FR2632135A1

FR2632135A1 - Filtering circuit

Info

Publication number: FR2632135A1
Application number: FR8807204A
Authority: FR
Original assignee: EBERENTZ ANNICK
Current assignee: EBERENTZ ANNICK
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1989-12-01

Abstract

Filtering circuit for high-frequency stray currents flowing in the mains network, by way of chokes and capacitors. According to the invention, an amplifier 3, supplied through the phase of the network, is connected in a loop between a node 5 and earth T, the output of the amplifier 3 being connected to a capacitor 4. Application: elimination of stray currents flowing in the network.

Description

CIRCUIT DE FILTRAGE
La présente invention a pour objet un circuit de filtrage destiné en particulier, mais non exclusivement, au filtrage du courant secteur d'une unité d'habitation ou de lieux de travail, quelles que soient la fréquence et la tension du réseau d'alimentation.FILTERING CIRCUIT
The present invention relates to a filtering circuit intended in particular, but not exclusively, for filtering the mains current of a residential unit or of workplaces, whatever the frequency and the voltage of the supply network.

On sait que les appareils, notamment les appareils informatiques, sont sensibles aux parasites et aux courants vagabonds, et qu'outre les protections individuelles de chacun des appareils, il est hautement souhaitable de protéger l'ensemble des appareils électriques et électroniques mis en oeuvre dans un lieu de production, en prévoyant un circuit de filtrage à l'entrée de l'installation, c'est-à-dire à l'endroit où elle est raccordée au secteur, tant en ce qui concerne les- courants parasites venant de l'extérieur que ceux qui sont générés à l'intérieur de l'installation, afin de ne pas perturber les installations voisines.We know that devices, especially computer devices, are sensitive to parasites and stray currents, and that in addition to the individual protections of each device, it is highly desirable to protect all of the electrical and electronic devices used in a place of production, by providing a filtering circuit at the entrance to the installation, that is to say at the place where it is connected to the mains, both with regard to parasitic currents coming from the outside than those generated inside the installation, so as not to disturb neighboring installations.

En première approche, il est possible de dire que le réseau interne vehicule d'une part, le courant utile qui est en
Europe à une fréquence de 50 Hertz généralement sous une tension de 220 Volts et des courants parasites dont les fréquences sont variables, mais dont les plus néfastes ont une fréquence de quelques kilohertz, les courants de fréquence supérieure pouvant être éliminés plus facilement.As a first approach, it is possible to say that the internal network carries on the one hand, the useful current which is in
Europe at a frequency of 50 Hertz generally under a voltage of 220 Volts and parasitic currents whose frequencies are variable, but the most harmful of which have a frequency of a few kilohertz, the higher frequency currents can be eliminated more easily.

I1 est, bien entendu, déjà connu de filtrer une installation dans son intégralité, c'est à dire au voisinage du point de raccordement au secteur. La Fig.1 représente le schéma d'une cellule de filtrage permettant- d'éliminer les signaux parasites à fréquences élevées. A cet effet, on dispose sur le réseau des cellules constituées de selfs et de capacité de fortes valeurs, les condensateurs dérivant vers la terre une proportion satisfaisante de courants parasites. Mais, malheureusement, ces condensateurs de fortes valeurs (par exemple 30 pF) dérivent également du courant Utile à 50 Hz et l'intensité du courant de fuite peut atteindre par exemple 10 Ampères. Or, les disjoncteurs différentiels ne protègent le personnel que dans la mesure où les courants sont assez faibles.Il existe donc des risques d'accident importants, et de plus, la consommation de ce courant est, bien entendu, facturée par le fournisseur. It is, of course, already known to filter an installation in its entirety, that is to say in the vicinity of the connection point to the sector. Fig.1 shows the diagram of a filtering cell allowing- to eliminate the spurious signals at high frequencies. To this end, cells on the network are made up of inductors and capacitors of high values, the capacitors drifting towards the earth a satisfactory proportion of parasitic currents. But, unfortunately, these high-value capacitors (for example 30 pF) also derive from the Useful current at 50 Hz and the intensity of the leakage current can reach, for example, 10 Amperes. Differential circuit breakers only protect personnel to the extent that the currents are low enough, so there is a significant risk of accident, and moreover, the consumption of this current is, of course, billed by the supplier.

On a représenté sur la Fiv.1, deux cellules adjacentes de filtrage connectées en série telles que celles qui sont actuellement utilisées, généralement au nombre de trois. Le courant prélevé sur le réseau peut atteindre une intensité supérieure à 100 Ampères. Les bobines L présentent un coefficient de self induction de 70 FH, par exemple. Le courant de fuite, avec des condensateurs de 30 FF, peut atteindre plusieurs ampères ce qui représente un courant de fuite très important. Par ailleurs, comme représenté sur la
Fig.1, entre les points de liaison d'une bobine L et d'un condensateur C, dont le point froid est relié à la terre T,il est connu de brancher un condensateur "c" de faible valeur constituant un by-pass.Le rôle des condensateurs "c" est de dériver à la terre les courants d'une fréquence supérieure à quelques mégahertz, courants qui ne peuvent être dérivés par les condensateurs C en raison de l'impédance élevée des connexions pour les dites fréquences. Ces connexions sont en effet, de dimensions importantes, en raison de la capacité des condensateurs C qui ont pour but que de dérivera la terre les courants de fréquences approximativement comprises entre 14 et plusieurs centaines de kHz. Mais comme indiqué ci-dessus, ces condensateurs dérivent également une partie notable du courant secteur vers la terre.There is shown on Fiv. 1, two adjacent filter cells connected in series such as those currently used, generally three in number. The current drawn from the network can reach an intensity greater than 100 Amps. The L coils have a self-induction coefficient of 70 FH, for example. The leakage current, with 30 FF capacitors, can reach several amps, which represents a very large leakage current. Furthermore, as shown in the
Fig.1, between the connection points of a coil L and a capacitor C, the cold point of which is connected to earth T, it is known to connect a low value capacitor "c" constituting a bypass .The role of capacitors "c" is to divert currents of a frequency greater than a few megahertz to earth, currents which cannot be derived by capacitors C due to the high impedance of the connections for said frequencies. These connections are, in fact, of large dimensions, due to the capacity of the capacitors C which have the aim that the earth will derive the frequency currents approximately between 14 and several hundred kHz. But as indicated above, these capacitors also derive a significant part of the mains current to earth.

La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient, de réduire, voire de supprimer, les courants de fuites par un circuit de filtrage approprié. Elle permet de laisser passer le courant à fréquence nominale, par exemple de 220 Volts à 50 hertz, et d'éliminer les signaux à fréquence HF, par exemple à partir de 14 kHz dans un rapport d'atténuation identique à celui des condensateurs C représentés sur la Fig.1.The object of the present invention is to remedy this drawback, to reduce or even eliminate the leakage currents by an appropriate filtering circuit. It allows the current at nominal frequency to pass, for example from 220 Volts to 50 hertz, and to eliminate the signals at HF frequency, for example from 14 kHz in an attenuation ratio identical to that of the capacitors C shown. in Fig. 1.

Selon la présente invention, le circuit de filtrage de - courants à haute fréquence comprenant des bobines disposées en série est caractérisé en ce que l'on branche entre les bobines et la terre, une boucle comprenant au moins un composant actif alimenté par le réseau et, plus particulièrement par la phase dans laquelle le circuit est branche.According to the present invention, the circuit for filtering - high frequency currents comprising coils arranged in series is characterized in that one connects between the coils and the ground, a loop comprising at least one active component supplied by the network and , more particularly by the phase in which the circuit is connected.

Ainsi, en prélevant une quantité négligeable d'énergie sur le réseau, il est possible d'annuler ou, pour ie moins de réduire considérablement les courants de fuite.Thus, by taking a negligible amount of energy from the network, it is possible to cancel or, at least to considerably reduce the leakage currents.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la boucle comprend un filtre, un amplificateur et un condensateur.According to another characteristic of the invention, the loop comprises a filter, an amplifier and a capacitor.

En fonctioon du mode de réalisation, le filtre peut être un filtre passe-haut ou passe-bas. La nature de l'amplificateur est adaptée à la structure de ia boucle.Depending on the embodiment, the filter can be a high-pass or low-pass filter. The nature of the amplifier is adapted to the structure of the loop.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparartront au cours de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins qui représentent - La Fig.l,comme indiqué précédemment des cellules de filtrage de l'art antérieur; - La Fig.2, le schéma simplifié d'un premier mode de réalisation; - La Fig.3, un schéma plus détaillé du même mode; - la Fig.4, le schéma-d'un second mode de réalisation; - La Fig.5, un troisième mode de réalisation. Other characteristics and advantages of the invention will become apparent during the description which follows of particular embodiments, given solely by way of nonlimiting examples, with reference to the drawings which represent - FIG. 1, as indicated above. prior art filter cells; - Fig.2, the simplified diagram of a first embodiment; - Fig.3, a more detailed diagram of the same mode; - Fig.4, the diagram of a second embodiment; - Fig.5, a third embodiment.

La Fig.2 est un schéma d'un premier mode de réalisation. Sur un noeud 5 du réseau de filtrage, entre deux bobines L est branché un circuit ou boucle comprenant un filtre passe-bas 1, un amplificateur 3, connecté au filtre 1 par une liaison 2 et un condensateur 4, L'amplificateur 3 est de type "BUFFER" c'est à dire que son gain en tension est égal à 1 et que le signal de sortie ne fait que reproduire le signal d'entrée constitué par du courant à fréquence de 50 Hz épuré des courants parasites à hautes fréquences. Par contre, il permet de réaliser un gain en impédance de sorte que son impédance d'entrée soit de valeur très élevée alors que son impédance de sortie est nulle. le filtre 1 est à forte impédance' d'entrée de sorte que sa consommation en courant est pratiquement négligeable. Il délivre sur sa sortie sur la connexion 2 un signal à 50 Hz pur, courant qui va piloter le buffer 3.Le condensateur 14 peut être de valeur quelconque puisque, sur ses deux bornes est appliqué une même tension de 220 Volts à une fréquence de 50 Hz. Par contre, le buffer 3 dérive à la terre les courants HF parasites de fréquence supérieure à 50 hz, soit par la borne V+, soit par la borne V-,(en fonction de la phase) de manière à reproduire en permanence le courant 50
Hz d'entrée.Fig.2 is a diagram of a first embodiment. On a node 5 of the filtering network, between two coils L is connected a circuit or loop comprising a low-pass filter 1, an amplifier 3, connected to the filter 1 by a link 2 and a capacitor 4, The amplifier 3 is type "BUFFER" that is to say that its gain in tension is equal to 1 and that the output signal does nothing but reproduce the input signal constituted by current with frequency of 50 Hz purified of parasitic currents with high frequencies. On the other hand, it makes it possible to achieve an impedance gain so that its input impedance is of very high value while its output impedance is zero. filter 1 has a high input impedance so that its current consumption is practically negligible. It delivers on its output on connection 2 a signal at 50 Hz pure, current which will drive the buffer 3. The capacitor 14 can be of any value since, on its two terminals is applied the same voltage of 220 Volts at a frequency of 50 Hz. On the other hand, buffer 3 derives parasitic HF currents with a frequency greater than 50 Hz from the ground, either by the V + terminal or by the V - terminal (depending on the phase) so as to reproduce permanently the current 50
Input Hz.

L'alimentat-ion du buffer 3 est représentée sur la Fig.3. cette alimentation est obtenue à partir de la phase concernée par l'intermédiaire d'un transformateur 9, le point milieu du secondaire étant relié à la terre T. Lorsque le primaire ést alimenté en 220 V., une tension de + ou - 350 V. environ est développée aux bornes du secondaire du transformateur 9, correspondant sensiblement à 220 . W. Les ext remi tés du secondaire sont reliées à deux bornes de l'amplificateur 3 par l'intermédiaire de diodes respectivement 6 et 7. Comme précédemment, le filtre passe-bas 1 est connecté d'une part à la terre T, et, d'autre part, à l'entrée de l'amplificateur 3.The supply of buffer 3 is shown in Fig. 3. this supply is obtained from the phase concerned via a transformer 9, the middle point of the secondary being connected to earth T. When the primary is supplied with 220 V., a voltage of + or - 350 V approximately is developed across the secondary of transformer 9, corresponding substantially to 220. W. The secondary outputs are connected to two terminals of the amplifier 3 by means of diodes 6 and 7 respectively. As before, the low-pass filter 1 is connected on the one hand to earth T, and , on the other hand, at the input of amplifier 3.

Le condensateur 4 est branché entre la sortie du buffer 3 et le noeud 5. Les courants HF s'ecoulent à la terre T selon l'un des deux trajets figurés en traits gras sur la Fig.3. The capacitor 4 is connected between the output of the buffer 3 and the node 5. The HF currents flow to the ground T according to one of the two paths shown in bold lines in FIG. 3.

L'amplificateur 3 constitue un convertisseur d'impédance et il comprend un amplificateur à fort gain dont la sortie est connectée à un étage driver relié aux bases de deux transistors de puissance, une contreréaction étant établie entre une borne des émetteurs des transistors et une entrée de l'amplificateur, ce montage étant désigné, dans la technique sous le terme d'émetteur-follower. Ainsi, l'impédance de sortie par rapport à la terre est nulle.Amplifier 3 constitutes an impedance converter and it comprises a high gain amplifier whose output is connected to a driver stage connected to the bases of two power transistors, a feedback being established between a terminal of the emitters of the transistors and an input of the amplifier, this arrangement being designated, in the art under the term of emitter-follower. Thus, the output impedance with respect to the earth is zero.

Dans ce montage, l'élément écoulant le signal parasite HF à la terre est un élément actif, ne consommant une puissance que de quelques watts, ce qui permet de supprimer totalement le courant de fuite en 50 Hz.In this arrangement, the element flowing the parasitic HF signal to earth is an active element, consuming only a few watts of power, which makes it possible to completely eliminate the leakage current at 50 Hz.

La Fig.4, représente un autre mode de réalisation dans lequel le courant de fuite utile n'est pas totalement éliminé, mais est réduit dans des proportions notables. Dans ce montage, on prélève le courant parasité entre deux bobines L, sur un noeud 5 d'une phase, comme précédemment. Grâce à la présence dans la boucle d'un filtre passe-haut 11, on ne prélève sur la ligne de phase que les signaux parasites. La tension du courant parasite est ensuite amplifiée mais en opposition de phase dans un amplificateur 13 à coefficient d'amplification négatif et le résidu HF est éliminé sur les bornes +V ou -V comme dans le montage précédent. L'amplificateur 13 est un amplificateur à basse impédance de sortie et à très large bande passante.Si le coefficient d'amplification est égal à -n, la valeur de la capacité du condensateur 14 peut être divisée par le même coefficient et être égale à C/n, C étant la capacité des condensateurs actuellement utilisés. Dans ce montage, on compense la réduction de la capacité en modifiant la tension du point froid du condensateur 14. On utilise le fait que les courants parasites ne sont pas, en amplitude du même ordre que le courant principal utile. Par suite du coefficient négatif d'amplification, le signal présente une pente n fois plus grande que le signal d'entrée, le temps de réponse aux hautes fréquences étant pratiquement nul jusqu'à environ quelques centaines de kHz. Si la tension du signal parasite est de 1
Volt, l'excursion~ nécessaire est de - 20 Volts si le coefficient d'amplification n est égal à 20.Fig.4 shows another embodiment in which the useful leakage current is not completely eliminated, but is reduced in significant proportions. In this arrangement, the parasitic current is taken between two coils L, on a node 5 of a phase, as before. Thanks to the presence in the loop of a high-pass filter 11, only the spurious signals are taken from the phase line. The voltage of the stray current is then amplified but in phase opposition in an amplifier 13 with a negative amplification coefficient and the HF residue is eliminated on the + V or -V terminals as in the previous assembly. Amplifier 13 is an amplifier with low output impedance and very wide bandwidth. If the amplification coefficient is equal to -n, the value of the capacitance of the capacitor 14 can be divided by the same coefficient and be equal to C / n, C being the capacity of the capacitors currently in use. In this arrangement, the reduction in capacitance is compensated for by modifying the voltage of the cold spot of the capacitor 14. The fact that the parasitic currents are not, in amplitude of the same order as the useful main current, used. As a result of the negative amplification coefficient, the signal has a slope n times greater than the input signal, the response time at high frequencies being practically zero up to around a few hundred kHz. If the interference signal voltage is 1
Volt, the required excursion ~ is - 20 Volts if the amplification coefficient n is equal to 20.

Dans ce montage, l'élément d'écoulement du signal parasite est également un composant actif, et le circuit ne demande pas de composants de forte puissance. Par contre, il ne permet pas d'annuler totalement le courant de fuite.In this arrangement, the parasitic signal flow element is also an active component, and the circuit does not require high-power components. By cons, it does not completely cancel the leakage current.

Un autre mode de réalisâtion est représenté sur la Fig.5. Il fait appel à un circuit résonnant parallèle accordé sur une fréquence de 50 Hz. Le circuit connecté comme précédemment sur un noeud 5 d'une ligne de phase comprend un condensateur 24 et une bobine 25 connectés en parallèle entre la phase et la terre. Des calculs simples montrent que la dissipation thermique dans la résistance R' de la bobine 25 est de l'ordre de 8 watts si cette résistance est de l'ordre de 1,5 à 2 ohms.Another embodiment is shown in Fig.5. It uses a parallel resonant circuit tuned to a frequency of 50 Hz. The circuit connected as above on a node 5 of a phase line comprises a capacitor 24 and a coil 25 connected in parallel between the phase and the earth. Simple calculations show that the heat dissipation in the resistance R 'of the coil 25 is of the order of 8 watts if this resistance is of the order of 1.5 to 2 ohms.

Avec un condensateur C d'une capacité de 30 yFarads,le courant de fuite était d'environ 2 Ampères fourni par la phase.With a capacitor C with a capacity of 30 yFarads, the leakage current was around 2 Amperes supplied by the phase.

L'introduction d'un circuit bouchon permet donc de réduire le courant de fuite de 2 ampères à 80 mA, celui-ci n'étant plus que de 4% de la valeur de la technique antérieure.The introduction of a plug circuit therefore makes it possible to reduce the leakage current from 2 amperes to 80 mA, this being no more than 4% of the value of the prior art.

Il est cependant possible d'améliorer ce résultat. En effet, bien qu'il ne soit pas possible d'abaisser notablement la résistance R' de la bobine 25, pour des raisons physiques, cette amélioration résulte de l'introduction dans la boucle d'une résistance négative venant annuler l'effet de la résistance R'. A cet effet, la bobine 25 est insérée dans un circuit oscillant à 50 Hz, réglé à la limite de l'oscillation.It is however possible to improve this result. Indeed, although it is not possible to significantly lower the resistance R 'of the coil 25, for physical reasons, this improvement results from the introduction into the loop of a negative resistance canceling the effect of resistance R '. To this end, the coil 25 is inserted into a circuit oscillating at 50 Hz, adjusted to the limit of oscillation.

L'oscillateur va fournir au circuit l'énergie nécessaire, et, dans la cas particulier où la résistance R' de la bobine 25 est égale à 2 Ohms, une puissance de 8 Watts. Le circuit de l'oscillateur, comprend un amplificateur 23 alimenté à partir de la phase comme indiqué en regard de la Fig.3, et un étage à haute impédance 21. La puissance délivrée par l'oscillateur évite que la circulation du courant réactif à 50
Hz ne fasse appel à une fuite de la phase vers la terre. Dans ce cas, la liaison LC est passive et la partie-LC du- circuit oscillant présente au niveau du point haut du système une impédance parallèle très élevée.The oscillator will supply the circuit with the necessary energy, and, in the particular case where the resistance R 'of the coil 25 is equal to 2 Ohms, a power of 8 Watts. The oscillator circuit includes an amplifier 23 supplied from the phase as shown opposite Fig.3, and a high impedance stage 21. The power delivered by the oscillator prevents the circulation of reactive current to 50
Hz does not call for a phase leak to earth. In this case, the LC link is passive and the LC part of the oscillating circuit has a very high parallel impedance at the high point of the system.

Le condensateur de liaison 20 branché entre le circuit LC 24,25 et la phase n'est pas obligatoire. Il peut être remplacé par une résistance de démarrage et un relais. On a représenté sur la Fig.5, un fusible 26 permettant de détecter un court-circuit éventuel de la bobine 25.Comme dans le premier exemple, la tension 50 Hz aux bornes du coWdensateur 24 est nulle et aucun courant utile n'est dérivé vers la terre.The connecting capacitor 20 connected between the LC circuit 24.25 and the phase is not compulsory. It can be replaced by a starting resistor and a relay. There is shown in FIG. 5, a fuse 26 making it possible to detect a possible short circuit of the coil 25. As in the first example, the voltage 50 Hz at the terminals of the coWensor 24 is zero and no useful current is derived towards the earth.

Dans ce mode de réalisation, les courants parasites sont dérivés non pas à travers le composant actif, mais directement à la terre par le condensateur 24.In this embodiment, the stray currents are derived not through the active component, but directly to earth by the capacitor 24.

Bien entendu, dans le mode de réalisation, la bobine 25 est couplée à l'amplificateur 23 par une prise intermédiaire en un endroit adapté de la bobine. Il est également possible d'assurer un couplage entre 23 et 25, par un élément ferro-résonnant
Dans tous les exemples qui viennent d'être décrits et représentés, l'installation de filtrage peut très aisément faire l'objet d'une télésurveillance.Of course, in the embodiment, the coil 25 is coupled to the amplifier 23 by an intermediate tap at a suitable location on the coil. It is also possible to ensure a coupling between 23 and 25, by a ferro-resonant element
In all the examples which have just been described and shown, the filtering installation can very easily be subject to remote monitoring.

Il va de soi que de nombreuses variantes peuvent être introduites, notamment par substitution de moyens techniquement équivalents sans pour autant sortir du cadre de l'invention. It goes without saying that many variants can be introduced, in particular by substitution of technically equivalent means without departing from the scope of the invention.

Claims

10 High frequency current filtering circuit

comprising coils L arranged in series and

capacitors characterized in that at least one component

active (3,13,23), powered by the grid phase is

connected between a node (5) of the coils L and the earth T, the

active component constituting an amplifier whose output

is connected to a capacitor (4,14,24).

20 filter circuit according to claim 1, characterized

in that the stray currents are flowing to earth T

through the active components (3,13) 30 Filter circuit according to claim 1, characterized

in that the stray currents are flowing to earth T

by the capacitor (24).

40 filter circuit according to claim 1 or 2,

characterized in that it comprises a low-pass filter (1),

an impedance converter amplifier (3) and a

capacitor (4) in a loop connected to a node 5, the

stray currents flowing to the earth inside

1 amplifier (3).

50 filter circuit according to claim 1 or 2,

characterized in that it comprises a high-pass filter (11)

connected to a negative gain amplifier (13), the

output is connected to a capacitor whose value is

substantially equal to C / n.

60 filter circuit according to claim 3, characterized

in that it includes a resonant circuit (24.25) tuned to

the nominal frequency of the mains current including the coil

(25) is included in the output circuit of an oscillator

(23).