DE10392694B4

DE10392694B4 - Active electromagnetic induction filter for pulse width modulator inverter, has capacitor coupling transistor stages to ground return line to provide current to ground line to cancel common mode noise in line of rectifier circuit

Info

Publication number: DE10392694B4
Application number: DE10392694T
Authority: DE
Inventors: Brian Tehachapi Pelly
Original assignee: International Rectifier Corp USA
Current assignee: Infineon Technologies Americas Corp
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2023-05-23
Also published as: DE10392694T5

Abstract

The filter has series coupled transistor (Q3, Q4) stages. A main current sensor senses common mode current noise in a rectifier circuit coupled to an AC network, and has a current transformer with primary coupled to rectifier circuit. A capacitor (C store1) coupling the stages to a ground return line provides a cancellation current to the line to cancel the noise. The sensor has an output coupled to each stage to drive them.

Description

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Diese vorliegende Offenbarung beschreibt einen aktiven Gleichtakt EMI Filter, der eine Anzahl N von seriell kaskadierten aktiven Filterteilschaltkreisen einsetzt. Die Energiedissipation in dem gesamten aktiven Filter und die erforderliche Spannungsdimensionierung von jedem Transistor wird um 1/N verringert, gegenüber bekannten einzelstufigen Schaltkreisen. Die Energiedissipation in jedem Transistor wird um 1/N² reduziert.This present disclosure describes an active common mode EMI filter employing a number N of serially cascaded active filter subcircuits. The energy dissipation in the entire active filter and the required voltage dimensioning of each transistor is reduced by 1 / N over known single-stage circuits. The energy dissipation in each transistor is reduced by 1 / N ² .

Die beschriebene Technik ist insbesondere vorteilhaft für PWM Umrichtertreiber, die von dreiphasigen Wechselstromleitungsspannungen bei 380–480 V betrieben werden, wo die Energie, die in einem einzelstufigen aktiven Filterschaltkreis dissipiert wird, unakzeptabel hoch sein kann.The described technique is particularly advantageous for PWM inverter drivers, operated by three-phase AC line voltages at 380-480V be where the energy is in a single-stage active filter circuit dissipated, can be unacceptably high.

Zuvor offenbarte aktive Gleichtakt-EMI-Filterschaltkreise basierten im Allgemeinen auf einem Stromverstärker mit einer Verstärkung von eins in einem Vorwärtskopplungs-Schaltkreis. Ein zuvor offenbarter Schaltkreis ist in 1 gezeigt. Dieser Schaltkreis setzt IGBTs als die aktiven Elemente ein. Andere Schaltkreise, die MOSFETs und Bipolartransistoren einsetzen, sind zuvor offenbart worden, und folgen denselben Betriebsprinzipien.Previously disclosed active common mode EMI filter circuits have generally been based on a unity gain power amplifier in a feedforward circuit. A previously disclosed circuit is in 1 shown. This circuit employs IGBTs as the active elements. Other circuits employing MOSFETs and bipolar transistors have previously been disclosed and follow the same operating principles.

In 1 ist die erforderliche Filterbusspannung Vbus filt durch das Produkt aus der Ladung Qtot, die jedem Puls des Gleichtakt Stroms zugeordnet ist, und dem Wert des Kopplungskondensators C_F bestimmt. C_F ist durch die zulässige Menge von Leitungsfrequenzerdungsleckstrom bestimmt.In 1 is the required filter bus voltage Vbus filt determined by the product of the charge Qtot associated with each pulse of the common mode current and the value of the coupling capacitor C _F. C _F is determined by the allowable amount of line frequency ground leakage current.

Vbus filt muss höher sein als Qtot/C_F. Typischerweise kann der auf diese Weise bestimmte minimal erforderliche Wert von Vbus filt wesentlich kleiner sein als die gesamte Gleichstrombusspannung Vbus drive des PWM Umrichters.Vbus filt must be higher than Qtot / C _F. Typically, the minimum required value of Vbus filt determined in this way can be substantially smaller than the total DC bus voltage Vbus drive of the PWM inverter.

Der mittlere Strom I_av, der von den Transistoren des aktiven Filters konsumiert wird, ist Qtot·f, wobei f die Umrichter PWM Schaltfrequenz ist.The average current I _av consumed by the transistors of the active filter is Qtot * f, where f is the inverter PWM switching frequency.

Der einzelstufige Transistorverstärker in 1 könnte direkt über Vbus drive angeschlossen sein, obwohl diese Spannung wesentlich höher als die Spannung sein kann, die von dem aktiven Filter minimal benötigt wird. Der Nachteil wäre, dass die Spannungsdimensionierung und Energiedissipation in den Transistoren höher als nötig wäre. Die gesamte kombinierte mittlere Energiedissipation in den zwei Transistoren wäre in diesem Fall Qtot·f·Vbus drive.The single-stage transistor amplifier in 1 could be connected directly via Vbus drive, although this voltage can be much higher than the voltage that is minimally required by the active filter. The disadvantage would be that the voltage sizing and energy dissipation in the transistors would be higher than necessary. The total combined mean power dissipation in the two transistors would in this case be Qtot * f * Vbus drive.

Ein zuvor beschriebenes Verfahren zum Verringern der erforderlichen Spannungsdimensionierung und Energiedissipation in den Transistoren des aktiven Filters in dem Schaltkreis von 1 ist das Ableiten einer niedrigeren Filterbusspannung von Vbus drive, über einen Spannungsabfallwiderstand, wie in 2 gezeigt. Die erforderliche Spannungsdimensionierung der Transistoren, und die insgesamt kombinierte mittlere Energie in den zwei Transistoren des aktiven Filters sind um Vbus filt/Vbus drive reduziert. Die insgesamt kombinierte Energiedissipation in dem Spannungsabfallwiderstand, den zwei Transistoren des aktiven Filters und der Spannungshalt Zener Diode überschreitet jedoch Qtot·f·Vbus drive. Dies liegt daran, dass der mittlere Strom, der durch den Abfallwiderstand von dem Gleichstrombus gezogen wird, nun höher als Qtot·f ist, aufgrund des hinzugefügten Stroms I_Z, der von der Zener Diode gezogen wird.A previously described method for reducing the required voltage sizing and energy dissipation in the transistors of the active filter in the circuit of FIG 1 is deriving a lower filter bus voltage from Vbus drive, via a voltage drop resistor, as in 2 shown. The required voltage sizing of the transistors, and the total combined average energy in the two transistors of the active filter are reduced by Vbus filt / Vbus drive. However, the total combined energy dissipation in the voltage drop resistor, the two transistors of the active filter, and the voltage-holding Zener diode exceeds Qtot * f * Vbus drive. This is because the average current is drawn through the drop resistance of the DC bus is now higher than Qtot * f, due to the added current I _Z, which is drawn from the Zener diode.

Ein anderer zuvor offenbarter Schaltkreis ist in 3 gezeigt. Dieser Schaltkreis ist ähnlich zu dem Schaltkreis in 1, setzt aber N-Kanal MOSFETs als die aktiven Elemente ein, und hat einen Spannungsteiler R1, R2 zum Ausgleichen der mittleren Spannungen über Q1 und Q2. Eine Schwierigkeit mit diesem Schaltkreis (genau wie mit den Schaltkreisen von 1 und 2) ist, dass die MOSFETs (IGBTs) signifikant Gatestrom von den Overwindings an dem Stromabfühltransformator ziehen, über die Gate-Source (Gate-Emitter) und Drain-Gate (Kollektor-Gate) Kapazitäten. Dies bewirkt einen signifikanten Fehler in dem Ausgangsstrom des Verstärkers.Another previously disclosed circuit is in 3 shown. This circuit is similar to the circuit in 1 but uses N-channel MOSFETs as the active elements, and has a voltage divider R1, R2 for equalizing the average voltages across Q1 and Q2. A difficulty with this circuit (as well as with the circuits of 1 and 2 ) is that the MOSFETs (IGBTs) draw significant gate current from the overwindings on the current sensing transformer via the gate-source (gate-emitter) and drain-gate (collector-gate) capacitances. This causes a significant error in the output current of the amplifier.

Der Artikel "A novel active common-mode EMI filter for PWM inverter" von Yo-Chan Son und Seung-Ki Sul aus der Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2002, APEC 2002, Seventeenth Annual IEEE, Volume 1, 10–14 March 2002, Seiten 545–549 vol. 1 beschreibt ein aktives Gleichtakt EMI Filter für eine PWM Umrichter Anwendung, welches auf einem Strom-Fühler- und einem Unterdrückungskreis basiert und welches einen schnellen Transistorverstärker benutzt.Of the Article "A novel active common-mode EMI filter for PWM inverter "from Yo-Chan Son and Seung-Ki Sul the Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2002, APEC 2002, Seventeenth Annual IEEE, Volume 1, 10-14 March 2002, pages 545-549 vol. 1 describes an active common mode EMI filter for a PWM inverter application, which is on a current sensor and a circle of oppression based and which uses a fast transistor amplifier.

Aus der Druckschrift EP 1 143 602 A2 ist ein aktives Filter zur Verringerung eines Gleichtakt-Stroms bekannt.From the publication EP 1 143 602 A2 For example, an active filter for reducing common mode current is known.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Um diese Bedürfnisse zu erfüllen, stellen verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung einen aktiven EMI Filter zum Verringern von Gleichtakt-Rauschstrom in einem Schaltkreis bereit, der einen mit einem Wechselstromnetzwerk gekoppelten Gleichrichter aufweist, wobei der Gleichrichter einem Gleichstrombus Gleichstromenergie liefert, wobei der Gleichstrombus eine Inverterstufe zum Bereitstellen von Wechselstromenergie an eine Last speist, wobei die Last eine Erdungsrückführleitung zu einem Erdungsanschluss des Wechselstromnetzwerkes hat. Der aktive Filter enthält vorzugsweise eine Transistorstufe, einen Stromsensor, wie zum Beispiel ein Stromtransformator, der mit einem Zweig des Schaltkreises gekoppelt ist, in dem der Gleichtakt-Rauschstrom fließt, wobei der Stromsensor einen Eingang hat, wie zum Beispiel eine primäre Windung, der zum Abfühlen des Gleichtakt-Rauschstroms gekoppelt ist, und einen Ausgang, wie zum Beispiel eine sekundäre Windung, welcher die Transistorstufe treibt, wobei die Transistorstufe zwei Transistoren aufweist, die mittels des Ausgangs des Stromsensors in Reaktion auf den Gleichtakt-Rauschstrom getrieben sind, und einen Kondensator, der die Transistorstufe und die Erdungsrückführleitung koppelt, wobei der Kondensator der Erdungsrückführleitung von der Transistorstufe einen Auslöschstrom bereitstellt, um den Gleichtakt-Strom in der Erdungsrückführleitung im Wesentlichen auszulöschen.To meet these needs, various embodiments of the invention provide an active EMI filter for reducing common mode noise current in a circuit having a rectifier coupled to an AC network, the rectifier providing DC power to a DC bus, the DC bus providing an inverter stage of AC power fed to a load, wherein the load has a ground return line to a ground terminal of the AC network. The active filter preferably includes a transistor stage, a current sensor, such as a current transformer, coupled to a branch of the circuit in which the common mode noise current flows, the current sensor having an input, such as a primary winding, for example Sensing the common mode noise current, and an output, such as a secondary winding, driving the transistor stage, the transistor stage having two transistors driven by the output of the current sensor in response to the common mode noise current, and a capacitor coupling the transistor stage and the ground return line, wherein the capacitor of the ground return line from the transistor stage provides an extinguishing current to substantially cancel the common mode current in the ground return line.

Der Stromsensor und die Transistorstufe sind als eine Vorwärtskopplungsanordnung gekoppelt, wodurch die Transistorstufe zwischen dem Gleichrichter und dem Stromsensor gekoppelt ist, wobei die Transistorstufe und der Stromsensor eine Amplitudenverstärkung von ungefähr eins haben.Of the The current sensor and the transistor stage are considered a feedforward arrangement coupled, causing the transistor stage between the rectifier and the current sensor, wherein the transistor stage and the current sensor has an amplitude gain of about one to have.

In der Transistorstufe kann jedem Transistor ein Steuerelektrodentreiberstrom bereitgestellt sein, mittels einer lokalen Energiequelle, wie zum Beispiel ein Speicherkondensator, über einen Treibertransistor. Es können zwei Treibertransistoren vorgesehen sein, von denen jeder zwei Hauptelektroden hat, wobei eine Hauptelektrode von jedem Treibertransistor an eine jeweilige Steuerelektrode von einem der zwei Transistoren angeschlossen ist, und wobei jeder Treibertransistor eine Steuerelektrode hat, wobei die Steuerelektroden der Treibertransistoren jeweils mit zusätzlichen Sekundärseiten des Stromstransformators gekoppelt sind.In The transistor stage may provide each transistor with a control electrode drive current be provided by means of a local energy source, such as Example, a storage capacitor, via a driver transistor. It can two driver transistors may be provided, each of which has two main electrodes has, with a main electrode of each driver transistor to a respective control electrode of one of the two transistors connected is, and wherein each driver transistor has a control electrode, wherein the control electrodes of the driver transistors each with additional secondaries of the power transformer are coupled.

Die andere Hauptelektrode von jedem der Treibertransistoren kann an die lokale Energiequelle angeschlossen sein, welche ein jeweiliger lokaler Speicherkondensator sein kann, welcher über den entsprechenden Treibertransistor und seine jeweilige Stromtransformator-Sekundärseiten angeschlossen ist.The other main electrode of each of the driver transistors may be on be connected to the local power source, which is a respective may be local storage capacitor, which via the corresponding driver transistor and its respective current transformer secondary side is connected.

Die lokale Energiequelle kann ferner zwei Abfallwiderstände aufweisen, die in einem seriellen Netzwerk alternierend mit den lokalen Speicherkondensatoren angeschlossen sind. Das Netzwerk kann über eine Gleichstromversorgungsspannung angeschlossen sein. Ein Spannungsregulator, zum Beispiel eine Zener Diode, kann über jedem der lokalen Speicherkondensatoren angeschlossen sein.The local energy source may further comprise two waste resistors, in a serial network alternating with the local storage capacitors are connected. The network can be powered by a DC power supply be connected. A voltage regulator, for example a zener Diode, can over be connected to each of the local storage capacitors.

Auch kann der Filter eine Mehrzahl von kaskadierten Transistorstufen aufweisen, die seriell gekoppelt sind, zum Bereitstellen eines aktiven Gleichtakt-EMI Filters mit verringerter Energiedissipation und Transistorspannungsdimensionierung.Also For example, the filter may comprise a plurality of cascaded transistor stages which are serially coupled to provide an active one Common mode EMI filters with reduced power dissipation and transistor voltage sizing.

Vorzugsweise gibt es eine Mehrzahl von Kondensatoren, welche jeweils jede der Transistorstufen mit der Erdungsrückführleitung koppeln.Preferably There are a plurality of capacitors, each of which Couple transistor stages to the ground return line.

Jede Transistorstufe hat vorzugsweise einen jeweiligen lokalen Stromtransformator, wobei der lokale Stromtransformator eine Primärseite hat, die mit dem Ausgang des zuerst angesprochenen Stromtransformators gekoppelt ist, und der eine Sekundärseite aufweist, welche mit den entsprechenden zwei Transistoren gekoppelt ist. Eine Hauptelektrode von jedem Transistor kann mit einer jeweiligen Sekundärseite des lokalen Stromtransformators gekoppelt sein, und eine Steuerelektrode von jedem der Transistoren kann mit einer anderen jeweiligen Sekundärseite des lokalen Stromtransformators gekoppelt sein. Die anderen Sekundärseiten der lokalen Stromtransformatoren können Vorspannungen für die Steuerelektroden der entsprechenden zwei Transistoren bereitstellen.each Transistor stage preferably has a respective local current transformer, wherein the local current transformer has a primary side connected to the output the first mentioned current transformer is coupled, and the one secondary side which is coupled to the corresponding two transistors is. A main electrode of each transistor may be connected to a respective one secondary side be coupled to the local current transformer, and a control electrode of each of the transistors may be connected to another respective secondary side of the be coupled local power transformer. The other secondary pages The local current transformers can provide bias voltages for the control electrodes provide the corresponding two transistors.

Vorzugsweise haben die Primärseite und die Sekundärseite von jedem der lokalen Stromtransformatoren dieselbe Anzahl von Windungen, wohingegen die andere Sekundärseite des lokalen Stromtransformators eine größere Anzahl von Windungen hat als die Primärseite.Preferably have the primary side and the secondary side from each of the local current transformers the same number of turns, whereas the other secondary side of the local power transformer has a larger number of turns as the primary side.

Vorteilhafterweise hat die Sekundärseite des Haupt (zuerst angesprochenen) Stromtransformators N mal die Anzahl von Primärwindungen, wobei N die Anzahl von Transistorschaltstufen ist.advantageously, has the secondary side of the main (first mentioned) current transformer N times the Number of primary turns, where N is the number of transistor switching stages.

In allen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann ein jeweiliger lokaler Filterbuskondensator über jede der Transistorstufen angeschlossen sein.In all embodiments In accordance with the invention, a respective local filter bus capacitor may be connected via each be connected to the transistor stages.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen davon unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich, in welchen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente und Teile bezeichnen.Other Features and advantages of the invention will become apparent from the following description of several embodiments thereof with reference to the drawings, in which like reference numerals designate like elements and parts.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENSHORT DESCRIPTION THE DRAWINGS

1 zeigt einen ersten bekannten aktiven Gleichtakt-EMI Filterschaltkreis, in welchem Transistor-Bias von einem Overwinding an dem Stromabfühltransformator abgeleitet ist. 1 shows a first known common mode active EMI filter circuit in which transistor bias is derived from overwinding at the current sense transformer.

2 zeigt einen zweiten zuvor bekannten aktiven Gleichtakt-EMI Filterschaltkreis, der ein Netzwerk zum Ableiten einer Busspannung für den Filterschaltkreis hat. 2 shows a second previously known active common mode EMI filter circuit, which is a network has for deriving a bus voltage for the filter circuit.

3 zeigt einen dritten zuvor bekannten aktiven Gleichtakt-EMI Filterschaltkreis, der ein Netzwerk zum Ausgleichen von jeweiligen Spannungen über den zwei Transistoren hat. 3 Figure 12 shows a third previously known active common mode EMI filter circuit having a network for equalizing respective voltages across the two transistors.

4 zeigt einen aktiven Gleichtakt-EMI Filterschaltkreis gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der eine Mehrzahl von seriell kaskadierten Filtern hat. 4 shows an active common mode EMI filter circuit according to a first embodiment of the invention having a plurality of serially cascaded filters.

5 zeigt einen aktiven Gleichtakt-EMI Filterschaltkreis gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der eine Mehrzahl von seriell kaskadierten Filtern hat, und wobei Gate-Treiberstrom für die zwei Transistoren im Wesentlichen von lokalen Energiespeicherkondensatoren über ein Paar von jeweiligen Treibertransistoren bereitgestellt ist. 5 shows an active common mode EMI filter circuit according to a second embodiment of the invention, having a plurality of serially cascaded filters, and wherein gate drive current for the two transistors is substantially provided by local energy storage capacitors via a pair of respective driver transistors.

6 zeigt einen aktiven Gleichtakt-EMI Filterschaltkreis gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei Gate-Treiberstrom für die zwei Transistoren im Wesentlichen von lokalen Energiespeicherkondensatoren über ein Paar von jeweiligen Treibertransistoren bereitgestellt ist. 6 shows an active common mode EMI filter circuit according to a third embodiment of the invention, wherein gate drive current for the two transistors is substantially provided by local energy storage capacitors via a pair of respective driver transistors.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF EMBODIMENTS THE INVENTION

Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 4 dargestellt. Der lineare Spannungsabfallschaltkreis von 2 ist in der Tat ersetzt durch (N – 1) aktive Filterteilschaltkreise, die über den Gleichstrombus seriell kaskadiert sind. Jeder Teilschaltkreis hat seinen eigenen lokalen "Filterbus" und ist an seinem Ausgang über eine Kapazität von C_f/N an Masse gekoppelt. Jeder Teilschaltkreis liefert eine Gleichtakt-Ladung von Qtot/N an die Erdungsleitung, und die gesamte Gleichtakt-Ladung, die von allem N Teilschaltkreisen an die Erdung geliefert wird, ist noch Qtot. Es ist zu beachten, dass aufgrund des seriellen Anschlusses der aktiven Filterteilschaltkreise die gesamte Ladung, die von dem Gleichstrombus geliefert wird, nun nur Qtot/N ist, und der mittlere Strom, der von dem Gleichstrombus geliefert ist, ist (Qtot/N)·f. Daher ist der mittlere Strom, der von dem Gleichstrombus abgezogen wird, um 1/N verringert, relativ zu einem einzelstufigen Schaltkreis.A first embodiment of the invention is in 4 shown. The linear voltage drop circuit of 2 is in fact replaced by (N-1) active filter subcircuits serially cascaded over the DC bus. Each subcircuit has its own local "filter bus" and is coupled to ground at its output via a capacitance of C _f / N. Each subcircuit provides a common mode charge of Qtot / N to the ground line, and the total common mode charge delivered by all N subcircuits to the ground is still Qtot. It should be noted that due to the serial connection of the active filter subcircuits, the total charge delivered by the DC bus is now only Qtot / N, and the average current supplied by the DC bus is (Qtot / N). f. Therefore, the average current drawn from the DC bus is reduced by 1 / N relative to a single-stage circuit.

Die kombinierte Dissipation in den zwei Transistoren von jedem aktiven Filterteilschaltkreis ist nun auf (Vbus drive/N)·(Qtot·f/N) verringert, das heißt auf 1/N² von der eines einzelstufigen Schaltkreises, der direkt über Vbus drive angeschlossen ist.The combined dissipation in the two transistors of each active filter sub-circuit is now reduced to (Vbus drive / N) * (Qtot * f / N), that is, 1 / N ² from that of a single-stage circuit connected directly via Vbus drive ,

Die kombinierte gesamte Energiedissipation von allem N Teilschaltkreisen ist Q·f Vbus drive/N, das heißt ist ein bisschen niedriger als 1/N der gesamten Energie des einzelstufigen Schaltkreises von 2. Die Spannungsdimensionierung von jedem Transistor ist 1/N von dem, was für einen einzelstufigen Schaltkreis erforderlich ist, der direkt über Vbus drive angeschlossen ist.The combined total energy dissipation of all N subcircuits is Q · f Vbus drive / N, that is, a bit lower than 1 / N of the total energy of the single-stage circuit of 2 , The voltage sizing of each transistor is 1 / N of that required for a single-stage circuit connected directly through Vbus drive.

Es ist vorteilhaft, jeden aktiven Filterteilschaltkreis so zu treiben, dass er 1/N des gesamten Gleichtakt-Stroms zur Erdung liefert. Dies stellt gleiche Ströme an den Ausgängen von allen Teilschaltkreisen sicher, und daher auch, dass die gesamte Umrichterbusspannung gleichmäßig zwischen den lokalen Filterbuskondensatoren von jedem Teilschaltkreis aufgeteilt ist.It is advantageous to drive each active filter subcircuit so that it supplies 1 / N of the total common mode current to ground. This represents equal currents at the exits safe from all subcircuits, and therefore also that the entire inverter bus voltage evenly between the local filter bus capacitors divided by each subcircuit is.

Der Gleichtakt-Stromabfühltransformator CT_main hat eine einzige Sekundärseite mit N_S = N·der Anzahl von Primärwindungen. Der Sekundärstrom von CT_main ist 1/N·dem gesamten Gleichtakt-Strom in der Primärseite. Jeder aktive Filterteilschaltkreis wird durch seinen eigenen kleinen lokalen Stromtransformator CT₁ bis CT_N getrieben, jeder mit einem Primärseite zu Sekundärseite Windungsverhältnis von eins. Die Primärseiten von jedem von diesen lokalen Stromtransformatoren sind seriell an die Sekundärwindung von CT_main angeschlossen. Daher ist der Primär- und Sekundärstrom von jedem lokalen Stromtransformator gleich 1/N·dem Gleichtakt-Strom in der Primärseite von CT_main, und jeder aktive Filterteilschaltkreis wird dazu gebracht, 1/N·den primären Gleichtakt-Strom zu liefern. Die Summe der Ausgangsströme von allen aktiven Filterteilschaltkreisen ist daher gleich dem Gleichtakt-Strom in der Primärseite von CT_main.The common mode current sense transformer CT _main has a single secondary side with N _S = N * the number of primary turns. The secondary current of CT _main is 1 / N · the total common mode current in the primary side. Each active filter subcircuit is driven by its own small local current transformer CT ₁ to CT _N , each with a primary side to secondary side turns ratio of one. The primary sides of each of these local current transformers are connected in series to the secondary winding of CT _main . Therefore, the primary and secondary current from each local current transformer is equal to 1 / N · the common mode current in the primary side of CT _main , and each active filter subcircuit is made to provide 1 / N · the primary common mode current. The sum of the output currents from all active filter subcircuits is therefore equal to the common mode current in the primary side of CT _main .

Ein zweites Ausführungsbeispiel, das in 5 gezeigt ist, ist ein Beispiel einer praktischen Gestaltung, welche sowohl das erste als auch das dritte Ausführungsbeispiel enthält (4 und 6). Dieser Schaltkreis ist für einen 380–480 V 3-Phase 7.5 kW Pumptreiber gestaltet, der von Grundfoss hergestellt ist. Die Umrichter PWM Frequenz ist 18 kHz. CT1 Kern ist ZW43616. Primärseiten P1, P2, P3 sind 7 Windungen # 14. Die Sekundärseite S1 ist 14 Windungen # 30. CT2 und CT3 Kerne sind ZW42207. Primärseite ist 30 Windungen # 30, Sekundärseiten S1, S2, S3, S4 sind 30 Windungen # 30. Für L1 ist der Kern ZW 43616 und jede Windung ist 7 Windungen # 14. Die IGBTs haben AAVID 576802B03100 Kühlkörper (Newark 34C4484).A second embodiment, which is in 5 is an example of a practical configuration that includes both the first and third embodiments ( 4 and 6 ). This circuit is designed for a 380-480V 3-phase 7.5 kW pump driver manufactured by Grundfoss. The inverter PWM frequency is 18 kHz. CT1 core is ZW43616. Primary pages P1, P2, P3 are 7 turns # 14. Secondary side S1 is 14 turns # 30. CT2 and CT3 cores are ZW42207. Primary side is 30 turns # 30, secondary sides S1, S2, S3, S4 are 30 turns # 30. For L1, the core is ZW 43616 and each turn is 7 turns # 14. The IGBTs have AAVID 576802B03100 heatsink (Newark 34C4484).

Zwei seriell kaskadierte Teilschaltkreise werden verwendet, jeder mit 600 V IGBTs. Der ermittelte Energieverlust in jedem IGBT ist 3.8 W. Zum Vergleich, ein einzelstufiger aktiver Filter, der direkt über den Umrichtergleichstrombus angeschlossen ist, würde 1200 V IGBTs benötigen, und die Dissipation in jedem IGBT wäre ungefähr 15 W.Two serial cascaded subcircuits are used, each with 600V IGBTs. The determined energy loss in each IGBT is 3.8 W. For comparison, a single-stage active filter, directly over the Converter DC bus would require 1200 V IGBTs, and the dissipation in each IGBT would be approximately 15 W.

Der Schaltkreis in 5 ist als ein Wechselstrom zu Wechselstrom Frontend Filter gestaltet, zum Anschließen in eine 3-Phase Eingangsleitung von dem Pumptreiber. Dies ist bequem für Testzwecke, da der aktive Filterschaltkreis in den Umrichtertreiber selbst nicht invasiv ist.The circuit in 5 is designed as an AC to AC front-end filter, for connecting to a 3-phase input line from the pump driver. This is convenient for testing because the active filter circuit in the drive driver itself is not invasive.

Ein einfacherer Ansatz für eine endgültige Gestaltung wäre es, die zwei kaskadierten aktiven Filter direkt über dem Umrichtergleichstrombus zu integrieren. Zwei Buskondensatoren würden in beiden Gestaltungen seriell über den gesamten Umrichterbus angeschlossen werden, was es jedem aktiven Filterteilschaltkreis erlaubt, über einen der bereits existierenden Gleichstrombuskondensatoren des Umrichters angeschlossen zu werden.One simpler approach for a final design would it be, the two cascaded active filters directly over the inverter DC bus to integrate. Two bus capacitors would work in both designs serial over the entire converter bus will be connected, which will allow any active filter subcircuit allowed, over one of the existing DC bus capacitors of the inverter to be connected.

Ein drittes Ausführungsbeispiel, welches eine Verbesserung des Schaltkreises von 3 ist, ist in 6 gezeigt. Der Gate-Treiberstrom für die MOSFETs (IGBTs) wird im Wesentlichen von den lokalen Speicherkondensatoren C_store1 und C_store2 geliefert, über den Kollektor-Emitter der hinzugefügten Gate-Treiber Transistoren Q und Q4, statt von den Sekundärseite "Overwindings" des Stromtransformators. Der Fehler in dem Ausgangsstrom des Verstärkers ist signifikant verringert.A third embodiment, which is an improvement of the circuit of 3 is, is in 6 shown. The gate drive current for the MOSFETs (IGBTs) is essentially provided by the local storage capacitors C _store 1 and C _store 2, via the collector emitter of the added gate driver transistors Q and Q4, instead of the secondary side "overwindings" of the current transformer , The error in the output current of the amplifier is significantly reduced.

Die "lokale Energieversorgung" Speicherkondensatoren C_store1 und C_store2 sind in dem Widerstandsnetzwerk R1 und R2 angeschlossen, das bereits zum Spannungsteilen bereitgestellt ist.The "local power supply" storage capacitors C _store 1 and C _store 2 are connected in the resistor network R1 and R2 already provided for voltage dividing.

Die hinzugefügten Treibertransistoren Q3 und Q4 müssen nur auf ungefähr 20 V dimensioniert werden und tragen nur den Gate-Treiberstrom des MOSFETs (oder IGBT). Sie sind relativ kleine Komponenten.The added Driver transistors Q3 and Q4 need only at about 20 V and carry only the gate drive current of the MOSFET (or IGBT). They are relatively small components.

Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele davon beschrieben worden ist, sind viele andere Variationen und Modifikationen und andere Verwendungen für den Fachmann auf dem technischen Gebiet offensichtlich. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifische Offenbarung hierin beschränkt.Even though the present invention with respect to certain embodiments There are many other variations and modifications and other uses for the person skilled in the art obvious. thats why the present invention is not limited to the specific disclosure limited herein.

Claims

An active EMI filter to reduce common mode noise current in a circuit having one with an AC network coupled rectifier, the rectifier being DC power to a DC bus, wherein the DC bus is a converter stage for supplying AC power to a load, wherein the load is a ground return line to a ground terminal of the AC network, wherein the active filter has: a plurality of transistor stages, which are serially coupled, each of the transistor stages being two transistors having; a main current sensor for sensing the common mode noise current in the circuit, wherein the main current sensor is a current transformer which has a primary side which is coupled to a branch of the circuit in which Common mode noise current occurs; wherein the main flow sensor has an output with each of the transistor stages is coupled, the transistor stages by means of the output in response to the common mode noise current are driven; at least one capacitor connecting the transistor stages with the earthing return line coupled, wherein the at least one capacitor of the ground return line provides an extinguishing current from the transistor stages, for essentially extinguishing the Common mode noise current in the ground return line.

The active filter of claim 1, wherein the at least a capacitor has a respective capacitor, each the transistor stages coupled to the ground return line.

The active filter of claim 1, wherein each of the Transistor stages has a respective local current transformer, wherein the local current transformer has a primary side connected to the output coupled to the main current transformer, and has an output, which is connected to the corresponding two transistors.

The active filter of claim 3, wherein a main electrode of each transistor coupled to a respective secondary side of the local current transformer is, and wherein a control electrode of each of the transistors with another respective secondary page is coupled to the local current transformer.

The active filter of claim 4, wherein the others secondaries of the local current transformers biasing the control electrodes of the provide corresponding two transistors.

The active filter of claim 3, wherein the primary side and the secondary side from each local current transformer has the same number of turns.

The active filter of claim 6, wherein the other secondary side of the local current transformer a greater number of turns than the primary side Has.

The active filter of claim 1, wherein the main current sensor and the plurality of transistor stages are coupled in a feed forward arrangement, the transistor stages and the main current sensor have an amplitude gain of about one.

The active filter of claim 1, wherein the transistors IGBTs are.

The active filter of claim 9, wherein the IGBTs of the same type.

The active filter of claim 1, wherein the at least a capacitor the ground return line with a common node between the two transistors in each one the transistor stages coupled.

The active filter of claim 1, wherein the secondary side of the Main current transformer N times the number of primary windings where N is the number of transistor switching stages.

The active filter of claim 1, further comprising a respective local filter bus capacitor passing through each Transistor switching stage is connected.

The active filter according to any one of claims 1 to 13, wherein each of the two transistors of each transistor stage has two skin electrodes and a control electrode; the Current transformer has a secondary side, which is coupled to a main electrode of each of the transistor stages is; and wherein a control electrode of each transistor having a other secondary side is coupled from the current transformer.

The active filter of claim 14, further comprising third and fourth driver transistors in each transistor stage, each of which has two main electrodes, one main electrode from each of the driver transistors to a respective control electrode of one of the two transistors is connected, and wherein each of the third and fourth transistors has a control electrode, wherein the control electrodes of the driver transistors in each case to the other secondaries of the current transformer are connected.

The active filter of claim 15, wherein the other Main electrode of each of the third and fourth transistors a local power supply is connected.

The active filter of claim 16, wherein the local Power supply has a respective local storage capacitor, which over the corresponding driver transistor and its respective current transformer secondary sides connected.

An active EMI filter to reduce common mode noise current in a circuit having one with an AC network coupled rectifier, the rectifier being DC power to a DC bus, wherein the DC bus is a converter stage for supplying AC power to a load, wherein the load on a ground return line has a ground terminal of the AC network, wherein the active filter has: a transistor stage, the two transistors having; a current sensor for sensing the common mode noise current, that flows in the circuit, wherein the current sensor has an input connected to a branch of the Coupled circuit in which common mode noise current occurs, and an output driving the transistor stage, wherein the two transistors of the transistor stage by means of the output of the current sensor are driven in response to the common mode noise current; one Capacitor, the transistor stage and the ground return line coupled, wherein the capacitor of the ground return line from the transistor stage an extinguishing current to substantially cancel the common mode current in the earth return line; in which each of the two transistors of the transistor stage has two main electrodes and a control electrode; wherein the current sensor comprises a current transformer, the one primary page which is coupled to the circuit branch in which common mode noise current occurs, and has a secondary side, which is coupled to a main electrode of a respective one of the transistors is; wherein a control electrode of each transistor having a other secondary side the current transformer is coupled; and further comprising third and fourth driver transistors, each of which has two main electrodes having one main electrode of each of the driver transistors connected to a respective control electrode of one of the two transistors and wherein each of the third and fourth transistors is a control electrode wherein the control electrodes of the driver transistors respectively with the other secondary pages of the current transformer are coupled.

The active filter of claim 18, wherein the two Transistors are MOSFETs.

The active filter of claim 18, wherein the two Transistors are connected together in series.

The active filter of claim 18, wherein the current sensor and the transistor stage coupled in a feedforward arrangement wherein the transistor stage and the current sensor have an amplitude gain of approximately have one.

The active filter of claim 18, wherein the capacitor the earthing return line to common main electrodes of the two transistors in common.

The active filter of claim 18, wherein the other Main electrode of each of the third and fourth transistors a local power supply is connected.

The active filter of claim 23, wherein the local Power supply has a respective local storage capacitor, which over the corresponding driver transistor and its respective current transformer secondary sides connected.

The active filter of claim 24, wherein the local Power supply further comprises two waste transistors, which in a serial network alternating with the local storage capacitors are connected.

The active filter of claim 25, wherein the network has a DC power supply is connected.

The active filter of claim 24, further comprising a voltage regulator that over each of the local storage capacitors is connected.

The active filter of claim 27, wherein the voltage regulator a zener diode is.

The active filter of claim 18, further comprising a respective local filter bus capacitor passing through each the transistor stages is connected.