JP3313334B2 - ノイズ低減回路 - Google Patents

ノイズ低減回路

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、GTOやIGBT
等の半導体素子を使用したコンバータ/インバータ装置
により交流/直流変換する際に直流電源回路側に流れる
大地漏洩電流を減少させるノイズ低減回路に関する。
【0002】
【従来の説明】近年、スイッチング素子が発生する高調
波が増大し、EMI(電磁妨害)問題がクローズアップ
されている。一般にインバータ装置で負荷に電力を供給
すると、高速スイッチングによって負荷回路とフレーム
アース間及び負荷へのケーブル配線とアース間の浮遊容
量Cを通じて漏洩電流が流れる。
【0003】図3を用いて、漏洩電流の流れるメカニズ
ムについて説明する。交流電源1から三相交流電圧が全
波整流回路2に供給される。全波整流回路2は、三相ブ
リッジ接続されたダイオードD1〜D6からなり、前記
三相交流電圧を直流電圧に変換する。
【0004】全波整流回路2の出力端子PN間には直流
コンデンサ3が接続され、直流コンデンサ3と並列には
バッテリ等の直流電源4が接続される。インバータ回路
5は、三相ブリッジ接続されたスイッチング素子Q1〜
Q6からなり、直流電圧を交流電圧に変換し、負荷6を
駆動する。
【0005】このとき、負荷6がフレーム、大地間に浮
遊容量Cを有していると、インバータ回路5の各スイッ
チング素子のオン・オフに伴い、パルス状の電圧が負荷
6に印加されると、負荷6の端子とフレーム、大地間に
もパルス的な電圧が印加される。
【0006】このときの電圧変化率dv/dtにより、
浮遊容量Cを通じてノイズ電流である漏洩電流I1が流
れる。この漏洩電流I1は、インバータ回路5を介した
直流電源4と負荷6と大地からなる回路に流れ、漏電ブ
レーカの誤動作や感電事故等の原因となる。
【0007】更に、スイッチング素子がオン・オフする
際のdv/dt、di/dtが原因と考えられる負荷回
路の絶縁破壊、或いは他の電子機器への電磁誘導障害な
どの新たな問題も生じている。
【0008】かかる漏洩電流I1による不都合を解消す
る観点から、図4に示すようにノイズ低減回路が適用さ
れている。このノイズ低減回路は、EMIフィルタと呼
ばれるラインフィルタ7からなり、直流電源4と直流コ
ンデンサ3との間に設けられる。これにより、漏洩電流
I1は、ラインフィルタ7を介して流れることになり、
ラインフィルタ7により除去される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ラインフィルタは、ノ
イズ除去の作用を有するが、スイッチング素子のオン・
オフ周波数の上昇に伴いノイズ除去効果を十分に得るこ
とができなくなる。また、リアクトル又はリアクトルと
コンデンサの組み合わせからなるノイズ低減回路によっ
て、ある程度ノイズを除去することができるが、ノイズ
除去効果を高めるためには大きなリアクトルが必要とな
り、ノイズフィルタが大型かつ高価になる。
【0010】よって、本発明は、上記問題を鑑み、ノイ
ズ低減回路の小型化、低コスト化及び高性能化を図り、
対アース電圧を常に一定に保つようなノイズ低減回路を
提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1に係るノイズ低減回路では、整流
手段の正側出力ライン及び負側出力ラインには、整流さ
れた直流電圧が印加されるが、この直流電圧は正側及び
負側のコンデンサにより中間の直列接続点をアース電位
に固定されて分圧されている。
【0012】このため、正側出力ラインはアース電位に
対して常に正の一定電圧を供給でき、負側出力ラインは
アース電位に対して常に負の一定電圧を供給できる。こ
のように、対ア―ス電圧を常に一定に保持できるので、
従来とは異なり、ノイズ補償電流の制御性を向上される
ことができる。
【0013】また、素子制御手段により、正側及び負側
スイッチング素子がオン・オフ制御されると、ノイズ補
償電流がインバータのアースされた直流入力ラインに対
し、結合コンデンサ、正側スイッチング素子、正側出力
ライン及び正側のコンデンサを通り、あるいは結合コン
デンサ、負側スイッチング素子、負側出力ライン及び負
側のコンデンサを通って流れるので、容易且つ確実にノ
イズを低減することができる。
【0014】本発明の請求項2に係るノイズ低減回路で
は、漏洩電流の検出を接続手段と直流入力ラインとの接
続点よりも前記直流電源側で行うことにより、請求項1
に対応する作用に加え、接続点におけるノイズ補償電流
の流入または流出とは無関係に漏洩電流を検出すること
ができるので、動作の確実性を向上されることができ
る。
【0015】本発明の請求項3に係るノイズ低減回路で
は、直流電源は片側アースされたものであるので、請求
項1または請求項2に対応する作用と同様の作用を奏す
ることができる。
【0016】本発明の請求項4に係るノイズ低減回路で
は、正側及び負側スイッチング素子はそれぞれ複数のス
イッチング素子が電気的に並列に接続されるため、請求
項1乃至請求項3のいずれかに対応する作用に加え、漏
洩電流が大きな値を持っていても、それを打ち消すノイ
ズ補償電流を流すことができる。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実
施の形態の構成図である。ここで、図3と同一要素につ
いては同一符号を付し説明は省略する。
【0018】交流電源1から三相交流電圧が全波整流回
路2に供給される。全波整流回路2は、三相ブリッジ接
続されたダイオードD1〜D6からなり、前記三相交流
電圧を直流電圧に変換する。
【0019】全波整流回路2の出力端子PN間には直流
コンデンサ3が接続され、直流コンデンサ3と並列には
バッテリ等の直流電源4が接続される。インバータ回路
5は、三相ブリッジ接続されたスイッチング素子Q1〜
Q6からなり、直流電圧を交流電圧に変換し、負荷6を
駆動する。
【0020】漏洩電流検出器8は、例えばフェライトか
らなる環状のコアの零相CTであり、電源ラインの電流
の差からなる漏洩電流を検出する。尚、ノイズ低減回路
9を通って直流電源に帰る電流は、漏洩電流I1を減少
させた電流を検出させるため、漏洩電流検出器8は直流
電源側でなければならない。
【0021】ノイズ低減回路9は、増幅器10、npn
型トランジスタTr1、pnp型トランジスタTr2、
結合コンデンサC1、絶縁トランス11、整流器12、
コンデンサC2、C3とからなる。
【0022】増幅器10は、漏洩電流検出器8の出力を
増幅して出力信号を各トランジスタTr1、Tr2のベ
ースに与える。トランジスタTr1、Tr2は、互いに
逆の極性を有するもので、互いに逆に動作する。尚、本
回路におけるトランジスタTr1、Tr2には、高耐
圧、高周波、高電流増幅という動作性能が要求される。
【0023】各トランジスタTr1、Tr2のうち、n
pn型トランジスタTr1は、コレクタが正側出力ライ
ンP1に接続され、エミッタがpnp型トランジスタT
r2のエミッタ及び結合コンデンサの一端に接続され、
pnp型トランジスタTr2のコレクタは負側出力ライ
ンN1に接続されている。結合コンデンサC1の他端は
アースに接続されている。
【0024】絶縁トランス11は、電源ラインに一次側
が接続され、二次側が整流器12に接続される。整流器
12は、絶縁トランス11の二次側の出力交流電圧を全
波整流して直流電圧を正側出力ラインP1及び負側出力
ラインN1の間にて、 npn型トランジスタTr1及
びpnp型トランジスタTr2に供給する電源機能を有
しており、具体的には正側出力ラインP1がコンデンサ
C2の一端及びnpn型トランジスタTr1のコレクタ
に接続され、負側出力ラインN1がコンデンサC3の一
端及びpnp型トランジスタTr2のコレクタに接続さ
れる。
【0025】更に、コンデンサC2とコンデンサC3の
接続点は、インバータ回路5の入力ラインN(直流電源
4のアースされた端子)に接続される。次にノイズ低減
の動作について説明する。
【0026】整流器12の正側出力ラインP1及び負側
出力ラインN1は、全波整流された直流電圧が印加され
るが、この直流電圧は2つのコンデンサC2、C3によ
り中間の直列接続点をアース電位に固定されて分圧され
ている。
【0027】このため、正側出力ラインP1は、アース
電位に対して常に正の一定電圧を供給でき、負側出力ラ
インN1は、アース電位に対して常に負の一定電圧を供
給できる。
【0028】具体的には、このノイズ低減回路9におい
ては、各トランジスタTr1、Tr2が増幅器10から
出力信号をベースに受けると、互いに逆にオン・オフ動
作し、正側出力ラインP1又は負側出力ラインN1を結
合コンデンサC1を介してアースに接続する。
【0029】例えば、漏洩電流I1が負荷6から直流電
源4のアースラインに向かって流れる場合には、トラン
ジスタTr2をオンさせる。これにより、結合コンデン
サC1からトランジスタTr2、コンデンサC3を通っ
てインバータ回路5の入力ラインにつながる閉回路にノ
イズ補償電流が流れ、アースラインを通って直流電源4
のアース端子に流れ込む漏洩電流I1を打ち消すことに
なる。
【0030】また、直流電源4のアースラインから負荷
6へ漏洩電流I1が流れる場合には、トランジスタTr
1をオンさせる。これにより、インバータ回路5の入力
ラインからコンデンサC1、トランジスタTr1、結合
コンデンサC1を通ってノイズ補償電流が流れ、アース
ラインから負荷6に流出する漏洩電流I1を打ち消すこ
とになる。
【0031】以上のように、本実施の形態によれば、正
側出力ラインP1は、アース電位に対して常に正の一定
電圧を供給でき、負側出力ラインN1は、アース電位に
対して常に負の一定電圧を供給できる。
【0032】また、トランジスタTr1、Tr2をオン
・オフ制御することで、ノイズ補償電流がインバータ回
路の直流入力ラインと大地との間でノイズ低減回路を通
って流れるので、ノイズ電流としての漏洩電流I1を打
ち消すことができ、容易且つ確実にノイズを低減させる
ことができる。
【0033】更に、絶縁トランス11を介しているた
め、インバータ装置5に印加する電圧、容量に関係なく
自由な電圧に設定することができる。そのため、一般に
市販されているnpn型トランジスタやpnp型トラン
ジスタのような電流制御用素子を使用して構成すること
ができる。
【0034】よって、構成が簡単で小形、安価、高速制
御可能なノイズ低減回路を実現することができる。次に
本発明の第2の実施の形態について説明する。
【0035】図2は、本発明の第2の実施の形態の構成
図である。ここでは、図1と同一要素については同一符
号を付し、説明を省略する。本実施の形態は、大きい値
の漏洩電流I1を補償するため、大きい値のノイズ補償
電流の制御を図るものであり、具体的には、ノイズ低減
回路9がnpn型トランジスタTr1及びpnp型トラ
ンジスタTr2からなる直列回路の数を増加し、これら
直列回路を互いに電気的に並列に接続した構成となって
いる。尚、直列回路の並列数は漏洩電流の大きさに比例
して適宜設定可能である。
【0036】以上のような構成により、複数のnpn型
トランジスタTr1の並列回路及び複数のpnp型トラ
ンジスタTr2の並列回路としては大きな電流容量を有
するので、漏洩電流I1が大きな値を持っていても、そ
れを打ち消すノイズ補償電流を流すことができる。
【0037】尚、各トランジスタTr1、Tr2に流せ
る電流は、各トランジスタTr1、Tr2の定格電流で
制限され、このような高周波制御が可能な制御素子は一
般に電圧の低い且つ容量の小さなものしか存在しない。
仮に高電圧大容量の制御素子を製造したとしても用途が
限られるため、コストの非常に高いものになる。
【0038】本実施の形態では、絶縁トランスを介する
ことにより、任意に電圧を設定可能であるため、電圧と
は無関係に電流容量を増大させるように各トランジスタ
Tr1、Tr2を並列に接続することで可能となる。
【0039】尚、上記実施の形態では、npn型トラン
ジスタTr1及びpnp型トランジスタうTr2をノイ
ズ補償電流の制御用素子として用いた場合を示したが、
これに限らず、トランジスタTr1、Tr2に代えて同
様の高耐圧、高周波、高電流増幅という動作性能を満た
す制御用素子としても実現することができる。
【0040】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
制御素子の働きによってノイズ成分を打ち消すための補
償電流を注入することができる。また、リアクトル等の
受動素子に基づくフィルタと比較して装置の小型化、高
性能化を図れ、ノイズ電流である漏洩電流が制御不能に
なることもない。
【0041】更に、絶縁トランスを介することによりイ
ンバータ装置の電圧・容量に無関係に自由な電圧に設定
可能で、そのため一般に市販されている制御素子を使用
でき、構成が簡単で小形、高速制御可能なノイズ低減回
路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態の構成図。
【図2】 本発明の第2の実施の形態の構成図。
【図3】 従来のインバータ装置における漏洩電流のメ
カニズムの説明図。
【図4】 従来のノイズ低減回路の構成図。
【符号の説明】
1・・・交流電源 2・・・整流回路 3・・・直流コンデンサ 4・・・直流電源 5・・・インバータ回路 6・・・負荷 7・・・ラインフィルタ 8・・・漏洩電流検出器 9・・・ノイズ低減回路 10・・・増幅器 11・・・絶縁トランス 12・・・整流器 C1・・・結合コンデンサ C2、C3・・・コンデンサ Tr1、Tr2・・・トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−266677(JP,A) 特開 平1−243843(JP,A) 特開 平10−136654(JP,A) 特開 平8−251927(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 7/48

Claims (4)

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