JP2002247836A - 電力変換器のノイズ低減装置 - Google Patents

電力変換器のノイズ低減装置

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JP2002247836A
JP2002247836A JP2001043823A JP2001043823A JP2002247836A JP 2002247836 A JP2002247836 A JP 2002247836A JP 2001043823 A JP2001043823 A JP 2001043823A JP 2001043823 A JP2001043823 A JP 2001043823A JP 2002247836 A JP2002247836 A JP 2002247836A
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channel mosfet
power converter
noise reduction
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Taichi Tanigawa
太一 谷川
Masateru Igarashi
征輝 五十嵐
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Fuji Electric Co Ltd
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズ低減装置の電流供給回路にて用いる電
流増幅素子の容量を低減し、小型かつ低コストにノイズ
を低減できるようにする。 【解決手段】 交流電源1に接続された整流器2とその
直流出力に接続されたインバータ3よりなる電力変換装
置から接地Gへ流れる漏洩電流を検出する電流検出回路
5と、これと逆相の電流を供給する電流供給回路6の電
流増幅器FET1,FET2 と電流検出回路5の出力5
bとの間にハイパスフィルタ7を設けることにより、高
調波成分のノイズ電流を補償できるようにする。これに
より、補償電流の実効値が減少し、少容量のMOSFE
Tで済ますことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、スイッチング素
子を構成要素とするインバータ等の電力変換器における
ノイズ低減装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6に従来例を示す。同図に示されるよ
うに、交流電源1には整流器2の入力が、この整流器2
の出力には電流検出器5の入力を介してコンデンサC0
が、このコンデンサC0 には半導体スイッチング素子Q
1 〜Q6 からなるインバータ3が、このインバータ3の
出力にはモータ4がそれぞれ接続されて構成され、交流
電源1にはコンデンサC2 とC3 の直列回路が接続され
ている。また、NチャンネルMOSFET(金属酸化膜
型電界効果トランジスタ)FET1と、Pチャンネルの
FET3とは直列接続されてコンデンサC0 と並列に、
電流検出器5の出力はFET1とFET3のゲートとソ
ースに、FET1とFET3ソースはコンデンサC1
介して接地Gに、コンデンサC2 とC3 の接続点も接地
Gにそれぞれ接続されている。
【0003】図6の動作について説明する。3相インバ
ータ回路3のスイッチQ1 〜Q6 は、PWM(パルス幅
変調)パルスでオン,オフ制御され、モータ4はインバ
ータ回路3の出力電圧により駆動される。ここで、モー
タ4と接地Gとの間には静電容量Cがあり、このため、
インバータ回路3からパルス的に電圧が印加される毎
に、コンデンサ(C)を通って漏洩電流ic (C・dv
/dt)が流れる。電流検出器5はモータ4と図示され
ないコンデンサCを流れる漏洩電流iC を検出し、FE
T1とFET3を駆動する。
【0004】いま、電流検出器5の出力電圧vG1がFE
T1とFET3のゲートに印加されると、この電圧vG1
に応じた電流iC1がFET1とFET3を流れる。その
動作波形を図7(a)に示す。例えば、漏洩電流iC
図6の矢印の向きに流れるとき、電流検出器5の1次巻
線5aにはiC ’が流れ、電流検出器5の2次巻線5b
には電圧vG1が発生する。すると、FET3がオンし、
コンデンサC1 を介してiC1が流れる。この結果、漏洩
電流iC のほとんどがiC1側に流れ、iE (=iC −i
C1)は低減され、ノイズ電圧(雑音端子電圧)も低減さ
れる。なお、漏洩電流iC の向きが反対の場合は、電流
検出器5の2次巻線5bに発生する電圧vG1も反対とな
ってFET1がオンし、コンデンサC1 を介して反対向
きのiC1が流れる。この場合も、漏洩電流iC のほとん
どがiC1側に流れるため、iE (=iC −iC1)は低減
され、ノイズ電圧(雑音端子電圧)も低減される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】図6の回路で電流供給
回路を構成するFET1とFET3はプッシュプルの構
成なので、NチャンネルMOSFETとPチャンネルM
OSFETのコンプリメンタリ(相補)回路であること
が要求される。ところが、モータ容量が大きくなりモー
タ浮遊容量を介して流れる漏洩電流が増加すると、ノイ
ズ低減装置で使用するMOSFETでの発生損失も大き
くなるため、許容損失の大きなMOSFETを使用する
必要がある。しかし、市販されているPチャンネルMO
SFETには許容損失の大きなものは少なく、そのため
コンプリメンタリなプッシュプル回路を構成できないと
いう問題がある。
【0006】さらに、入力電圧がAC400Vの場合に
は、直流回路電圧が800V程度になるため、Nチャン
ネルMOSFETとPチャンネルMOSFETの耐圧も
1000Vクラスの耐圧の素子が必要となるが、市販さ
れているPチャンネルMOSFETは600Vクラスの
ものしかなく、そのためコンプリメンタリなプッシュプ
ル回路を構成できないという問題もある。したがって、
この発明の課題は、ノイズ低減装置の電流供給回路で使
用する電流増幅素子の容量を低減すること、大容量で容
量系列の豊富なNチャンネルMOSFETのみで構成し
得るようにすることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項1の発明では、電流検出器の出力をハイ
パスフィルタを介してMOSFETのゲートに接続し、
高調波成分のノイズ電流を補償する構成とする。つま
り、ノイズ電流は、150kHz〜30MHzの高調波
電流が規格(例えば、CISPR Pub.11,2
2)によって規制されている。したがって、請求項1の
構成にすれば、ハイパスフィルタによりMOSFETが
数10kHzレベルの低周波領域では動作しないように
なり、150kHz以上の高調波領域のノイズ電流のみ
を補償できる。したがって、補償電流の電流実効値が減
少し、小容量のMOSFETが適用できる。この場合、
150kHz以上の高調波領域のノイズが低減でき、ノ
イズ規格を満足している。
【0008】請求項2,3の発明では、電流検出器を絶
縁された2つの出力端子を持ったものに替える、また
は、電流検出器の入力(巻線)を出力の一方として利用
し、NチャンネルMOSFETのみで直列回路を構成
し、各NチャンネルMOSFETのゲートを電流検出器
の出力に接続する。市販されているNチャンネルMOS
FETは、耐圧が10Vから1000Vクラス,電流は
1Aクラスから10Aクラスまでと豊富にある。したが
って、入力電圧200Vから400Vの変換装置につい
ても、ノイズ低減回路を提供することが可能となる。ま
た、大容量の変換装置に対してもMOSFETの電流規
格を大きくするだけで、装置を構成することができる。
【0009】さらに、請求項2,3の発明に対し、請求
項1の発明のようにハイパスフィルタを設けることによ
り、MOSFETの電流が低減可能となるため、さらに
大容量の変換装置に対してもノイズ低減回路を提供可能
となる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1はこの発明の第1の実施の形
態を示す回路図である。図6との相違点は、電流検出器
5の2次巻線5bとFET1,FET3のゲート・ソー
ス間に、コンデンサC2 と抵抗R2 からなるハイパスフ
ィルタ7を接続した点が特徴である。このような回路に
しても図6の場合と同様に動作する。相違は図7(b)
に示すようにFET1,FET3がハイパスフィルタ7
により、数10kHz以下の低周波電流に対しては動作
しないようになることである。したがって、このような
構成により、FET1とFET3が150kHz以上の
高周波ノイズ電流のみしか補償しないため、電流容量の
小さなMOSFETで済むことになる。なお、この場合
も150kHz以上の高周波領域のノイズが低減できる
ため、ノイズ規格は満足する。
【0011】図2はこの発明の第2の実施の形態を示す
回路図である。図6との相違点は、電流供給回路6で使
用するPチャンネルMOSFETとしてのFET3に代
えてNチャンネルのMOSFETであるFET2を使用
したこと、また、このFET2のゲートを整流回路2の
直流出力に接続された電流検出器5の1次巻線5a側に
接続した点にある。この回路では、FET3を電流検出
器5の出力電圧vG1で駆動していたものが電流検出器5
の1次巻線電圧v2 でFET2を駆動するだけで、動作
上は図6の回路と変わらない。その結果、容量系列の豊
富なNチャンネルMOSFETが使用できることにな
る。
【0012】図3はこの発明の第3の実施の形態を示す
回路図である。これは、図6に示すものに対し、Pチャ
ンネルMOSFETとしてのFET3に代えてNチャン
ネルのMOSFETであるFET2を使用したこと、ま
た、電流検出器5の二次巻線を5b,5cの2つとし、
これらをFET1とFET2のゲートにそれぞれ接続し
た点が特徴である。この回路では、FET3を電流検出
器5の出力電圧vG1で駆動していたものが電流検出器5
の2次巻線電圧vG2でFET2を駆動するだけで、動作
上は図6の回路と変わらない。その結果、容量系列の豊
富なNチャンネルMOSFETが使用できることにな
る。
【0013】図4はこの発明の第4の実施の形態を示す
回路図である。これは、図2の変形例を示すもので、F
ET1のゲートと電流検出器5の出力との間、およびF
ET2のゲートと整流回路2の直流出力側との間にそれ
ぞれハイパスフィルタ71,72を挿入して構成され
る。同様に、この発明の第5の実施の形態を示す図5は
図3の変形例を示し、電流検出器5の出力5b,5cと
FET1,FET2の各ゲート間にそれぞれハイパスフ
ィルタ71,72を挿入して構成される。
【0014】図4,図5のようにしても、その動作は図
2,図3の場合と同様であり、違いはハイパスフィルタ
71,72により、FET1とFET2が数十kHz以
下の低周波電流に対しては動作しないようになることで
ある。したがって、このような構成により、FET1と
FET3が150kHz以上の高周波ノイズ電流のみし
か補償しないため、電流容量の小さなMOSFETで済
むことになる。なお、この場合も150kHz以上の高
周波領域のノイズが低減できるため、ノイズ規格を満足
することになる。
【0015】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、電流増幅素子
として容量の小さな素子を使用できるため、より大容量
の装置までノイズ電流を低減することができる。また、
同容量の装置に適用した場合は、発生損失が低減すると
ともに装置の変換効率が上昇し装置の小型化が可能とな
る。請求項2,3の発明によれば、従来装置に対して電
流増幅素子として容量系列の豊富なNチャンネルMOS
FETを用いるようにしているので、電流増幅素子での
発生損失が大きくなった場合は、それに応じたNチャン
ネルMOSFETと交換するだけで対応可能となる利点
が得られる。また、入力電圧が例えば400Vの装置に
対しても、1000VクラスのNチャンネルMOSFE
Tが使用できるので、安全なノイズ低減装置が提供可能
となる。さらに、請求項4,5の発明によれば、Nチャ
ンネルMOSFETの電流容量を低減できるため、より
大容量の装置にまで適用することができる。また、同容
量の装置に適用した場合は、発生損失が低減するととも
に装置の変換効率が上昇し装置の小型化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図2】この発明の第2の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図3】この発明の第3の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図4】この発明の第4の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図5】この発明の第5の実施の形態を示す回路図であ
る。
【図6】従来例を示す回路図である。
【図7】この発明および従来例の動作説明図である。
【符号の説明】
1…交流電源、2…整流回路、3…インバータ回路、4
…モータ、5…電流検出器、6…電流供給回路、5b,
5c…トランス二次巻線、FET1,TET2,TET
3…MOSFET(金属酸化膜型電界効果トランジス
タ)、Q1 〜Q6…スイッチング素子、C0 〜C3 …コ
ンデンサ。
フロントページの続き Fターム(参考) 5H006 AA07 BB01 CA01 CA02 CB01 CB08 CC02 DC02 5H007 AA01 BB06 CA01 CA02 CB02 CB05 CB12 DC02 EA02 5H576 BB03 BB05 CC05 DD02 EE11 GG04 GG05 HA03 HB02 JJ26 LL22 LL24 5H740 AA01 BA11 BA12 BB05 BB09 BB10 BC01 BC02 JA01 JB02 NN03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源に接続された整流回路の直流出
    力側に平滑回路とインバータ回路とを接続してなる電力
    変換器より接地に流れる漏洩電流を低減する電力変換器
    のノイズ低減装置において、 前記交流電源と平滑回路との間に前記漏洩電流を検出す
    る電流検出手段を接続するとともに、前記平滑回路の出
    力間にNチャンネルMOSFETとPチャンネルMOS
    FETとの直列回路を接続し、このNチャンネルMOS
    FETとPチャンネルMOSFETの各ゲート端子を接
    続した端子に前記電流検出手段の出力をハイパスフィル
    タを介して接続したことを特徴とする電力変換器のノイ
    ズ低減装置。
  2. 【請求項2】 交流電源に接続された整流回路の直流出
    力側に平滑回路とインバータ回路とを接続してなる電力
    変換器より接地に流れる漏洩電流を低減する電力変換器
    のノイズ低減装置において、 前記交流電源と平滑回路との間に前記漏洩電流を検出す
    る電流検出手段を接続するとともに、前記平滑回路の出
    力間に第1のNチャンネルMOSFETと第2のNチャ
    ンネルMOSFETとの直列回路を接続し、この第1の
    NチャンネルMOSFETのゲートを前記電流検出手段
    の出力に、また、前記第2のNチャンネルMOSFET
    のゲートを前記整流回路の直流出力の一端にそれぞれ接
    続したことを特徴とする電力変換器のノイズ低減装置。
  3. 【請求項3】 交流電源に接続された整流回路の直流出
    力側に平滑回路とインバータ回路とを接続してなる電力
    変換器より接地に流れる漏洩電流を低減する電力変換器
    のノイズ低減装置において、 前記交流電源と平滑回路との間に前記漏洩電流を検出す
    る電流検出手段を接続するとともに、前記平滑回路の出
    力間に第1のNチャンネルMOSFETと第2のNチャ
    ンネルMOSFETとの直列回路を接続し、前記電流検
    出手段に絶縁された2つの出力端子を形成し、この各出
    力端子にそれぞれ前記第1のNチャンネルMOSFET
    と第2のNチャンネルMOSFETの各ゲートを接続し
    たことを特徴とする電力変換器のノイズ低減装置。
  4. 【請求項4】 前記電流検出手段と前記第1のNチャン
    ネルMOSFETと第2のNチャンネルMOSFETの
    各ゲートとの間に、それぞれハイパスフィルタを挿入し
    たことを特徴とする請求項2に記載の電力変換器のノイ
    ズ低減装置。
  5. 【請求項5】 前記電流検出手段と前記第1のNチャン
    ネルMOSFETとの間、および前記整流回路の直流出
    力の一端と前記第2のNチャンネルMOSFETのゲー
    トとの間に、それぞれハイパスフィルタを挿入したこと
    を特徴とする請求項3に記載の電力変換器のノイズ低減
    装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101459347B1 (ko) 2007-05-15 2014-11-10 삼성전자주식회사 전원 공급 장치, 이를 구비한 전자 기기, 및 전원 공급방법
KR101496627B1 (ko) 2012-01-27 2015-02-26 다이킨 고교 가부시키가이샤 전력 변환 회로
KR101979452B1 (ko) * 2017-11-28 2019-05-16 엘지전자 주식회사 Emi 노이즈 저감을 위한 액티브 노이즈 필터

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KR101459347B1 (ko) 2007-05-15 2014-11-10 삼성전자주식회사 전원 공급 장치, 이를 구비한 전자 기기, 및 전원 공급방법
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