JP2023553185A - 誤動作を検知できるアクティブ電流補償装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置において、前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部と、前記増幅部の誤動作を検知する誤動作検知部とを含み、前記増幅部の少なくとも一部と前記誤動作検知部とは一つの集積回路（ＩＣ）チップに内蔵化された、アクティブ電流補償装置を提供する。

Description

本発明の実施形態は、誤動作を検知できるアクティブ電流補償装置に関するもので、電力システムに接続される２つ以上の大電流経路上にコモンモードで入力されるノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置に関する。
本発明の実施形態は、内蔵化された電力変換部を含むアクティブ電流補償装置に関するもので、電力システムに接続される２つ以上の大電流経路上にコモンモードで入力されるノイズ電流を能動的に補償するアクティブ電流補償装置に関する。
本発明の実施形態は、集積回路部と非集積回路部とを含むアクティブ電流補償装置に関するもので、電力システムに接続される２つ以上の大電流経路上にコモンモードで入力されるノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置に関する。
本発明の実施形態は、ワンチップの集積回路（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ ＩＣ）を含むアクティブ電流補償装置に関するもので、電力システムに接続される２つ以上の大電流経路上にコモンモードで入力されるノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置に関する。
一般的に、家電、産業用電気製品、電気自動車などの電子機器は、動作中にノイズを放出する。例えば、電子機器内の電力変換装置のスイッチング動作により、ノイズが電力線を介して放出される可能性がある。このようなノイズを放置すると、人体に有害であるだけでなく、周辺部品及び他の電子機器に誤動作または故障を引き起こす。このように、電子機器が他の機器に及ぼす電子障害を、ＥＭＩ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）といい、その中でも、ワイヤ及び基板配線を経由して送信されるノイズを伝導放出（Ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ＥＭＩｓｓｉｏｎ、ＣＥ）ノイズという。
電子機器が周辺部品及び他の機器に故障を起こすことなく動作するようにするために、すべての電子製品においてＥＭＩノイズの放出量を厳しく規制している。したがって、殆どの電子製品は、ノイズの放出量に対する規制を満たすために、ＥＭＩノイズ電流を低減させるノイズ低減装置（例えば、ＥＭＩフィルタ）を必須として含む。例えば、エアコンなどの白物家電、電気自動車、航空、エネルギー貯蔵システム（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｓｙｓｔｅｍ、ＥＳＳ）などに、ＥＭＩフィルタが必須として含まれる。従来のＥＭＩフィルタは、伝導放出（ＣＥ）ノイズのうちコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ、ＣＭ）ノイズを低減させるためにコモンモードチョーク（ＣＭ ｃｈｏｋｅ）を利用する。コモンモード（ＣＭ）チョークはパッシブフィルタ（ｐａｓｓｉｖｅ ｆｉｌｔｅｒ）であり、コモンモードノイズ電流を「抑制」する役割をする。
一方、高電力システムでパッシブＥＭＩフィルタのノイズ低減性能を維持するには、コモンモードチョークのサイズを大きくするか、数を増やす必要がある。したがって、高電力製品ではパッシブＥＭＩフィルタの大きさと価格が非常に増加することになる。
前記のようなパッシブＥＭＩフィルタの限界を克服するために、アクティブＥＭＩフィルタに対する関心が高まっている。アクティブＥＭＩフィルタは、ＥＭＩノイズを検知し、アクティブ回路部を介して前記ノイズを相殺させる信号を生成させることによってＥＭＩノイズを除去することができる。アクティブＥＭＩフィルタは、検知されたノイズ信号に応じて増幅信号を生成することができるアクティブ回路部を含む。
前記のようなパッシブＥＭＩフィルタの限界を克服するために、アクティブＥＭＩフィルタに対する関心が高まっている。アクティブＥＭＩフィルタは、ＥＭＩノイズを検知し、前記ノイズを相殺させる信号を生成させることによってＥＭＩノイズを除去することができる。アクティブＥＭＩフィルタは、検知されたノイズ信号から増幅信号を生成することができるアクティブ回路部を含む。
しかし、前記アクティブ回路部の故障は肉眼で識別しにくいという問題がある。また、アクティブＥＭＩフィルタはノイズ低減機能を果たすだけであって、アクティブ回路部が故障しても電力システムは依然として正常に動作できるため、現状からアクティブ回路部の故障を判断することも難しいという問題がある。
本発明は前記のような問題を改善するために案出されたものであり、誤動作を検知できるアクティブ電流補償装置を提供することを目的とする。特に、１つの集積回路（ＩＣ）チップにアクティブ回路部と誤動作検知回路が共に内蔵化されたアクティブ電流補償装置を提供することを目的とする。
しかし、このような課題は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定されるものではない。
アクティブＥＭＩフィルタにおいてアクティブ回路部は、動作するために電力を供給されなければならない。例えば、スイッチング電源（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ、ＳＭＰＳ）の出力をアクティブ回路部の電源として使用することができる。アクティブ回路部には特定電圧（例えば、１２Ｖ）が必要な場合があり、既存のシステムでは必要な電圧が存在しない可能性がある。すなわち、システムによってアクティブ回路部に入力されるＤＣ電圧が異なるという問題がある。
まとめると、システムによってＳＭＰＳがアクティブ回路部を駆動するための特定電圧を出力しないことがあり、この場合アクティブ回路部の動作が不安定になるという問題が生じる。
本発明は前記のような問題を克服するために案出されたものであり、内蔵化された電力変換部を含むアクティブ電流補償装置を提供することを目的とする。
しかし、このような課題は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定されるものではない。
一方、実際に電子製品にアクティブＥＭＩフィルタを適用するには、様々な需要を満たすために半導体装置の量産が必要である。実際に使用するためのアクティブＥＭＩフィルタを製造するために個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）装置（または部品）を使用するなら、アクティブＥＭＩフィルタの機能を向上させるためにアクティブ回路用装置の数が増え、様々な部品が必要となる。したがって、より高い機能を達成するためにアクティブＥＭＩフィルタの大きさとコストが増加するという問題がある。
したがって、この問題を克服するために、様々な電力システムに使用することができるカスタマイズされた集積回路（ＩＣ）を使用するアクティブＥＭＩフィルタが必要である。
本発明は前記のような問題を克服するために案出されたものであり、集積回路部と非集積回路部を含むアクティブ電流補償装置を提供することを目的とする。前記集積回路部はアクティブ電流補償装置の必須構成要素を含む１つのチップであり、前記非集積回路部は様々な設計のアクティブＥＭＩフィルタを具現するための構成であることができる。
アクティブＥＭＩフィルタは、例えば、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むことができる。ところで、ＢＪＴに電流が流れて熱が発生すると、ＢＪＴの電流利得が増加する効果（またはＢＪＴの内部抵抗の減少効果）がある。これにより、増加した電流によって再び熱が発生する正のフィードバックが起こる。このような正のフィードバックによって熱が増加し続け、ＢＪＴが損傷したり元の特性を失ったりするという問題が引き起こる可能性がある。このような現象を熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象という。
ＢＪＴを使用してアクティブＥＭＩフィルタの増幅部を構成する際、この熱暴走問題を解決しなければならない。
本発明は前記のような問題を克服するために案出されたものであり、ワンチップの集積回路（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ ＩＣ）を含むアクティブ電流補償装置を提供することを目的とする。
しかし、このような課題は例示的なものであり、これによって本発明の範囲が限定されるものではない。
本発明の一実施形態に係る、少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置は、前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部と、前記増幅部の誤動作を検知する誤動作検知部とを含み、前記増幅部の少なくとも一部と前記誤動作検知部とは一つの集積回路（ＩＣ）チップに内蔵化されることができる。
一実施形態によれば、前記増幅部に含まれた２つのノードでの信号が差動で前記誤動作検知部に入力されることができる。
一実施形態によれば、前記増幅部は第１トランジスタ及び第２トランジスタを含み、前記第１トランジスタの一ノード及び前記第２トランジスタの一ノードは前記誤動作検知部の入力端に接続されることができる。
一実施形態によれば、前記誤動作検知部は、前記増幅部に含まれた２つのノードでの差動ＤＣ電圧を検知し、前記差動ＤＣ電圧が所定の範囲内であるか否かを検出することができる。
一実施形態によれば、前記集積回路チップは、前記増幅部及び前記誤動作検知部に電源を供給する電源装置と接続されるための端子、前記増幅部及び前記誤動作検知部の基準電位と接続されるための端子及び前記誤動作検知部の出力端子を含むことができる。
一実施形態によれば、前記集積回路チップは、前記誤動作検知部に電源を選択的に供給するためのスイッチと接続される端子を含むことができる。
前述したもの以外の他の側面、特徴、利点が、以下の図面、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明から明確になるであろう。
本発明の一実施形態に係る、少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置は、前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、電源を供給する電源装置から第１電圧を入力されて所定の大きさの第２電圧に変換する電力管理部と、前記第２電圧で駆動され、前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部とを含み、前記増幅部に含まれたアクティブ素子と前記電力管理部に含まれたアクティブ素子とは、１つの集積回路（ＩＣ）チップに内蔵化されることができる。
一実施形態によれば、前記電力管理部は、任意の大きさの第１電圧から一定の大きさの第２電圧を出力するためのスイッチング信号を生成する電力変換部と、前記電力変換部から出力された電圧信号を再び電力変換部に送信することで前記電力管理部が一定の大きさの第２電圧を出力できるようにするフィードバック部と、前記電圧信号の直流成分のみを通過させるフィルタ部とを含むことができる。
一実施形態によれば、前記電力変換部は前記直接回路チップに内蔵化され、前記フィードバック部の少なくとも一部及び前記フィルタ部は前記直接回路チップの外部に配置される個別実用素子であることができる。
一実施形態によれば、前記電力変換部は、前記電力変換部の内部回路を駆動させるためのＤＣ低電圧を生成するレギュレータを含むことができる。
一実施形態によれば、前記電力変換部は、前記レギュレータから提供された前記ＤＣ低電圧を用いて前記スイッチング信号を生成するパルス幅変調回路と、前記スイッチング信号に応じて選択的にオンになる第１スイッチ及び第２スイッチを含むことができる。
一実施形態によれば、前記少なくとも２つ以上の大電流経路は、第２装置によって供給される大電流を第１装置に伝達し、前記電源装置は、前記第１装置または前記第２装置の電源装置であることができる。
本発明の一実施形態に係る、少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置は、第２装置によって供給される電源を第１装置に伝達する少なくとも２つ以上の大電流経路と、前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部とを含み、前記増幅部は非集積回路部とワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）集積回路部とを含み、前記非集積回路部は前記第１装置と前記第２装置のうち少なくとも１つ以上の電力システムに応じて設計され、前記ワンチップの集積回路部は前記第１装置と前記第２装置の定格電力仕様と無関係であることができる。
一実施形態によれば、前記非集積回路部は前記第１装置の定格電力に応じて設計されることができる。
一実施形態によれば、前記ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）の集積回路部は、第１トランジスタ、第２トランジスタ及び１つ以上の抵抗を含むことができる。
一実施形態によれば、前記非集積回路部は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのエミッタノード側と前記補償部の入力端とを接続させる第１インピーダンスＺ１と、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのベースノード側と前記補償部の入力端とを接続させる第２インピーダンスＺ２を含むことができる。
一実施形態によれば、前記センシング部はセンシング変圧器を含み、前記補償部は補償変圧器を含み、前記第１インピーダンスの値または前記第２インピーダンスの値は、前記センシング変圧器と前記補償変圧器の巻線比及び前記増幅部の目標電流利得に基づいて決定され、前記ワンチップ直接回路部の構成は、前記巻線比及び前記目標電流利得と無関係であることができる。
一実施形態によれば、前記第１インピーダンス及び前記第２インピーダンスの設計に応じて、前記ワンチップの集積回路部を様々な電力システムの第１装置に使用することができる。
本発明の一実施形態に係る、少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置は、前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部とを含み、前記増幅部は非集積回路部とワンチップの集積回路を含み、前記ワンチップの集積回路には温度変化に応じて素子特性が変化するアクティブ素子が内蔵化され、前記ワンチップの集積回路は、温度変化にも前記増幅部が一定範囲内の性能を維持するように設計されることができる。
一実施形態によれば、前記ワンチップの集積回路にはｎｐｎ ＢＪＴとｐｎｐ ＢＪＴが内蔵化され、前記ｎｐｎ ＢＪＴのベースノードとｐｎｐ ＢＪＴのベースノードとの間にはダイオードを接続することができる。
一実施形態によれば、前記ｎｐｎ ＢＪＴのエミッタノードとｐｎｐ ＢＪＴのエミッタノードとの間には抵抗を接続することができる。
一実施形態によれば、前記ダイオードは、前記抵抗を流れるエミッタ電流を減少させる機能を果たすことができる。
一実施形態によれば、前記ダイオード及び前記抵抗は、前記ｎｐｎ ＢＪＴ及び前記ｐｎｐ ＢＪＴのＤＣバイアス電流を調整することができる。
一実施形態によれば、前記抵抗を流れるエミッタ電流は、温度が変化するにつれて所定の範囲を維持することができる。
前述したもの以外の他の側面、特徴、利点が、以下の図面、特許請求の範囲及び発明の詳細な説明から明確になるであろう。
上述したように構成された本発明の様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、高電力システムにおいて、ＣＭチョークで構成されたパッシブフィルタに比べて価格、面積、体積、重量、発熱を低減することができる。
また、本発明の様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、アクティブ回路部の故障または誤動作を検出することができる。
また、本発明の様々な実施形態において、アクティブ回路部と誤動作検知部が共に内蔵化された１つの集積回路（ＩＣ）チップを提供することができる。アクティブ回路部が集積化されたチップに誤動作検知部を内蔵化することにより、一般実用素子を用いて誤動作検知部を別途構成する場合よりもサイズ及び価格を低減することができる。
また、アクティブ回路部と誤動作検知部を１つのＩＣチップに集積化することにより、前記ＩＣチップは独立した部品として汎用性をもって実用化することができる。
また、前記ＩＣチップを含む電流補償装置を独立したモジュールとして製作して実用化することもできる。このような電流補償装置は、周辺電気システムの特性に関係なく独立したモジュールとして誤動作を検出することができる。
上述したように構成された本発明の様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、内蔵化された電力変換部を有することによって任意の様々なシステムに適用することができる。
本発明の様々な実施形態において、アクティブ回路部と電力変換部を一つの集積回路（ＩＣ）チップに内蔵化することによって、前記ＩＣチップは独立した部品として汎用性をもって実用化することができる。
また、前記ＩＣチップを含む電流補償装置を独立したモジュールとして製作して実用化することもできる。このような電流補償装置に含まれたアクティブ回路部は、周辺電気システムの特性に関係なく安定して動作することができる。
上述したように構成された本発明の様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、高電力システムにおいて、ＣＭチョークで構成されたパッシブフィルタに比べて価格、面積、体積、重量、発熱を低減することができる。
また、本発明の様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）半導体装置を含む場合に比べて大きさを最小限に抑えられる。
また、本発明の様々な実施形態に係る集積回路部は、様々な設計のアクティブ電流補償装置に汎用的に適用することができる。
また、本発明の様々な実施形態に係る集積回路部を含むアクティブ電流補償装置は、定格電力（ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｎｇ）に関係なく様々な電力電子製品に使用することができる。したがって、本発明の様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、高電力及び高雑音（ｈｉｇｈ－ｎｏｉｓｅ）システムにも拡張することができる。
また、本発明の様々な実施形態に係る集積回路部を含むアクティブ電流補償装置は、大量生産が容易であることができる。
また、本発明の様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置及び／またはワンチップの集積回路部は、独立したモジュールとして汎用性をもって実用化することができる。
上述したように構成された本発明の実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、高電力システムにおいて、ＣＭチョークで構成されたパッシブフィルタに比べて価格、面積、体積、重量、発熱を低減することができる。
また、本発明の実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）現象を防止することができる。本発明の実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、ＢＪＴの温度に対する正のフィードバックと負のフィードバックを共に活用し、温度変化にも一定の電流範囲を維持することができる。
また、本発明の実施形態に係るアクティブ電流補償装置において、温度特性を有する素子がワンチップの集積回路（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ ＩＣ）内に形成され、温度を共有するため、温度による素子の特性を予測するに容易であることができる。
したがって、温度変化にも制御可能で予測可能なアクティブ回路部（または増幅部）を設計することができる。
本発明の実施形態に係る増幅部は、ワンチップの集積回路を含むことで、実用個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）素子で構成される場合に比べ、電流－電圧（Ｉ－Ｖ）特性を制御可能に設計することができる。すなわち、本発明の実施形態に係るワンチップの集積回路は、カスタマイズで設計することができる。すなわち、ワンチップの集積回路内部の電流及び電圧が制御可能であることができる。
また、本発明の実施形態に係るワンチップの集積回路及びこれを含むアクティブ電流補償装置は、大量生産でも生産コストの増加がわずかであることができる。また、半導体素子の数の増加によるサイズの増加がわずかであることができる。
もちろん、このような効果によって本発明の範囲が限定されるものではない。
本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００を含むシステムの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る増幅部１３０、誤動作検知部１８０及びＩＣチップ５００の包含関係を示す図である。 図１に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａを概略的に示す図である。 図３に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を概略的に示す図である。 図３に示す実施形態のより具体的な他の例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る誤動作検知部１８０の機能的構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る論理回路１８４の概略図である。 本発明の一実施形態に係るアクティブ素子部１３２及び誤動作検知部１８０の回路図である。 本発明の他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００を含むシステムの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る増幅部１３０及び電力管理部１８０の機能的構成の例を示す図である。 図１０に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａを概略的に示す図である。 図１２に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る電力管理部１８０を概略的に示す図である。 図１４に示す電力変換部１８１のより具体的な一例を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２の構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００を含むシステムの構成を概略的に示す図である。 図１７に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａを概略的に示す図である。 図１８に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を概略的に示す図である。 本発明の他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２の構成を概略的に示す図である。 本発明のまた他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－３の構成を概略的に示す図である。 本発明のまた他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂの構成を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００を含むシステムの構成を概略的に示す図である。 図２３に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａを概略的に示す図である。 図２４に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を概略的に示す図である。 本発明の一実施形態に係るワンチップの集積回路（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ ＩＣ）１３１Ａを概略的に示す図である。 図２６に示すワンチップの集積回路１３１Ａの温度によるバイアス電圧と電流のシミュレーション結果を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２の構成を概略的に示す図である。
本発明は、様々な変換を加えることができ、様々な実施形態を有することができ、特定の実施形態を図面に例示し、詳細に説明しようとする。本発明の効果及び特徴、並びにそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に後述する実施形態を参照することで明らかになるであろう。しかし、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、様々な形態で具現されてもよい。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明するものとし、図面を参照して説明するとき、同一又は対応する構成要素は同一の図面符号を付与し、これに対する重複の説明は省略する。
以下の実施形態において、第１、第２などの用語は限定的な意味ではなく、１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的で用いられた。以下の実施形態において、単数の表現は、文脈上明らかに異なる意味を持たない限り、複数の表現を含む。以下の実施形態において、含むまたは有するなどの用語は、明細書上に記載された特徴または構成要素が存在することを意味するものであり、１つ以上の他の特徴または構成要素が付加される可能性を予め排除するものではない。図面では、説明の便宜上、構成要素の大きさが誇張または縮小されてもよい。以下の実施形態において、構成要素、部、ユニット、モジュールなどが接続されたとする場合、構成要素、部、ユニット、モジュールが直接的に接続された場合だけでなく、構成要素、部、ユニット、モジュールの間に他の構成要素、部、ユニット、モジュールが介在されて間接的に接続された場合も含む。
一方、本明細書の詳細な説明に記載された実施形態は、便宜上、４つの実施形態の分類のうち１つに属することができる。４つの実施形態の分類は以下の通りである。
［１］誤動作を検知できるアクティブ電流補償装置
［２］内蔵化された電力変換部を含むアクティブ電流補償装置
［３］集積回路部と非集積回路部を含むアクティブ電流補償装置
［４］ワンチップの集積回路を含むアクティブ電流補償装置
前記［１］～［４］の４つの実施形態の分類は説明の便宜のために区別されたものであり、明細書に説明した各実施形態は複数の分類に重複して属することができるのは言うまでもない。
また、本明細書に添付された図面は、実施形態の分類のうち一つの分類に属することができる。より詳細には、図１～図９は［１］分類に、図１０～図１６は［２］分類に、図１７～図２２は［３］分類に、図２３～図２８は［４］分類に属することができる。本明細書では、同じ分類内の図面には、同じまたは対応する構成要素に対し、同じ図面符号を付与することができる。しかし、異なる分類内の図面では、同じ図面符号が付与されたとしても、互いに異なる構成要素を指すことができる。例えば、［１］分類に属する図１の誤動作検知部１８０と、［２］分類に属する図１０の電力管理部１８０とは、同一の図面符号が付与されているが異なる構成要素を指すことができる。
［１］誤動作を検知できるアクティブ電流補償装置
図１は、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００を含むシステムの構成を概略的に示す図である。アクティブ電流補償装置１００は、第１装置３００から２つ以上の大電流経路１１１、１１２を介してコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ、ＣＭ）に入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２（例えば、ＥＭＩノイズ電流）を能動的に補償することができる。
図１を参照すると、アクティブ電流補償装置１００は、センシング部１２０、増幅部１３０、誤動作検知部１８０及び補償部１６０を含むことができる。
本明細書において、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を使用する様々な形態の電力システムであることができる。例えば、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を用いて駆動される負荷であることができる。また、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を用いてエネルギーを貯蔵し、貯蔵されたエネルギーを用いて駆動される負荷（例えば、電気自動車）であることができる。ただし、これに限定されない。
本明細書における第２装置２００は、第１装置３００に電源を電流及び／または電圧の形態で供給するための様々な形態のシステムであることができる。例えば、第２装置２００は、電源を生成して供給する装置であってもよく、他の装置によって生成された電源を供給する装置（例えば、電気自動車充電装置）であってもよい。もちろん、第２装置２００は、貯蔵されたエネルギーを供給する装置であることができる。ただし、これに限定されない。
第１装置３００側には電力変換装置が位置することができる。例えば、前記電力変換装置のスイッチング動作により、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を電流補償装置１００に入力することができる。すなわち、第１装置３００側はノイズソースに対応することができ、第２装置２００側はノイズレシーバに対応することができる。
２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、第２装置２００によって供給される電源、すなわち第２電流Ｉ２１、Ｉ２２を第１装置３００に伝達する経路であることができるが、例えば、電力線であることができる。例えば、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれは、ライブライン（Ｌｉｖｅ ｌｉｎｅ）とニュートラルライン（Ｎｅｕｔｒａｌ ｌｉｎｅ）であることができる。大電流経路１１１、１１２の少なくとも一部は電流補償装置１００を通過することができる。第２電流Ｉ２１、Ｉ２２は、第２周波数帯域の周波数を有する交流電流であることができる。第２周波数帯域は、例えば５０Ｈｚ～６０Ｈｚ帯域であることができる。
また、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、第１装置３００で発生したノイズ、すなわち第１電流Ｉ１１、Ｉ１２が第２装置２００に伝達される経路であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれに対してコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ）で入力されることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、様々な原因によって第１装置３００で意図せず発生される電流であることができる。例えば、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１装置３００と周辺環境との間の仮想の静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）によって発生されるノイズ電流であることができる。あるいは、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１装置３００の電力変換装置のスイッチング動作によって発生されるノイズ電流であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１周波数帯域の周波数を有する電流であることができる。第１周波数帯域は、前述した第２周波数帯域より高い周波数帯域であることができる。第１周波数帯域は、例えば、１５０ＫＨｚ～３０ＭＨｚ帯域であることができる。
一方、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、図１に示すように２つの経路を含むこともでき、図９に示すように３つの経路を含むこともでき、または４つの経路を含むこともできる。大電流経路１１１、１１２の数は、第１装置３００及び／または第２装置２００が使用する電源の種類及び／または形態に応じて変わることができる。
センシング部１２０は、２つ以上の大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知し、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２に対応する出力信号を生成することができる。すなわち、センシング部１２０は、大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知する手段を意味することができる。センシング部１２０には、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２のセンシングのために大電流経路１１１、１１２の少なくとも一部が通過することができるが、センシング部１２０内でセンシングによる出力信号が生成される部分は、大電流経路１１１、１１２と絶縁されることができる。例えば、センシング部１２０はセンシング変圧器で具現されることができる。センシング変圧器は、大電流経路１１１、１１２から絶縁された状態で大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知することができる。
一実施形態によれば、センシング部１２０は、増幅部１３０の入力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続されることができる。
増幅部１３０はセンシング部１２０に電気的に接続され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅し、増幅された出力信号を生成することができる。本発明において増幅部１３０による「増幅」とは、増幅対象の大きさ及び／又は位相を調節することを意味することができる。増幅部１３０は様々な手段で具現されることができ、アクティブ素子を含むことができる。一実施形態において、増幅部１３０はＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むことができる。例えば、増幅部１３０は、ＢＪＴ以外に抵抗とコンデンサなど複数のパッシブ素子を含むことができる。ただし、これに限定されず、本発明で説明する「増幅」のための手段は、本発明の増幅部１３０として制限なく使用することができる。増幅部１３０の第２基準電位６０２と電流補償装置１００の第１基準電位６０１とは、互いに区別されることができる。
誤動作検知部１８０は、増幅部１３０の誤動作または故障を検出することができる。一実施形態によれば、増幅部１３０に含まれた２つのノードの信号が差動で誤動作検知部１８０に入力されることができる。誤動作検知部１８０は、増幅部１３０に含まれた前記２つのノードの間の差動信号を検知することができる。誤動作検知部１８０は、入力された前記差動信号を用いて増幅部１３０の誤動作を検知することができる。例えば、誤動作検知部１８０は、前記差動信号が所定の条件を満たすか否かを判別して増幅部１３０の誤動作を検知することができる。誤動作検知部１８０は、増幅部１３０が故障したか否かを示す信号を出力することができる。一実施形態によれば、誤動作検知部１８０はアクティブ素子を含むことができる。
増幅部１３０の少なくとも一部と誤動作検知部１８０は、物理的に１つの集積回路（ＩＣ）チップ５００に内蔵化されることができる。
図２は、本発明の一実施形態に係る増幅部１３０、誤動作検知部１８０及びＩＣチップ５００の包含関係を示す図である。
図２を参照すると、増幅部１３０はパッシブ素子部１３１及びアクティブ素子部１３２を含むことができる。パッシブ素子部１３１はパッシブ素子のみで構成され、アクティブ素子部１３２はアクティブ素子を含む。一実施形態において、アクティブ素子部１３２は、アクティブ素子だけでなくパッシブ素子をさらに含むことができる。パッシブ素子部１３１及びアクティブ素子部１３２を含む増幅部１３０の詳細な構成の例については、図４～図５で後述する。
図１と図２を併せて参照すると、パッシブ素子部１３１とアクティブ素子部１３２の組み合わせは、センシング部１２０から出力された出力信号から増幅信号を生成する機能を果たすことができる。前記増幅信号は補償部１６０に入力されることができる。
上述したように、増幅部１３０に含まれた２つのノードの信号が差動で誤動作検知部１８０に入力されることができる。誤動作検知部１８０は、前記２つのノードの差動信号を検知することができる。前記２つのノードは、アクティブ素子部１３２に含まれた２つのノードであることができる。一実施形態において、前記２つのノードはパッシブ素子部１３１にも接続されることができる。
一実施形態において、増幅部１３０のアクティブ素子部１３２及び誤動作検知部１８０が物理的に１つのＩＣチップ５００に集積化されることができる。ただし、これは一実施形態に過ぎず、他の実施形態において、増幅部１３０のパッシブ素子部１３１、アクティブ素子部１３２及び誤動作検知部８０が物理的に一つのＩＣチップ５００に集積化されることもできるのは言うまでもない。
誤動作検知部１８０はアクティブ素子を含むことができる。ここで、誤動作検知部１８０の基準電位は、増幅部１３０の基準電位である第２基準電位６０２と同じであることができる。誤動作検知部１８０の基準電位は、電流補償装置１００の基準電位（例えば、補償部１６０の基準電位）である第１基準電位６０１と異なることができる。
増幅部１３０と誤動作検知部１８０は、第１装置３００及び／または第２装置２００と区別される電源装置４００から電源を供給されることができる。増幅部１３０は、電源装置４００から電源を供給され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅して増幅電流を生成することができる。誤動作検知部１８０は電源装置６００から電源を供給され、増幅部１３０からの差動入力信号が所定の範囲内であるか否かを示す出力信号を生成することができる。前記出力信号は、増幅部１３０が故障したか否かを示すことができる。
電源装置４００は、第１装置３００及び第２装置２００とは無関係の電源から電源を供給され、増幅部１３０と誤動作検知部１８０の入力電源を生成する装置であることができる。選択的に電源装置４００は、第１装置３００及び第２装置２００のうちいずれか１つの装置から電源を供給され、増幅部１３０と誤動作検知部１８０の入力電源を生成する装置であることもできる。
ＩＣチップ５００は、電源装置４００に接続されるための端子ｔ１、第２基準電位６０２に接続されるための端子ｔ２及び誤動作検知部１８０の出力信号を出力するための端子ｔ３を含むことができる。ＩＣチップ５００は他の端子をさらに含むことができる。
例えば、増幅部１３０のうちパッシブ素子部１３１を除いたアクティブ素子部１３２のみが誤動作検知部１８０と共にＩＣチップ５００に集積化される実施形態において、前記他の端子はパッシブ素子部１３１に接続されることができる。
他の例として、増幅部１３０に含まれたパッシブ素子部１３１、アクティブ素子部１３２及び誤動作検知部１８０が全部一つのＩＣチップ５００に集積化される実施形態において、前記他の端子はセンシング部１２０の出力端及び補償部１６０の入力端に接続されることができる。
補償部１６０は、増幅部１３０によって増幅された出力信号に基づいて補償電流を生成することができる。補償部１６０の出力側は、大電流経路１１１、１１２に補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を流すために大電流経路１１１、１１２と接続されることができるが、増幅部１３０とは絶縁されることができる。例えば、補償部１６０は、前記絶縁のために補償変圧器を含むことができる。例えば、前記補償変圧器の一次側には増幅部１３０の出力信号が流れ、補償変圧器の二次側には前記出力信号に基づいた補償電流が生成されることができる。
補償部１６０は第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれを介して補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を大電流経路１１１、１１２に注入（ｉｎｊｅｃｔ）させることができる。補償電流ＩＣ１、ＩＣ２は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆であることができる。
図３は、図１に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａを概略的に示す図である。アクティブ電流補償装置１００Ａは、第１装置３００と接続される２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２（例えば、ノイズ電流）を能動的に補償することができる。
図３を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ａは、センシング変圧器１２０Ａ、増幅部１３０、誤動作検知部１８０及び補償部１６０Ａを含むことができる。
一実施形態において、前述したセンシング部１２０はセンシング変圧器１２０Ａを含むことができる。このとき、センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１、１１２から絶縁された状態で大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知するための手段であることができる。センシング変圧器１２０Ａは、第１装置３００側から大電流経路１１１、１１２（例えば、電力線）に入力されるノイズ電流である第１電流Ｉ１１、Ｉ１２をセンシングすることができる。
センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１，１１２上に配置される一次側１２１Ａ及び増幅部１３０の入力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続された二次側１２２Ａを含むことができる。センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１、１１２上に配置される一次側１２１Ａ（例えば、一次巻線）において、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２によって誘導される磁束密度に基づいて二次側１２２Ａ（例えば、二次巻線）に誘導電流を生成することができる。前記センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａは、例えば、１つのコアに第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２がそれぞれ巻回された巻線であることができる。ただし、これに限定されず、前記センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａは、第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２が前記コアを通過する形態であることもできる。
具体的には、第１大電流経路１１１（例えば、ライブライン）上の第１電流Ｉ１１によって誘導される磁束密度と、第２大電流経路１１２（例えば、ニュートラルライン）上の第１電流Ｉ１２によって誘導される磁束密度が互いに重なり合う（または補強される）ように構成することができる。このとき、大電流経路１１１、１１２上には第２電流Ｉ２１、Ｉ２２も流れるが、第１大電流経路１１１上の第２電流Ｉ２１によって誘導される磁束密度と、第２大電流経路１１２の第１電流Ｉ２２によって誘導される磁束密度は互いに相殺するように構成することができる。また、一例として、センシング変圧器１２０Ａは、第１周波数帯域（例えば、１５０ＫＨｚ～３０ＭＨｚの範囲を有する帯域）の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２によって誘導される磁束密度の大きさが第２周波数帯域（例えば、５０Ｈｚ～６０Ｈｚの範囲を有する帯域）の第２電流Ｉ２１、Ｉ２２によって誘導される磁束密度の大きさよりも大きいように構成することができる。
このように、センシング変圧器１２０Ａは、第２電流Ｉ２１、Ｉ２２によって誘導される磁束密度を互いに相殺するように構成成され、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２のみが検知されるようにすることができる。すなわち、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２が一定の割合で変換された電流であることができる。
例えば、センシング変圧器１２０Ａで、一次側１２１Ａと二次側１２２Ａの巻線比が１：Ｎｓｅｎであり、センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａの自己インダクタンスがＬｓｅｎだとすると、二次側１２２Ａは、Ｎｓｅｎ２．Ｌｓｅｎの自己インダクタンスを有することができる。このとき、二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２の１／Ｎｓｅｎ倍である。例えば、センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａと二次側１２２Ａとは、ｋｓｅｎの結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で結合することができる。
センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、増幅部１３０の入力端に接続されることができる。例えば、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、増幅部１３０の入力端と差動で接続され、増幅部１３０に誘導電流を供給することができる。
増幅部１３０は、センシング変圧器１２０Ａによって検知されて二次側１２２Ａに誘導される電流を増幅させることができる。例えば、増幅部１３０は、前記誘導電流の大きさを一定の割合で増幅及び／又は位相を調節することができる。
誤動作検知部１８０は、増幅部１３０の誤動作または故障を検出することができる。一実施形態によれば、増幅部１３０に含まれた２つのノードの間の差動信号が誤動作検知部１８０に入力されることができる。誤動作検知部１８０は、入力された差動信号が所定の範囲内であるか否かを検知することにより、増幅部１３０が故障したか否かを検知することができる。誤動作検知部１８０は、増幅部１３０が故障したか否かを示す信号を、出力端子ｔ３を介して出力することができる。誤動作検知部１８０はアクティブ素子を含むことができる。
本発明の様々な実施形態によれば、増幅部１３０の少なくとも一部と誤動作検知部１８０とを物理的に１つのＩＣチップ５００に集積化することができる。
増幅部１３０と誤動作検知部１８０は第２基準電位６０２に接続されることができ、第２基準電位６０２は電流補償装置１００（または補償部１６０Ａ）の第１基準電位６０１と区別されることができる。増幅部１３０と誤動作検知部１８０は、電源装置４００に接続されることができる。
ＩＣチップ５００は、電源装置４００に接続されるための端子ｔ１、第２基準電位６０２に接続されるための端子ｔ２及び誤動作検知部１８０の出力信号を出力するための端子ｔ３を含むことができる。
一実施形態によれば、増幅部１３０のうちパッシブ素子部１３１を除いたアクティブ素子部１３２のみが誤動作検知部１８０と共にＩＣチップ５００に集積化されることができる。この場合、ＩＣチップ５００は、パッシブ素子部１３１と接続されるための端子をさらに含むことができる。
他の一実施形態によれば、増幅部１３０に含まれたパッシブ素子部１３１及びアクティブ素子部１３２の両方が誤動作検知部１８０と共にＩＣチップ５００に集積化されることができる。この場合、ＩＣチップ５００は、センシング部１２０の出力端に接続されるための端子及び補償部１６０の入力端に接続されるための端子をさらに含むことができる。
補償部１６０Ａは、前述した補償部１６０の一例であることができる。補償部１６０Ａは、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａを含むことができる。前述した増幅部１３０によって増幅された増幅電流は、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａに流れる。
補償変圧器１４０Ａは、アクティブ素子を含む増幅部１３０を大電流経路１１１、１１２から絶縁させるための手段であることができる。すなわち、補償変圧器１４０Ａは、大電流経路１１１、１１２と絶縁された状態で、増幅電流に基づいて大電流経路１１１、１１２に注入するための補償電流を（二次側１４２Ａに）生成するための手段であることができる。
補償変圧器１４０Ａは、増幅部１３０の出力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続される一次側１４１Ａ及び大電流経路１１１，１１２と接続される二次側１４２Ａを含むことができる。補償変圧器１４０Ａは、一次側１４１Ａ（例えば、１次巻線）に流れる増幅電流によって誘導される磁束密度に基づいて二次側１４２Ａ（例えば、２次巻線）に補償電流を誘導することができる。
このとき、二次側１４２Ａは、後述する補償コンデンサ部１５０Ａと電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１とを接続させる経路上に配置されることができる。すなわち、二次側１４２Ａの一端は補償コンデンサ部１５０Ａを介して大電流経路１１１、１１２と接続され、二次側１４２Ａの他端はアクティブ電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１と接続されることができる。一方、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａ、増幅部１３０、誤動作検知部１８０及びセンシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａの残りの構成要素と区別される第２基準電位６０２に接続されることができる。電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１と増幅部１３０の第２基準電位６０２とは区別されることができる。
したがって、本発明は、一実施形態において補償電流を生成する構成要素に対して、残りの構成要素とは異なる基準電位（すなわち、第２基準電位６０２）を使用し、別個の電源装置４００を使用することによって、補償電流を生成する構成要素を絶縁状態で動作させることができ、これによりアクティブ電流補償装置１００Ａの信頼性を向上させることができる。
補償変圧器１４０Ａにおいて、一次側１４１Ａと二次側１４２Ａの巻線比が１：Ｎｉｎｊであり、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａの自己インダクタンスがＬｉｎｊとすると、二次側１４２Ａは、Ｎｉｎｊ２．Ｌｉｎｊの自己インダクタンスを有することができる。このとき、二次側１４２Ａに誘導される電流は、一次側１４１Ａに流れる電流（すなわち、増幅電流）の１／Ｎｉｎｊ倍である。補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａと二次側１４２Ａとは、ｋｉｎｊの結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で結合されることができる。
補償変圧器１４０Ａを介して変換された電流は、補償コンデンサ部１５０Ａを介して大電流経路１１１、１１２（例えば、電力線）に補償電流ＩＣ１、ＩＣ２として注入されることができる。したがって、補償電流ＩＣ１、ＩＣ２は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆であることができる。したがって、増幅部１３０の電流利得の大きさは、Ｎｓｅｎ．Ｎｉｎｊとなるように設計することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、前述したように補償変圧器１４０Ａによって生成された電流が２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれに流れる経路を提供することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、一端が補償変圧器１４０Ａの二次側１４２Ａに接続され、他端が大電流経路１１１、１１２に接続される２つのＹ－コンデンサ（Ｙ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ, Ｙ－ｃａｐ）を含むことができる。前記２つのＹ－ｃａｐのそれぞれの一端は補償変圧器１４０Ａの二次側１４２Ａに接続されるノードを共有し、前記２つのＹ－ｃａｐのそれぞれの反対端はそれぞれ第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２に接続されるノードを有することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、補償変圧器１４０Ａによって誘導された補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を電力線に流すことができる。補償電流ＩＣ１、ＩＣ２が第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を補償（または相殺）することにより、電流補償装置１００Ａはノイズを低減させることができる。
一方、補償コンデンサ部１５０Ａは、補償コンデンサを介して２つの大電流経路１１１、１１２の間に流れる電流ＩＬ１が第１閾値サイズ未満になるように構成することができる。また、補償コンデンサ部１５０Ａは、補償コンデンサを介して２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれと第１基準電位６０１との間に流れる電流ＩＬ２が第２閾値サイズ未満になるように構成することができる。
アクティブ電流補償装置１００Ａは、補償変圧器１４０Ａ及びセンシング変圧器１２０Ａを用いることにより、絶縁型（ｉｓｏｌａｔｅｄ）構造を実現することができる。
図４は、図３に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を概略的に示す図である。図４に示すアクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、図３に示すアクティブ電流補償装置１００Ａの一例である。アクティブ電流補償装置１００Ａ－１に含まれた増幅部１３０Ａ－１は、アクティブ電流補償装置１００Ａの増幅部１３０の一例である。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１に含まれた増幅部１３０Ａ－１は、パッシブ素子部及びアクティブ素子部を含むことができる。増幅部１３０Ａ－１のパッシブ素子部は、Ｃｂ、Ｃｅ、Ｚ１、Ｚ２、Ｃｄｃを含むことができる。増幅部１３０Ａ－１のアクティブ素子部は、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２、ダイオード１３、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅを含むことができる。
一実施形態において、第１トランジスタ１１はｎｐｎ ＢＪＴであることができ、第２トランジスタ１２はｐｎｐ ＢＪＴであることができる。例えば、増幅部１３０Ａ－１は、ｎｐｎ ＢＪＴ及びｐｎｐ ＢＪＴを含むｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ増幅器構造を有することができる。
センシング変圧器１２０Ａによって二次側１２２Ａで誘導された誘導電流は、増幅部１３０Ａ－１に差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）で入力されることができる。増幅部１３０Ａ－１に含まれたＣｂ及びＣｅは、交流（ＡＣ）信号のみを選択的に結合させることができる。
電源装置４００は、増幅部１３０Ａ－１及び誤動作検知部１８０を駆動するために、第２基準電位６０２を基準とする直流（ＤＣ）電圧Ｖｄｄを供給する。Ｃｄｃは、前記Ｖｄｄに対するＤＣ用の減結合コンデンサであり、電源装置４００と第２基準電位６０２との間に並列に接続されることができる。Ｃｄｃは、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）及び第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）の両方のコレクタ間をＡＣ信号のみ選択的に結合させることができる。
増幅部１３０Ａ－１のアクティブ素子部において、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及びＲｅは、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２の動作点を調節することができる。Ｒｎｐｎは、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）のコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）端であり、電源装置４００端と、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）のベース（ｂａｓｅ）端とを接続させることができる。Ｒｐｎｐは、第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）のコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）端であり、第２基準電位６０２と、第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）のベース端とを接続させることができる。Ｒｅは、第１トランジスタ１１のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）端と第２トランジスタ１２のエミッタ端とを接続させることができる。
一実施形態に係るセンシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａ側は、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベース側とエミッタ側との間に接続されることができる。一実施形態に係る補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａ側は、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のコレクタ側とベース側との間に接続されることができる。ここで、接続は間接的に接続された場合も含む。一実施形態に係る増幅部１３０Ａ－１は、出力電流を 第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースに再び注入する回帰構造を有することができる。回帰構造であるため、増幅部１３０Ａ－１は、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１の動作のための一定の電流利得を安定して得ることができる。
ノイズ信号による増幅部１３０Ａ－１の入力電圧が０より大きい正のスイング（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）が動作することができる。このとき、動作電流は第１トランジスタ１１を通る第１経路を介して流れることができる。ノイズによる増幅部１３０Ａ－１の入力電圧が０より小さい負のスイング（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）が動作することができる。このとき、動作電流は第２トランジスタ１２を通る第２経路を介して流れることができる。
様々な実施形態において、第１装置３００に従って補償すべきノイズレベルが大きくなる可能性があるため、できる限り高い電圧を有する電源装置４００を使用することが望ましい場合がある。例えば、電源装置４００は、第１装置３００及び第２装置２００とは独立していることができる。
電源装置４００から電源が供給されることにより、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１２のノードがコモンモードで大きくスイング（ｓｗｉｎｇ）することができる。例えば、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースノード及びエミッタノードでの電圧がコモンモードでスイング（ｓｗｉｎｇ）することができる。
増幅部１３０Ａ－１のアクティブ素子部が上述したように正常に動作するか否かを確認することにより、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１自体が正常動作しているか否かを確認することができる。言い換えれば、増幅部１３０Ａ－１のＤＣバイアス（ｂｉａｓ）が正常であるか否かを確認することにより、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１が正常動作しているか否かを確認することができる。
上述したように、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のノードにおいて電圧がコモンモードで大きくスイングするため、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１２との間の差動ＤＣ電圧のみを検知して誤動作をセンシングすることができる。すなわち、増幅部１３０Ａ－１の誤動作をセンシングするために、第１トランジスタ１１と第２トランジスタ１２との間の差動ＤＣ電圧のみを選択的に検知することができる。
例えば、第１トランジスタ１１の一ノードと第２トランジスタ１２の一ノードとの間の差動ＤＣ電圧が所定の条件を満たすと、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１が正常であると判断することができる。
したがって、一実施形態に係る誤動作検知部１８０は、増幅部１３０Ａ－１に含まれた２つのノード間の差動ＤＣ電圧を用いて、増幅部１３０Ａ－１の誤動作を示す信号を出力することができる。
例えば、第１トランジスタ１１の一ノードと第２トランジスタ１２の一ノードとの差動信号を誤動作検知部１８０に入力することができる。一実施形態において、前記差動信号は、第１トランジスタ１１のエミッタと第２トランジスタ１２のエミッタとの間の差動ＤＣ電圧であることができる。
一実施形態によれば、誤動作検知部１８０は、第１トランジスタ１１のエミッタと第２トランジスタ１２のエミッタとの間の差動ＤＣ電圧が所定の範囲内である場合、出力端子ｔ３を介して正常を示す信号を出力することができる。誤動作検知部１８０は、前記差動ＤＣ電圧が前記所定の範囲外であれば、出力端子ｔ３を介して故障を示す信号を出力することができる。
本発明の実施形態において、増幅部１３０Ａ－１の少なくとも一部と誤動作検知部１８０とを物理的に１つのＩＣチップ５００Ａ－１に集積化することができる。
一実施形態において、図４に示すように増幅部１３０Ａ－１のアクティブ素子部と誤動作検知部１８０とを一つのＩＣチップ５００Ａ－１に集積化することができる。例えば、アクティブ素子部の第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２、ダイオード１３、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅ及び誤動作検知部１８０を一つのＩＣチップ５００Ａ－１に集積化することができる。この場合、ＩＣチップ５００Ａ－１は、電源装置４００と接続されるための端子ｔ１、第２基準電位６０２と接続されるための端子ｔ２、誤動作検知部１８０の出力信号を出力するための端子ｔ３及びパッシブ素子部と接続されるための端子（例えば、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７）を含むことができる。例えば、パッシブ素子部に接続するための端子は、第１トランジスタ１１のエミッタに対応する端子ｔ４及び第２トランジスタ１２のエミッタに対応する端子ｔ５を含むことができる。図４に示す実施形態において、エミッタに対応する２つの端子ｔ４、ｔ５は、誤動作検知部１８０の差動入力にも対応することができる。エミッタに対応する端子ｔ４、ｔ５は、それぞれパッシブ素子部のＣｅに接続されることができる。また、前記パッシブ素子部に接続するための端子は、第１トランジスタ１１のベースに対応する端子ｔ６及び第２トランジスタ１２のベースに対応する端子ｔ７を含むことができる。ベースに対応する端子ｔ６、ｔ７はそれぞれパッシブ素子部のＣｂに接続されることができる。
しかしながら、本発明はこれに限定されない。他の実施形態において、ＩＣチップ５００Ａ－１は、増幅部１３０Ａ－１のパッシブ素子部の少なくとも一部をさらに含むこともできるだろう。他の実施形態において、ＩＣチップ５００Ａ－１は、増幅部１３０Ａ－１のアクティブ素子部、パッシブ素子部及び誤動作検知部１８０を全て含むこともできる。
本発明の実施形態によれば、増幅部１３０Ａ－１のアクティブ素子部が集積化されたＩＣチップ５００Ａ－１に誤動作検知部１８０を内蔵化することにより、一般実用素子を使用して誤動作検知部１８０を別途構成する場合よりもサイズ及び価格を低減することができる。また、増幅部１３０Ａ－１の少なくとも一部と誤動作検知部１８０を一つのＩＣチップ５００Ａ－１に集積化することにより、ＩＣチップ５００Ａ－１または電流補償装置１００Ａ－１は独立した部品として汎用性をもって実用化することができる。
誤動作検知部１８０の詳細な説明は、図６～図８で後述する。
図５は、図３に示す実施形態のより具体的な他の例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２を概略的に示す図である。図５に示すアクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、図３に示すアクティブ電流補償装置１００Ａの一例である。アクティブ電流補償装置１００Ａ－２に含まれた増幅部１３０Ａ－２は、アクティブ電流補償装置１００Ａの増幅部１３０の一例である。
図５に示す増幅部１３０Ａ－２は、図４に示す増幅部１３０Ａ－１に対応し、誤動作検知部１８０が接続される位置のみが異なることができる。具体的には、ＩＣチップ５００Ａ－２において、第１トランジスタ１１のベースと第２トランジスタ１２のベースとの間の差動ＤＣ電圧を誤動作検知部１８０に入力することができる。したがって、増幅部１３０Ａ－２に関する説明は、増幅部１３０Ａ－１に関する説明に対応するため、簡単に説明する。
一実施形態において増幅部１３０Ａ－２のパッシブ素子部は、Ｃｂ、Ｃｅ、Ｚ１、Ｚ２、Ｃｄｃを含むことができる。増幅部１３０Ａ－２のアクティブ素子部は、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２、ダイオード１３、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅを含むことができる。一実施形態において、第１トランジスタ１１はｎｐｎ ＢＪＴであることができ、第２トランジスタ１２はｐｎｐのＢＪＴであることができる。例えば、増幅部１３０Ａ－２は、ｎｐｎ ＢＪＴ及びｐｎｐ ＢＪＴを含むｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ増幅器構造を有することができる。一実施形態に係る増幅部１３０Ａ－２は、出力電流を第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースに再び注入する回帰構造を有することができる。
ノイズ信号による増幅部１３０Ａ－２の入力電圧が０より大きい正のスイング（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）が動作することができる。ノイズによる増幅部１３０Ａ－２の入力電圧が０より小さい負のスイング（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）が動作することができる。
電源装置４００から電源を供給されることにより、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースノード及びエミッタノードでの電圧がコモンモードで大きくスイング（ｓｗｉｎｇ）することができる。ここで、増幅部１３０Ａ－２のＤＣバイアス（ｂｉａｓ）が正常であるか否かを確認することにより、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２が正常に動作しているか否かを確認することができる。
上述したように、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースノード及びエミッタノードにおいて電圧がコモンモードで大きくスイングするため、第１トランジスタ１１の一ノードと第２トランジスタ１２一ノードとの間の差動ＤＣ電圧のみを検知して誤動作をセンシングすることができる。
図５に示す実施形態によれば、第１トランジスタ１１のベースと第２トランジスタ１２のベースとの間の差動ＤＣ電圧を誤動作検知部１８０に入力することができる。誤動作検知部１８０は、第１トランジスタ１１のベースと第２トランジスタ１２のベースとの間の差動ＤＣ電圧が所定範囲内であれば、出力端子ｔ３を介して正常を示す信号を出力することができる。誤動作検知部１８０は、第１トランジスタ１１のベースと第２トランジスタ１２のベースとの間の差動ＤＣ電圧が前記所定範囲外であれば、出力端子ｔ３を介して故障を示す信号を出力することができる。
本発明の実施形態において、増幅部１３０Ａ－２の少なくとも一部と誤動作検知部１８０とを物理的に１つのＩＣチップ５００Ａ－２に集積化することができる。
一実施形態において、図５に示すように増幅部１３０Ａ－２のアクティブ素子部と誤動作検知部１８０とを一つのＩＣチップ５００Ａ－２に集積化することができる。例えば、アクティブ素子部の第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２、ダイオード１３、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅ及び誤動作検知部１８０を一つのＩＣチップ５００Ａ－２に集積化することができる。この場合、ＩＣチップ５００Ａ－２は、電源装置４００と接続されるための端子ｔ１、第２基準電位６０２と接続されるための端子ｔ２、誤動作検知部１８０の出力信号を出力するための端子ｔ３及びパッシブ素子部と接続されるための端子（例えば、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７）を含むことができる。例えば、パッシブ素子部に接続するための端子は、第１トランジスタ１１のエミッタに対応する端子ｔ４及び第２トランジスタ１２のエミッタに対応する端子ｔ５を含むことができる。エミッタに対応する端子ｔ４、ｔ５は、それぞれパッシブ素子部のＣｅに接続されることができる。また、前記パッシブ素子部に接続するための端子は、第１トランジスタ１１のベースに対応する端子ｔ６及び第２トランジスタ１２のベースに対応する端子ｔ７を含むことができる。図５に示す実施形態において、ベースに対応する２つの端子ｔ６、ｔ７は、誤動作検知部１８０の差動入力にも対応することができる。ベースに対応する端子ｔ６、ｔ７はそれぞれパッシブ素子部のＣｂに接続されることができる。
しかしながら、本発明はこれに限定されない。他の実施形態において、ＩＣチップ５００Ａ－２は、増幅部１３０Ａ－２のパッシブ素子部の少なくとも一部をさらに含むこともできるだろう。他の実施形態において、ＩＣチップ５００Ａ－２は、増幅部１３０Ａ－２のアクティブ素子部、パッシブ素子部及び誤動作検知部１８０を全て含むこともできる。
誤動作検知部１８０の詳細な説明は、図６～図８で後述する。
以下、増幅部１３０を通じた説明は、増幅部１３０Ａ－１、１３０Ａ－２にも適用することができる。
図６は、本発明の一実施形態に係る誤動作検知部１８０の機能的構成を示す図である。
図６を参照すると、誤動作検知部１８０は、減算器（ｓｕｂｔｒａｃｔｏｒ）１８１、第１比較器（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）１８２ａ、第２比較器１８２ｂ、第１レベルシフタ（ｌｅｖｅｌ ｓｈｉｆｔｅｒ）１８３ａ、第２レベルシフタ１８３ｂ及び論理回路（ｌｏｇｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔ）１８４を含むことができる。ただし、これは一実施形態に過ぎず、本発明の誤動作検知部１８０はこれに限定されない。
誤動作検知部１８０は、前述した様々な実施形態に係るＩＣチップ５００、５００Ａ－１、５００Ａ－２に適用することができる。
様々な実施形態において、増幅部１３０、１３０Ａ－１、１３０Ａ－２に含まれた２つのノードの信号を、誤動作検知部１８０の減算器１８１に差動で入力することができる。前述したように、第１トランジスタ１１の一ノードの信号と第２トランジスタ１２の一ノードの信号を減算器１８１に差動で入力することができる。
減算器１８１は、第１トランジスタ１１のノードと第２トランジスタ１２のノードとの間の差動ＤＣ電圧のみを選択的に検知することができる。減算器１８１は、前記２つのノードでの電圧を差動で検出するため、前記２つのノードのコモンモードスイングを無視することができる。減算器１８１は、検知された差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂを出力することができる。
一実施形態において図４に示すＩＣチップ５００Ａ－１の場合、減算器１８１は、第１トランジスタ１１のエミッタと第２トランジスタ１２のエミッタとの間の差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂを出力することができる。この場合、減算器１８１の入力端は、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のエミッタとノードを共有することができる。
他の一実施形態において図５に示すＩＣチップ５００Ａ－２の場合、減算器１８１は、第１トランジスタ１１のベースと第２トランジスタ１２のベースとの間の差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂを出力することができる。この場合、減算器１８１の入力端は、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースとノードを共有することができる。
一方、減算器１８１の各入力端における電圧はスイングすることができ、スイングは増幅部１３０の定格電圧Ｖｄｄの大きさに準じることができる。したがって、減算器１８１は、増幅部１３０の定格電圧Ｖｄｄに対応する定格電圧を有する必要がある可能性がある。したがって、減算器１８１は、電源装置４００の供給電圧Ｖｄｄをそのまま供給されて駆動することができる。
誤動作検知部１８０は増幅部１３０の動作に影響を与えてはならないため、誤動作検知部１８０の減算器１８１は高い入力インピーダンスを有することができる。例えば、減算器１８１は、１０ｋＯｈｍより大きい入力インピーダンスを有する回路で構成されることができる。
一実施形態によれば、減算器１８１は、レールツーレール演算増幅器（ｒａｉｌ－ｔｏ－ｒａｉｌ Ｏｐ－ａｍｐ）を含むことができる。
第１比較器１８２ａ及び第２比較器１８２ｂは、減算器１８１の出力である差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂの大きさが所定の範囲内であるか否かを検出することができる。差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂの大きさが前記所定の範囲内であれば増幅部１３０は正常と決定されることができ、差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂの大きさが前記所定の範囲外であれば増幅部１３０は故障と決定されることができる。例えば、差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂが最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘと最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎとの間にある場合、増幅部１３０は正常であることができる。差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂが最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘより高いか、最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎより低い場合、増幅部１３０は故障であることができる。
最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘ及び最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎは、様々な実施形態に従って予め設定されることができる。以下、最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘ及び最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎを設定する基準について説明する。
図４のような一実施形態において、減算器１８１は、第１トランジスタ１１のエミッタと第２トランジスタ１２のエミッタとの間の差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂを検知することができる。増幅部１３０が正常に動作するとき、前記差動ＤＣ電圧ＶｓｕｂはＩｅ×Ｒｅに対応することができる。Ｒｅは第１トランジスタ１１のエミッタ端と第２トランジスタ１２のエミッタ端とを接続させる抵抗であり、ＩｅはＲｅを流れる電流を表す。ＩｅとＲｅは設計によって決定されることができる。この実施形態において、最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘは、指定された大きさだけＩｅ×Ｒｅより高く設定することができる。最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎは、指定された大きさだけＩｅ×Ｒｅより低く設定することができる。
図５のような一実施形態において、減算器１８１は、第１トランジスタ１１のベースと第２トランジスタ１２のベースとの間の差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂを検知することができる。増幅部１３０が正常に動作するとき、前記差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂは（Ｉｅ×Ｒｅ＋２Ｖｂｅ，ｂｊｔ）に対応することができる。Ｒｅは第１トランジスタ１１のエミッタ端と第２トランジスタ１２のエミッタ端とを接続させる抵抗であり、ＩｅはＲｅを流れる電流を示す。ＩｅとＲｅは設計によって決定されることができる。Ｖｂｅ，ｂｊｔは、第１トランジスタ１１または第２トランジスタ１２のベースとエミッタとの間の電圧を表す。この実施形態において、最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘは、指定された大きさだけ（Ｉｅ×Ｒｅ＋２Ｖｂｅ，ｂｊｔ）より高く設定することができる。最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎは、指定された大きさだけ（Ｉｅ×Ｒｅ＋２Ｖｂｅ，ｂｊｔ）より低く設定することができる。例えば、最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘは２Ｖ、最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎは１．４Ｖに設定することができる。ただし、これに限定されない。
第１比較器１８２ａは、差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂが最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘより低いか否かを示す第１信号ａ１を出力することができる。第２比較器１８２ｂは、差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂが最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎより高いか否かを示す第２信号ｂ１を出力することができる。
一方、第１比較器１８２ａ及び第２比較器１８２ｂの入力端には依然として高い電圧が発生することができるため、第１比較器１８２ａ及び第２比較器１８２ｂは増幅部１３０の定格電圧Ｖｄｄに対応する定格電圧を有することができる。したがって、第１比較器１８２ａ及び第２比較器１８２ｂは、電源装置４００の供給電圧Ｖｄｄをそのまま供給されて駆動することができる。
一実施形態によれば、第１比較器１８２ａ及び第２比較器１８２ｂは開ループ二段演算増幅器（ｏｐｅｎ－ｌｏｏｐ ２－ｓｔａｇｅ Ｏｐ－ａｍｐ）を含むことができる。
第１レベルシフタ１８３ａ及び第２レベルシフタ１８３ｂは、比較器１８２ａ、１８２ｂの出力信号の電圧を下げることができる。
論理回路１８４に含まれるＭＯＳＦＥＴのゲート（ｇａｔｅ）電圧は、比較器１８２ａ、１８２ｂの定格電圧Ｖｄｄより低いため、第１信号ａ１及び第２信号ｂ１の電圧レベルを下げて論理回路１８４に入力しなければならない。したがって、レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂを用いて、第１信号ａ１及び第２信号ｂ１の符号を保持するが、電圧の大きさのみを下げることができる。
第１比較器１８２ａから出力された第１信号ａ１は、第１レベルシフタ１８３ａに入力することができる。第１レベルシフタ１８３ａは、第１信号ａ１の電圧レベルが低下した第３信号ａ２を出力することができる。
第２比較器１８２ｂから出力された第２信号ｂ１は、第２レベルシフタ１８３ｂに入力することができる。第２レベルシフタ１８３ｂは、第２信号ｂ１の電圧レベルが低下した第４信号ｂ２を出力することができる。
レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの入力端の定格電圧は、電源装置４００の供給電圧Ｖｄｄに対応することができる。レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの出力端の定格電圧は、前記供給電圧Ｖｄｄより低いことができる。
例えば、電源装置４００の供給電圧Ｖｄｄは１２Ｖであることができ、レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの出力端の定格電圧は５Ｖであることができる。
第３信号ａ２及び第４信号ｂ２は論理回路１８４に入力することができる。論理回路１８４は、第３信号ａ２及び第４信号ｂ２を用いて差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂが最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘと最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎとの間にあるか否かを示す第５信号ｃ１を出力することができる。第５信号ｃ１は、０または１のうちいずれか１つであるデジタル信号であることができる。例えば、第５信号ｃ１が０を示す場合は増幅部１３０が正常の状態であり、第５信号ｃ１が１を示す場合は増幅部１３０が故障の状態であることができる。もちろんその逆の場合も可能である。
図７は、本発明の一実施形態に係る論理回路１８４の概略図である。
図７を参照すると、第１レベルシフタ１８３ａの出力である第３信号ａ２と第２レベルシフタ１８３ｂの出力である第４信号ｂ２を論理回路１８４に入力することができる。論理回路は、入力である第３信号ａ２及び第４信号ｂ２に基づいて第５信号ｃ１を出力することができる。例えば、論理回路１８４は、以下の表１のような真理値表を有することができる。
一実施形態において、第１比較器１８２ａは差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂが最大基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍａｘより低い場合、１を示す高（ｈｉｇｈ）信号を出力することができる。この場合、第１信号ａ１が１を示すため、第３信号ａ２も１を示すことができる。
一実施形態において、第２比較器１８２ｂは差動ＤＣ電圧Ｖｓｕｂが最小基準電圧Ｖｒｅｆ，ｍｉｎより高い場合、０を示す低（ｌｏｗ）信号を出力することができる。この場合、第２信号ｂ１が０を示すため、第４信号ｂ２も０を示すことができる。
上述したような実施形態によれば、表１で第５信号ｃ１が０を示すと、増幅部１３０が正常に動作すると判断することができる。第５信号ｃ１が１を示すと、増幅部１３０が誤動作すると判断することができる。
ただし、図７に示す論理回路１８４と前記真理値表は一例に過ぎず、本発明はこれに限定されない。様々な実施形態によって、誤動作検知部１８０は、増幅部１３０が誤動作しているか否かを示す第５信号ｃ１を出力するように設計することができる。
図７を参照すると、論理回路１８４の出力端子ｔ３にＬＥＤドライバ１４が接続されることができる。ＬＥＤドライバ１４は、第５信号ｃ１に基づいてＩＣチップ５００の外部のＬＥＤ１５を駆動させることができる。
例えば、第５信号ｃ１が１を示す場合、ＬＥＤドライバ１４は外部ＬＥＤ１５をターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）することができる。ターンオンされた外部ＬＥＤ１５は誤動作状況を示すことができる。第５信号ｃ１が０を示す場合、ＬＥＤドライバ１４は外部ＬＥＤ１５をターンオフ（ｔｕｒｎ ｏｆｆ）することができる。ターンオフされた外部ＬＥＤ１５は、正常な状況を示すことができる。
論理回路１８４は、効率のために小さいサイズのＭＯＳＦＥＴで設けることができる。論理回路１８４の出力である第５信号ｃ１は、例えば０Ｖ以上５Ｖ以下であることができる。論理回路１８４の出力端子ｔ３に接続されるＬＥＤドライバ１４は、例えば、ＮＭＯＳ ＬＥＤドライバであることができる。
一方、上述したように、レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの出力端及び論理回路１８４は、減算器１８１、比較器１８２ａ、１８２ｂ及びレベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの入力端より低い定格電圧を有することができる。
したがって、減算器１８１、比較器１８２ａ、１８２ｂ及びレベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの入力端にはＶｄｄを供給することができる。レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの出力段及び論理回路１８４には、Ｖｄｄより低い供給電圧を供給することができる。例えば、減算器１８１、比較器１８２ａ、１８２ｂ及びレベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの入力端を１２Ｖに駆動することができる。レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの出力段及び論理回路１８４は５Ｖに駆動することができる。したがって、図６を参照すると、減算器１８１、比較器１８２ａ、１８２ｂ及びレベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの入力端は、高い供給電圧領域に含まれるものとして示し、レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの出力端及び論理回路１８４は、低い供給電圧領域に含まれるものとして示している。高い供給電圧領域と低い供給電圧領域は、実際の物理的な領域を表すのではなく、高い供給電圧によって駆動される構成要素と低い供給電圧によって駆動される構成要素とを区別するための用語である。
図８は、本発明の一実施形態に係るアクティブ素子部１３２及び誤動作検知部１８０の回路図である。
図８を参照すると、増幅部１３０のアクティブ素子部１３２は、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２、ダイオード１３、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅを含むことができる。
誤動作検知部１８０は、減算器１８１、第１比較器１８２ａ、第２比較器１８２ｂ、第１レベルシフタ１８３ａ、第２レベルシフタ１８３ｂ及び論理回路１８４を含むことができる。誤動作検知部１８０は、論理回路１８４の出力端にＬＥＤドライバ１４をさらに含むことができる。
誤動作検知部１８０は、アクティブ素子部１３２を含む増幅部１３０の動作に影響を与えてはならないため、誤動作検知部１８０の減算器１８１は高い入力インピーダンスを有することができる。
誤動作検知部１８０は常に動作する必要はなく、誤動作の検査が必要な場合にのみ動作させればよい。したがって、不要な電力消費を低減するために、スイッチ１６を設け、誤動作検知部１８０のみを選択的にターンオフにすることができる。
スイッチ１６はＩＣチップ５００の外部に存在することができる。ＩＣチップ５００は、スイッチ１６の状態に基づいて誤動作検知部１８０に電源を選択的に供給するための別途の端子ｔ８をさらに設けることができる。スイッチ１６は、電源装置４００と前記端子ｔ８との間に接続されることができる。
一方、誤動作検知部１８０は、高い供給電圧によって駆動される構成要素と、低い供給電圧によって駆動される構成要素とを含むことができる。例えば、減算器１８１、比較器１８２ａ、１８２ｂ及びレベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの入力端は、高い供給電圧Ｖｄｄによって駆動されることができる。レベルシフタ１８３ａ、１８３ｂの出力端及び論理回路１８４は、電圧分割回路１７によって前記供給電圧Ｖｄｄより低い電圧で駆動されることができる。
一実施形態において、アクティブ素子部１３２及び誤動作検知部１８０は、物理的に１つのＩＣチップ５００に集積されることができる。例えば、ＩＣチップ５００は、電源装置４００と接続されるための端子ｔ１、第２基準電位６０２と接続されるための端子ｔ２、誤動作検知部１８０の出力端子ｔ３、パッシブ素子部と接続されるための端子（例えば、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７）及び誤動作検知部１８０の駆動をオンオフできる端子ｔ８を含むことができる。
一方、図８では、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のエミッタノードが減算器１８１の入力端に接続される実施形態を示しているが、他の実施形態によれば、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースノードが減算器１８１の入力端に接続されることもできる。
図９は、本発明の他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂの構成を概略的に示す図である。以下では、図１～図８を参照して説明した内容と重複する内容の説明は省略する。
図９を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ｂは、第１装置３００に接続される大電流経路１１１Ｂ、１１２Ｂ、１１３Ｂのそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３を能動的に補償することができる。
この目的のために、本発明の他の実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂは、３つの大電流経路１１１Ｂ、１１２Ｂ、１１３Ｂ、センシング変圧器１２０Ｂ、増幅部１３０Ｂ、誤動作検知部１８０、補償変圧器１４０Ｂ及び補償コンデンサ部１５０Ｂを含むことができる。
前述した実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ａ－２と比較して見れば、図９に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂは３つの大電流経路１１１Ｂ、 １１２Ｂ、１１３Ｂを含み、それによってセンシング変圧器１２０Ｂ及び補償コンデンサ部１５０Ｂの相違点がある。したがって、以下では、上述した相違点を中心にアクティブ電流補償装置１００Ｂについて説明する。
アクティブ電流補償装置１００Ｂは、互いに区別される第１大電流経路１１１Ｂ、第２大電流経路１１２Ｂ及び第３大電流経路１１３Ｂを含むことができる。一実施形態によれば、前記第１大電流経路１１１ＢはＲ相、前記第２大電流経路１１２ＢはＳ相、前記第３大電流経路１１３ＢはＴ相の電力線であることもできる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３は、第１大電流経路１１１Ｂ、第２大電流経路１１２Ｂ及び第３大電流経路１１３Ｂのそれぞれにコモンモードで入力されることもできる。
センシング変圧器１２０Ｂの一次側１２１Ｂは、第１大電流経路１１１Ｂ、第２大電流経路１１２Ｂ及び第３大電流経路１１３Ｂのそれぞれに配置され、二次側１２２Ｂに誘導電流を生成することができる。３つの大電流経路１１１Ｂ、１１２Ｂ、１１３Ｂ上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３によってセンシング変圧器１２０Ｂに生成される磁束密度は互いに補強されることができる。
一方、アクティブ電流補償装置１００Ｂにおいて増幅部１３０Ｂは、増幅部１３０Ａ－１、増幅部１３０Ａ－２を含む増幅部のうち１つで具現されることができる。図９では、一例として増幅部１３０Ａ－１に対応する増幅部１３０Ｂを示す。
増幅部１３０Ｂの少なくとも一部と誤動作検知部１８０は、物理的に１つのＩＣチップ５００Ｂに集積化されることができる。例えば、図９に示すように、増幅部１３０Ｂのアクティブ素子部と誤動作検知部１８０とを一つのＩＣチップ５００Ｂに集積化することができる。アクティブ素子部は、例えば、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２、ダイオード１３、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅを含むことができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、Ｃｂ、Ｃｅ、Ｚ１、Ｚ２、Ｃｄｃを含むパッシブ素子部の少なくとも一部の構成要素もＩＣチップ５００Ｂに集積化することができる。
一方、図９では、第１トランジスタ１１のエミッタノードの電圧と第２トランジスタ１２のエミッタノードの電圧とが差動で誤動作検知部１８０に入力される実施形態を示す。しかしながら、本発明はこれに限定されず、他の実施形態によれば、第１トランジスタ１１のベースノードの電圧と第２トランジスタ１２のベースノードの電圧とが差動で誤動作検知部１８０に入力されることもできる。第１トランジスタ１１はｎｐｎ ＢＪＴであることができ、第２トランジスタ１２はｐｎｐ ＢＪＴであることができる。
ＩＣチップ５００Ｂは、電源装置４００と接続されるための端子ｔ１、第２基準電位６０２と接続されるための端子ｔ２、誤動作検知部１８０の出力信号を出力するための端子ｔ３及びパッシブ素子部と接続されるための端子（例えば、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７）を含むことができる。しかしながら、本発明はこれに限定されず、他の実施形態によれば、図８に示すように、ＩＣチップ５００Ｂは、誤動作検知部１８０に電源を選択的に供給するためのスイッチ１６に接続される端子ｔ８をさらに含むことができる。この場合、電源装置４００と前記端子ｔ８との間にスイッチ１６が接続されることができる。
図９には示されていないが、図８のように一実施形態によれば、誤動作検知部１８０の出力端子ｔ３にＬＥＤドライバ１４及び外部ＬＥＤ１５が接続されることができる。外部ＬＥＤ１５は、アクティブ電流補償装置１００Ｂの正常または誤動作状況を示すことができる。
一方、補償コンデンサ部１５０Ｂは、補償変圧器１４０Ｂによって生成された補償電流ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３が第１大電流経路１１１Ｂ、第２大電流経路１１２Ｂ及び第３大電流経路１１３Ｂのそれぞれに流れる経路を提供することができる。
アクティブ電流補償装置１００Ｂは、出力側（すなわち、第２装置２００側）に、減結合コンデンサ部１７０Ｂをさらに含むことができる。減結合コンデンサ部１７０Ｂに含まれた各コンデンサの一端は、それぞれ第１大電流経路１１１Ｂ、第２大電流経路１１２Ｂ及び第３大電流経路１１３Ｂに接続されることができる。前記各コンデンサの反対端は、電流補償装置１００Ｂの第１基準電位６０１に接続されることができる。
減結合コンデンサ部１７０Ｂは、アクティブ電流補償装置１００Ｂの補償電流の出力性能が第２装置２００のインピーダンス値の変化によって大きく変動しないようにすることができる。減結合コンデンサ部１７０ＢのインピーダンスＺＹは、ノイズ低減の対象となる第１周波数帯域で指定された値より小さい値を有するように設計することができる。減結合コンデンサ部１７０Ｂの結合により、電流補償装置１００Ｂは、どのシステム（例えば、三相三線式）においても独立したモジュールとして使用することができる。
一実施形態によれば、アクティブ電流補償装置１００Ｂにおいて減結合コンデンサ部１７０Ｂを省略することができる。
このような実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂは、三相三線式の電力システムの負荷で電源に移動する第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３を補償（または相殺）するために使用することができる。
本発明の技術的思想によって、様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、三相四線式にも適用できるように変更できるのは言うまでもない。
様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００、１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ａ－２、１００Ｂは、パッシブＥＭＩフィルタと比較して、高電力システムにおける大きさ及び発熱の増加がわずかである。アクティブ回路部と誤動作検知部を１つのＩＣチップ５００、５００Ａ－１、５００Ａ－２、５００Ｂに集積化することにより、ＩＣチップ５００、５００Ａ－１、５００Ａ－２、５００Ｂは独立した部品として汎用性をもって実用化することができる。また、ＩＣチップ５００、５００Ａ－１、５００Ａ－２、５００Ｂを含む電流補償装置１００、１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ａ－２、１００Ｂを独立したモジュールに製作して実用化することもできる。このような電流補償装置１００、１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ａ－２、１００Ｂは、周辺電気システムの特性に関係なく独立したモジュールとして誤動作を検出することができる。
［２］内蔵化された電力変換部を含むアクティブ電流補償装置
図１０は、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００を含むシステムの構成を概略的に示す図である。アクティブ電流補償装置１００は、第１装置３００から複数の大電流経路１１１、１１２を介してコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ、ＣＭ）に入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２（例えば、ＥＭＩノイズ電流）を能動的に補償することができる。
図１０を参照すると、アクティブ電流補償装置１００は、センシング部１２０、増幅部１３０、電力管理部１８０及び補償部１６０を含むことができる。
本明細書において、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を使用する様々な形態の電力システムであることができる。例えば、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を用いて駆動される負荷であることができる。また、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を用いてエネルギーを貯蔵し、貯蔵されたエネルギーを用いて駆動される負荷（例えば、電気自動車）であることができる。ただし、これに限定されない。
本明細書における第２装置２００は、第１装置３００に電源を電流及び／または電圧の形態で供給するための様々な形態のシステムであることができる。第２装置２００は、貯蔵されたエネルギーを供給する装置であることもできる。ただし、これに限定されない。
第１装置３００側には電力変換装置が位置することができる。例えば、前記電力変換装置のスイッチング動作により、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を電流補償装置１００に入力することができる。すなわち、第１装置３００側はノイズソースに対応することができ、第２装置２００側はノイズレシーバに対応することができる。
２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、第２装置２００によって供給される電源、すなわち第２電流Ｉ２１、Ｉ２２を第１装置３００に伝達する経路であることができるが、例えば、電力線であることができる。例えば、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれは、ライブライン（Ｌｉｖｅ ｌｉｎｅ）とニュートラルライン（Ｎｅｕｔｒａｌ ｌｉｎｅ）であることができる。大電流経路１１１、１１２の少なくとも一部は電流補償装置１００を通過することができる。第２電流Ｉ２１、Ｉ２２は、第２周波数帯域の周波数を有する交流電流であることができる。第２周波数帯域は、例えば５０Ｈｚ～６０Ｈｚ帯域であることができる。
また、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、第１装置３００で発生したノイズ、すなわち第１電流Ｉ１１、Ｉ１２が第２装置２００に伝達される経路であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれに対してコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ）で入力されることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、様々な原因によって第１装置３００で意図せず発生される電流であることができる。例えば、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１装置３００と周辺環境との間の仮想の静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）によって発生されるノイズ電流であることができる。あるいは、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１装置３００の電力変換装置のスイッチング動作によって発生されるノイズ電流であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１周波数帯域の周波数を有する電流であることができる。第１周波数帯域は、前述した第２周波数帯域より高い周波数帯域であることができる。第１周波数帯域は、例えば、１５０ＫＨｚ～３０ＭＨｚ帯域であることができる。
一方、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、図１０に示すように２つの経路を含むこともでき、図１６に示すように３つの経路を含むこともできる。さらに、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は４つの経路を含むこともできる。大電流経路１１１、１１２の数は、第１装置３００及び／または第２装置２００が使用する電源の種類及び／または形態に応じて変わることができる。
センシング部１２０は、２つ以上の大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知し、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２に対応する出力信号を生成することができる。すなわち、センシング部１２０は、大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知する手段を意味することができる。センシング部１２０には、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２のセンシングのために大電流経路１１１、１１２の少なくとも一部が通過することができるが、センシング部１２０内でセンシングによる出力信号が生成される部分は、大電流経路１１１、１１２と絶縁されることができる。例えば、センシング部１２０はセンシング変圧器として具現されることができる。センシング変圧器は、大電流経路１１１、１１２から絶縁された状態で大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知することができる。ただし、センシング部１２０はセンシング変圧器に限定されない。
一実施形態によれば、センシング部１２０は、増幅部１３０の入力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続されることができる。
増幅部１３０はセンシング部１２０に電気的に接続され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅し、増幅された出力信号を生成することができる。本発明において増幅部１３０による「増幅」とは、増幅対象の大きさ及び／又は位相を調節することを意味することができる。増幅部１３０は様々な手段で具現されることができ、アクティブ素子を含むことができる。一実施形態において、増幅部１３０はＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むことができる。例えば、増幅部１３０は、ＢＪＴ以外に抵抗とコンデンサなど複数のパッシブ素子を含むことができる。ただし、これに限定されず、本発明で説明する「増幅」のための手段は、本発明の増幅部１３０として制限なく使用することができる。
一実施形態によれば、増幅部１３０の第２基準電位６０２と電流補償装置１００の第１基準電位６０１とは、互いに区別されることができる。例えば、増幅部１３０が大電流経路１１１、１１２と絶縁になる場合に、増幅部１３０の第２基準電位６０２と電流補償装置１００の第１基準電位６０１とは互いに区別されることができる。
ただし、本発明はこれに限定されない。例えば、増幅部１３０が大電流経路１１１、１１２と非絶縁になる場合には、増幅部の基準電位と電流補償装置の基準電位とは区別されないことができる。
増幅部１３０は、第１装置３００及び／または第２装置２００と区別される電源装置４００から電源を供給されることができる。増幅部１３０は、電源装置４００から電源を供給され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅して増幅電流を生成することができる。
電源装置４００は、例えば、第１装置３００及び第２装置２００のうちいずれか１つの装置から電源を供給され、増幅部１３０の入力電源を生成する装置であることができる。電源装置４００は、例えば、第１装置３００または第２装置２００のＳＭＰＳ（ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ）であることができる。電源装置４００は、第２基準電位６０２を基準とする直流（ＤＣ）電圧ＶＩを出力することができる。電源装置４００の出力電圧ＶＩは、増幅部１３０を駆動するために使用することができる。
一方、増幅部１３０に必要な最適化されたＤＣ電圧レベルが存在するが、電源装置４００は増幅部１３０に必要な最適化された電圧レベルを出力できない場合がある。具体的には、電源装置４００の出力ＤＣ電圧ＶＩは、システム（例えば、第１装置３００または第２装置２００）によって変わることができる。例えば、増幅部１３０の最適の供給電圧は１２Ｖであるが、電源装置４００の出力電圧ＶＩはシステムによって１５Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖなど様々であることができる。したがって、電源装置４００の出力電圧ＶＩが増幅部１３０に直接供給されるのであれば、増幅部１３０の動作が不安定になったり、故障を引き起こしたりすることができる。
したがって、本発明の実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００は、増幅部１３０と電源装置４００との間に電力管理部１８０を含むことができる。電力管理部１８０は、電源装置４００から出力された電圧ＶＩを入力され、出力電圧ＶＯに変換することができる。電力管理部１８０の出力電圧ＶＯは増幅部１３０に入力されることができる。ＶＩはシステムによって１５Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖなど様々であることができるが、ＶＯは増幅部１３０に必要な最適化された電圧レベルに固定された値である。
電力管理部１８０は、ＤＣ－ＤＣコンバータであることができる。電力管理部１８０は、ＰＭＩＣ（ｐｏｗｅｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ＩＣ）であることができる。
本発明の一実施形態によれば、増幅部１３０の少なくとも一部と電力管理部１８０の少なくとも一部は１つのＩＣチップに集積化されることができる。例えば、増幅部１３０の少なくとも一部と電力管理部１８０の少なくとも一部を１つのＩＣチップに内蔵化することにより、前記ＩＣチップは独立した部品として汎用性をもって実用化することができる。
補償部１６０は、増幅部１３０によって増幅された出力信号に基づいて補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を生成することができる。補償部１６０の出力側は、大電流経路１１１、１１２に補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を流すために大電流経路１１１、１１２と接続されることができる。
一実施形態によれば、補償部１６０の出力側は増幅部１３０とは絶縁されることができる。例えば、補償部１６０は、前記絶縁のために補償変圧器を含むことができる。例えば、前記補償変圧器の一次側には増幅部１３０の出力信号が流れ、補償変圧器の二次側には前記出力信号に基づいた補償電流が生成されることができる。
ただし、本発明はこれに限定されない。他の一実施形態によれば、補償部１６０の出力側は増幅部１３０とは非絶縁されることができる。この場合、増幅部１３０は大電流経路１１１、１１２と非絶縁されることができる。
補償部１６０は第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれを介して補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を大電流経路１１１、１１２に注入（ｉｎｊｅｃｔ）させることができる。補償電流ＩＣ１、ＩＣ２は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆であることができる。
図１１は、本発明の一実施形態に係る増幅部１３０及び電力管理部１８０の機能的構成の例を示す図である。
図１１を参照すると、増幅部１３０はアクティブ回路部１３１及びパッシブ回路部１３２を含むことができる。パッシブ回路部１３２はパッシブ素子のみで構成され、アクティブ回路部１３１はアクティブ素子を含む。アクティブ回路部１３１は、アクティブ素子だけでなくパッシブ素子をさらに含むことができる。アクティブ回路部１３１及びパッシブ回路部１３２を含む増幅部１３０の詳細な構成の例については、図１３で後述する。
電力管理部１８０は、電力変換部１８１、フィードバック部１８２及びフィルタ部１８３を含むことができる。電力変換部１８１は、任意の入力電圧ＶＩを出力電圧ＶＯに変換することができる。フィードバック部１８２は、任意の入力電圧ＶＩにも同じ出力電圧ＶＯを出せるようにするフィードバックコントロールシステムである。フィルタ部１８３は、ＤＣ電圧／電流フィルタである。フィルタ部１８３は、電力管理部１８０の入力端または出力端に位置することができる。電力管理部１８０の詳細な構成の例は、図１４及び図１５で後述する。
一実施形態によれば、増幅部１３０のアクティブ回路部１３１及び電力管理部１８０の電力変換部１８１が物理的に１つのＩＣチップ５００に集積化されることができる。ただし、これは一実施形態に過ぎず、他の実施形態において、アクティブ回路部１３１、電力管理部１８０及びフィードバック部１８２の少なくとも一部の素子が物理的に１つのＩＣチップ５００に集積化されることもできる。さらに他の実施形態において、増幅部１３０及び電力管理部１８０の全体が物理的に１つのＩＣチップ５００に集積化されることもできるというのは言うまでもない。
電力管理部１８０はアクティブ素子を含むことができる。ここで、電力管理部１８０の基準電位は、増幅部１３０の基準電位である第２基準電位６０２と同じであることができる。電力管理部１８０の基準電位は、電流補償装置１００の基準電位（例えば、補償部１６０の基準電位）である第１基準電位６０１と異なることができる。
増幅部１３０は、電力管理部１８０を介して電源装置４００の電源を供給されることができる。増幅部１３０は、電力管理部１８０の出力電圧ＶＯを供給され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅して増幅電流を生成することができる。増幅電流は補償部１６０に入力されることができる。
図１２は、図１０に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａを概略的に示す図である。アクティブ電流補償装置１００Ａは、第１装置３００と接続される２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２（例えば、ノイズ電流）を能動的に補償することができる。
図１１を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ａは、センシング変圧器１２０Ａ、増幅部１３０及び補償部１６０Ａを含むことができる。
一実施形態において、前述したセンシング部１２０はセンシング変圧器１２０Ａを含むことができる。このとき、センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１、１１２から絶縁された状態で大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知するための手段であることができる。センシング変圧器１２０Ａは、第１装置３００側から大電流経路１１１、１１２（例えば、電力線）に入力されるノイズ電流である第１電流Ｉ１１、Ｉ１２をセンシングすることができる。
センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１，１１２上に配置される一次側１２１Ａ及び増幅部１３０の入力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続された二次側１２２Ａを含むことができる。センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１、１１２上に配置される一次側１２１Ａ（例えば、一次巻線）において、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２によって誘導される磁束密度に基づいて二次側１２２Ａ（例えば、二次巻線）に誘導電流を生成することができる。前記センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａは、例えば、１つのコアに第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２がそれぞれ巻回された巻線であることができる。ただし、これに限定されず、前記センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａは、第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２が前記コアを通過する形態であることもできる。
具体的には、第１大電流経路１１１（例えば、ライブライン）上の第１電流Ｉ１１によって誘導される磁束密度と、第２大電流経路１１２（例えば、ニュートラルライン）上の第１電流Ｉ１２によって誘導される磁束密度が互いに重なり合う（または補強される）ように構成することができる。このとき、大電流経路１１１、１１２上には第２電流Ｉ２１、Ｉ２２も流れるが、第１大電流経路１１１上の第２電流Ｉ２１によって誘導される磁束密度と、第２大電流経路１１２上の第１電流Ｉ２２によって誘導される磁束密度は互いに相殺するように構成することができる。また、一例として、センシング変圧器１２０Ａは、第１周波数帯域（例えば、１５０ＫＨｚ～３０ＭＨｚの範囲を有する帯域）の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２によって誘導される磁束密度の大きさが第２周波数帯域（例えば、５０Ｈｚ～６０Ｈｚの範囲を有する帯域）の第２電流Ｉ２１、Ｉ２２によって誘導される磁束密度の大きさよりも大きいように構成することができる。
このように、センシング変圧器１２０Ａは、第２電流Ｉ２１、Ｉ２２によって誘導される磁束密度を互いに相殺するように構成成され、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２のみが検知されるようにすることができる。すなわち、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２が一定の割合で変換された電流であることができる。
例えば、センシング変圧器１２０Ａで、一次側１２１Ａと二次側１２２Ａの巻線比が１：Ｎｓｅｎであり、センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａの自己インダクタンスがＬｓｅｎだとすると、二次側１２２Ａは、Ｎｓｅｎ２．Ｌｓｅｎの自己インダクタンスを有することができる。このとき、二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２の１／Ｎｓｅｎ倍である。一例において、センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａと二次側１２２Ａとは、ｋｓｅｎの結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で結合することができる。
センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、増幅部１３０の入力端に接続されることができる。例えば、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、増幅部１３０の入力端と差動で接続され、増幅部１３０に誘導電流または誘導電圧を提供することができる。
増幅部１３０は、センシング変圧器１２０Ａによって検知されて二次側１２２Ａに誘導される電流を増幅させることができる。例えば、増幅部１３０は、前記誘導電流の大きさを一定の割合で増幅及び／又は位相を調節することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、増幅部１３０はアクティブ回路部１３１と、前記アクティブ回路部以外の構成であるパッシブ回路部１３２とを含むことができる。
アクティブ回路部１３１はアクティブ素子を含むことができる。アクティブ回路部１３１は、アクティブ素子を駆動するために電源装置４００に接続されることができる。アクティブ回路部１３１は、電力管理部１８０を介して電源装置４００から電源を供給されることができる。電力管理部１８０は、電源装置４００から任意のＤＣ電圧ＶＩを入力され、均一な出力電圧ＶＯをアクティブ回路部１３１側に出力することができる。電源装置４００、電力管理部１８０及び増幅部１３０は、全て第２基準電位６０２に接続されることができる。したがって、電力管理部１８０の入力電圧ＶＩ及び出力電圧ＶＯは、両方とも第２基準電位６０２を基準とする電圧である。第２基準電位６０２は、電流補償装置１００Ａ（または補償部１６０Ａ）の第１基準電位６０１と区別することができる。
電力管理部１８０は、フィルタ部１８３、フィードバック部１８２及びその他の構成である電力変換部１８１を含むことができる。一実施形態によれば、増幅部１３０のアクティブ回路部１３１及び電力管理部１８０の電力変換部１８１は物理的に１つのＩＣチップ５００に内蔵化されることができる。前記ＩＣチップ５００は、どの入力電圧ＶＩレベルでもアクティブ回路部１３１に最適化された電圧ＶＯレベルに変換してアクティブ回路部１３１を動作させることができる。このようなＩＣチップ５００は、独立した部品として汎用性をもって実用化することができる。
補償部１６０Ａは、前述した補償部１６０の一例であることができる。一実施形態において補償部１６０Ａは、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａを含むことができる。前述した増幅部１３０によって増幅された増幅電流は、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａに流れることができる。
一実施形態に係る補償変圧器１４０Ａは、アクティブ素子を含む増幅部１３０を大電流経路１１１、１１２から絶縁させるための手段であることができる。すなわち、補償変圧器１４０Ａは、大電流経路１１１、１１２と絶縁された状態で、増幅電流に基づいて大電流経路１１１、１１２に注入するための補償電流を（二次側１４２Ａに）生成するための手段であることができる。
補償変圧器１４０Ａは、増幅部１３０の出力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続される一次側１４１Ａ及び大電流経路１１１、１１２と接続される二次側１４２Ａを含むことができる。補償変圧器１４０Ａは、一次側１４１Ａ（例えば、１次巻線）に流れる増幅電流によって誘導される磁束密度に基づいて二次側１４２Ａ（例えば、２次巻線）に補償電流を誘導することができる。
このとき、二次側１４２Ａは、後述する補償コンデンサ部１５０Ａと電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１とを接続させる経路上に配置されることができる。すなわち、二次側１４２Ａの一端は補償コンデンサ部１５０Ａを介して大電流経路１１１、１１２と接続され、二次側１４２Ａの他端はアクティブ電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１と接続されることができる。一方、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａ、増幅部１３０及びセンシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａの残りの構成要素と区別される第２基準電位６０２に接続されることができる。一実施形態に係る電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１と増幅部１３０の第２基準電位６０２とは区別されることができる。
このように、一実施形態に係る電流補償装置１００Ａは、補償電流を生成する構成要素に対して、残りの構成要素とは異なる基準電位（すなわち、第２基準電位６０２）を使用することによって、補償電流を生成する構成要素を絶縁状態で動作させることができ、これによりアクティブ電流補償装置１００Ａの信頼性を向上させることができる。ただし、本発明に係る電流補償装置が、このような絶縁構造に限定されるものではない。
一実施形態に係る補償変圧器１４０Ａにおいて、一次側１４１Ａと二次側１４２Ａの巻線比が１：Ｎｉｎｊであり、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａの自己インダクタンスがＬｉｎｊとすると、二次側１４２Ａは、Ｎｉｎｊ２．Ｌｉｎｊの自己インダクタンスを有することができる。このとき、二次側１４２Ａに誘導される電流は、一次側１４１Ａに流れる電流（すなわち、増幅電流）の１／Ｎｉｎｊ倍である。一例において、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａと二次側１４２Ａとは、ｋｉｎｊの結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で結合されることができる。
補償変圧器１４０Ａを介して変換された電流は、補償コンデンサ部１５０Ａを介して大電流経路１１１、１１２（例えば、電力線）に補償電流ＩＣ１、ＩＣ２として注入されることができる。したがって、補償電流ＩＣ１、ＩＣ２は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆であることができる。したがって、増幅部１３０の電流利得の大きさは、Ｎｓｅｎ．Ｎｉｎｊとなるように設計することができる。しかしながら、実際の状況では磁気結合損失が発生する可能性があるため、増幅部１３０の目標電流利得はＮｓｅｎ．Ｎｉｎｊよりも高く設計されることができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、前述したように補償変圧器１４０Ａによって生成された電流が２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれに流れる経路を提供することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、一端が補償変圧器１４０Ａの二次側１４２Ａに接続され、他端が大電流経路１１１、１１２のそれぞれに接続されるＹ－コンデンサ（Ｙ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ, Ｙ－ｃａｐ）を含むことができる。例えば、２つのＹ－ｃａｐの一端は補償変圧器１４０Ａの二次側１４２Ａに接続されるノードを共有し、前記２つのＹ－ｃａｐのそれぞれの反対端はそれぞれ第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２に接続されるノードを有することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、補償変圧器１４０Ａによって誘導された補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を電力線に流すことができる。補償電流ＩＣ１、ＩＣ２が第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を補償（または相殺）することにより、電流補償装置１００Ａはノイズを低減させることができる。
一方、補償コンデンサ部１５０Ａは、補償コンデンサを介して２つの大電流経路１１１、１１２の間に流れる電流ＩＬ１が第１閾値サイズ未満になるように構成することができる。また、補償コンデンサ部１５０Ａは、補償コンデンサを介して２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれと第１基準電位６０１との間に流れる電流ＩＬ２が第２閾値サイズ未満になるように構成することができる。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａは、補償変圧器１４０Ａ及びセンシング変圧器１２０Ａを用いることにより、絶縁型（ｉｓｏｌａｔｅｄ）構造を実現することができる。
図１３は、図１２に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を概略的に示す図である。図１３に示すアクティブ電流補償装置１００Ａ－１、増幅部１３０Ａ及びアクティブ回路部１３１Ａは、図１２に示すアクティブ電流補償装置１００Ａ、増幅部１３０及びアクティブ回路部１３１の例である。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、センシング変圧器１２０Ａ、増幅部１３０Ａ、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａを含むことができる。一実施形態において、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に減結合コンデンサ部１７０Ａをさらに含むことができる。他の実施形態において、減結合コンデンサ部１７０Ａは省略されることもある。センシング変圧器１２０Ａ、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａの説明は重複するため省略する。
一実施形態において、センシング変圧器１２０Ａによって二次側１２２Ａで誘導された誘導電流は、増幅部１３０Ａに差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）で入力されることができる。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１の増幅部１３０Ａは、アクティブ回路部１３１Ａ及びパッシブ回路部を含むことができる。増幅部１３０Ａにおいてアクティブ回路部１３１Ａを除いた残りの構成は、パッシブ回路部に含まれることができる。本発明の実施形態において、アクティブ回路部１３１Ａは、電力管理部１８０の電力変換部１８１と共に物理的に１つのチップに具現される。パッシブ回路部に含まれた構成は、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）実用素子であることができる。パッシブ回路部は実施形態によって異なるように具現されることができる。パッシブ回路部は、アクティブ回路部１３１Ａを様々なデザインのアクティブ電流補償装置１００に適用できるように変形されることができる。
アクティブ回路部１３１Ａは、ｎｐｎ ＢＪＴ１１、ｐｎｐ ＢＪＴ１２、ダイオード１３及び１つ以上の抵抗を含むことができる。
一実施形態においてアクティブ回路部１３１Ａに含まれた１つ以上の抵抗は、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及び／またはＲｅを含むことができる。アクティブ回路部１３１Ａ内で、抵抗Ｒｎｐｎはｎｐｎ ＢＪＴ１１のコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）ノードとベース（ｂａｓｅ）ノードとを結ぶことができる。アクティブ回路部１３１Ａ内で、抵抗Ｒｐｎｐはｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタノードとベースノードとを結ぶことができる。アクティブ回路部１３１Ａ内で、抵抗Ｒｅはｎｐｎ ＢＪＴ１１のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）ノードとｐｎｐ ＢＪＴ１２のエミッタノードとを結ぶことができる。
アクティブ回路部１３１Ａは、電源装置４００から電力管理部１８０を介して供給された電源で駆動されることができる。そのために電力管理部１８０の出力端は、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のコレクタノードとｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタノードとの間にＤＣ電圧ＶＯを供給することができる。ｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタノードは第２基準電位６０２に対応することができ、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のコレクタノードは第２基準電位６０２を基準とする、電力管理部１８０の出力電圧ＶОに対応することができる。
一実施形態において、バイアス（ｂｉａｓｉｎｇ）ダイオード１３は、アクティブ回路部１３１Ａ内でｎｐｎ ＢＪＴ１１のベースノードとｐｎｐ ＢＪＴ１２のベースノードとを結ぶことができる。すなわち、ダイオード１３の一端はｎｐｎ ＢＪＴ１１のベースノードに接続され、ダイオード１３の他端はｐｎｐ ＢＪＴ１２のベースノードに接続されることができる。
本発明の実施形態によれば、アクティブ回路部１３１Ａに含まれる抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅ及び／またはバイアスダイオード１３は、ＢＪＴ１１、１２のＤＣバイアス（ｂｉａｓ）に使用することができる。本発明の一実施形態において、抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅ及びバイアスダイオード１３は、様々なアクティブ電流補償装置１００、１００Ａにおいて汎用的な構成であるため、ＩＣチップ５００に集積することができる。
図１３では省略されているが、本発明の様々な実施形態においてアクティブ回路部１３１Ａ及び電力変換部１８１を単一のＩＣチップ５００に集積することができる。前記ＩＣチップ５００は、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のベースに対応する端子、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のコレクタに対応する端子、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のエミッタに対応する端子、ｐｎｐ ＢＪＴ１２のベースに対応する端子、ｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタに対応する端子及びｐｎｐ ＢＪＴ１２のエミッタに対応する端子を含むことができる。これに加えて、ＩＣチップ５００は、図１４で後述する電力変換部１８１の端子をさらに含むことができる。
上述したＩＣチップ５００の端子のうち少なくとも１つは、パッシブ回路部１３２に接続されることができる。アクティブ回路部１３１Ａとパッシブ回路部とは互いに結合し、増幅部１３０Ａとして機能することができる。
一実施形態において、パッシブ回路部はコンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃ、インピーダンスＺ１及びＺ２を含むことができる。
一実施形態によれば、アクティブ回路部１３１Ａのベース端子には、それぞれパッシブ回路部のコンデンサＣｂを接続することができる。アクティブ回路部１３１Ａのエミッタ端子には、それぞれパッシブ回路部のコンデンサＣｅを接続することができる。ＩＣチップ５００の外部では、ｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタ端子を第２基準電位６０２に接続することができる。ＩＣチップ５００の外部で両コレクタ端子の間にパッシブ回路部のコンデンサＣｄｃを接続することができる。
パッシブ回路部に含まれたコンデンサＣｂ及びＣｅは、ＢＪＴ１１、１２のベースノード及びエミッタノードでＤＣ電圧を遮断（ｂｌｏｃｋ）することができる。コンデンサＣｂ及びＣｅは交流（ＡＣ）信号のみを選択的に結合させることができる。
コンデンサＣｄｃは、電圧ＶＯに対するＤＣ用の減結合コンデンサであり、電力管理部１８０の出力電圧ＶＯに対して並列に接続されることができる。コンデンサＣｄｃは、ｎｐｎ ＢＪＴ１１及びｐｎｐ ＢＪＴ１２の両コレクタの間をＡＣ信号のみを選択的に結合させることができる。
増幅部１３０Ａの電流利得は、インピーダンスＺ１とＺ２の割合で制御することができる。Ｚ１とＺ２は、センシング変圧器１２０Ａ及び補償変圧器１４０Ａの巻線比に応じて、必要な目標電流利得に応じて柔軟に設計することができる。したがって、Ｚ１とＺ２は、ＩＣチップ５００の外部（すなわち、パッシブ回路部）に具現することができる。
アクティブ回路部１３１Ａとパッシブ回路部のＣｂ、Ｃｅ、Ｃｄｃ、Ｚ１、Ｚ２の組み合わせは増幅部１３０Ａとして機能することができる。例えば、増幅部１３０Ａは、ｎｐｎ ＢＪＴ及びｐｎｐ ＢＪＴを含むｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ増幅器構造を有することができる。
一実施形態において、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａ側は、ＢＪＴ１１、１２のベース側とエミッタ側との間に接続されることができる。一実施形態において、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａ側は、ＢＪＴ１１、１２のコレクタ側とベース側との間に接続されることができる。ここで、接続は間接的に接続された場合を含む。
一実施形態において、増幅部１３０Ａは、出力電流をＢＪＴ１１、１２のベースに再び注入する回帰構造を有することができる。回帰構造であるため、増幅部１３０Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１の動作のための一定の電流利得を安定して得ることができる。
例えば、ノイズ信号による増幅部１３０Ａの入力電圧が０より大きい正のスイング（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、ｎｐｎ ＢＪＴ１１が動作することができる。このとき、動作電流はｎｐｎ ＢＪＴ１１を通る第１経路を介して流れることができる。ノイズによる増幅部１３０Ａの入力電圧が０より小さい負のスイング（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、ｐｎｐ ＢＪＴ１２が動作することができる。このとき、動作電流はｐｎｐ ＢＪＴ１２を通る第２経路を介して流れることができる。
アクティブ回路部１３１Ａにおいて、抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及びＲｅは、ＢＪＴの動作点を調節することができる。抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及びＲｅは、ＢＪＴの動作点に応じて設計することができる。
パッシブ回路部のインダクタ、コンデンサ（例えば、Ｃｂ、Ｃｅ、Ｃｄｃ）、Ｚ１及びＺ２は、個別の構成要素であり、ＩＣチップ５００の周辺に具現することができる。
コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃが交流（ＡＣ）信号を結合（ｃｏｕｐｌｅ）するために必要な静電容量は、数μＦ以上（例えば、１０μＦ）であることができる。この静電容量値はＩＣチップ５００内で具現することが難しいため、コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃはＩＣチップ５００の外部に具現することができる。
インピーダンスＺ１とＺ２は、様々な電力システムまたは様々な第１装置３００に対する設計柔軟性を達成するためにＩＣチップ５００の外部に具現することができる。Ｚ１とＺ２は、センシング変圧器１２０Ａ及び補償変圧器１４０Ａの巻線比に応じて、必要な目標電流利得に応じて柔軟に設計することができる。
一方、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に、減結合コンデンサ部１７０Ａをさらに含むことができる。減結合コンデンサ部１７０Ａに含まれた各コンデンサの一端は、それぞれ第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２に接続されることができる。前記各コンデンサの反対端は、電流補償装置１００Ａ－１の第１基準電位６０１に接続されることができる。
減結合コンデンサ部１７０Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１の補償電流の出力性能が第２装置２００のインピーダンス値の変化によって大きく変動しないようにすることができる。減結合コンデンサ部１７０ＡのインピーダンスＺＹは、ノイズ低減の対象となる第１周波数帯域で指定された値より小さい値を有するように設計することができる。減結合コンデンサ部１７０Ａの結合により、電流補償装置１００Ａ－１は、どのシステムにおいても独立したモジュールとして使用することができる。
一実施形態によれば、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１において減結合コンデンサ部１７０Ａを省略することができる。
図１４は、本発明の一実施形態に係る電力管理部１８０を概略的に示す図である。電力管理部１８０は、電力変換部１８１、フィードバック部１８２及びフィルタ部１８３を含むことができる。図１４は、電力管理部１８０の各構成をより具体的に示す。
電力管理部１８０は、ＰＭＩＣ（ｐｏｗｅｒ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ＩＣ）であることができる。一実施形態において電力管理部１８０は電圧降下コンバータ、例えばバックコンバータ（ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）であることができる。
電源装置４００の出力ＤＣ電圧ＶＩは、電力変換部１８１の入力端子ＶＩＮを介して入力される。ＶＩは、システムに応じて１５Ｖ、２４Ｖ、４８Ｖなどさまざまであることができる。
電力変換部１８１は、任意の入力電圧ＶＩを設定された出力電圧ＶＯに変換することができる。ＶＯの値は、アクティブ回路部１３１に必要な最適化された電圧レベル（例えば、１２Ｖ）に設定することができる。
電力変換部１８１は、制御回路２０、レギュレータ３０及びスイッチ部４０を含むことができる。電力変換部１８１の構成は、アクティブ回路部１３１と共に単一のＩＣチップ５００に内蔵化される。
レギュレータ３０は、入力電圧ＶＩから内部回路（例えば、制御回路２０）を駆動するためのＤＣ低電圧を生成することができる。例えば、入力電圧ＶＩは１２Ｖ以上の高い電圧範囲を有することができるが、電力変換部１８１の内部回路は５Ｖ水準の低い電圧に駆動されてこそ効率的であることができる。したがって、レギュレータ３０は、電力変換部１８１の内部ＩＣのためのＤＣ低電圧（例えば、５Ｖ）を供給する回路である。レギュレータ３０は、リニア（ｌｉｎｅａｒ）レギュレータ、プリ（ｐｒｅ）レギュレータ、オンチップサプライ（ｏｎ－ｃｈｉｐ ｓｕｐｐｌｙ）、ＬＤＯ（ｌｏｗ ｄｒｏｐｏｕｔ）レギュレータなどと呼ばれることができる。
制御回路２０は、レギュレータ３０で生成されたＤＣ低電圧を供給されて駆動される。制御回路２０は、任意の入力電圧範囲で一定の出力電圧を出すために必要な回路を含む。制御回路２０は、任意の入力電圧範囲で一定の電圧を出力するのに必要なスイッチング信号であるパルス幅変調ＰＷＭ信号を生成することができる。制御回路２０の詳細な構成については、図１５を参照して後述する。
スイッチ部４０は、制御回路２０から入力されたスイッチング信号（すなわち、ＰＷＭ信号）に応じてスイッチング動作を行い、一定の出力電圧ＶＯを生成することができる。スイッチ部４０は、レベルシフタ（ｌｅｖｅｌ ｓｈｉｆｔｅｒ）４５、第１ドライバ４３、第２ドライバ４４、第１スイッチ４１及び第２スイッチ４２を含むことができる。第１スイッチ４１及び第２スイッチ４２はＭＯＳＦＥＴであることができる。第１スイッチ４１はハイサイド（ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ）ＭＯＳＦＥＴであり、第２スイッチ４２はローサイド（ｌｏｗ ｓｉｄｅ）ＭＯＳＦＥＴであることができる。ＭＯＳＦＥＴはゲート端の入力静電容量が大きいため、十分な出力を有する第１ドライバ４３及び第２ドライバ４４をＭＯＳＦＥＴの前端に配置することができる。
本発明の様々な実施形態において、制御回路２０、レギュレータ３０及びスイッチ部４０は、アクティブ回路部１３１と共に単一のＩＣチップ５００に内蔵化される。
フィードバック部１８２は制御回路２０と接続され、ＩＣチップ５００の外部に配置される。フィードバック部１８２は、任意の入力電圧ＶＩにも同じ出力電圧ＶＯを出せるようにするフィードバックコントロールシステムである。フィードバック部１８２は、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）実用素子で構成することができる。したがって、ＩＣチップ５００の外部で、状況に応じて必要な補償回路を調整することができる。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、実施形態によってフィードバック部１８２の一部素子（例えば、抵抗）がＩＣチップ５００に共に内蔵化されることもできる。
フィルタ部１８３はＤＣ電圧／電流フィルタであり、電力変換部１８１の出力端に位置することができる。ただし、本発明はこれに限定されず、電力管理部１８０が昇圧コンバータである場合、電力変換部１８１の入力端にフィルタ部が位置することもできる。一方、フィルタ部１８３は、ＩＣチップ５００の外部で、個別実用素子で構成することができる。
電力管理部１８０は、電力変換部１８１、フィードバック部１８２及びフィルタ部１８３を介して最終的にＶＯを出力することができる。電力管理部１８０の最終出力電圧ＶＯは、増幅部１３０のアクティブ回路部１３１に入力される。ＶＯは、アクティブ回路部１３１を駆動するのに最適の電圧レベルに設定することができる。
図１５は、図１４に示す電力変換部１８１のより具体的な一例を示す図である。
図１４及び図１５を併せて参照すると、電力変換部１８１の制御回路２０は、電圧再分割回路２１、保護回路２２、パルス幅変調回路２３、ゼロ電流検出器２４、ソフトスタート回路２５を含むことができる。図１５のレギュレータ３０は、図１４のレギュレータ３０に対応する。
レギュレータ３０は、入力電圧ＶＩから電力変換部１８１の内部回路を駆動するためのＤＣ低電圧を生成することができる。レギュレータ３０から生成されたＤＣ低電圧は、例えば５Ｖ水準であることができる。
電圧再分割回路２１は、レギュレータ３０で生成されたＤＣ低電圧を入力されることができる。電圧再分割回路２１は、レギュレータ３０から入力されたＤＣ低電圧を、ＩＣ内部回路ブロックに適したＤＣバイアス電圧に再分割する。例えば、電圧再分割回路２１は、ＢＧＲ（ｂａｎｄ ｇａｐ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）ブロック、Ｒａｍｐ ｇｅｎｅｒａｔｏｒブロック等にＤＣバイアス電圧を再分割することができる。電圧再分割回路２１は、マスターバイアス（ｍａｓｔｅｒ ｂｉａｓ）などと呼ばれることができる。
保護回路２２は、様々な状況に対する１つ以上の保護回路を含むことができる。一実施形態において、保護回路２２は低電圧保護回路（Ｕｎｄｅｒ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｌｏｃｋ Ｏｕｔ、ＵＶＬＯ）を含むことができる。低電圧保護回路は、レギュレータ３０の出力電圧が指定された電圧以下に低下した場合、不安定な動作を遮断するために電力変換部１８１の動作を強制的にターンオフすることができる。
一実施形態において、保護回路２２は短絡保護回路（Ｓｈｏｒｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ、ＳＣＰ）を含むことができる。短絡保護回路は、短絡電流から電力変換部１８１を保護することができる。
一実施形態において、保護回路２２は過電流保護回路（Ｏｖｅｒ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ、ＯＣＰ）を含むことができる。過電流保護回路は、過電流から電力変換部１８１を保護することができる。
一実施形態において、保護回路２２は温度保護回路（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｈｕｔｄｏｗｎ、ＴＳＤ）を含むことができる。温度保護回路は、例えば、過電流などの理由でＩＣの温度が指定された値より大きくなると保護のために回路をシャットダウンすることができる。
パルス幅変調回路２３は、制御回路２０の中核機能を実行する。パルス幅変調回路２３は、任意の入力電圧範囲で一定の出力電圧ＶＯを出力するのに必要なスイッチング信号である、パルス幅変調ＰＷＭ信号を生成する。パルス幅変調回路２３で生成されたＰＷＭ信号に応じて、第１スイッチ４１及び第２スイッチ４２が選択的にオンまたはオフされ、電圧信号ＶＳＷを生成することができる。ＩＣチップ５００の一端子ＳＷを介して出力された電圧信号は、フィルタ部１８３及びフィードバック部１８２を介して出力ＤＣ電圧ＶＯでアクティブ回路部１３１に供給されることができる。
一実施形態によれば、パルス幅変調回路２３は、ＢＧＲ（ｂａｎｄ ｇａｐ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）ブロック、ランプ発生器（ｒａｍｐ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）ブロック、誤差増幅器（Ｅｒｒｏｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、ＥＡ）、比較器（ｃｏｍｐａｒａｔｏｒ）及びＲＳラッチ（ｌａｔｃｈ）を含むことができる。
一実施形態においてＢＧＲ（ｂａｎｄ ｇａｐ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）ブロックは、温度や電圧の変化にも一定の電圧ＶＲＥＦを出力するための電圧バイアス回路である。ＢＧＲブロックは、温度や電圧が変化しても一定の電圧ＶＲＥＦを誤差増幅器ＥＡに供給することができる。
ランプ発生器（ｒａｍｐ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）ブロックは、ＰＷＭ信号を生成するのに必要なｒａｍｐ信号ＶＲＡＭＰとクロックＣＬＫ信号を生成することができる。
誤差増幅器ＥＡはフィードバック回路に必要な増幅器である。誤差増幅器ＥＡの入力端子のうちの１つは、ＩＣチップ５００の一端子ＦＢを介してフィードバック部１８２に接続されることができる。ＩＣチップ５００外部のフィードバック部１８２は、ＩＣチップ５００のＦＢ端子を介して誤差増幅器ＥＡの非反転端子に接続されることができる。
比較器は、誤差増幅器ＥＡの出力信号ＥＡ＿ＯＵＴとランプ信号 ＶＲＡＭＰとの比較に基づいてデジタル信号を出力することができる。一方、誤差増幅器ＥＡの出力端子はＩＣチップ５００の一端子ＥＡＯを形成することができる。ＩＣチップ５００の外部のフィードバック部１８２は、前記端子ＥＡＯを介して誤差増幅器ＥＡの出力端に接続されることができる。前記端子ＥＡＯは、比較器の入力端子のうち非反転端子に対応することができる。
ＲＳラッチ（ｌａｔｃｈ）は、クロックＣＬＫ信号に基づいてＰＷＭ信号をスイッチ部４０に伝達することができる。
ＰＷＭ信号は、オンまたはオフのデジタル信号に応じて第１スイッチ４１及び第２スイッチ４２をオンにすることができる。このとき、短い時間であっても第１スイッチ４１及び第２スイッチ４２が同時にオンになる場合、過電流によりＭＯＳＦＥＴが損傷する可能性がある。したがって、第１、第２スイッチ４１、４２が同時にオンになる状況を防止するために、スイッチ部４０はノン―オーバーラップ（ｎｏｎ－ｏｖｅｒｌａｐ）回路４６を含むことができる。
ＲＳラッチから出力されたＰＷＭ信号は、スイッチ部４０のノンオーバーラップ回路４６に伝達されることができる。ノンオーバーラップ回路４６は、第１スイッチ４１と第２スイッチ４２の両方がオフになっている非常に短い時間区間を生成させることができる。前記短い時間区間は、デッドタイム（ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ）と呼ばれることができ、例えば、数十ナノ秒（ｎｓｅｃ）であることができる。ノンオーバーラップ回路４６は、デッドタイムジェネレータ（ｄｅａｄ－ｔｉｍｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）と呼ばれることができる。
一方、第１、第２スイッチ４１、４２はＭＯＳＦＥＴであることができる。第１スイッチ４１はハイサイド（ｈｉｇｈ ｓｉｄｅ）ＭＯＳＦＥＴであり、第２スイッチ４２はローサイド（ｌｏｗ ｓｉｄｅ）ＭＯＳＦＥＴであることができる。ＭＯＳＦＥＴはゲート端の入力静電容量が大きいため、十分な出力を有する第１、第２ドライバ４３、４４をＭＯＳＦＥＴの前端に配置することができる。
一方、制御回路２０は、ゼロ電流検出器２４をさらに含むことができる。
ローサイドＭＯＳＦＥＴである第２スイッチ４２に０Ａまたは逆電流が発生する状況であれば、効率のために電力管理部１８０は不連続モード（ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ、ＤＣＭ）で動作しなければならない。このために、ゼロ電流検出器２４は、第２スイッチ４２に逆電流が検知される場合、第２スイッチ４２に入力されるＰＷＭ信号を遮断することができる。
一方、制御回路２０は、ソフトスタート回路２５をさらに含むことができる。
電力管理部１８０（すなわち、コンバータ）がオフ状態で急に駆動すると、出力コンデンサなどに瞬間的に電圧がかかり過電流が発生することができ、ＭＯＳＦＥＴなどが故障する可能性がある。これを防止するために、ソフトスタート回路２５は、コンバータが急に駆動される状況でも出力電圧などをゆっくり上昇させることができる。
図１６は、本発明の他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２の構成を概略的に示す。以下では、図１０～図１５を参照して説明した内容と重複する内容の説明は省略する。
図１６を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、第１装置３００に接続される大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３を能動的に補償することができる。
そのために、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、３つの大電流経路１１１、１１２、１１３、センシング変圧器１２０Ａ－２、増幅部１３０Ａ、補償変圧器１４０Ａ、補償コンデンサ部１５０Ａ－２を含むことができる。
前述した実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ、１００Ａ－１と比較して見れば、図１６に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２は３つの大電流経路１１１、 １１２、１１３を含み、それによってセンシング変圧器１２０Ａ－２及び補償コンデンサ部１５０Ａ－２の相違点がある。したがって、以下では、上述した相違点を中心にアクティブ電流補償装置１００Ａ－２について説明する。
アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、互いに区別される第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３を含むことができる。一実施形態によれば、第１大電流経路１１１はＲ相、第２大電流経路１１２はＳ相、第３大電流経路１１３ＢはＴ相の電力線であることもできる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３は、第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３のそれぞれにコモンモードで入力されることもできる。
センシング変圧器１２０Ａ－２の一次側１２１Ａ－２は、第１、第２、第３大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれに配置され、二次側１２２Ａ－２に誘導電流を生成することができる。３つの大電流経路１１１、１１２、１１３上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３によってセンシング変圧器１２０Ａ－２に生成される磁束密度は互いに補強されることができる。
図１６に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２において、増幅部１３０Ａは、前述した増幅部１３０Ａに対応することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａ－２は、補償変圧器１４０Ａによって生成された補償電流ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３が第１、第２、第３大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれに流れる経路を提供することができる。
アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に、減結合コンデンサ部１７０Ａ－２をさらに含むことができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２に含まれた各コンデンサの一端は、それぞれ第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３に接続されることができる。前記各コンデンサの反対端は、電流補償装置１００Ａ－２の第１基準電位６０１に接続されることができる。
減結合コンデンサ部１７０Ａ－２は、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２の補償電流の出力性能が第２装置２００のインピーダンス値の変化によって大きく変動しないようにすることができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２のインピーダンスＺＹは、ノイズ低減の対象となる第１周波数帯域で指定された値より小さい値を有するように設計することができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２の結合により、電流補償装置１００Ａ－２は、どのシステム（例えば、三相三線式）においても独立したモジュールとして使用することができる。
一実施形態によれば、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２において減結合コンデンサ部１７０Ａ－２を省略することができる。
このような実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、三相三線式の電力システムの負荷で電源に移動する第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３を補償（または相殺）するために使用することができる。
本発明の技術的思想によって、様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、三相四線式にも適用できるように変更できるのは言うまでもない。
本発明の様々な実施形態において、増幅部１３０Ａに含まれたアクティブ回路部１３１Ａと電力管理部１８０に含まれた電力変換部１８１は、物理的に１つのＩＣチップ５００に集積化することができる。ＩＣチップ５００は、電源装置４００から任意範囲の電圧ＶＩが入力されても、電力変換部１８１を介して内部のアクティブ回路部１３１Ａを駆動するのに最適化された電圧ＶＯに変換してアクティブ回路部１３１Ａを駆動することができる。したがって、ＩＣチップ５００は、独立した部品として汎用性をもって実用化することができる。また、増幅部１３０Ａに含まれたアクティブ回路部１３１Ａは、周辺システムの特性に関係なく安定して動作することができる。
［３］集積回路部と非集積回路部を含むアクティブ電流補償装置
図１７は、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００を含むシステムの構成を概略的に示す図である。アクティブ電流補償装置１００は、第１装置３００から複数の大電流経路１１１、１１２を介してコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ、ＣＭ）に入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２（例えば、ＥＭＩノイズ電流）を能動的に補償することができる。
図１７を参照すると、アクティブ電流補償装置１００は、センシング部１２０、増幅部１３０及び補償部１６０を含むことができる。
本明細書において、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を使用する様々な形態の電力システムであることができる。例えば、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を用いて駆動される負荷であることができる。また、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を用いてエネルギーを貯蔵し、貯蔵されたエネルギーを用いて駆動される負荷（例えば、電気自動車）であることができる。ただし、これに限定されない。
本明細書における第２装置２００は、第１装置３００に電源を電流及び／または電圧の形態で供給するための様々な形態のシステムであることができる。第２装置２００は、貯蔵されたエネルギーを供給する装置であることもできる。ただし、これに限定されない。
第１装置３００側には電力変換装置が位置することができる。例えば、前記電力変換装置のスイッチング動作により、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を電流補償装置１００に入力することができる。すなわち、第１装置３００側はノイズソースに対応することができ、第２装置２００側はノイズレシーバに対応することができる。
２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、第２装置２００によって供給される電源、すなわち第２電流Ｉ２１、Ｉ２２を第１装置３００に伝達する経路であることができるが、例えば、電力線であることができる。例えば、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれは、ライブライン（Ｌｉｖｅ ｌｉｎｅ）とニュートラルライン（Ｎｅｕｔｒａｌ ｌｉｎｅ）であることができる。大電流経路１１１、１１２の少なくとも一部は電流補償装置１００を通過することができる。第２電流Ｉ２１、Ｉ２２は、第２周波数帯域の周波数を有する交流電流であることができる。第２周波数帯域は、例えば５０Ｈｚ～６０Ｈｚ帯域であることができる。
また、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、第１装置３００で発生したノイズ、すなわち第１電流Ｉ１１、Ｉ１２が第２装置２００に伝達される経路であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれに対してコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ）で入力されることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、様々な原因によって第１装置３００で意図せず発生される電流であることができる。例えば、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１装置３００と周辺環境との間の仮想の静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）によって発生されるノイズ電流であることができる。あるいは、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１装置３００の電力変換装置のスイッチング動作によって発生されるノイズ電流であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１周波数帯域の周波数を有する電流であることができる。第１周波数帯域は、前述した第２周波数帯域より高い周波数帯域であることができる。第１周波数帯域は、例えば、１５０ＫＨｚ～３０ＭＨｚ帯域であることができる。
一方、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、図１７に示すように２つの経路を含むこともでき、図２０及び図２２に示すように３つの経路または４つの経路を含むこともできる。大電流経路１１１、１１２の数は、第１装置３００及び／または第２装置２００が使用する電源の種類及び／または形態に応じて変わることができる。
センシング部１２０は、２つ以上の大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知し、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２に対応する出力信号を生成することができる。すなわち、センシング部１２０は、大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知する手段を意味することができる。センシング部１２０には、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２のセンシングのために大電流経路１１１、１１２の少なくとも一部が通過することができるが、センシング部１２０内でセンシングによる出力信号が生成される部分は、大電流経路１１１、１１２と絶縁されることができる。例えば、センシング部１２０はセンシング変圧器で具現されることができる。センシング変圧器は、大電流経路１１１、１１２から絶縁された状態で大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知することができる。ただし、センシング部１２０はセンシング変圧器に限定されない。
一実施形態によれば、センシング部１２０は、増幅部１３０の入力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続されることができる。
増幅部１３０はセンシング部１２０に電気的に接続され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅し、増幅された出力信号を生成することができる。本発明において増幅部１３０による「増幅」とは、増幅対象の大きさ及び／又は位相を調節することを意味することができる。増幅部１３０は様々な手段で具現されることができ、アクティブ素子を含むことができる。一実施形態において、増幅部１３０はＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むことができる。例えば、増幅部１３０は、ＢＪＴ以外に抵抗とコンデンサなど複数のパッシブ素子を含むことができる。ただし、これに限定されず、本発明で説明する「増幅」のための手段は、本発明の増幅部１３０として制限なく使用することができる。
一実施形態によれば、増幅部１３０の第２基準電位６０２と電流補償装置１００の第１基準電位６０１とは、互いに区別されることができる。例えば、増幅部１３０が大電流経路１１１、１１２と絶縁になる場合に、増幅部１３０の第２基準電位６０２と電流補償装置１００の第１基準電位６０１とは互いに区別されることができる。
ただし、本発明はこれに限定されない。例えば、図２２に示すように、増幅部１３０Ｂが大電流経路１１１、１１２と非絶縁になる場合には、増幅部１３０Ｂの基準電位と電流補償装置１００Ｂの基準電位とは区別されないことができる。
本発明の様々な実施形態に係る増幅部１３０は、集積回路部１３１及び非集積回路部１３２を含むことができる。集積回路部１３１は、アクティブ電流補償装置１００の必須構成要素を含むことができる。必須構成要素は、例えばアクティブ素子を含むことができる。したがって、増幅部１３０に含まれたアクティブ素子は、増幅部１３０の集積回路部１３１に集積することができる。増幅部１３０のうち非集積回路部１３２はアクティブ素子を含まないことができる。集積回路部１３１は、アクティブ素子だけでなくパッシブ素子をさらに含むことができる。
本発明の実施形態に係る集積回路部１３１は、物理的に１つのＩＣチップであることができる。本発明の実施形態に係る集積回路部１３１は、様々なデザインのアクティブ電流補償装置１００に適用することができる。本発明の一実施形態に係るｏｎｅ－ｃｈｉｐの集積回路部１３１は、独立したモジュールとして汎用性をもって様々なデザインの電流補償装置１００に適用することができる。
本発明の実施形態に係る非集積回路部１３２は、アクティブ電流補償装置１００のデザインに応じて変形されることができる。
集積回路部１３１は、非集積回路部１３２に接続されるための端子を含むことができる。集積回路部１３１と非集積回路部１３２とは互いに結合し、増幅部１３０として機能することができる。集積回路部１３１と非集積回路部１３２との組み合わせは、センシング部１２０から出力された出力信号から増幅信号を生成する機能を実行することができる。前記増幅信号は補償部１６０に入力されることができる。
集積回路部１３１及び非集積回路部１３２を含む増幅部１３０の詳細な構成の例については、図１９～図２２で後述する。
前述したように、様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００は、集積回路部と非集積回路部とに区別されることを特徴とする。
増幅部１３０は、第１装置３００及び／または第２装置２００と区別される電源装置４００から電源を供給されることができる。増幅部１３０は、電源装置４００から電源を供給され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅して増幅電流を生成することができる。
電源装置４００は、第１装置３００及び第２装置２００とは無関係の電源から電源を供給され、増幅部１３０の入力電源を生成する装置であることができる。選択的に電源装置４００は、第１装置３００及び第２装置２００のうちいずれか１つの装置から電源を供給され、増幅部１３０の入力電源を生成する装置であることもできる。
ＩＣチップである集積回路部１３１は、電源装置４００と接続されるための端子、第２基準電位６０２と接続されるための端子及び非集積回路部１３２と接続されるための端子を含むことができる。
補償部１６０は、増幅部１３０によって増幅された出力信号に基づいて補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を生成することができる。補償部１６０の出力側は、大電流経路１１１、１１２に補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を流すために大電流経路１１１、１１２と接続されることができる。
一実施形態によれば、補償部１６０の出力側は増幅部１３０とは絶縁されることができる。例えば、補償部１６０は、前記絶縁のために補償変圧器を含むことができる。例えば、前記補償変圧器の一次側には増幅部１３０の出力信号が流れ、補償変圧器の二次側には前記出力信号に基づいた補償電流が生成されることができる。
ただし、本発明はこれに限定されない。他の実施形態によれば、図２２に示すように、補償部１６０Ｂの出力側は増幅部１３０Ｂと非絶縁されることができる。この場合、増幅部１３０Ｂは大電流経路１１１、１１２と非絶縁されることができる。
再び図１７を参照すると、補償部１６０は第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれを介して補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を大電流経路１１１、 １１２に注入することができる。補償電流ＩＣ１、ＩＣ２は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆であることができる。
図１８は、図１７に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａを概略的に示す図である。アクティブ電流補償装置１００Ａは、第１装置３００と接続される２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２（例えば、ノイズ電流）を能動的に補償することができる。
図１８を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ａは、センシング変圧器１２０Ａ、増幅部１３０及び補償部１６０Ａを含むことができる。
一実施形態において、前述したセンシング部１２０はセンシング変圧器１２０Ａを含むことができる。このとき、センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１、１１２から絶縁された状態で大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知するための手段であることができる。センシング変圧器１２０Ａは、第１装置３００側から大電流経路１１１、１１２（例えば、電力線）に入力されるノイズ電流である第１電流Ｉ１１、Ｉ１２をセンシングすることができる。
センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１，１１２上に配置される一次側１２１Ａ及び増幅部１３０の入力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続された二次側１２２Ａを含むことができる。センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１、１１２上に配置される一次側１２１Ａ（例えば、一次巻線）において、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２によって誘導される磁束密度に基づいて二次側１２２Ａ（例えば、二次巻線）に誘導電流を生成することができる。前記センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａは、例えば、１つのコアに第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２がそれぞれ巻回された巻線であることができる。ただし、これに限定されず、前記センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａは、第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２が前記コアを通過する形態であることもできる。
具体的には、第１大電流経路１１１（例えば、ライブライン）上の第１電流Ｉ１１によって誘導される磁束密度と、第２大電流経路１１２（例えば、ニュートラルライン）上の第１電流Ｉ１２によって誘導される磁束密度が互いに重なり合う（または補強される）ように構成することができる。このとき、大電流経路１１１、１１２上には第２電流Ｉ２１、Ｉ２２も流れるが、第１大電流経路１１１上の第２電流Ｉ２１によって誘導される磁束密度と、第２大電流経路１１２ ）上の第１電流Ｉ２２によって誘導される磁束密度は互いに相殺するように構成することができる。また、一例として、センシング変圧器１２０Ａは、第１周波数帯域（例えば、１５０ＫＨｚ～３０ＭＨｚの範囲を有する帯域）の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２によって誘導される磁束密度の大きさが第２周波数帯域（例えば、５０Ｈｚ～６０Ｈｚの範囲を有する帯域）の第２電流Ｉ２１、Ｉ２２によって誘導される磁束密度の大きさよりも大きいように構成することができる。
このように、センシング変圧器１２０Ａは、第２電流Ｉ２１、Ｉ２２によって誘導される磁束密度を互いに相殺するように構成成され、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２のみが検知されるようにすることができる。すなわち、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２が一定の割合で変換された電流であることができる。
例えば、センシング変圧器１２０Ａで、一次側１２１Ａと二次側１２２Ａの巻線比が１：Ｎｓｅｎであり、センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａの自己インダクタンスがＬｓｅｎだとすると、二次側１２２Ａは、Ｎｓｅｎ２・Ｌｓｅｎの自己インダクタンスを有することができる。このとき、二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２の１／Ｎｓｅｎ倍である。例えば、センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａと二次側１２２Ａとは、ｋｓｅｎの結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で結合することができる。
センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、増幅部１３０の入力端に接続されることができる。例えば、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、増幅部１３０の入力端と差動で接続され、増幅部１３０に誘導電流または誘導電圧を供給することができる。
増幅部１３０は、センシング変圧器１２０Ａによって検知されて二次側１２２Ａに誘導される電流または誘導電圧を増幅させることができる。例えば、増幅部１３０は、前記誘導電流または誘導電圧の大きさを一定の割合で増幅及び／又は位相を調節することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、増幅部１３０は、１つのＩＣチップで構成された集積回路部１３１と、前記ＩＣチップ以外の構成である非集積回路部１３２とを含むことができる。
一実施形態によれば、増幅部１３０は第２基準電位６０２に接続されることができ、第２基準電位６０２は電流補償装置１００（または補償部１６０Ａ）の第１基準電位６０１と区別されることができる。増幅部１３０は電源装置４００に接続されることができる。
集積回路部１３１であるＩＣチップは、電源装置４００と接続されるための端子、第２基準電位６０２と接続されるための端子及び非集積回路部１３２と接続されるための端子を含むことができる。
補償部１６０Ａは、前述した補償部１６０の一例であることができる。一実施形態において補償部１６０Ａは、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａを含むことができる。前述した増幅部１３０によって増幅された増幅電流は、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａに流れる。
一実施形態に係る補償変圧器１４０Ａは、アクティブ素子を含む増幅部１３０を大電流経路１１１、１１２から絶縁させるための手段であることができる。すなわち、補償変圧器１４０Ａは、大電流経路１１１、１１２と絶縁された状態で、増幅電流に基づいて大電流経路１１１、１１２に注入するための補償電流を（二次側１４２Ａに）生成するための手段であることができる。
補償変圧器１４０Ａは、増幅部１３０の出力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続される一次側１４１Ａ及び大電流経路１１１，１１２と接続される二次側１４２Ａを含むことができる。補償変圧器１４０Ａは、一次側１４１Ａ（例えば、１次巻線）に流れる増幅電流によって誘導される磁束密度に基づいて二次側１４２Ａ（例えば、２次巻線）に補償電流を誘導することができる。
このとき、二次側１４２Ａは、後述する補償コンデンサ部１５０Ａと電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１とを接続させる経路上に配置されることができる。すなわち、二次側１４２Ａの一端は補償コンデンサ部１５０Ａを介して大電流経路１１１、１１２と接続され、二次側１４２Ａの他端はアクティブ電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１と接続されることができる。一方、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａ、増幅部１３０及びセンシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａの残りの構成要素と区別される第２基準電位６０２に接続されることができる。一実施形態に係る電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１と増幅部１３０の第２基準電位６０２とは区別されることができる。
このように、一実施形態に係る電流補償装置１００Ａは、補償電流を生成する構成要素に対して、残りの構成要素とは異なる基準電位（すなわち、第２基準電位６０２）を使用し、別途の電源装置４００を使用することによって、補償電流を生成する構成要素を絶縁状態で動作させることができ、これによりアクティブ電流補償装置１００Ａの信頼性を向上させることができる。ただし、本発明に係る集積回路部１３１と非集積回路部１３２とを含むアクティブ補償装置は、このような絶縁構造に限定されるものではない。本発明の他の実施形態に係る非絶縁構造を有するアクティブ電流補償装置１００Ｂについて、図２２を参照して後述する。
一実施形態に係る補償変圧器１４０Ａにおいて、一次側１４１Ａと二次側１４２Ａの巻線比が１：Ｎｉｎｊであり、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａの自己インダクタンスがＬｉｎｊとすると、二次側１４２Ａは、Ｎｉｎｊ２．Ｌｉｎｊの自己インダクタンスを有することができる。このとき、二次側１４２Ａに誘導される電流は、一次側１４１Ａに流れる電流（すなわち、増幅電流）の１／Ｎｉｎｊ倍である。補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａと二次側１４２Ａとは、ｋｉｎｊの結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で結合されることができる。
補償変圧器１４０Ａを介して変換された電流は、補償コンデンサ部１５０Ａを介して大電流経路１１１、１１２（例えば、電力線）に補償電流ＩＣ１、ＩＣ２として注入されることができる。したがって、補償電流ＩＣ１、ＩＣ２は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆であることができる。したがって、増幅部１３０の電流利得の大きさは、Ｎｓｅｎ．Ｎｉｎｊとなるように設計することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、前述したように補償変圧器１４０Ａによって生成された電流が２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれに流れる経路を提供することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、一端が補償変圧器１４０Ａの二次側１４２Ａに接続され、他端が大電流経路１１１、１１２に接続される２つのＹ－コンデンサ（Ｙ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ, Ｙ－ｃａｐ）を含むことができる。前記２つのＹ－ｃａｐのそれぞれの一端は補償変圧器１４０Ａの二次側１４２Ａに接続されるノードを共有し、２つのＹ－ｃａｐのそれぞれの反対端はそれぞれ第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２に接続されるノードを有することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、補償変圧器１４０Ａによって誘導された補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を電力線に流すことができる。補償電流ＩＣ１、ＩＣ２が第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を補償（または相殺）することにより、電流補償装置１００Ａはノイズを低減させることができる。
一方、補償コンデンサ部１５０Ａは、補償コンデンサを介して２つの大電流経路１１１、１１２の間に流れる電流ＩＬ１が第１閾値サイズ未満になるように構成することができる。また、補償コンデンサ部１５０Ａは、補償コンデンサを介して２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれと第１基準電位６０１との間に流れる電流ＩＬ２が第２閾値サイズ未満になるように構成することができる。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａは、補償変圧器１４０Ａ及びセンシング変圧器１２０Ａを用いることにより、絶縁型（ｉｓｏｌａｔｅｄ）構造を実現することができる。
図１９は、図１８に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を概略的に示す図である。図１９に示すアクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、図１８に示すアクティブ電流補償装置１００Ａの一例である。アクティブ電流補償装置１００Ａ－１に含まれた増幅部１３０Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａの増幅部１３０の一例である。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、センシング変圧器１２０Ａ、増幅部１３０Ａ、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａを含むことができる。一実施形態において、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に減結合コンデンサ部１７０Ａをさらに含むことができる。他の実施形態において、減結合コンデンサ部１７０Ａは省略されることもある。センシング変圧器１２０Ａ、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａの説明は重複するため省略する。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１の増幅部１３０Ａは、集積回路部１３１Ａ及び非集積回路部を含むことができる。増幅部１３０Ａにおいて集積回路部１３１Ａを除いた残りの構成は、非集積回路部に含まれることができる。例えば、増幅部１３０Ａにおいて非集積回路部に含まれた構成は、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）実用素子であることができるが、これに限定されるものではない。
一実施形態において、集積回路部１３１Ａは、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２及び／または１つ以上の抵抗を含むことができる。一実施形態において、第１トランジスタ１１はｎｐｎ ＢＪＴであることができ、第２トランジスタ１２はｐｎｐのＢＪＴであることができる。例えば、増幅部１３０Ａは、ｎｐｎ ＢＪＴ及びｐｎｐ ＢＪＴを含むｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ増幅器構造を有することができる。
例えば、集積回路部１３１Ａに含まれた１つ以上の抵抗は、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及び／またはＲｅを含むことができる。例えば、抵抗Ｒｎｐｎは第１トランジスタ１１のコレクタ端とベース端とを結ぶことができ、抵抗Ｒｐｎｐは第２トランジスタ１２のコレクタ端とベース端を結ぶことができ、抵抗Ｒｅは第１トランジスタ１１のエミッタ端と第２トランジスタ１２のエミッタ端とを結ぶことができる。
一実施形態において、増幅部１３０Ａの集積回路部１３１Ａは、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２、１つ以上の抵抗以外に、ダイオード１３をさらに含むことができる。例えば、ダイオード１３の一端は第１トランジスタ１１のベース端に接続され、ダイオード１３の他端は第２トランジスタ１２のベース端に接続されることができる。選択的実施形態において、ダイオード１３は抵抗で置き換えられることができる。
一実施形態において、集積回路部１３１Ａに含まれる抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅ及び／またはバイアスダイオード１３はＢＪＴのＤＣバイアス（ｂｉａｓ）に使用することができる。前記構成要素は、様々なアクティブ電流補償装置において汎用的な構成であるため、ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）の集積回路部１３１Ａに集積することができる。
増幅部１３０Ａにおいて集積回路部１３１Ａを除いた構成は、非集積回路部に含まれることができる。集積回路部１３１Ａは、物理的に１つのＩＣチップで具現することができる。非集積回路部は、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）実用素子で構成することができる。非集積回路部は、実施形態によって異なるように具現することができる。
図１９に示す実施形態において非集積回路部は、例えば、コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃ、インピーダンスＺ１及びＺ２を含むことができる。
一実施形態において、センシング変圧器１２０Ａによって二次側１２２Ａで誘導された誘導電流は、増幅部１３０Ａに差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）で入力されることができる。増幅部１３０Ａに含まれたコンデンサＣｂ及びＣｅは、交流（ＡＣ）信号のみを選択的に結合させることができる。コンデンサＣｂ及びＣｅは、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースノード及びエミッタノードでＤＣ電圧を遮断（ｂｌｏｃｋ）することができる。
一実施形態において電源装置４００は、増幅部１３０Ａを駆動するために、第２基準電位６０２を基準とする直流（ＤＣ）電圧Ｖｄｃを供給する。コンデンサＣｄｃは、前記電圧Ｖｄｃに対するＤＣ用の減結合コンデンサであり、電源装置４００と第２基準電位６０２との間に並列に接続されることができる。コンデンサＣｄｃは、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）及び第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）の両方のコレクタ間をＡＣ信号のみ選択的に結合させることができる。
増幅部１３０Ａの電流利得は、インピーダンスＺ１とＺ２の割合で制御することができる。したがって、Ｚ１とＺ２は、ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）集積回路部１３１Ａの外部で具現されることができる。Ｚ１とＺ２は、センシング変圧器１２０Ａ及び補償変圧器１４０Ａの巻線比に応じて、必要な目標電流利得に応じて柔軟に設計することができる。
集積回路部１３１Ａにおいて、抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及びＲｅは、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２（例えば、ＢＪＴ）の動作点を調整することができる。抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及びＲｅは、ＢＪＴの動作点に応じて設計することができる。抵抗Ｒｎｐｎは、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）のコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）端であり、電源装置４００端と、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）のベース（ｂａｓｅ）端とを接続させることができる。抵抗Ｒｐｎｐは、第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）のコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）端であり、第２基準電位６０２と、第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）のベース端とを接続させることができる。抵抗Ｒｅは、第１トランジスタ１１のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）端と第２トランジスタ１２のエミッタ端とを接続させることができる。
一実施形態に係るセンシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａ側は、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベース側とエミッタ側との間に接続されることができる。一実施形態に係る補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａ側は、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のコレクタ側とベース側との間に接続されることができる。ここで、接続は間接的に接続された場合を含む。一実施形態に係る増幅部１３０Ａは、出力電流を第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベースに再び注入する回帰構造を有することができる。回帰構造であるため、増幅部１３０Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１の動作のための一定の電流利得を安定して得ることができる。
ノイズ信号による増幅部１３０Ａの入力電圧が０より大きい正のスイング（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）が動作することができる。このとき、動作電流は第１トランジスタ１１を通る第１経路を介して流れることができる。ノイズによる増幅部１３０Ａの入力電圧が０より小さい負のスイング（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）が動作することができる。このとき、動作電流は第２トランジスタ１２を通る第２経路を介して流れることができる。
集積回路部１３１Ａは、ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）のＩＣで具現することができる。一実施形態によれば、集積回路部１３１Ａの第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２及びダイオード１３、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅをワンチップに集積化することができる。
前記ワンチップＩＣは、第１トランジスタ１１のベースに対応する端子ｂ１、第１トランジスタ１１のコレクタに対応する端子ｃ１、第１トランジスタ１１のエミッタに対応する端子ｅ１、第２トランジスタ１２のベースに対応する端子ｂ２、第２トランジスタ１２のコレクタに対応する端子ｃ１及び第２トランジスタ１２のエミッタに対応する端子ｅ１を含むことができる。ただし、これに限定されず、集積回路部１３１Ａのワンチップは、前記端子ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｅ１及びｅ２以外に他の端子をさらに含むことができる。
様々な実施形態において、集積回路部１３１Ａの端子ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｅ１及びｅ２のうち少なくとも１つは非集積回路部に接続することができる。集積回路部１３１Ａと非集積回路部とは互いに結合し、一実施形態に係る増幅部１３０Ａとして機能することができる。
図１９に示す実施形態によれば、第１トランジスタ１１のベース端子ｂ１と第２トランジスタ１２のベース端子ｂ２にはそれぞれ非集積回路部のコンデンサＣｂを接続することができる。第１トランジスタ１１のエミッタ端子ｅ１と第２トランジスタ１２のエミッタ端子ｅ２には、それぞれ非集積回路部のコンデンサＣｅを接続することができる。外部の電源装置４００は、第１トランジスタ１１のコレクタ端子ｃ１と第２トランジスタ１２のコレクタ端子ｃ２との間に接続することができる。第２トランジスタ１２のコレクタ端子ｃ２は第２基準電位６０２に対応することができる。非集積回路部の減結合用コンデンサＣｄｃは、第１トランジスタ１１のコレクタ端子ｃ１と第２トランジスタ１２のコレクタ端子ｃ２との間に接続することができる。
集積回路部１３１Ａと非集積回路部のＣｂ、Ｃｅ、Ｃｄｃ、Ｚ１、Ｚ２の組み合わせは、図１９に示す実施形態に係る増幅部１３０Ａとして機能することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）の集積回路部１３１Ａにはアクティブ電流補償装置１００Ａ、１００Ａ－１の必須構成要素を集積することができる。したがって、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）半導体装置を使用する場合に比べ、ワンチップの集積回路部１３１、１３１Ａを使用することにより、増幅部１３０、１３０Ａの大きさを最小化することができる。
非集積回路部のインダクタ、コンデンサ（例えば、Ｃｂ、Ｃｅ、Ｃｄｃ）、Ｚ１及びＺ２は、個別構成要素であり、ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）の集積回路部１３１Ａの周辺に具現することができる。
コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃが交流（ＡＣ）信号を結合（ｃｏｕｐｌｅ）するために必要な静電容量は、数μＦ以上（例えば、１０μＦ）であることができる。この静電容量値はワンチップの集積回路部内で具現することが困難であるため、コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃは集積回路部の外部に、すなわち非集積回路部に具現することができる。
インピーダンスＺ１とＺ２は、様々な電力システムまたは様々な第１装置３００に対する設計柔軟性を達成するために集積回路部の外部に、すなわち非集積回路部に具現することができる。Ｚ１とＺ２は、センシング変圧器１２０Ａ及び補償変圧器１４０Ａの巻線比に応じて、必要な目標電流利得に応じて柔軟に設計することができる。インピーダンスＺ１とびＺ２を調整することによって、同じ集積回路部１３１Ａを様々な電力システムに適用できるようにする様々な電流補償装置を設計することができる。特に、センシング変圧器１２０Ａの大きさとインピーダンス特性は、第１装置３００の最大定格電流に応じて変化しなければならない。したがって、広い周波数範囲でセンシングノイズ電流に対する注入電流の割合を均一にするためには、Ｚ１とＺ２の適切な設計が必要である。センシング変圧器１２０Ａと補償変圧器１４０Ａの巻線比及びＺ１とＺ２との割合を調整し、広い周波数範囲でセンシングノイズ電流に対する注入電流の割合を１に設計することができる。このために、インピーダンスＺ１とＺ２は、設計柔軟性のために集積回路部１３１Ａの外部に具現することができる。一実施形態において、Ｚ１とＺ２はそれぞれ、抵抗とコンデンサの直列接続を含むことができる。
本発明の様々な実施形態に係る集積回路部１３１Ａは、拡張性を考慮して設計されているため、様々なタイプのアクティブ電流補償装置で使用されることができる。例えば、集積回路部１３１Ａは、図１９に示す電流補償装置１００Ａ－１、図２０に示す電流補償装置１００Ａ－２、図２１に示す電流補償装置１００Ａ－３及び図２２に示す電流補償装置１００Ｂに使用することができる。同じタイプの集積回路部１３１Ａを様々な実施形態に使用することができ、非集積回路部は実施形態によって異なるように設計することができる。
本発明の様々な実施形態において、集積回路部と非集積回路部とに区別された増幅部１３０を使用することにより、集積回路部の量産を通じて様々なタイプのアクティブ電流補償装置を量産することができる。また、アクティブ電流補償装置の大きさを最小限に抑えることができる。
このように、様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００、１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ａ－２、１００Ａ－３、１００Ｂは、集積回路部と非集積回路部とに区別されることを特徴とする。
一方、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に、減結合コンデンサ部１７０Ａをさらに含むことができる。減結合コンデンサ部１７０Ａに含まれた各コンデンサの一端は、それぞれ第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２に接続されることができる。前記各コンデンサの反対端は、電流補償装置１００Ａ－１の第１基準電位６０１に接続されることができる。
減結合コンデンサ部１７０Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１の補償電流の出力性能が第２装置２００のインピーダンス値の変化によって大きく変動しないようにすることができる。減結合コンデンサ部１７０ＡのインピーダンスＺＹは、ノイズ低減の対象となる第１周波数帯域で指定された値より小さい値を有するように設計することができる。減結合コンデンサ部１７０Ａの結合により、電流補償装置１００Ａ－１は、どのシステムにおいても独立したモジュールとして使用することができる。
一実施形態によれば、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１において減結合コンデンサ部１７０Ａを省略することができる。
図２０は、本発明の他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２の構成を概略的に示す図である。以下では、図１８～図１９を参照して説明した内容と重複する内容の説明は省略する。
図２０を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、第１装置３００に接続される大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３を能動的に補償することができる。
そのために、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、３つの大電流経路１１１、１１２、１１３、センシング変圧器１２０Ａ－２、増幅部１３０Ａ、補償変圧器１４０Ａ、補償コンデンサ部１５０Ａ－２を含むことができる。
前述した実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ、１００Ａ－１と比較して見れば、図２０に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１は３つの大電流経路１１１、 １１２、１１３を含み、それによってセンシング変圧器１２０Ａ－２及び補償コンデンサ部１５０Ａ－２の相違点がある。したがって、以下では、上述した相違点を中心にアクティブ電流補償装置１００Ａ－２について説明する。
アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、互いに区別される第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３を含むことができる。一実施形態によれば、第１大電流経路１１１はＲ相、第２大電流経路１１２はＳ相、第３大電流経路１１３ＢはＴ相の電力線であることもできる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３は、第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３のそれぞれにコモンモードで入力されることもできる。
センシング変圧器１２０Ａ－２の一次側１２１Ａ－２は、第１、第２、第３大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれに配置され、二次側１２２Ａ－２に誘導電流を生成することができる。３つの大電流経路１１１、１１２、１１３上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３によってセンシング変圧器１２０Ａ－２に生成される磁束密度は互いに補強されることができる。
図２０に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２において、増幅部１３０Ａは、前述した増幅部１３０Ａに対応することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａ－２は、補償変圧器１４０Ａによって生成された補償電流ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３が第１、第２、第３大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれに流れる経路を提供することができる。
アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に、減結合コンデンサ部１７０Ａ－２をさらに含むことができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２に含まれた各コンデンサの一端は、それぞれ第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３に接続されることができる。前記各コンデンサの反対端は、電流補償装置１００Ａ－２の第１基準電位６０１に接続されることができる。
減結合コンデンサ部１７０Ａ－２は、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２の補償電流の出力性能が第２装置２００のインピーダンス値の変化によって大きく変動しないようにすることができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２のインピーダンスＺＹは、ノイズ低減の対象となる第１周波数帯域で指定された値より小さい値を有するように設計することができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２の結合により、電流補償装置１００Ａ－２は、どのシステム（例えば、三相三線式）においても独立したモジュールとして使用することができる。
一実施形態によれば、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２において減結合コンデンサ部１７０Ａ－２を省略することができる。
このような実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、三相三線式の電力システムの負荷で電源に移動する第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３を補償（または相殺）するために使用することができる。
本発明の技術的思想によって、様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、三相四線式にも適用できるように変更できるのは言うまでもない。
本発明の一実施形態に係る増幅部１３０Ａは、図１８に示す単相（二線）式、図１９に示す三相三線式及び図示していないが、三相四線式にも適用することができる。ワンチップの集積回路部１３１Ａを複数のシステムに適用することができるため、集積回路部１３１Ａは様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置において汎用性を有することができる。
図１９を参照し、前述したように、集積回路部１３１Ａは、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２及び／または１つ以上の抵抗を含むことができる。他にも実施形態によって集積回路部１３１Ａはダイオード１３をさらに含むことができる。選択的実施形態において、ダイオード１３は抵抗で置き換えられることができる。
集積回路部１３１Ａが内蔵されたＩＣチップは、第１トランジスタ１１のベース端子ｂ１、第１トランジスタ１１のコレクタ端子ｃ１、第１トランジスタ１１のエミッタ端子ｅ１、第２トランジスタ１２のベース端子ｂ２、第２トランジスタ１２のコレクタ端子ｃ１及び第２トランジスタ１２のエミッタ端子ｅ１を含むことができる。ただし、これに限定されず、集積回路部１３１Ａのワンチップは、前記端子ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｅ１及びｅ２以外に他の端子をさらに含むことができる。
集積回路部１３１Ａは、インダクタ、コンデンサ（例えば、Ｃｂ、Ｃｅ、Ｃｄｃ）、Ｚ１及びＺ２などの個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）構成要素を含む非集積回路部と結合し、様々な実施形態に係る電流補償装置を構成することができる。例えば、非集積回路部の個別構成要素は、一般実用素子であることができる。ただし、これに限定されない。
インダクタ、コンデンサ（例えば、Ｃｂ、Ｃｅ、Ｃｄｃ）、Ｚ１及びＺ２などの個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）構成要素は、集積回路部１３１Ａが内蔵されたＩＣチップの周辺に具現される。
コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃが低周波ＡＣ信号を結合（ｃｏｕｐｌｅ）するために必要な静電容量は、数μＦ以上であることができる。この静電容量値は集積回路部１３１Ａが内蔵されるＩＣチップ内で具現することが困難であるため、コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃは集積回路部の外部に、すなわち非集積回路部に具現することができる。
インピーダンスＺ１とＺ２は、様々な第１装置３００に対する設計柔軟性を達成するために集積回路部の外部に、すなわち非集積回路部に具現することができる。インピーダンスＺ１とびＺ２を調整することによって、同じ集積回路部１３１Ａを様々な電力システムに適用できるようにする様々な電流補償装置を設計することができる。特に、センシング変圧器１２０Ａの大きさとインピーダンス特性は、第１装置３００の最大定格電流に応じて変化しなければならない。したがって、広い周波数範囲でセンシングノイズ電流に対する注入電流の割合を均一にするためには、Ｚ１とＺ２の適切な設計が必要である。したがって、Ｚ１とＺ２は、設計の柔軟性のために集積回路部１３１Ａの外部、すなわち非集積回路部に具現することができる。一実施形態において、Ｚ１は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列接続であることができ、Ｚ２は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２の直列接続であることができる。Ｃ１とＣ２がそれぞれＲ１とＲ２の隣に直列にさらに具現されるため、低周波数範囲でのセンシングノイズ電流に対する注入電流の割合はより良い性能を有することができる。
図２１は、本発明のまた他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－３の構成を概略的に示す図である。以下では、図１８～図１９を参照して説明した内容と重複する内容の説明は省略する。
図２１を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ａ－３は、第１装置３００に接続される大電流経路１１１、１１２のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、を能動的に補償することができる。
そのために、アクティブ電流補償装置１００Ａ－３は、２つの大電流経路１１１、１１２、センシング変圧器１２０Ａ、増幅部１３０Ａ－３、補償変圧器１４０Ａ、補償コンデンサ部１５０Ａを含むことができる。
アクティブ電流補償装置１００Ａ－３は、図１８に示すアクティブ電流補償装置１００Ａの一例であることができる。増幅部１３０Ａ－３は、図１８に示す増幅部１３０の一例であることができる。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－３の増幅部１３０Ａ－３は、集積回路部１３１Ａ及び非集積回路部を含むことができる。増幅部１３０Ａ－３において集積回路部１３１Ａを除いた残りの構成は、非集積回路部に含まれることができる。
集積回路部１３１Ａは、前述した集積回路部１３１Ａに対応することができる。すなわち、前述した集積回路部１３１Ａは、図２１に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－３にも適用することができる。したがって、集積回路部１３１Ａの説明は重複するため、簡単にする。
前述したように、集積回路部１３１Ａは、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２及び／または１つ以上の抵抗を含むことができる。一実施形態において、第１トランジスタ１１はｎｐｎ ＢＪＴであることができ、第２トランジスタ１２はｐｎｐのＢＪＴであることができる。例えば、増幅部１３０Ａ－３は、ｎｐｎ ＢＪＴ及びｐｎｐ ＢＪＴを含むｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ増幅器構造を有することができる。集積回路部１３１Ａは、第１トランジスタ１１、第２トランジスタ１２、１つ以上の抵抗以外に、ダイオード１３をさらに含むことができる。例えば、ダイオード１３の一端は第１トランジスタ１１のベース端に接続され、ダイオード１３の他端は第２トランジスタ１２のベース端に接続されることができる。選択的実施形態において、ダイオード１３は抵抗で置き換えられることができる。
センシング変圧器１２０Ａによって二次側１２２Ａで誘導された誘導電流は、増幅部１３０Ａ－３に差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）で入力されることができる。増幅部１３０Ａ－３の入力端には、抵抗Ｒｉｎが二次側１２２Ａに並列接続されることができる。抵抗Ｒｉｎは、増幅部１３０Ａ－３の入力インピーダンスを調整することができる。コンデンサＣｂ及びＣｅはＡＣ信号のみを選択的に結合させることができる。
電源装置４００は、増幅部１３０Ａ－３を駆動するために、第２基準電位６０２を基準とするＤＣ低電圧Ｖｄｃを供給する。ＣｄｃはＤＣ用の減結合コンデンサであり、電源装置４００に並列に接続することができる。Ｃｄｃは、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）及び第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）の両方のコレクタ間をＡＣ信号のみ選択的に結合させることができる。
上述した抵抗Ｒｉｎ、コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃは非集積回路部に含まれることができる。
一方、センシング変圧器１２０Ａにおいて、一次側１２１Ａと二次側１２２Ａの巻線比が１：Ｎｓｅｎであれば、二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２の１／Ｎｓｅｎ倍であり、補償変圧器１４０Ａにおいて、一次側１４１Ａと二次側１４２Ａの巻線比が１：Ｎｉｎｊであれば、二次側１４２Ａに誘導される電流は、一次側１４１Ａに流れる電流（すなわち増幅電流）の１／Ｎｉｎｊ倍である。したがって、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆である補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を生成するには、増幅部１３０Ａ－３の電流利得はＮｓｅｎ．Ｎｉｎｊになるように設計することができる。
一方、ＢＪＴのベース（ｂａｓｅ）－エミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）の間に印加される電圧によってコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）－エミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）に流れる電流が異なる。ノイズによる増幅部１３０Ａ－３の入力電圧が０より大きい正のスイング（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、第１トランジスタ１１（例えば、ｎｐｎ ＢＪＴ）が動作することができる。ノイズによる増幅部１３０Ａ－３の入力電圧が０より小さい負のスイング（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、第２トランジスタ１２（例えば、ｐｎｐ ＢＪＴ）が動作することができる。
このような実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－３は、単相（二線）の電力システムの負荷で電源に移動する第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を補償（または相殺）するために使用することができる。ただし、これに限定されない。
図２２は、本発明のまた他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂの構成を概略的に示す図である。
図２２を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ｂは、第１装置３００に接続される大電流経路１１１、１１２、１１３、１１４のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、Ｉ１４を能動的に補償することができる。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂは、４つの大電流経路１１１、１１２、１１３、１１４、ノイズ結合コンデンサ部１８１、センシング変圧器１２０Ｂ、増幅部１３０Ｂ、補償部１６０Ｂ、補償分割コンデンサ部１８２及び減結合コンデンサ１７０Ｂを含むことができる。
アクティブ電流補償装置１００Ｂは、前述した実施形態に係る電流補償装置１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ａ－２、１００Ａ－３とは異なり、大電流経路１１１、１１２、１１３、１１４と非絶縁されることができる。しかしながら、このようなアクティブ電流補償装置１００Ｂにも、前述した実施形態と同じ集積回路部１３１Ａを使用することができる。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂは、互いに区別される第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２、第３大電流経路１１３及び第４大電流経路１１４を含むことができる。一実施形態によれば、第１大電流経路１１１はＲ相、第２大電流経路１１２はＳ相、第３大電流経路１１３はＴ相、第４大電流経路１１４はＮ相の電力線であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、Ｉ１４は、第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２、第３大電流経路１１３及び第４大電流経路１１４のそれぞれにコモンモードで入力されることができる。
一実施形態において、アクティブ電流補償装置１００Ｂは、入力側（すなわち、第１装置３００側）にノイズ結合０コンデンサ部１８１を設けることができる。ノイズ結合コンデンサ部１８１は、各相間のノイズを結合させるためのＸ－コンデンサ（Ｘ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ、Ｘ－ｃａｐ）で構成することができる。
センシング変圧器１２０Ｂの一次側１２１Ｂは、第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２、第３大電流経路１１３及び第４大電流経路１１４のそれぞれに配置され、二次側１２２Ｂに誘導電流を生成することができる。４つの大電流経路１１１、１１２、１１３、１１４上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、Ｉ１４によってセンシング変圧器１２０Ｂに生成される磁束密度は互いに補強されることができる。
増幅部１３０Ｂは、集積回路部１３１Ａ及び非集積回路部に区別されることができる。増幅部１３０Ｂにおいて集積回路部１３１Ａを除いた残りの構成は、非集積回路部に含まれることができる。例えば、非集積回路部に含まれた構成は、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）実用素子であることができるが、これに限定されるものではない。
集積回路部１３１Ａは、前述した集積回路部１３１Ａに対応することができる。すなわち、前述した集積回路部１３１Ａは、図２２に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂにも適用することができる。したがって、集積回路部１３１Ａの説明は重複するため、省略する。
増幅部１３０Ｂにおける非集積回路部は、前述した実施形態とは異なるように具現されることができる。この実施形態において、非集積回路部はインピーダンスＺ０、Ｚｄ、コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃを含むことができる。
インピーダンスＺ０とＺｄは、第１トランジスタ１１及び第２トランジスタ１２のベース側に接続されることができる。ここで、接続は間接的な接続を含む。インピーダンスＺｄは高周波安定のために設けることができる。例えば、Ｚｄは抵抗またはフェライトビーズ（ｆｅｒｒｉｔｅ ｂｅａｄ）であることができる。ただし、これに限定されない。インピーダンスＺ０は低周波安定のために設けることができる。さらに、Ｚ０はＤＣ信号を遮断（ｂｌｏｃｋ）することができる。例えば、Ｚ０は抵抗とコンデンサの直列接続であることができる。ただし、これに限定されない。
一方、電流補償装置１００Ｂの増幅部は、増幅部１３０Ｂに限定されるものではない。電流補償装置１００Ｂの増幅部は、前述した増幅部１３０Ａ、増幅部１３０Ａ－１、増幅部１３０Ａ－２及び増幅部１３０Ａ－３を含む増幅部のうち１つに具現されることもできる。ただし、これに限定されるものではない。
補償部１６０Ｂは、補償電流を一大電流経路（例えば、第４大電流経路１１４）に注入することができる。アクティブ電流補償装置１００Ｂの出力側（すなわち、第２装置２００側）には、補償分割コンデンサ部１８２を設けることができる。補償分割コンデンサ部１８２は、Ｘ－コンデンサで構成することができる。
アクティブ電流補償装置１００Ｂは、出力側（すなわち、第２装置２００側）に、減結合コンデンサ１７０Ｂを設けることができる。減結合コンデンサ１７０Ｂは、ＡＣ電源端インピーダンスの減結合用Ｙ－コンデンサであることができる。
このような実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ｂは、三相四線式の電力システムの負荷で電源に移動する第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３、Ｉ１４を補償（または相殺）するために使用することができる。
様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００、１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ａ－２、１００Ａ－３、１００Ｂは、パッシブＥＭＩフィルタと比較して、高電力システムにおける大きさ及び発熱の増加がわずかである。
様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）集積回路部１３１、１３１Ａを含むことで、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）半導体装置を含む場合に比べて大きさが最小限に抑えられる。集積回路部１３１Ａは、様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００、１００Ａ、１００Ａ－１、１００Ａ－２、１００Ａ－３、１００Ｂを含むアクティブ電流補償装置に汎用的かつ普遍的に（ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ）適用することができる。
様々な実施形態に係る集積回路部１３１Ａ及びそれを含むアクティブ電流補償装置は、定格電力（ｐｏｗｅｒ ｒａｔｉｎｇ）に関係なく様々な電力電子製品に使用することができる。様々な実施形態に係る集積回路部１３１Ａ及びそれを含むアクティブ電流補償装置は、高電力及び高雑音（ｈｉｇｈ－ｎｏｉｓｅ）システムにも拡張することができる。
ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）集積回路部１３１Ａにより、追加の構成要素なしでアクティブ電流補償装置の機能を拡張することができる。
様々な実施形態に係る集積回路部１３１Ａは、アクティブ電流補償装置が設置される大電流経路の過渡電圧に対しても十分に堅牢であることができる。
［４］ワンチップの集積回路を含むアクティブ電流補償装置
図２３は、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００を含むシステムの構成を概略的に示す図である。アクティブ電流補償装置１００は、第１装置３００から複数の大電流経路１１１、１１２を介してコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ、ＣＭ）に入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２（例えば、ＥＭＩノイズ電流）を能動的に補償することができる。
図２３を参照すると、アクティブ電流補償装置１００は、センシング部１２０、増幅部１３０及び補償部１６０を含むことができる。
本明細書において、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を使用する様々な形態の電力システムであることができる。例えば、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を用いて駆動される負荷であることができる。また、第１装置３００は、第２装置２００が供給する電源を用いてエネルギーを貯蔵し、貯蔵されたエネルギーを用いて駆動される負荷（例えば、電気自動車）であることができる。ただし、これに限定されない。
本明細書における第２装置２００は、第１装置３００に電源を電流及び／または電圧の形態で供給するための様々な形態のシステムであることができる。第２装置２００は、貯蔵されたエネルギーを供給する装置であることもできる。ただし、これに限定されない。
第１装置３００側には電力変換装置が位置することができる。例えば、前記電力変換装置のスイッチング動作により、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を電流補償装置１００に入力することができる。すなわち、第１装置３００側はノイズソースに対応することができ、第２装置２００側はノイズレシーバに対応することができる。
２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、第２装置２００によって供給される電源、すなわち第２電流Ｉ２１、Ｉ２２を第１装置３００に伝達する経路であることができるが、例えば、電力線であることができる。例えば、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれは、ライブライン（Ｌｉｖｅ ｌｉｎｅ）とニュートラルライン（Ｎｅｕｔｒａｌ ｌｉｎｅ）であることができる。大電流経路１１１、１１２の少なくとも一部は電流補償装置１００を通過することができる。第２電流Ｉ２１、Ｉ２２は、第２周波数帯域の周波数を有する交流電流であることができる。第２周波数帯域は、例えば５０Ｈｚ～６０Ｈｚ帯域であることができる。
また、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、第１装置３００で発生したノイズ、すなわち第１電流Ｉ１１、Ｉ１２が第２装置２００に伝達される経路であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれに対してコモンモード（Ｃｏｍｍｏｎ Ｍｏｄｅ）で入力されることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、様々な原因によって第１装置３００で意図せず発生される電流であることができる。例えば、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１装置３００と周辺環境との間の仮想の静電容量（Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）によって発生されるノイズ電流であることができる。あるいは、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１装置３００の電力変換装置のスイッチング動作によって発生されるノイズ電流であることができる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２は、第１周波数帯域の周波数を有する電流であることができる。第１周波数帯域は、前述した第２周波数帯域より高い周波数帯域であることができる。第１周波数帯域は、例えば、１５０ＫＨｚ～３０ＭＨｚ帯域であることができる。
一方、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は、図２３に示すように２つの経路を含むこともでき、図２８に示すように３つの経路を含むこともできる。さらに、２つ以上の大電流経路１１１、１１２は４つの経路を含むことができる。大電流経路１１１、１１２の数は、第１装置３００及び／または第２装置２００が使用する電源の種類及び／または形態に応じて変わることができる。
センシング部１２０は、２つ以上の大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知し、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２に対応する出力信号を生成することができる。すなわち、センシング部１２０は、大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知する手段を意味することができる。センシング部１２０には、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２のセンシングのために大電流経路１１１、１１２の少なくとも一部が通過することができるが、センシング部１２０内でセンシングによる出力信号が生成される部分は、大電流経路１１１、１１２と絶縁されることができる。例えば、センシング部１２０はセンシング変圧器で具現されることができる。センシング変圧器は、大電流経路１１１、１１２から絶縁された状態で大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知することができる。ただし、センシング部１２０はセンシング変圧器に限定されない。
一実施形態によれば、センシング部１２０は、増幅部１３０の入力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続されることができる。
増幅部１３０はセンシング部１２０に電気的に接続され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅し、増幅された出力信号を生成することができる。本発明において増幅部１３０による「増幅」とは、増幅対象の大きさ及び／又は位相を調節することを意味することができる。増幅部１３０は様々な手段で具現されることができ、アクティブ素子を含むことができる。一実施形態において、増幅部１３０はＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を含むことができる。例えば、増幅部１３０は、ＢＪＴ以外に抵抗とコンデンサなど複数のパッシブ素子を含むことができる。ただし、これに限定されず、本発明で説明する「増幅」のための手段は、本発明の増幅部１３０として制限なく使用することができる。
一実施形態によれば、増幅部１３０の第２基準電位６０２と電流補償装置１００の第１基準電位６０１とは、互いに区別されることができる。例えば、増幅部１３０が大電流経路１１１、１１２と絶縁になる場合に、増幅部１３０の第２基準電位６０２と電流補償装置１００の第１基準電位６０１とは互いに区別されることができる。
ただし、本発明はこれに限定されない。例えば、増幅部１３０が大電流経路１１１、１１２と非絶縁になる場合には、増幅部の基準電位と電流補償装置の基準電位とは区別されないことができる。
本発明の様々な実施形態に係る増幅部１３０は、ワンチップの集積回路（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）１３１及び非集積回路部（ｎｏｎ－ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｕｎｉｔ）１３２を含むことができる。ワンチップの集積回路（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ ＩＣ）１３１は、アクティブ電流補償装置１００の必須構成要素を含むことができる。必須構成要素はアクティブ素子を含むことができる。すなわち、増幅部１３０に含まれたアクティブ素子は、ワンチップの集積回路１３１に集積することができる。増幅部１３０のうち非集積回路部１３２はアクティブ素子を含まないことができる。集積回路１３１は、アクティブ素子だけでなくパッシブ素子をさらに含むことができる。
本発明の実施形態に係る集積回路１３１は、物理的に１つのＩＣチップであることができる。本発明の実施形態に係る集積回路１３１は、様々なデザインのアクティブ電流補償装置１００に適用することができる。本発明の一実施形態に係るワンチップの集積回路１３１は、独立したモジュールとして汎用性をもって様々なデザインの電流補償装置１００に適用することができる。
本発明の実施形態に係る非集積回路部１３２は、アクティブ電流補償装置１００のデザインに応じて変形されることができる。
ワンチップの集積回路１３１は、非集積回路部１３２に接続されるための端子ｂ１、ｂ２、ｅ１、ｅ２を含むことができる。集積回路１３１と非集積回路部１３２とは互いに結合し、増幅部１３０として機能することができる。集積回路１３１と非集積回路部１３２との組み合わせは、センシング部１２０から出力された出力信号から増幅信号を生成する機能を実行することができる。前記増幅信号は補償部１６０に入力されることができる。
集積回路１３１及び非集積回路部１３２を含む増幅部１３０の詳細な構成の例については、図２５、図２７及び図２８を参照して後述する。
増幅部１３０は、第１装置３００及び／または第２装置２００と区別される電源装置４００から電源を供給されることができる。増幅部１３０は、電源装置４００から電源を供給され、センシング部１２０が出力した出力信号を増幅して増幅電流を生成することができる。
電源装置４００は、第１装置３００及び第２装置２００とは無関係の電源から電源を供給され、増幅部１３０の入力電源を生成する装置であることができる。選択的に電源装置４００は、第１装置３００及び第２装置２００のうちいずれか１つの装置から電源を供給され、増幅部１３０の入力電源を生成する装置であることもできる。
ワンチップの集積回路（ｏｎｅーｃｈｉｐ ＩＣ）１３１は、電源装置４００に接続されるための端子ｃ１、第２基準電位６０２に接続されるための端子ｃ２及び非集積回路部１３２に接続されるための端子ｂ１、ｂ２、ｅ１、ｅ２を含むことができる。他の実施形態において、ワンチップの集積回路１３１は、他の機能のための端子をさらに含むことができる。
電源装置４００は、増幅部１３０を駆動するために、第２基準電位６０２を基準とする直流（ＤＣ）電圧Ｖｄｃを供給することができる。電源装置４００には、Ｖｄｃに対する減結合コンデンサＣｄｃが並列に接続されることができる。コンデンサＣｄｃは集積回路１３１の外部に接続されるが、電源端子ｃ１と第２基準電位に対応する端子ｃ２との間に接続されることができる。
増幅部１３０において集積回路１３１を除いた残りの構成は、非集積回路部１３２に含まれることができる。したがって、コンデンサＣｄｃが非集積回路部１３２に含まれるとも言えるだろう。
補償部１６０は、増幅部１３０によって増幅された出力信号に基づいて補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を生成することができる。補償部１６０の出力側は、大電流経路１１１、１１２に補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を流すために大電流経路１１１、１１２と接続されることができる。
一実施形態によれば、補償部１６０の出力側は増幅部１３０とは絶縁されることができる。例えば、補償部１６０は、前記絶縁のために補償変圧器を含むことができる。例えば、前記補償変圧器の一次側には増幅部１３０の出力信号が流れ、補償変圧器の二次側には前記出力信号に基づいた補償電流が生成されることができる。
ただし、本発明はこれに限定されない。他の一実施形態によれば、補償部１６０の出力側は増幅部１３０とは絶縁されることができる。この場合、増幅部１３０は大電流経路１１１、１１２と非絶縁されることができる。
補償部１６０は第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、２つ以上の大電流経路１１１、１１２のそれぞれを介して補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を大電流経路１１１、１１２に注入（ｉｎｊｅｃｔ）させることができる。補償電流ＩＣ１、ＩＣ２は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆であることができる。
図２４は、図２３に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａを概略的に示す図である。アクティブ電流補償装置１００Ａは、第１装置３００と接続される２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２（例えば、ノイズ電流）を能動的に補償することができる。
図２４を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ａは、センシング変圧器１２０Ａ、増幅部１３０及び補償部１６０Ａを含むことができる。
一実施形態において、前述したセンシング部１２０はセンシング変圧器１２０Ａを含むことができる。このとき、センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１、１１２から絶縁された状態で大電流経路１１１、１１２上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を検知するための手段であることができる。センシング変圧器１２０Ａは、第１装置３００側から大電流経路１１１、１１２（例えば、電力線）に入力されるノイズ電流である第１電流Ｉ１１、Ｉ１２をセンシングすることができる。
センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１，１１２上に配置される一次側１２１Ａ及び増幅部１３０の入力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続された二次側１２２Ａを含むことができる。センシング変圧器１２０Ａは、大電流経路１１１、１１２上に配置される一次側１２１Ａ（例えば、一次巻線）において、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２によって誘導される磁束密度に基づいて二次側１２２Ａ（例えば、二次巻線）に誘導電流を生成することができる。前記センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａは、例えば、１つのコアに第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２がそれぞれ巻回された巻線であることができる。ただし、これに限定されず、前記センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａは、第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２が前記コアを通過する形態であることもできる。
具体的には、第１大電流経路１１１（例えば、ライブライン）上の第１電流Ｉ１１によって誘導される磁束密度と、第２大電流経路１１２（例えば、ニュートラルライン）上の第１電流Ｉ１２によって誘導される磁束密度が互いに重なり合う（または補強される）ように構成することができる。このとき、大電流経路１１１、１１２上には第２電流Ｉ２１、Ｉ２２も流れるが、第１大電流経路１１１上の第２電流Ｉ２１によって誘導される磁束密度と、第２大電流経路１１２ ）上の第１電流Ｉ２２によって誘導される磁束密度は互いに相殺するように構成することができる。また、一例として、センシング変圧器１２０Ａは、第１周波数帯域（例えば、１５０ＫＨｚ～３０ＭＨｚの範囲を有する帯域）の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２によって誘導される磁束密度の大きさが第２周波数帯域（例えば、５０Ｈｚ～６０Ｈｚの範囲を有する帯域）の第２電流Ｉ２１、Ｉ２２によって誘導される磁束密度の大きさよりも大きいように構成することができる。
このように、センシング変圧器１２０Ａは、第２電流Ｉ２１、Ｉ２２によって誘導される磁束密度を互いに相殺するように構成成され、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２のみが検知されるようにすることができる。すなわち、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２が一定の割合で変換された電流であることができる。
例えば、センシング変圧器１２０Ａで、一次側１２１Ａと二次側１２２Ａの巻線比が１：Ｎｓｅｎであり、センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａの自己インダクタンスがＬｓｅｎだとすると、二次側１２２Ａは、Ｎｓｅｎ２・Ｌｓｅｎの自己インダクタンスを有することができる。このとき、二次側１２２Ａに誘導される電流は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２の１／Ｎｓｅｎ倍である。一例において、センシング変圧器１２０Ａの一次側１２１Ａと二次側１２２Ａとは、ｋｓｅｎの結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で結合することができる。
センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、増幅部１３０の入力端に接続されることができる。例えば、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、増幅部１３０の入力端と差動で接続され、増幅部１３０に誘導電流または誘導電圧を提供することができる。
増幅部１３０は、センシング変圧器１２０Ａによって検知されて二次側１２２Ａに誘導される電流を増幅させることができる。例えば、増幅部１３０は、前記誘導電流の大きさを一定の割合で増幅及び／又は位相を調節することができる。
本発明の様々な実施形態によれば、増幅部１３０は、ワンチップの集積回路（ｏｎｅーｃｈｉｐ ＩＣ）１３１と、前記ワンチップ以外の構成である非集積回路部１３２とを含むことができる。
集積回路１３１はアクティブ素子を含むことができる。集積回路１３１は、アクティブ素子を駆動するために第２基準電位６０２を基準とする電源装置４００に接続されることができる。第２基準電位６０２は、電流補償装置１００Ａ（または補償部１６０Ａ）の第１基準電位６０１と区別することができる。
ワンチップの集積回路１３１には、電源装置４００に接続されるための端子ｃ１、第２基準電位６０２に接続されるための端子ｃ２及び非集積回路部１３２に接続されるための端子ｂ１、ｂ２、ｅ１、ｅ２が形成されることができる。
補償部１６０Ａは、前述した補償部１６０の一例であることができる。一実施形態において補償部１６０Ａは、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａを含むことができる。前述した増幅部１３０によって増幅された増幅電流は、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａに流れることができる。
一実施形態に係る補償変圧器１４０Ａは、アクティブ素子を含む増幅部１３０を大電流経路１１１、１１２から絶縁させるための手段であることができる。すなわち、補償変圧器１４０Ａは、大電流経路１１１、１１２と絶縁された状態で、増幅電流に基づいて大電流経路１１１、１１２に注入するための補償電流を（二次側１４２Ａに）生成するための手段であることができる。
補償変圧器１４０Ａは、増幅部１３０の出力端と差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）に接続される一次側１４１Ａ及び大電流経路１１１，１１２と接続される二次側１４２Ａを含むことができる。補償変圧器１４０Ａは、一次側１４１Ａ（例えば、１次巻線）に流れる増幅電流によって誘導される磁束密度に基づいて二次側１４２Ａ（例えば、２次巻線）に補償電流を誘導することができる。
このとき、二次側１４２Ａは、後述する補償コンデンサ部１５０Ａと電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１とを接続させる経路上に配置されることができる。すなわち、二次側１４２Ａの一端は補償コンデンサ部１５０Ａを介して大電流経路１１１、１１２と接続され、二次側１４２Ａの他端はアクティブ電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１と接続されることができる。一方、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａ、増幅部１３０及びセンシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａの残りの構成要素と区別される第２基準電位６０２に接続されることができる。一実施形態に係る電流補償装置１００Ａの第１基準電位６０１と増幅部１３０の第２基準電位６０２とは区別されることができる。
このように、一実施形態に係る電流補償装置１００Ａは、補償電流を生成する構成要素に対して、残りの構成要素とは異なる基準電位（すなわち、第２基準電位６０２）を使用し、別途の電源装置４００を使用することによって、補償電流を生成する構成要素を絶縁状態で動作させることができ、これによりアクティブ電流補償装置１００Ａの信頼性を向上させることができる。ただし、本発明に係る集積回路１３１と非集積回路部１３２とを含むアクティブ電流補償装置は、このような絶縁構造に限定されるものではない。本発明の他の実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、大電流経路と非絶縁されることもできる。
一実施形態に係る補償変圧器１４０Ａにおいて、一次側１４１Ａと二次側１４２Ａの巻線比が１：Ｎｉｎｊであり、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａの自己インダクタンスがＬｉｎｊとすると、二次側１４２Ａは、Ｎｉｎｊ２．Ｌｉｎｊの自己インダクタンスを有することができる。このとき、二次側１４２Ａに誘導される電流は、一次側１４１Ａに流れる電流（すなわち、増幅電流）の１／Ｎｉｎｊ倍である。一例において、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａと二次側１４２Ａとは、ｋｉｎｊの結合係数（ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）で結合されることができる。
補償変圧器１４０Ａを介して変換された電流は、補償コンデンサ部１５０Ａを介して大電流経路１１１、１１２（例えば、電力線）に補償電流ＩＣ１、ＩＣ２として注入されることができる。したがって、補償電流ＩＣ１、ＩＣ２は、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を相殺させるために、第１電流Ｉ１１、Ｉ１２と大きさが同じで位相が逆であることができる。したがって、増幅部１３０の電流利得の大きさは、Ｎｓｅｎ．Ｎｉｎｊとなるように設計することができる。しかしながら、実際の状況では磁気結合損失が発生する可能性があるため、増幅部１３０の目標電流利得はＮｓｅｎ．Ｎｉｎｊよりも高く設計されることができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、前述したように補償変圧器１４０Ａによって生成された電流が２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれに流れる経路を提供することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、一端が補償変圧器１４０Ａの二次側１４２Ａに接続され、他端が大電流経路１１１、１１２のそれぞれに接続されるＹ－コンデンサ（Ｙ－ｃａｐａｃｉｔｏｒ, Ｙ－ｃａｐ）を含むことができる。例えば、２つのＹ－ｃａｐの一端は補償変圧器１４０Ａの二次側１４２Ａに接続されるノードを共有し、２つのＹ－ｃａｐのそれぞれの反対端はそれぞれ第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２に接続されるノードを有することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａは、補償変圧器１４０Ａによって誘導された補償電流ＩＣ１、ＩＣ２を電力線に流すことができる。補償電流ＩＣ１、ＩＣ２が第１電流Ｉ１１、Ｉ１２を補償（または相殺）することにより、電流補償装置１００Ａはノイズを低減させることができる。
一方、補償コンデンサ部１５０Ａは、補償コンデンサを介して２つの大電流経路１１１、１１２の間に流れる電流ＩＬ１が第１閾値サイズ未満になるように構成することができる。また、補償コンデンサ部１５０Ａは、補償コンデンサを介して２つの大電流経路１１１、１１２のそれぞれと第１基準電位６０１との間に流れる電流ＩＬ２が第２閾値サイズ未満になるように構成することができる。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａは、補償変圧器１４０Ａ及びセンシング変圧器１２０Ａを用いることにより、絶縁型（ｉｓｏｌａｔｅｄ）構造を実現することができる。
図２５は、図２４に示す実施形態のより具体的な一例を示したもので、本発明の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を概略的に示す図である。図２５に示すアクティブ電流補償装置１００Ａ－１、増幅部１３０Ａ及び集積回路１３１Ａは、図２４に示すアクティブ電流補償装置１００Ａ、増幅部１３０及び集積回路１３１の例である。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、センシング変圧器１２０Ａ、増幅部１３０Ａ、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａを含むことができる。一実施形態において、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に減結合コンデンサ部１７０Ａをさらに含むことができる。他の実施形態において、減結合コンデンサ部１７０Ａは省略されることもある。センシング変圧器１２０Ａ、補償変圧器１４０Ａ及び補償コンデンサ部１５０Ａの説明は重複するため省略する。
一実施形態において、センシング変圧器１２０Ａによって二次側１２２Ａで誘導された誘導電流は、増幅部１３０Ａに差動（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）で入力されることができる。
一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－１の増幅部１３０Ａは、ワンチップの集積回路部１３１Ａ及び非集積回路を含むことができる。増幅部１３０Ａにおいて集積回路１３１Ａを除いた残りの構成は、非集積回路部に含まれることができる。本発明の実施形態で、集積回路１３１Ａは物理的に１つのチップに具現される。非集積回路部に含まれた構成は、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）実用素子であることができる。非集積回路部は、実施形態によって異なるように具現することができる。非集積回路部は、同じワンチップの集積回路１３１Ａを様々なデザインのアクティブ電流補償装置１００に適用できるように変形されることができる。
ワンチップの集積回路１３１Ａは、ｎｐｎ ＢＪＴ１１、ｐｎｐ ＢＪＴ１２、ダイオード１３及び１つ以上の抵抗を含むことができる。
一実施形態において集積回路１３１Ａに含まれた１つ以上の抵抗は、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及び／またはＲｅを含むことができる。集積回路１３１Ａ内で、抵抗Ｒｎｐｎはｎｐｎ ＢＪＴ１１のコレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）ノードとベース（ｂａｓｅ）ノードとを結ぶことができる。集積回路１３１Ａ内で、抵抗Ｒｐｎｐはｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタノードとベースノードとを結ぶことができる。集積回路１３１Ａ内で、抵抗Ｒｅはｎｐｎ ＢＪＴ１１のエミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）ノードとｐｎｐ ＢＪＴ１２のエミッタノードとを結ぶことができる。
電源装置４００は、増幅部１３０Ａを駆動するために、ｎｐｎＢＪＰ１１のコレクタノードとｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタノードとの間にＤＣ電圧Ｖｄｃを供給することができる。ｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタノードは第２基準電位６０２に対応することができ、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のコレクタノードは第２基準電位６０２を基準とする、電源装置４００の供給電圧Ｖｄｃに対応することができる。
一実施形態において、バイアス（ｂｉａｓｉｎｇ）ダイオード１３は、集積回路１３１Ａ内でｎｐｎ ＢＪＴ１１のベースノードとｐｎｐ ＢＪＴ１２のベースノードとを結ぶことができる。すなわち、ダイオード１３の一端はｎｐｎ ＢＪＴ１１のベースノードに接続され、ダイオード１３の他端はｐｎｐ ＢＪＴ１２のベースノードに接続されることができる。
本発明の実施形態によれば、集積回路部１３１Ａに含まれる抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅ及び／またはバイアスダイオード１３は、ＢＪＴ１１、１２のＤＣバイアス（ｂｉａｓ）に使用することができる。本発明の一実施形態において、抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅ及びバイアスダイオード１３は、様々なアクティブ電流補償装置１００、１００Ａにおいて汎用的な構成であるため、ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）の集積回路部１３１Ａに集積することができる。
本発明の実施形態に係るワンチップの集積回路（ｏｎｅーｃｈｉｐ ＩＣ）１３１Ａは、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のベースに対応する端子ｂ１、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のコレクタに対応する端子ｃ１、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のエミッタに対応する端子ｅ１、ｐｎｐ ＢＪＴ１２のベースに対応する端子ｂ２、ｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタに対応する端子ｃ１及びｐｎｐ ＢＪＴ１２のエミッタに対応する端子ｅ１を含むことができる。ただし、これに限定されず、ワンチップの集積回路１３１Ａは、前記端子ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｅ１及びｅ２以外に他の端子をさらに含むことができる。
様々な実施形態において、ワンチップの集積回路１３１Ａの端子ｂ１、ｂ２、ｃ１、ｃ２、ｅ１及びｅ２のうち少なくとも１つは非集積回路部に接続することができる。ワンチップの集積回路１３１Ａと非集積回路部とは互いに結合し、一実施形態に係る増幅部１３０Ａとして機能することができる。
一実施形態において、非集積回路部はコンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃ、インピーダンスＺ１及びＺ２を含むことができる。
一実施形態によれば、集積回路（ｏｎｅーｃｈｉｐ ＩＣ）１３１Ａチップのベース端子ｂ１、ｂ２には、それぞれ非集積回路部のコンデンサＣｂが接続されることができる。集積回路１３１Ａチップのエミッタ端子ｅ１、ｅ２には、それぞれ非集積回路部のコンデンサＣｅが接続されることができる。集積回路１３１Ａの外部では、ｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタ端子ｃ２は第２基準電位６０２に接続されることができる。集積回路１３１Ａの外部では、両コレクタ端子ｃ１、ｃ２の間に電源装置４００を接続することができる。集積回路１３１Ａの外部では、両コレクタ端子ｃ１、ｃ２の間に非集積回路部のコンデンサＣｄｃを接続することができる。
非集積回路部に含まれたコンデンサＣｂ及びＣｅは、ＢＪＴ１１、１２のベースノード及びエミッタノードでＤＣ電圧を遮断（ｂｌｏｃｋ）することができる。コンデンサＣｂ及びＣｅは交流（ＡＣ）信号のみを選択的に結合させることができる。
コンデンサＣｄｃは、電圧Ｖｄｃに対するＤＣ用の減結合コンデンサであり、電源装置４００の供給電圧Ｖｄｃに対して並列に接続されることができる。コンデンサＣｄｃは、ｎｐｎ ＢＪＴ１１及びｐｎｐ ＢＪＴ１２の両コレクタの間をＡＣ信号のみを選択的に結合させることができる。
増幅部１３０Ａの電流利得は、インピーダンスＺ１とＺ２の割合で制御することができる。Ｚ１とＺ２は、センシング変圧器１２０Ａ及び補償変圧器１４０Ａの巻線比に応じて、必要な目標電流利得に応じて柔軟に設計することができる。したがって、Ｚ１とＺ２は、ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）集積回路１３１Ａの外部で（すなわち、非集積回路部に）具現されることができる。
集積回路１３１Ａと非集積回路部のＣｂ、Ｃｅ、Ｃｄｃ、Ｚ１、Ｚ２の組み合わせは、一実施形態に係る増幅部１３０Ａとして機能することができる。例えば、増幅部１３０Ａは、ｎｐｎ ＢＪＴ及びｐｎｐ ＢＪＴを含むｐｕｓｈ－ｐｕｌｌ増幅器構造を有することができる。
一実施形態において、センシング変圧器１２０Ａの二次側１２２Ａ側は、ＢＪＴ１１、１２のベース側とエミッタ側との間に接続されることができる。一実施形態において、補償変圧器１４０Ａの一次側１４１Ａ側は、ＢＪＴ１１、１２のコレクタ側とベース側との間に接続されることができる。ここで、接続は間接的に接続された場合を含む。
一実施形態において、増幅部１３０Ａは、出力電流をＢＪＴ１１、１２のベースに再び注入する回帰構造を有することができる。回帰構造であるため、増幅部１３０Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１の動作のための一定の電流利得を安定して得ることができる。
例えば、ノイズ信号による増幅部１３０Ａの入力電圧が０より大きい正のスイング（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、ｎｐｎ ＢＪＴ１１が動作することができる。このとき、動作電流はｎｐｎ ＢＪＴ１１を通る第１経路を介して流れることができる。ノイズによる増幅部１３０Ａの入力電圧が０より小さい負のスイング（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｓｗｉｎｇ）の場合、ｐｎｐ ＢＪＴ１２が動作することができる。このとき、動作電流はｐｎｐ ＢＪＴ１２を通る第２経路を介して流れることができる。
集積回路１３１Ａにおいて、抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及びＲｅは、ＢＪＴの動作点を調節することができる。抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ及びＲｅは、ＢＪＴの動作点に応じて設計することができる。
本発明の実施形態によれば、温度特性を有する素子がワンチップの集積回路（ｏｎｅーｃｈｉｐ ＩＣ）１３１Ａに集積されることができる。一実施形態によれば、ｎｐｎ ＢＪＴ１１、ｐｎｐ ＢＪＴ１２、バイアスダイオード１３、Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅがワンチップの集積回路１３１Ａに集積化されることができる。ワンチップに集積化する場合、個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）素子を使用する場合に比べて増幅部１３０Ａの大きさを最小限に抑えることができる。本明細書において、温度特性を有する素子とは、例えば、極低温から高温までの広い温度範囲で任意の回路特性を有する素子を指すことができる。温度特性を有する素子とは、広い温度範囲で温度変化に応じて素子特性が変化する素子を指すことができる。本発明の実施形態によれば、温度特性を有するアクティブ素子をワンチップの集積回路１３１Ａに内蔵化することにより、温度変化にも一定（または安定した）回路特性を有するワンチップの集積回路１３１Ａを具現することができる。本発明の実施形態によれば、温度特性を有するアクティブ素子をワンチップの集積回路１３１Ａに内蔵化することにより、温度変化にも一定の性能を出す増幅部１３０Ａ及びアクティブ電流補償装置１００Ａ－１を具現することができる。すなわち、ワンチップの集積回路１３１Ａは、温度変化にも増幅部１３０Ａが一定の性能を出すように設計されることができる。ここで増幅部１３０Ａが一定の性能を出すという意味は、一定範囲内で安定した性能を維持することを含む。
また、本発明の実施形態によれば、温度特性を有する素子（例えば、ＢＪＴ１１、１２、ダイオード１３、Ｒｅなど）が温度を共有することができる。したがって、温度に応じた特性を、例えば、シミュレーションなどを通じて予測しやすくすることができる。したがって、温度変化にも制御可能であり、予測可能な増幅部１３０Ａを設計することができる。一方、ＢＪＴ、ダイオード、抵抗で個別素子を使用するのであれば、前記素子の温度特性がそれぞれ異なる場合があり、アクティブ回路部の動作を予測することが難しいだろう。
また、本発明の実施形態によれば、半導体素子数の増加にも集積回路１３１Ａ及びアクティブ電流補償装置１００Ａのサイズ及び生産コストの増加はわずかであることができる。したがって、ワンチップの集積回路１３１Ａ及びアクティブ補償装置１００Ａの大量生産が容易であることができる。
非集積回路部のインダクタ、コンデンサ（例えば、Ｃｂ、Ｃｅ、Ｃｄｃ）、Ｚ１及びＺ２は、個別構成要素であり、ワンチップの集積回路１３１Ａの周辺に具現することができる。
コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃが交流（ＡＣ）信号を結合（ｃｏｕｐｌｅ）するために必要な静電容量は、数μＦ以上（例えば、１０μＦ）であることができる。この静電容量値はワンチップの集積回路内で具現することが困難であるため、コンデンサＣｂ、Ｃｅ及びＣｄｃは集積回路１３１Ａの外部に、すなわち非集積回路部に具現することができる。
非集積回路部の設計に応じて、ワンチップの集積回路１３１Ａを様々な電力システムの第１装置３００（または第２装置２００）に使用することができる。例えば、ワンチップの集積回路１３１Ａは、第１装置３００の定格電力とは無関係であることができ、非集積回路部は、第１装置３００の定格電力に従って設計することができる。例えば、インピーダンスＺ１とＺ２の値は、センシング変圧器１２０Ａと補償変圧器１４０Ａの巻線比及び増幅部１３０Ａの目標電流利得に基づいて決定することができる。ワンチップの集積回路１３１Ａの構成は、前記巻線比及び前記目標電流利得と無関係であることができる。
インピーダンスＺ１とＺ２は、様々な電力システムまたは様々な第１装置３００に対する設計柔軟性を達成するために集積回路の外部に、すなわち非集積回路部に具現することができる。Ｚ１とＺ２は、センシング変圧器１２０Ａ及び補償変圧器１４０Ａの巻線比に応じて、必要な目標電流利得に応じて柔軟に設計することができる。インピーダンスＺ１とびＺ２を調整することによって、同じ集積回路１３１Ａを様々な電力システムに適用できるようにする様々な電流補償装置を設計することができる。
特に、センシング変圧器１２０Ａの大きさとインピーダンス特性は、第１装置３００の最大定格電流に応じて変化しなければならない。したがって、広い周波数範囲でセンシングノイズ電流に対する注入電流の割合を均一にするためには、Ｚ１とＺ２の適切な設計が必要である。センシング変圧器１２０Ａと補償変圧器１４０Ａの巻線比及びＺ１とＺ２との割合を調整し、広い周波数範囲でセンシングノイズ電流に対する注入電流の割合を１に設計することができる。このために、インピーダンスＺ１とＺ２は、設計柔軟性のために集積回路１３１Ａの外部に具現することができる。一実施形態において、Ｚ１は抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列接続であることができ、Ｚ２は抵抗Ｒ２とコンデンサＣ２の直列接続であることができる。Ｃ１とＣ２がそれぞれＲ１とＲ２の隣に直列にさらに具現されるため、低周波数範囲でのセンシングノイズ電流に対する注入電流の割合はより良い性能を有することができる。
本発明の様々な実施形態に係る集積回路１３１Ａは、拡張性を考慮して設計されているため、様々なタイプのアクティブ電流補償装置で使用されることができる。同じタイプの集積回路１３１Ａを様々な実施形態に使用することができ、非集積回路部は実施形態によって異なるように設計することができる。
一方、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に、減結合コンデンサ部１７０Ａをさらに含むことができる。減結合コンデンサ部１７０Ａに含まれた各コンデンサの一端は、それぞれ第１大電流経路１１１及び第２大電流経路１１２に接続されることができる。前記各コンデンサの反対端は、電流補償装置１００Ａ－１の第１基準電位６０１に接続されることができる。
減結合コンデンサ部１７０Ａは、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１の補償電流の出力性能が第２装置２００のインピーダンス値の変化によって大きく変動しないようにすることができる。減結合コンデンサ部１７０ＡのインピーダンスＺＹは、ノイズ低減の対象となる第１周波数帯域で指定された値より小さい値を有するように設計することができる。減結合コンデンサ部１７０Ａの結合により、電流補償装置１００Ａ－１は、どのシステムにおいても独立したモジュールとして使用することができる。
一実施形態によれば、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１において減結合コンデンサ部１７０Ａを省略することができる。
図２６は、本発明の一実施形態に係るワンチップの集積回路（ｏｎｅーｃｈｉｐ ＩＣ）１３１Ａを概略的に示す図である。集積回路１３１Ａの詳細な説明は、前述した説明と重複するため省略する。
ＢＪＴのＤＣバイアス回路は、温度変化にも可能であれば一定のＤＣ動作点を有するように設計する必要がある。本発明の実施形態によれば、ＢＪＴ１１、１２のＤＣバイアス回路は、温度変化にも一定範囲内で安定したＤＣ動作点を有するように設計することができる。
図２６を参照すると、バイアスダイオード１３、抵抗Ｒｎｐｎ、Ｒｐｎｐ、Ｒｅは、ＤＣバイアス設計に使用することができる。ＢＪＴバイアスのために、バイアスダイオード１３の順方向電圧は、ＢＪＴのベースエミッタ電圧の２倍に当たるか、それより若干高い必要かある可能性がある。本発明の実施形態において、バイアスダイオード１３及び抵抗Ｒｅは、ＢＪＴ１１、１２の熱暴走（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｕｎａｗａｙ）を防止することができる。
一般に、ＢＪＴに電流が流れながら熱が発生すると、ＢＪＴの電流利得が増加し、これにより熱がさらに発生する。熱暴走は、このような正のフィードバックによって熱が増加し続け、ＢＪＴが損傷する現象を示す。
本発明の実施形態によれば、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のエミッタノードとｐｎｐ ＢＪＴ１２のエミッタノードとの間に抵抗Ｒｅを設けることにより、ＤＣバイアス電流を調整し、熱暴走を防止することができる。温度が上昇するにつれて、Ｒｅの抵抗（ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）も共に増加するため、電流Ｉｅが増加するのを防ぐことができる。したがって、抵抗Ｒｅは電流Ｉｅまたは熱に対して負のフィードバックとして作用することができる。
本発明の実施形態によれば、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のベースノードとｐｎｐ ＢＪＴ１２のベースノードとの間にダイオード１３を設けることにより、熱暴走を防止することができる。ダイオード１３は、温度が上昇するにつれ、順方向電流に比べて順方向電圧が低下する特性がある。したがって、本発明の実施形態において、ＢＪＴ１１、１２のベース端間に形成されたダイオード１３は、温度が上昇するにつれてベース端間の電圧を下げる役割を果たすことができる。これにより、ダイオード１３がない場合に比べ、ダイオード１３がある場合にＢＪＴ１１、１２がオンになる頻度が比較的に少ないことができる。したがって、温度の上昇による電流Ｉｅが比較的減少することができる。このように、ダイオード１３は、電流Ｉｅに対して負のフィードバックとして作用することができる。
前述したように、ＢＪＴ１１、１２に対して、温度による正のフィードバックと、Ｒｅ及びダイオード１３による負のフィードバックが共に作用することにより、ＢＪＴ１１、１２は温度変化にも一定の電流範囲を維持することができる。
ｎｐｎ ＢＪＴ１１及びｐｎｐ ＢＪＴ１２においてＤＣバイアス電圧が十分にバランスとられた場合、ＤＣエミッタ電流Ｉｅは下記の数式１のように求めることができる。
数式１において、Ｖｄｃはｎｐｎ ＢＪＴ１１のコレクタとｐｎｐ ＢＪＴ１２のコレクタとの間に供給される電圧であり、Ｉｄはダイオード１３の順方向バイアス電流であり、ＶｂｅはＢＪＴのベースエミッタ電圧であり、ｈｆｅはＢＪＴの電流利得である。また、一実施形態において、Ｒｂｉａｓ = Ｒｎｐｎ = Ｒｐｎｐである。
一実施形態において、Ｉｄ及びＶｂｅの値は、カスタマイズされた（ｃｕｓｔｏｍｉｚｅｄ）集積回路１３１Ａにおけるダイオード１３及びＢＪＴ１１、１２のＩＶ（電流－電圧）特性に応じて設計することができる。
図２７は、図２６に示すワンチップの集積回路１３１Ａの温度によるバイアス電圧と電流のシミュレーション結果を示す図である。図２７に示すグラフは、－５０℃から１２５℃までの温度変化による集積回路１３１ＡのＤＣシミュレーション結果である。
ＩｅはＤＣエミッタ電流であり、Ｖｂｎは第２基準電位６０２（すなわち、ＤＣ接地基準）に対するｎｐｎ ＢＪＴ１１のベースノードの電圧であり、Ｖｅｎは第２基準電位６０２に対するｎｐｎ ＢＪＴ１１のエミッタノードの電圧であり、Ｖｂｐは第２基準電位６０２に対するｐｎｐ ＢＪＴ１２のベースノードの電圧であり、Ｖｅｐは第２基準電位６０２に対するｐｎｐ ＢＪＴ１２ ）のエミッタノードの電圧である。
図２７を参照すると、ｎｐｎ ＢＪＴ１１のＶｂｅ（＝Ｖｂｎ－Ｖｅｎ）とｐｎｐ ＢＪＴ１２のＶｂｅ（＝Ｖｅｐ－Ｖｂｐ）は全温度範囲で約０．７５Ｖに維持されることがわかる。さらに、ＤＣバイアス電圧はＶｄｃの半分である６Ｖ付近で上手くバランスがとられている。すなわち、各ノードの電圧（Ｖｂｎ、Ｖｅｎ、Ｖｂｐ及びＶｅｐ）が温度に応じて一定に分布されることができる。各ノードの電圧が温度変化に応じて一定に分布するほど、アクティブ電流補償装置１００Ａ－１の性能に有利に作用することができる。
一実施形態によれば、温度が１２５℃まで上昇するにも関わらず、電流Ｉｅは約４０～５０ｍＡの範囲の一定水準を維持することがわかる。温度が上昇している間、電流Ｉｅは特定の範囲を超えて増加せず、むしろ４０℃以上で若干ン減少する。言い換えれば、温度が上昇しても電流Ｉｅが連続的に増加しないことから、熱暴走が起こらないことがわかる。
その結果、ワンチップの集積回路（ｏｎｅーｃｈｉｐ ＩＣ）１３１Ａにバイアス抵抗Ｒｅとダイオード１３が内蔵化されているお陰で、追加の個別部品を使用しなくても熱暴走を防止することができる。
一方、温度特性を有する素子（例えば、ＢＪＴ１１、１２、ダイオード１３、Ｒｅなど）が個別（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）素子である場合、素子が温度を共有するには限界がある。この場合、抵抗、ダイオード１３、ＢＪＴ１１、１２の温度特性がそれぞれ異なることができる。したがって、実際の温度に応じたバイアス電圧及び電流を予測及び制御することが難しいことができる。また、商用個別素子で増幅部を構成する場合、ＩＶ（電流－電圧）特性を自由にデザインすることが難しいため、アクティブ電流補償装置のための最適の設計が難しい場合がある。また、個別素子を使用する場合、半導体素子の数に応じて生産コストが継続的に増加することがある。
本発明の実施形態において、アクティブ電流補償装置の増幅部は、ワンチップの集積回路１３１Ａを含むことで、半導体素子の特性を考慮してエミッタ電流Ｉｅと電圧を所望に応じて調整することができる。本発明の実施形態において、温度特性を有する素子がワンチップの集積回路（ｏｎｅーｃｈｉｐ ＩＣ）内に形成されて温度を共有するため、温度に応じた素子の特性を予測しやすいことができる。本発明の実施形態に係る集積回路１３１Ａの場合、半導体素子の数の増加によるサイズの増加はわずかで、大量生産によるコストの増加もわずかであることができる。
図２８は、本発明の他の一実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２の構成を概略的に示す。以下では、図２４～図２７を参照して説明した内容と重複する内容の説明は省略する。
図２８を参照すると、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、第１装置３００に接続される大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれにコモンモードで入力される第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３を能動的に補償することができる。
そのために、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、３つの大電流経路１１１、１１２、１１３、センシング変圧器１２０Ａ－２、増幅部１３０Ａ、補償変圧器１４０Ａ、補償コンデンサ部１５０Ａ－２を含むことができる。
前述した実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ、１００Ａ－１と比較して見れば、図２８に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２は３つの大電流経路１１１、 １１２、１１３を含み、それによってセンシング変圧器１２０Ａ－２及び補償コンデンサ部１５０Ａ－２の相違点がある。したがって、以下では、上述した相違点を中心にアクティブ電流補償装置１００Ａ－２について説明する。
アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、互いに区別される第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３を含むことができる。一実施形態によれば、第１大電流経路１１１はＲ相、第２大電流経路１１２はＳ相、第３大電流経路１１３ＢはＴ相の電力線であることもできる。第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３は、第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３のそれぞれにコモンモードで入力されることもできる。
センシング変圧器１２０Ａ－２の一次側１２１Ａ－２は、第１、第２、第３大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれに配置され、二次側１２２Ａ－２に誘導電流を生成することができる。３つの大電流経路１１１、１１２、１１３上の第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３によってセンシング変圧器１２０Ａ－２に生成される磁束密度は互いに補強されることができる。
図２８に示す実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２において、増幅部１３０Ａは、前述した増幅部１３０Ａに対応することができる。
補償コンデンサ部１５０Ａ－２は、補償変圧器１４０Ａによって生成された補償電流ＩＣ１、ＩＣ２、ＩＣ３が第１、第２、第３大電流経路１１１、１１２、１１３のそれぞれに流れる経路を提供することができる。
アクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、出力側（すなわち、第２装置２００側）に、減結合コンデンサ部１７０Ａ－２をさらに含むことができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２に含まれた各コンデンサの一端は、それぞれ第１大電流経路１１１、第２大電流経路１１２及び第３大電流経路１１３に接続されることができる。前記各コンデンサの反対端は、電流補償装置１００Ａ－２の第１基準電位６０１に接続されることができる。
減結合コンデンサ部１７０Ａ－２は、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２の補償電流の出力性能が第２装置２００のインピーダンス値の変化によって大きく変動しないようにすることができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２のインピーダンスＺＹは、ノイズ低減の対象となる第１周波数帯域で指定された値より小さい値を有するように設計することができる。減結合コンデンサ部１７０Ａ－２の結合により、電流補償装置１００Ａ－２は、どのシステム（例えば、三相三線式）においても独立したモジュールとして使用することができる。
一実施形態によれば、アクティブ電流補償装置１００Ａ－２において減結合コンデンサ部１７０Ａ－２を省略することができる。
このような実施形態に係るアクティブ電流補償装置１００Ａ－２は、三相三線式の電力システムの負荷で電源に移動する第１電流Ｉ１１、Ｉ１２、Ｉ１３を補償（または相殺）するために使用することができる。
本発明の技術的思想によって、様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置は、三相四線式にも適用できるように変更できるのは言うまでもない。
本発明の一実施形態に係る増幅部１３０Ａは、図２５に示す単相（二線）式、図２８に示す三相三線式及び図示していないが、三相四線式にも適用することができる。ワンチップの集積回路１３１Ａを複数のシステムに適用することができるため、集積回路１３１Ａは様々な実施形態に係るアクティブ電流補償装置において汎用性を有することができる。
本発明で説明する特定の実行は、一実施形態であり、いかなる方法でも本発明の範囲を限定するものではない。本明細書の簡潔さのために、従来の電子的な構成、制御システム、ソフトウェア、前記システムの他の機能的側面の記載は省略することができる。さらに、図面に示されている構成要素間の線の連結または連結部材は、機能的連結及び／または物理的または回路的連結を例示的に示したものであり、実際の装置では代替可能または追加の様々な機能的連結、物理的連結、または回路的連結として示すことができる。
本発明の思想は、前記説明した実施形態に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲のみならず、この特許請求の範囲と均等またはこれから等価的に変更された全ての範囲は、本発明の思想の範疇に属すると言えよう。

Claims (24)

  1. 少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置において、
    前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、
    前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、
    前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部と、
    前記増幅部の誤動作を検知する誤動作検知部と、を含み、
    前記増幅部の少なくとも一部と前記誤動作検知部は、一つの集積回路（ＩＣ）チップに内蔵化された、
    アクティブ電流補償装置。
  2. 前記増幅部に含まれた２つのノードでの信号が差動で前記誤動作検知部に入力される、
    請求項１に記載のアクティブ電流補償装置。
  3. 前記増幅部は第１トランジスタ及び第２トランジスタを含み、
    前記第１トランジスタの一ノード及び前記第２トランジスタの一ノードは、前記誤動作検知部の入力端に接続される、
    請求項１に記載のアクティブ電流補償装置。
  4. 前記誤動作検知部は、
    前記増幅部に含まれた２つのノードでの差動ＤＣ電圧を検知し、
    前記差動ＤＣ電圧が所定の範囲内であるか否かを検出する、
    請求項１に記載のアクティブ電流補償装置。
  5. 前記集積回路チップは、
    前記増幅部及び前記誤動作検知部に電源を供給する電源装置と接続されるための端子、前記増幅部及び前記誤動作検知部の基準電位と接続されるための端子及び前記誤動作検知部の出力端子を含む、
    請求項１に記載のアクティブ電流補償装置。
  6. 前記集積回路チップは、
    前記誤動作検知部に電源を選択的に供給するためのスイッチと接続される端子を含む、
    請求項１に記載のアクティブ電流補償装置。
  7. 少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置において、
    前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、
    電源を供給する電源装置から第１電圧を入力されて所定の大きさの第２電圧に変換する電力管理部と、
    前記第２電圧で駆動され、前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、
    前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部と、を含み、
    前記増幅部に含まれたアクティブ素子と前記電力管理部に含まれたアクティブ素子は、一つの集積回路（ＩＣ）チップに内蔵化された、
    アクティブ電流補償装置。
  8. 前記電力管理部は、
    任意の大きさの第１電圧から一定の大きさの第２電圧を出力するためのスイッチング信号を生成する電力変換部と、
    前記電力変換部から出力された電圧信号を再び電力変換部に送信することで前記電力管理部が一定の大きさの第２電圧を出力できるようにするフィードバック部と、
    前記電圧信号の直流成分のみを通過させるフィルタ部と、を含む、
    請求項７に記載のアクティブ電流補償装置。
  9. 前記電力変換部は前記直接回路チップに内蔵化され、
    前記フィードバック部の少なくとも一部及び前記フィルタ部は、前記直接回路チップの外部に配置される個別実用素子である、
    請求項８に記載のアクティブ電流補償装置。
  10. 前記電力変換部は、
    前記電力変換部の内部回路を駆動させるためのＤＣ低電圧を生成するレギュレータを含む、
    請求項９に記載のアクティブ電流補償装置。
  11. 前記電力変換部は、前記レギュレータから提供された前記ＤＣ低電圧を用いて前記スイッチング信号を生成するパルス幅変調回路と、前記スイッチング信号に応じて選択的にオンになる第１スイッチ及び第２スイッチを含む、
    請求項１０に記載のアクティブ電流補償装置。
  12. 前記少なくとも２つ以上の大電流経路は、第２装置によって供給される大電流を第１装置に伝達し、
    前記電源装置は、前記第１装置または前記第２装置の電源供給装置である、
    請求項７に記載のアクティブ電流補償装置。
  13. 少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置において、
    第２装置によって供給される電源を第１装置に伝達する少なくとも２つ以上の大電流経路と、
    前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、
    前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、
    前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部と、を含み、
    前記増幅部は、非集積回路部とワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）集積回路部とを含み、
    前記非集積回路部は前記第１装置と前記第２装置のうち少なくとも１つ以上の電力システムに応じて設計され、
    前記ワンチップの集積回路部は前記第１装置と前記第２装置の定格電力仕様とは無関係である、
    アクティブ電流補償装置。
  14. 前記非集積回路部は、前記第１装置の定格電力に応じて設計される、
    請求項１３に記載のアクティブ電流補償装置。
  15. 前記ワンチップ（ｏｎｅ－ｃｈｉｐ）の集積回路部は、第１トランジスタ、第２トランジスタ及び１つ以上の抵抗を含む、
    請求項１３に記載のアクティブ電流補償装置。
  16. 前記非集積回路部は、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのエミッタノード側と前記補償部の入力端とを接続させる第１インピーダンスＺ１と、前記第１トランジスタ及び前記第２トランジスタのベースノード側と前記補償部の入力端とを接続させる第２インピーダンスＺ２を含む、
    請求項１５に記載のアクティブ電流補償装置。
  17. 前記センシング部はセンシング変圧器を含み、
    前記補償部は補償変圧器を含み、
    前記第１インピーダンスの値または前記第２インピーダンスの値は、前記センシング変圧器と前記補償変圧器の巻線比及び前記増幅部の目標電流利得に基づいて決定され、
    前記ワンチップ直接回路部の構成は、前記巻線比及び前記目標電流利得と無関係である、
    請求項１６に記載のアクティブ電流補償装置。
  18. 前記第１インピーダンス及び前記第２インピーダンスの設計に応じて、前記ワンチップの集積回路部を様々な電力システムの第１装置に使用される、
    請求項１６に記載のアクティブ電流補償装置。
  19. 少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれにコモンモードで発生するノイズを能動的に補償するアクティブ電流補償装置において、
    前記大電流経路上のコモンモードノイズ電流に対応する出力信号を生成するセンシング部と、
    前記出力信号を増幅して増幅電流を生成する増幅部と、
    前記増幅電流に基づいて補償電流を生成し、前記補償電流を前記少なくとも２つ以上の大電流経路それぞれに流せる補償部と、を含み、
    前記増幅部は、非集積回路部とワンチップの集積回路とを含み、
    前記ワンチップの集積回路には、温度変化に応じて素子特性が変化するアクティブ素子が内蔵化され、
    前記ワンチップの集積回路は、温度変化にも前記増幅部が一定範囲内の性能を維持するように設計される、
    アクティブ電流補償装置。
  20. 前記ワンチップの集積回路には、ｎｐｎ ＢＪＴとｐｎｐ ＢＪＴが内蔵化され、
    前記ｎｐｎ ＢＪＴのベースノードと前記ｐｎｐ ＢＪＴのベースノードとの間にはダイオードが接続される、
    請求項１９に記載のアクティブ電流補償装置。
  21. 前記ｎｐｎ ＢＪＴのエミッタノードと前記ｐｎｐ ＢＪＴのエミッタノードとの間には抵抗が接続される、
    請求項２０に記載のアクティブ電流補償装置。
  22. 前記ダイオードは、前記抵抗を流れるエミッタ電流を低減させる機能を果たす、
    請求項２１に記載のアクティブ電流補償装置。
  23. 前記ダイオード及び前記抵抗は、前記ｎｐｎ ＢＪＴ及び前記ｐｎｐ ＢＪＴのＤＣバイアス電流を調整する、
    請求項２１に記載のアクティブ電流補償装置。
  24. 前記抵抗を流れるエミッタ電流は、温度が変化するにつれて所定の範囲を維持する、
    請求項２１に記載のアクティブ電流補償装置。
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