JP2000224869A - ノイズ低減回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 直流電源が中性点でアースされていると、ノ
イズ低減回路のコンデンサＣ２とＣ３の中性点端子を接
続するためのアースラインを有する電源ラインが無い。 【解決手段】 整流器１２は整流回路２の直流側に絶縁
トランス１１を介して接続され、コンデンサＣ２、Ｃ３
に電力を供給する。コンデンサＣ２、Ｃ３の接続点はコ
ンデンサＣ４，Ｃ５の中性点に接続され、またコンデン
サＣ２、Ｃ３と並列にトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が接
続される。トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の接続点には結
合コンデンサＣ１が接続される。漏洩電流が負荷６から
直流電源４のアースラインに流れる時は、トランジスタ
Ｔｒ２をオンさせ、結合コンデンサＣ１からトランジス
タＴｒ２、コンデンサＣ３を通ってインバータ回路５の
入力ラインにノイズ補償電流を流し、アースラインを通
って直流電源４のアース端子に流れ込む漏洩電流を打ち
消す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＴＯやＩＧＢＴ
等の半導体素子を使用したコンバータ／インバータ装置
により交流／直流変換する際に直流電源回路側に流れる
大地漏洩電流を減少させるノイズ低減回路に関する。

【０００２】

【従来の説明】近年、スイッチング素子が発生する高調
波が増大し、ＥＭＩ（電磁妨害）問題がクローズアップ
されている。一般にインバータ装置で負荷に電力を供給
すると、高速スイッチングによって負荷回路とフレーム
アース間及び負荷へのケーブル配線とアース間の浮遊容
量Ｃを通じて漏洩電流が流れる。図４を用いて、漏洩電
流の流れるメカニズムについて説明する。図４におい
て、１は交流電源、２は交流電源１からの交流を直流に
変換する全波整流回路、３は全波整流回路２の出力端子
ＰＮ間に接続された直流コンデンサ、４は直流コンデン
サ３に並列に接続されたバッテリ等の直流電源、５は直
流を交流に変換するインバータ回路、６はインバータ回
路５で駆動される負荷である。全波整流回路２は、三相
ブリッジ接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６からなり、交
流電圧を直流電圧に変換する。尚、ここでは簡単のため
全波整流回路としたが、ＰＷＭコンバータ等であっても
構わない。インバータ回路５は、三相ブリッジ接続され
たスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６からなり、スイッチング
素子Ｑ１〜Ｑ６は制御回路（図示せず）からのＰＷＭパ
ルスによりオン・オフ制御され、直流電圧を交流電圧に
変換し、負荷６を駆動する。

【０００３】ここで、負荷６がフレーム、大地間に浮遊
容量Ｃを有していると、インバータ回路５の各スイッチ
ング素子のオン・オフすると、それに応じてパルス状の
電圧が負荷６に印加されると共に、負荷６の端子とフレ
ーム、大地間にもパルス的な電圧が印加される。このと
きの電圧変化率ｄｖ／ｄｔにより、浮遊容量Ｃを通じて
ノイズ電流である漏洩電流Ｉ１が流れる。この漏洩電流
Ｉ１は、インバータ回路５を介した直流電源４と負荷６
と大地からなる回路に流れ、漏電ブレーカの誤動作や感
電事故等の原因となる。更に、スイッチング素子がオン
・オフする際のｄｖ／ｄｔ、ｄｉ／ｄｔが原因と考えら
れる負荷回路の絶縁破壊、或いは他の電子機器への電磁
誘導障害などの新たな問題も生じている。かかる漏洩電
流Ｉ１による不都合を解消する観点から、図５に示すよ
うなノイズ低減回路が適用されている。ここで、図５の
従来のインバータ装置におけるノイズ低減回路について
説明する。図５において、前述のように負荷６を駆動す
るインバータ装置は、交流電源１に接続された全波整流
回路２と、この全波整流回路２の出力端子ＰＮ間に接続
された直流コンデンサ３及びバッテリ等の直流電源４
と、インバータ回路３とからなる。

【０００４】このような回路における従来のノイズ低減
手段として、漏洩電流検出器８とノイズ低減回路９とか
らなるノイズ低減装置で対応していた。漏洩電流検出器
８は、例えばフェライトからなる環状のコアの零相ＣＴ
であり、電源ラインの電流の差からなる漏洩電流を検出
する。尚、ノイズ低減回路９を通って直流電源に帰る電
流は、漏洩電流Ｉ１を減少させた電流を検出させるた
め、漏洩電流検出器８は直流電源側でなければならな
い。ノイズ低減回路９は、増幅器１０、ｎｐｎ型トラン
ジスタＴｒ１、ｐｎｐ型トランジスタＴｒ２、結合コン
デンサＣ１、絶縁トランス１１、整流器１２、コンデン
サＣ２、Ｃ３とからなる。増幅器１０は、漏洩電流検出
器８の出力を増幅して出力信号を各トランジスタＴｒ
１、Ｔｒ２のベースに与える。トランジスタＴｒ１、Ｔ
ｒ２は、互いに逆の極性を有するもので、互いに逆に動
作する。尚、本回路におけるトランジスタＴｒ１、Ｔｒ
２には、高耐圧、高周波、高電流増幅という動作性能が
要求される。各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２のうち、ｎ
ｐｎ型トランジスタＴｒ１は、コレクタが正側出力ライ
ンＰ１に接続され、エミッタがｐｎｐ型トランジスタＴ
ｒ２のエミッタ及び結合コンデンサの一端に接続され、
ｐｎｐ型トランジスタＴｒ２のコレクタは負側出力ライ
ンＮ１に接続されている。結合コンデンサＣ１の他端は
アースに接続されている。

【０００５】絶縁トランス１１は、電源ラインに一次側
が接続され、二次側が整流器１２に接続される。整流器
１２は、絶縁トランス１１の二次側の出力交流電圧を全
波整流して直流電圧を正側出力ラインＰ１及び負側出力
ラインＮ１の間にて、 ｎｐｎ型トランジスタＴｒ１及
びｐｎｐ型トランジスタＴｒ２に供給する電源機能を有
しており、具体的には正側出力ラインＰ１がコンデンサ
Ｃ２の一端及びｎｐｎ型トランジスタＴｒ１のコレクタ
に接続され、負側出力ラインＮ１がコンデンサＣ３の一
端及びｐｎｐ型トランジスタＴｒ２のコレクタに接続さ
れる。更に、コンデンサＣ２とコンデンサＣ３の接続点
は、インバータ回路５の入力ラインＮ（直流電源４のア
ースされた端子）に接続される。整流器１２の正側出力
ラインＰ１及び負側出力ラインＮ１は、全波整流された
直流電圧が印加されるが、この直流電圧は２つのコンデ
ンサＣ２、Ｃ３により中間の直列接続点をアース電位に
固定されて分圧されている。このため、正側出力ライン
Ｐ１は、アース電位に対して常に正の一定電圧を供給で
き、負側出力ラインＮ１は、アース電位に対して常に負
の一定電圧を供給できる。

【０００６】ここでノイズ低減の動作について説明す
る。漏洩電流検出回路８は、漏洩電流Ｉ１を等価的に検
出し、その出力を増幅器１０を介してトランジスタＴｒ
１、Ｔｒ２に与える。ノイズ低減回路９においては、各
トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２が増幅器１０から出力信号
をベースに受けると、互いに逆にオン・オフ動作し、正
側出力ラインＰ１又は負側出力ラインＮ１を結合コンデ
ンサＣ１を介してアースに接続する。例えば、漏洩電流
Ｉ１が負荷６から直流電源４のアースラインに向かって
流れる場合には、トランジスタＴｒ２をオンさせる。こ
れにより、結合コンデンサＣ１からトランジスタＴｒ
２、コンデンサＣ３を通ってノイズ補償電流が流れ、ア
ースラインを通って直流電源４のアース端子に流れ込む
漏洩電流Ｉ１を打ち消すことになる。また、直流電源４
のアースラインから負荷６へ漏洩電流Ｉ１が流れる場合
には、トランジスタＴｒ１をオンさせる。これにより、
整流回路２、コンデンサＣ２、トランジスタＴｒ１、結
合コンデンサＣ１を通ってノイズ補償電流が流れ、アー
スラインから負荷６に流出する漏洩電流Ｉ１を打ち消す
ことになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような回
路構成の場合は、直流電源ラインのＮ側がアースされて
いる場合にはその効果を発揮することができるが、中性
点でアースされている場合には、ノイズ低減回路９の直
列接続されたコンデンサＣ２とＣ３の中性点端子を接続
するためのアースラインを有する電源ラインが無いため
にノイズを打ち消すためのノイズ補償電流を流すことが
できない。また、ＥＭＩフィルタと呼ばれる従来のライ
ンフィルタで対応する場合も、ノイズ除去の作用を有す
るが、スイッチング素子のオン・オフ周波数の上昇に伴
いノイズ除去効果を十分に得ることができなくなり、ノ
イズ除去効果を高めるためには大きなリアクトルが必要
となり、ノイズフィルタが大型かつ高価になる。このよ
うに交流電源の結線方式によって、ノイズ低減回路の接
続方式を変更せざるを得ず、その都度対応が必要となっ
ており、回路の標準化もできずその都度対応の高価なノ
イズ低減回路となっていた。よって、本発明は上記問題
点に鑑み、ノイズ低減回路の小型化、低コスト化及び高
性能化を図り、対アース電圧を常に一定に保つノイズ低
減回路において、変換器の直流電源が中性点アースされ
ている場合でも対応可能なノイズ低減回路を提供するこ
とを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係るノイズ低減回路では、整流
手段の正側出力ライン及び負側出力ラインには、整流さ
れた直流電圧が印加されるが、この直流電圧は正側及び
負側のコンデンサにより中間の直列接続点をアース電位
に固定されて分圧されている。このため、正側出力ライ
ンはアース電位に対して常に正の一定電圧を供給でき、
負側出力ラインはアース電位に対して常に負の一定電圧
を供給できる。このように、対ア―ス電圧を常に一定に
保持できるので、従来とは異なり、ノイズ補償電流の制
御性を向上されることができる。また、素子制御手段に
より、正側及び負側スイッチング素子がオン・オフ制御
されると、ノイズ補償電流がインバータのアースされた
直流入力ラインに対し、結合コンデンサ、正側スイッチ
ング素子、正側出力ライン及び正側のコンデンサを通
り、あるいは結合コンデンサ、負側スイッチング素子、
負側出力ライン及び負側のコンデンサを通って流れるの
で、容易且つ確実にノイズを低減することができる。本
発明の請求項２に係るノイズ低減回路では、漏洩電流の
検出を接続手段と直流電源に直列にしたコンデンサの中
性点よりも前記直流電源側で行うことにより、請求項１
に対応する作用に加え、接続点におけるノイズ補償電流
の流入または流出とは無関係に漏洩電流を検出すること
ができるので、動作の確実性を向上されることができ
る。

【０００９】本発明の請求項３に係るノイズ低減回路で
は、直流電源は中性点アースされたものであり、請求項
１または請求項２に対応する作用と同様の作用を奏する
ことができる。本発明の請求項４に係るノイズ低減回路
では、正側及び負側スイッチング素子はそれぞれ複数の
スイッチング素子が電気的に並列に接続されるため、請
求項１乃至請求項３のいずれかに対応する作用に加え、
漏洩電流が大きな値を持っていても、それを打ち消すノ
イズ補償電流を流すことができる。本発明の請求項５に
係るノイズ低減回路では、直流電源にラインフィルタを
接続することにより、変換器のスイッチング素子のオン
・オフ周波数や変換器と負荷６及び直流電源４との配置
やケーブル配線などにより、比較的低い周波数に高調波
が重畳する漏洩電流Ｉ１の周波数成分にも対応すること
ができ、周波数帯域に無関係なノイズ低減回路とするこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実
施の形態の構成図である。ここで、図５と同一要素につ
いては同一符号を付し説明は省略する。図１において、
図５と異なる点は、直流電源４が中性点アースされた電
源であり、そのために全波整流回路２と直流電源４との
間に直列に接続されたコンデンサＣ４，Ｃ５を設け、こ
のコンデンサＣ４，Ｃ５の中性点にノイズ低減回路９の
コンデンサＣ２，Ｃ３の接続点を接続した点である。こ
れにより、ノイズ補償電流はノイズ低減回路９を通り、
中性点アースされた直流電源のラインに直列接続したコ
ンデンサＣ４，Ｃ５の中性点に流すことができる。この
ように、直流電源のアース接続点である中性点を等価に
直列接続したコンデンサ接続点の仮想アースに接続する
ことで、中性点アースされた直流電源でも直列接続され
たコンデンサの中性点に接続することにより、整流回路
１２の正側出力ラインＰ１は、アース電位に対して常に
正の一定電圧を供給でき、負側出力ラインＮ１は、アー
ス電位に対して常に負の一定電圧を供給できる。そのた
め、入力ラインに対して一定の電圧差を常に確保できる
ので任意の制御が可能となる。

【００１１】また、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２をオン
・オフ制御することで、ノイズ補償電流がインバータ回
路の直流入力ラインと大地との間でノイズ低減回路を通
って流れるので、ノイズ電流としての漏洩電流Ｉ１を打
ち消すことができ、容易且つ確実にノイズを低減させる
ことができる。更に、絶縁トランス１１を介しているた
め、インバータ装置５に印加する電圧、容量に関係なく
自由な電圧に設定することができる。そのため、一般に
市販されているｎｐｎ型トランジスタやｐｎｐ型トラン
ジスタのような電流制御用素子を使用して構成すること
ができる。よって、構成が簡単で小形、安価、高速制御
可能なノイズ低減回路を実現することができる。次に本
発明の第２の実施の形態について説明する。図２は、本
発明の第２の実施の形態の構成図である。ここでは、図
１と同一要素については同一符号を付し、説明を省略す
る。本実施の形態は、大きい値の漏洩電流Ｉ１を補償す
るため、大きい値のノイズ補償電流の制御を図るもので
あり、具体的には、ノイズ低減回路９がｎｐｎ型トラン
ジスタＴｒ１及びｐｎｐ型トランジスタＴｒ２からなる
直列回路の数を増加し、これら直列回路を互いに電気的
に並列に接続した構成となっている。尚、直列回路の並
列数は漏洩電流の大きさに比例して適宜設定可能であ
る。

【００１２】以上のような構成により、複数のｎｐｎ型
トランジスタＴｒ１の並列回路及び複数のｐｎｐ型トラ
ンジスタＴｒ２の並列回路としては大きな電流容量を有
するので、漏洩電流Ｉ１が大きな値を持っていても、そ
れを打ち消すノイズ補償電流を流すことができる。尚、
各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２に流せる電流は、各トラ
ンジスタＴｒ１、Ｔｒ２の定格電流で制限され、このよ
うな高周波制御が可能な制御素子は一般に電圧の低い且
つ容量の小さなものしか存在しない。仮に高電圧大容量
の制御素子を製造したとしても用途が限られるため、コ
ストの非常に高いものになる。本実施の形態では、絶縁
トランスを介することにより、任意に電圧を設定可能で
あるため、電圧とは無関係に電流容量を増大させるよう
に各トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を並列に接続すること
で可能となる。次に本発明の第３の実施の形態について
説明する。図３は、本発明の第３の実施の形態の構成図
である。ここでは、図１と同一要素については同一符号
を付し、説明を省略する。図３において、図１と異なる
点は、直流電源４と直流コンデンサ３との間にラインフ
ィルタ７が設けられる点である。ラインフィルタ７は、
リアクトルＬ０とコンデンサＣ０とから構成される。

【００１３】漏洩電流Ｉ１の周波数成分は、変換器のス
イッチング素子のオン・オフ周波数や変換器と負荷６及
び直流電源４との配置やケーブル配線により異なり、比
較的低い周波数に高調波が重畳する場合がある。そこ
で、本実施の形態のように、ノイズ低減回路９とライン
フィルタ７とを組み合わせることで、周波数帯域に無関
係なノイズ低減回路とすることができる。尚、上記実施
の形態では、ｎｐｎ型トランジスタＴｒ１及びｐｎｐ型
トランジスタうＴｒ２をノイズ補償電流の制御用素子と
して用いた場合を示したが、これに限らず、トランジス
タＴｒ１、Ｔｒ２に代えて同様の高耐圧、高周波、高電
流増幅という動作性能を満たす制御用素子としても実現
することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
中性点アースされた直流電源においても、ノイズ電流で
ある漏洩電流が制御不能になることなく、リアクトル等
の受動素子に基づくフィルタと比較して装置の小型化、
高性能化を図れる。更に、絶縁トランスを介することに
よりインバータ装置の電圧・容量に無関係に自由な電圧
に設定可能で、そのため一般に市販されている制御素子
を使用でき、構成が簡単で小形、高速制御可能なノイズ
低減回路を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態の構成図。

【図２】 本発明の第２の実施の形態の構成図。

【図３】 本発明の第１の実施の形態の構成図。

【図４】 従来のインバータ装置における漏洩電流のメ
カニズムの説明図。

【図５】 従来のノイズ低減回路の構成図。

【符号の説明】

１・・・交流電源 ２・・・整流回路 ３・・・直流コンデンサ ４・・・直流電源 ５・・・インバータ回路 ６・・・負荷 ７・・・ラインフィルタ ８・・・漏洩電流検出器 ９・・・ノイズ低減回路 １０・・・増幅器 １１・・・絶縁トランス １２・・・整流器 Ｃ１・・・結合コンデンサ Ｃ２〜Ｃ５・・・コンデンサ Ｔｒ１、Ｔｒ２・・・トランジスタ Ｌ０・・・リアクトル Ｃ０・・・コンデンサ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H006 AA01 BB08 CA01 CA07 CB01 CC08 DA02 DB01 DC02 5H007 AA01 CA01 CB05 CC01 DC02 HA02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流を直流に変換する整流回路と、直流
   電力を供給する直流電源と、前記整流回路もしくは前記
   直流電源からの直流を交流に変換するインバータとから
   なる電力変換手段のノイズ低減回路において、前記直流
   電源に直列にしたコンデンサと、前記整流回路の交流側
   に一次側が接続された絶縁トランスと、前記絶縁トラン
   スの二次側に接続された整流手段と、前記整流手段にお
   ける正側出力ラインと負側出力ラインとの間に直列に接
   続された正側及び負側のコンデンサと、前記正側出力ラ
   インに一端が接続された正側スイッチング素子と、前記
   負側出力ラインに一端が接続され前記正側スイッチング
   素子とは逆のオン・オフ特性を有する負側スイッチング
   素子と、前記正側及び負側スイッチング素子の各他端と
   アースとの間に配置された結合コンデンサと、前記正側
   及び負側のコンデンサの間の直列接続点を前記直流電源
   に直列にしたコンデンサの中性点に接続する接続手段
   と、漏洩電流の検出信号に基づき前記正側及び負側スイ
   ッチング素子を制御する素子制御手段とを具備したこと
   を特徴とするノイズ低減回路。
2. 【請求項２】 前記漏洩電流は前記接続手段と前記直流
   電源に直列にしたコンデンサの中性点との接続点よりも
   前記直流電源側で検出することを特徴とする請求項１記
   載のノイズ低減回路。
3. 【請求項３】 前記直流電源は中性点アースされたもの
   であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   ノイズ低減回路。
4. 【請求項４】 前記正側及び負側スイッチング素子はそ
   れぞれ複数のスイッチング素子が電気的に並列に接続さ
   れることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
   に記載のノイズ低減回路。
5. 【請求項５】 前記直流電源にラインフィルタを接続し
   たことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに
   記載のノイズ低減回路。