且增益成为0dB以上，有源滤波器9发生振荡。
实施方式中的振荡抑制电路5使从运算放大器18的输出端子被负反馈的电流的特定的低频率成分中的相位提前，由此对成为问题的低频率成分中的相位进行调整。由此，有源滤波器9能够避免发生振荡的条件。另一方面，振荡抑制电路5不会给想要减少噪声的频率成分带来影响。即，振荡抑制电路5仅影响使放大电路4的放大率增大会成为问题的低频率成分。因而，能够通过使放大电路4的放大率增大来提高滤波器效果。此外，振荡抑制电路5插入到构成放大电路4的运算放大器18的负反馈电路。振荡抑制电路5插入到运算放大器18的负反馈电路，由此不会发生放大电路4的输入阻抗的降低而获得振荡抑制效果。
此外，在实施方式中，在放大电路4的后段设置有发射极跟随器电路7。通过发射极跟随器电路7对放大电路4的输出进行电流放大，由此能够使由注入变压器8注入的电流增大。作为结果，能够提高作为有源滤波器9的效果。
此外，在实施方式中，在电源线的相间连接有X电容器2。此外，在实施方式中，在电源线与接地的相对地间连接有Y电容器13。能够通过X电容器2来被动地抑制常模噪声。此外，能够通过Y电容器13来被动地抑制共模噪声。
此外，在实施方式中，在检测变压器3以及注入变压器8安装有作为浪涌保护元件的气体放电管14、齐纳二极管15。此外，检测变压器3的副绕组Ws1以及注入变压器8的副绕组Ws2分别与接地绝缘。由此，防止由雷等高电压浪涌导致的放大电路4以及发射极跟随器电路7的部件损坏。
说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求所记载的发明及其等同的范围中。

Claims (8)

1.一种电流注入型有源滤波器，其中，具备：
检测变压器，具有与电源线连接的第一主绕组、以及与所述第一主绕组接近地配置的第一副绕组；
放大电路，包括输入端子与所述第一副绕组连接的运算放大器、以及连接于所述运算放大器的所述输入端子与输出端子之间的反馈电路；
振荡抑制电路，插入到所述反馈电路，抑制所述放大电路的振荡；以及
注入变压器，具有与所述电源线连接的第二主绕组、以及与所述第二主绕组接近地配置并且与所述放大电路的输出端子连接的第二副绕组。
2.根据权利要求1所述的电流注入型有源滤波器，其中，
所述反馈电路具有连接于所述运算放大器的负输入端子与输出端子之间的第一电阻，
所述振荡抑制电路具有与所述第一电阻串联连接的第二电容器、以及与所述第一电阻并联连接的第二电阻。
3.根据权利要求2所述的电流注入型有源滤波器，其中，
所述反馈电路还具有与所述第一电阻并联连接的第一电容器。
4.根据权利要求1所述的电流注入型有源滤波器，其中，
还具备插入到所述放大电路与所述第二副绕组之间的发射极跟随器电路。
5.根据权利要求1所述的电流注入型有源滤波器，其中，
所述第一副绕组以及所述第二副绕组对于接地绝缘。
6.根据权利要求1所述的电流注入型有源滤波器，其中，
还具备与所述检测变压器以及所述注入变压器连接的浪涌保护元件。
7.根据权利要求1所述的电流注入型有源滤波器，其中，
所述第一主绕组以及所述第二主绕组分别形成了使所述电源线中产生的共模噪声减少的共模扼流线圈。
8.一种电路，其中，具备：
权利要求1～7中任一项所述的电流注入型有源滤波器；
X电容器，插入到所述电源线的相间；以及
Y电容器，插入到所述电源线的相对地间。
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