JP2004520798A - Ａ−ｃ線内に接続されたアクティブコモンモードフィルタ - Google Patents

Abstract

アクティブフィルタ（１１）が、パルス幅変調駆動回路のコモンモード電流を低減するために提供される。駆動回路には、ＡＣ源からのＡＣ線（Ｌ１、Ｌ２）に接続された整流器（１０）と、電流センサ（１３）を通して整流器（１０）の出力に接続された入力端子と、負荷（１３）を駆動するように結合された出力端子とを有するＰＷＭインバータ（１２）とが含まれる。アクティブフィルタ（１１）は、第１トランジスタと第２トランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）を備え、これらの電極は、整流器（１０）の出力間に直列に接続され、かつ電流センサ（１３）からの感知電流に応答して、トランジスタの制御電極を制御することによって、線形領域において、非導通状態と導通状態との間で、交互に切り替わるように制御される。トランジスタ間の出力ノードは、絶縁キャパシタ（Ｃ）を通して接地に結合される。

Description

【０００１】
（関係出願の相互参照）
本出願は、２００１年５月１７日に出願された、「Ａｃｔｉｖｅ Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｆｉｌｔｅｒ Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ Ｉｎ Ａ−Ｃ Ｌｉｎｅ」という名称の、米国仮出願第６０／２９１，６７６号の利益と優先権を主張する。また、本出願は、２００１年３月２３日に出願された、「Ａｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｔｅｒ Ｆｏｒ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ」という名称の、米国出願第０９／８１６，５９０号の主題にも関係し、この全開示は、参照によって、本明細書に組み込まれている。
【０００２】
（発明の背景）
ＰＷＭインバータのためのアクティブコモンモードフィルタが知られており、上述した出願第０９／８１６，５１９号に詳細に記載されている。上記の出願のアクティブコモンモードフィルタには、パルス幅変調駆動回路の整流器とインバータの間のｄ−ｃリンクに配置された増幅器と電流ドライバ回路が含まれる。
【０００３】
このフィルタでは、図１に示したように、端子Ｌ１、Ｌ２（単相用）と接地（ＧＮＤ）とを有するａ−ｃ線入力は、ｄ−ｃリンクＰ、Ｎによって、３位相ＰＷＭインバータ１２（適切に制御して、各レッグにおいて、サイリスタまたはＩＧＢＴを使用することが可能である。図示せず）に結合された全波ブリッジ接続整流器１０に接続されている。インバータ１２は、ａ−ｃモータ１３を駆動する。モータ１３の接地されたケースは、ＧＮＤと結合キャパシタ１４とに接続されている。アクティブフィルタ１１には、ｏｐ−ａｍｐ１６への出力を生成する接地電流感知変流器１５が含まれる。これは、線形領域の非導通状態と導通状態の間で、トランジスタを切り替えるために、ｄ−ｃリンクを横断して結合された電流ドライバ回路１７のトランジスタＱ１およびＱ２のゲートを制御する。
【０００４】
増幅器１６は、ｄ−ｃリンクの２つのレッグにおいて結合された２つの一次コイルを有する電流変流器１５の二次側から、入力を受信する。電流変流器は、モータからの接地線Ｇにおける漏れまたは雑音電流に等しいコモンモード電流に比例する出力を二次側に提供する。この雑音電流は、モータ巻線とモータケースの間の内部キャパシタンスを横切って生成され、接地線Ｇを流れる。この雑音電流は、かなり大きいことがあり、また、著しいＥＭＩを生成することがある。
【０００５】
図１の回路は、絶縁キャパシタ１４により、電流を送り返すことによって、雑音電流を打ち消すように設計されており、電流は、再びｄ−ｃリンクのバスに戻ることが可能になる。これにより、ａ−ｃネットワークに戻るＧＮＤ線上の接地電流は、ほぼ排除され、したがって、ａ−ｃネットワーク上に存在するコモンモードの雑音電流が、ほぼ排除される。したがって、フィルタ１１は、ｄ−ｃリンクからインバータ内へ流れるコモンモード電流を再生成し、ａ−ｃ入力線（ライン）からのコモンモード電流を迂回して、接地ワイヤを介して、モータから、結合キャパシタ１４、および再びｄ−ｃリンクへ、コモンモード電流の循環経路を創出する。
【０００６】
図１の回路は、常に実用上便利ではない可能性があるが、その理由は、アクティブフィルタ１１と電流感知変流器１５を挿入するために、ｄ−ｃリンク「内へのブレーキング」が含まれるからである。
【０００７】
いくつかの応用例では、ＰＷＭ駆動回路の整流器１０を供給する入力ａ−ｃ線に、コモンモードフィルタ１１を挿入することが好ましい。これは、通常ａ−ｃ線において接続される、標準的な受動コモンモードフィルタの通常の接続点に一致する。アクティブコモンモードフィルタも、ａ−ｃ線に配置することができる場合、標準的な受動コモンモードフィルタの直接的な代用となり、ＰＷＭドライブ自体を修正する必要はない。
【０００８】
（発明の概要）
したがって、本発明の目的は、インバータ回路を修正せずに、インバータに付け加えることができるａ−ｃフィルタの形態として構築することができるアクティブコモンモードフィルタを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、フィードフォーワードアーキテクチャまたはフィードバックアーキテクチャの両方で使用することができるそのようなアクティブコモンモードフィルタを提供することである。コモンモードフィルタ回路のための従来のフィードバックアーキテクチャでは、コモンモード雑音は、相殺点の後で感知され、相殺信号は、高い利得を有する増幅器によって注入されて、雑音相殺点にフィードバックされる。対照的に、フィードフォーワードアーキテクチャでは、コモンモード雑音は、相殺点の前で感知され、相殺信号は、１つの増幅器の利得によって注入されて、雑音相殺点にフィードフォーワードされる。
【００１０】
本発明の他の目的は、該回路が内部に接続されるシステムの修正を必要としないアクティブコモンモードフィルタ回路を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、受動ａ−ｃ線コモンモードフィルタと直接置き替わることができるアクティブコモンモードフィルタ回路を提供することである。
【００１２】
本発明の上記および他の目的は、ａ−ｃ源のａ−ｃ線からの負荷を駆動するパルス幅変調駆動回路のコモンモード電流を低減するためのアクティブフィルタによって達成される。駆動回路には、ａ−ｃ線に接続可能であり、かつｄ−ｃバスに接続された整流出力電圧を生成する整流器と、ｄ−ｃバスに接続された入力端子を有し、かつ負荷を駆動するための制御されたａ−ｃ出力を有するＰＷＭとが含まれ、アクティブフィルタは、駆動回路のコモンモード電流を感知するための電流センサと、それぞれが第１主電極および第２主電極と制御電極とを有する、第１トランジスタおよび第２トランジスタとを備え、トランジスタは、それらの間に単一の出力ノードを供給するように、直列回路において結合され、トランジスタは、その制御電極を制御することによって、オンとオフが交互に切り替わるように制御され、制御電極は電流センサからの出力に接続され、トランジスタ間の出力ノードは、絶縁キャパシタに結合され、絶縁キャパシタは、負荷に結合された接地線に結合され、２つのトランジスタは、接地線の電流が、ａ−ｃ源のａ−ｃ線に流れ、それにより、電流の循環経路を提供することによって、ａ−ｃ源から流れるコモンモード電流を低減するように、交代経路を提供し、アクティブフィルタは、ａ−ｃ源のａ−ｃ線パルス幅変調駆動回路に結合されたａ−ｃ線において接続される。
【００１３】
上記および他の目的も、ａ−ｃ源のａ−ｃ線からの負荷を駆動する駆動回路のコモンモード電流を低減するためのアクティブフィルタによって達成される。駆動回路は、負荷を駆動するための制御されたａ−ｃ出力を提供し、負荷は、ａ−ｃ源に結合された接地線を有し、アクティブフィルタは、駆動回路のコモンモード電流を感知するための電流センサと、接地線の接地電流のための循環経路を提供するように、電流センサによって制御されたトランジスタ電流ドライバ回路を備えるアクティブフィルタ回路とを備え、電流ドライバ回路は、絶縁キャパシタに結合され、絶縁キャパシタは、負荷に結合された接地線に結合され、電流ドライバ回路により、接地線の電流は、ａ−ｃ源のａ−ｃ線のそれぞれの１つに流れ、それにより接地線を流れる接地電流を低減することが可能になり、アクティブフィルタ回路は、駆動回路に結合されたａ−ｃ線において接続される。
【００１４】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照する本発明の以下の記述から、明らかになるであろう。
【００１５】
図面を通して、同じ部分は、同じ参照符号によって示されている。
【００１６】
（発明の実施形態の詳細な説明）
図２は、単相入力のための、直接ａ−ｃ線において接続されているアクティブフィルタを示す。ダイオードＤとキャパシタＣ_ＲＥＳは、アクティブフィルタ１１に対し、ピークの線間電圧にほぼ等しい、ｄ−ｃ電圧を確立する。抵抗器Ｒは、Ｃ_ＲＥＳの当初の充電電流を制限する。ダイオードＤＺは、フィルタバス１８上のｄ−ｃレベルを調整する。
【００１７】
電流感知変流器１５は、差分電流センサとして作用し、ａ−ｃ線の２つのレッグＬ１とＬ２を流れる２つの電流間の差を感知する。したがって、変流器１５は、Ｌ１_ＯＵＴとＬ２_ＯＵＴからＰＷＭドライブのａ−ｃ入力端子に流れる（および接地線Ｇも流れる）コモンモード電流を感知し、増幅器１６とＭＯＳＦＥＴ Ｑ１およびＱ２は、接地結合キャパシタ１４において、この電流を電流Ｉ_ｉｏとして再生成する。これにより、コモンモード電流Ｉ_ＣＯＭが、効果的に相殺または低減される。Ｉ_ＧＮＤは、Ｉ_ＣＯＭと、再びａ−ｃ線に流れ戻るＩ_ｉｏとの差である。したがって、Ｉ_ＧＮＤのレベルは、アクティブフィルタによって、ほぼゼロまで低減される。
【００１８】
Ｑ１が導電するとき、ＰＷＭドライブの接地ワイヤから流れるコモンモード電流は、キャパシタ１４、Ｑ１のドレイン、およびＣ_{ＦＩＬＴ ＢＵＳ}を介してＬ２_ＯＵＴへ、およびＱ１のドレイン、Ｃ_{ＦＩＬＴ ＢＵＳ}、およびＣ_{Ｌ１−Ｌ２}を介してＬ１_ＯＵＴへ戻ることになる。Ｑ２が導電するとき、ＰＷＭドライブの接地ワイヤから流れるコモンモード電流は、キャパシタ１４とＱ２のドレインを介して直接Ｌ２_ＯＵＴへ、およびＱ２のドレインとＣ_{Ｌ１−Ｌ２}を介してＬ１_ＯＵＴへ戻る。
【００１９】
図２の記述に関して（ならびに、図１および以下で記述する他の実施形態に関して）、記述を簡単にするために、接地ワイヤの負荷から戻り流れる接地電流は、ａ−ｃ入力線Ｌ１およびＬ２を流れるコモン線電流に等しく、したがって、供給線接地電流はゼロであるということが想定されていることに留意されたい。実際には、モータ、ケーブル、モータドライブなどのストレー容量を介して、周囲の物理的な地面まで、負荷から接地自体へ通例流れる追加の接地電流成分が存在する。
【００２０】
この追加の成分は、全ての接地電流の和は、コモンモードの線電流に等しいという要件を満たすように、供給接地ワイヤを通ってキャパシタ１４へ再び循環する。したがって、供給接地ワイヤに電流が存在することはあり得るが、本発明のアクティブコモンモードフィルタは、コモンモード線電流を望ましいほぼゼロレベルに事実上維持することが理解されるであろう。
【００２１】
さらに図２を参照すると、コモンモード電流の循環経路が、ＰＷＭドライブの接地ワイヤを介して創出されて、Ｌ１_ＯＵＴとＬ２_ＯＵＴに戻り、入力ａ−ｃ供給源から端子Ｌ１_ＩＮとＬ２_ＩＮ内に流れるコモンモード電流が排除される。
【００２２】
キャパシタＣ_{Ｌ１−Ｌ２}は、ノーマルモード（線間）導電ＥＭＩのろ過を提供する二重目的を達成し、Ｌ１_ＩＮとＬ２_ＩＮの間に、アクティブフィルタを通って流れるコモンモード電流をＬ１_ＯＵＴに戻すための、低インピーダンスの経路を提供する。キャパシタＣ ＦＩＬＴ ＢＵＳも、接地電流を線Ｌ２に戻すのに用いられ、さらに、フィルタバス１８上のｄ−ｃレベルを滑らかにするように作用する。
【００２３】
図３は、３位相入力のための、図２のアクティブフィルタの等価な構成を示す。
【００２４】
コモンモード電流感知変流器１５は、コモンモード電流を感知するための一次側として、変流器のコアを通って提供された３つのａ−ｃ線Ｌ１_ＩＮ、Ｌ２_ＩＮ、およびＬ３_ＩＮを有する。二次側の出力は、図２と同じ方式で、増幅器１６に提供され、ａ−ｃ線を流れる電流間のあらゆる差に応答する。回路１１は、図２に関して記述したのと同じ方式で動作する。回路１１は、この場合は線Ｌ２_ＩＮとＬ３_ＩＮである、ａ−ｃ線の２つの間で、同じ方式で給電される。フィルタキャパシタＣＬ１−Ｌ２、ＣＬ２−Ｌ３、およびＣＬ３−Ｌ１は、ノーマルモード（線間）ろ過を提供し、また、アクティブフィルタを通って流れるコモンモード電流を線Ｌ１_ＩＮとＬ２_ＩＮに戻すために、ａ−ｃ線間に、低インピーダンスの経路を提供する。
【００２５】
図４、５、および６は、単相ａ−ｃ入力のための簡略化した概略図に、本発明のいくつかの他の構成を示す。フィルタバスのための電源構成要素は、詳細には図示されていないが、図２および３の回路のフィルタバス１８と同様に提供される。同様に、増幅器１６と電流ドライバ回路１７に対応するアクティブフィルタ回路の構成要素は、詳細には示されていない。
【００２６】
図４は、図２および３のフィードフォーワード構成とは対照的に、フィードバック構成を示す。図５および６は、電流感知変流器１５’が、接地線ＧＮＤに直接配置されている構成を示す。線ＧＮＤは、電流変流器１５’の一次側として役立つ。図５は、フィードバック構造を示す。図６は、フィードフォーワード構造を示す。
【００２７】
さらに、例示した実施形態では、電流センサは、電流変流器を備えるが、当業者なら理解できるように、抵抗電流センサまたは磁気抵抗電流センサなど、他の電流センサを使用することができる。
【００２８】
他の変形形態も可能である。例えば、例示した実施形態では、フィルタのｄ−ｃバス電圧は、単相半波整流器回路によって提供される。全波整流器回路も、使用することが可能であり、図３の実施形態では、３位相整流器回路を使用することが可能である。同様に、例示した実施形態では、フィルタバスの電圧が導出される元である特定のｒ−ｃ回路が使用されるが、単一の抵抗器および単一のキャパシタなど、他の回路構成を代わりに使用することが可能である。
【００２９】
特定の実施形態について、本発明を記述してきたが、多くの他の変形と修正および他の使用法が、当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明は、本明細書の特有の開示に限定されるべきではなく、添付の請求項によってのみ、限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ＰＷＭ駆動回路のｄ−ｃリンクにおけるアクティブモードフィルタを示す回路図である。
【図２】
ＰＷＭ駆動回路への単相入力と３位相入力のための、ａ−ｃ線入力におけるアクティブモードフィルタ（フィードフォーワードアーキテクチャにおける）を示す回路図である。
【図３】
ＰＷＭ駆動回路への単相入力と３位相入力のための、ａ−ｃ線入力におけるアクティブモードフィルタ（フィードフォーワードアーキテクチャにおける）を示す回路図である。
【図４】
フィードバックアーキテクチャを使用して、ａ−ｃ線入力に接続されたアクティブフィルタの簡略的な概略図である。
【図５】
電流センサが、フィードバックアーキテクチャで、直接接地線において接続されているアクティブフィルタを示す図である。
【図６】
電流センサが、フィードフォーワードアークテクチャで、直接接地線において接続されているアクティブフィルタを示す図である。

Claims (19)

1. ａ−ｃ源のａ−ｃ線からの負荷を駆動するパルス幅変調駆動回路におけるコモンモード電流を低減するためのアクティブフィルタであって、前記駆動回路が、前記ａ−ｃ線に接続可能であり、かつｄ−ｃバスに接続された整流出力電圧を生成する整流器と、前記ｄ−ｃバスに接続された入力端子を有し、かつ前記負荷を駆動するための制御されたａ−ｃ出力を有するＰＷＭインバータとを含み、
   前記駆動回路の前記コモンモード電流を感知するための電流センサと、
   それぞれが第１および第２主電極と制御電極とを有する第１トランジスタと第２トランジスタを備え、前記トランジスタが、出力ノードを駆動するように、直列回路において結合され、前記トランジスタが、その制御電極を制御することによって、線形領域において、非導通状態と導通状態の間で交互に切り替わるように制御され、前記制御電極が、前記電流センサからの出力に接続され、前記トランジスタ間の出力ノードが、絶縁キャパシタに結合され、前記絶縁キャパシタが、前記負荷に結合された接地線に結合され、前記２つのトランジスタが、交代経路を提供して、前記接地線の電流が、前記ａ−ｃ源の前記ａ−ｃ線のそれぞれの１つに流れ、それにより、前記接地線の前記電流のための循環経路を提供することによって、前記ａ−ｃ源から流れる前記コモンモード電流を低減する、前記パルス幅変調駆動回路に結合された前記ａ−ｃ線において接続されたアクティブフィルタ回路とを備えることを特徴とするアクティブフィルタ。
2. 前記電流センサと、前記２つのトランジスタの前記制御電極との間に結合された増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
3. 前記２つのトランジスタのためのｄ−ｃバス上で、整流されたｄ−ｃバス電圧を生成するための整流器回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
4. 前記接地電流のための前記ａ−ｃ線間の循環経路を提供する、前記ａ−ｃ源の前記ａ−ｃ線を接続する少なくとも１つのキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
5. 前記ｄ−ｃバスと前記ａ−ｃ線の１つとの間に、前記接地電流のための循環経路を提供する、少なくとも１つのｄ−ｃバス電圧キャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項３に記載のアクティブフィルタ。
6. 前記ｄ−ｃバス電圧が、少なくとも１つのフィルタキャパシタに接続された少なくとも１つのダイオードから導出されることを特徴とする請求項３に記載のアクティブフィルタ。
7. 前記ｄ−ｃバスが、少なくとも１つの電圧調整器要素を含むことを特徴とする請求項６に記載のアクティブフィルタ。
8. 前記第１トランジスタと第２トランジスタが、前記出力ノードに結合された第１電極を有し、前記トランジスタが、それぞれ、前記ｄ−ｃバスの正のレールと前記ｄ−ｃバスの負のレールとにそれぞれ結合された第２電極を有することを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
9. 前記電流センサが、前記アクティブフィルタ回路の後で、前記ａ−ｃ線において結合されることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
10. 前記電流センサが、前記アクティブフィルタ回路より前で、前記ａ−ｃ線において結合されることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
11. 前記電流センサが、前記絶縁キャパシタが前記接地線に接続される点と前記負荷との間で、前記接地線に結合されることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
12. 前記電流センサが、前記ａ−ｃ源に接続された接地端子と、前記絶縁キャパシタが前記接地線に接続される点との間で、前記接地線内に結合されることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
13. 前記電流センサが、電流変流器を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
14. 前記ａ−ｃ源が、単相ａ−ｃ源を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
15. 前記ａ−ｃ源が、多相ａ−ｃ源を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
16. 前記負荷が、電気モータを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
17. 前記アクティブフィルタ回路が、前記ａ−ｃ源の前記ａ−ｃ線を横断して結合され、前記電流センサが、前記ａ−ｃ線の各１つと直列に結合された一次巻線と、前記アクティブフィルタ回路に結合された二次巻線とを有する電流変流器を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
18. 前記アクティブフィルタ回路が、前記ａ−ｃ源の前記ａ−ｃ線を横断して結合され、前記電流センサが、前記接地線と直列に結合された一次巻線と、前記アクティブフィルタ回路に結合された二次巻線とを有する電流変流器を備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブフィルタ。
19. ａ−ｃ源のａ−ｃ線からの負荷を駆動する駆動回路のコモンモード電流を低減するためのアクティブフィルタであって、前記駆動回路が、前記負荷を駆動するための制御されたａ−ｃ出力を提供し、前記負荷が、前記ａ−ｃ源に結合された接地線を有し、
    前記駆動回路の前記コモンモード電流を感知するための電流センサと、
    前記接地線の接地電流のための循環経路を提供するように、前記電流センサによって制御され、前記負荷に結合された前記接地線に結合されている絶縁キャパシタに結合され、前記接地線の電流が、前記ａ−ｃ源の前記ａ−ｃ線のそれぞれの１つに流れ、それにより、前記接地線を流れる前記接地電流を低減することを可能にするトランジスタ電流ドライバ回路を備える、前記駆動回路に結合された前記ａ−ｃ線において接続されるアクティブフィルタ回路とを備えることを特徴とするアクティブフィルタ。

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