JP3804825B2 - 電力変換装置のノイズ低減装置 - Google Patents

電力変換装置のノイズ低減装置 Download PDF

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ装置等の電力変換装置におけるノイズ低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２にこの種の従来例を示す。
【０００３】
すなわち、交流電源１に整流器２の入力が、整流器２の出力には電流検出器５の入力を介してコンデンサＣ0が、コンデンサＣ0には半導体スイッチQ1~Q6より構成されたインバータ３が、インバータ３の出力にはモータ４が、交流電源１にはコンデンサＣ2とＣ3の直列回路がそれぞれ接続されている。また、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜型電界効果トランジスタ）ＦＥＴ1とＦＥＴ2が直列接続されてコンデンサＣ0と並列に、電流検出器５の出力はＦＥＴ1とＦＥＴ2のゲートとソース間にそれぞれ抵抗Ｒ1，Ｒ2を介して、ＦＥＴ1のソースとＦＥＴ2のドレインは、コンデンサＣ1を介して接地Ｇに、コンデンサＣ2とＣ3の接続点も接地Ｇにそれぞれ接続されている。
【０００４】
ＦＥＴ1，ＦＥＴ2はここでは増幅器として用いられ、このＦＥＴ1，ＦＥＴ2とコンデンサＣ1により、電流検出器５にて検出された漏れ電流（漏洩電流）に応じこれと逆相の電流を、電力変換装置の漏れ電流が流れている電力線に供給する電流供給回路６を形成している。
【０００５】
図2の動作について説明する。
【０００６】
３相インバータ回路３のスイッチQ1~Q6は、ＰＷＭ（パルス幅変調）パルスでオン，オフ制御され、モータ４はこのインバータ回路３の出力電圧で駆動される。モータ４と接地Ｇとの間には静電容量Ｃがある。したがって、インバータ回路３からパルス的に電圧が印加される度に、静電容量Ｃを通って漏れ電流ｉc（＝Ｃ・ｄｖ／ｄｔ）が流れる。電流検出器５はモータ４と図示されない静電容量Ｃを流れる漏れ電流を検出し、ＦＥＴ1またはＦＥＴ2を駆動する。電流検出器５の出力電圧ｖG1（ｖG2）がＦＥＴ1（ＦＥＴ2）のゲートに印加されると、この電圧ｖG1（ｖG2）に応じた電流ｉc1がＦＥＴ1（ＦＥＴ2）を流れる。このときの各電流波形を示すのが、図３（ａ）である。
【０００７】
例えば、漏れ電流ｉcが図２の矢印の向きに流れるときは、電流検出器５の１次巻線５ａにはｉc’が流れ、電流検出器５の２次巻線５ｂ，５ｃには電圧ｖG1，ｖG2が発生する。すると、ＦＥＴ2がオンし、コンデンサＣ1を介してｉc1が流れる。この結果、漏れ電流ｉcのほとんどがｉc1として流れ、ｉE（＝ｉc−ｉc1）は低減され、ノイズ電圧（雑音端子電圧）も低減される。
【０００８】
漏れ電流ｉcの向きが上記と反対の場合は、電流検出器５の２次巻線５ｂ，５ｃに発生する電圧ｖG1，ｖG2が逆となってＦＥＴ1がオンし、コンデンサＣ1を介して上記と逆向きの電流ｉc1が流れる。この場合も、漏れ電流ｉcのほとんどがｉc1として流れ、ｉE（＝ｉc−ｉc1）は低減され、ノイズ電圧（雑音端子電圧）も低減される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図２の回路構成では、コモンモード成分の電流は周波数帯域に関わらず電流検出器の出力側に出力される。よって、この検出器の出力によってＭＯＳＦＥＴが駆動され、ドレイン・ソース間に電流が流れることとなる。一般的に漏れ電流の周波数成分は数百ｋＨｚから数ＭＨｚ程度の範囲であり、漏れ電流低減を目的とする場合は、上記周波数帯域の電流のみを検出できれば良いことになる。しかし、例えば、３相アンバランス電流などの成分を検出し出力してしまうと、その余分な電流がノイズ電流低減回路に流れることとなり、ＭＯＳＦＥＴの損失が大きくなり許容損失の大きな素子を使わなければならなくなる。
【００１０】
また、インバータの出力部で地絡が発生した場合は低周波で大きな電流が流れるが、この電流相当がノイズ電流低減回路に流れるとＭＯＳＦＥＴの損失は過大となり、最悪の場合は破損にいたるという問題がある。
【００１１】
したがって、この発明の課題は、ノイズ低減装置の電流供給回路で使用する電流増幅素子の容量を低減すること、および、地絡時などの低周波で大電流のコモンモード電流に対して保護可能とすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流電源に接続された整流回路とこの整流回路の直流出力に平滑回路とインバータ回路とを接続して構成される電力変換装置に対し、前記交流電源と平滑回路の出力との間に、電力変換装置から接地に流れる漏れ電流を検出する電流検出器を設け、この電流検出器の出力に応じて電流を増幅する増幅器を有し検出された漏れ電流と逆相の電流を前記電力変換装置の漏れ電流が流れている電力線に供給する電流供給回路を、前記平滑回路の直流出力間に設けてなる電力変換装置のノイズ低減装置において、
前記電流検出器と電流供給回路との間に、前記電流検出器の出力側に設けられる抵抗とコンデンサとの直列回路と、ゲート・ソース端子間が前記コンデンサに並列接続され、ドレイン端子が前記増幅器の信号電圧入力端子に接続されるＭＯＳＦＥＴとからなり、低周波電流を遮断する低周波遮断回路を設けたことを特徴とする。
【００１４】
すなわち、数１０ｋＨｚレベルの低周波成分の場合は、電流検出器の出力側に接続した抵抗とコンデンサとの直列回路において、コンデンサのインピーダンスが大きくなってコンデンサ電圧が上昇し、この電圧により補助用のＭＯＳＦＥＴがオン状態となり、ノイズ電流低減回路を構成するＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間を短絡するため、このＭＯＳＦＥＴはオフ状態となり動作しなくなる。したがって、低周波数の余計な電流をノイズ電流低減回路に流さないので、電流実効値が減少し小容量のＭＯＳＦＥＴが適用できる。また、地絡電流のような低周波で大電流のコモンモード電流に対しても、ノイズ電流低減回路を構成するＭＯＳＦＥＴが不動作となることから、回路が保護されることになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の実施の形態を示す回路図である。
【００１６】
図２との相違点は、電流検出器５の２次巻線５ｂには抵抗Ｒ3とコンデンサＣ4の直列回路と、コンデンサＣ4の電圧で駆動されるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのＦＥＴ3とからなる低周波遮断回路７ｂと、電流検出器５の２次巻線５ｃには抵抗Ｒ4とコンデンサＣ5の直列回路と、コンデンサＣ5の電圧で駆動されるＮチャンネルＭＯＳＦＥＴのＦＥＴ4とからなる低周波遮断回路７ｃを付加した点にある。
【００１７】
上記のように構成した場合でも、ノイズ低減効果自体は図２の場合と同様であり、違いは低周波遮断回路により、ＦＥＴ1，ＦＥＴ2が図３（ｂ）にも示すように、数１０ｋＨｚ以下の低周波電流には動作しないようになることである。したがって、この回路の場合、ＦＥＴ1，ＦＥＴ2が１５０ｋＨｚ以上の高周波ノイズ電流のみしか補償しないため、電流容量の小さなＭＯＳＦＥＴで済むことになる。１５０ｋＨｚ以上の高周波ノイズが低減できるため、ノイズ低減効果自体は従来と変わらない。
【００１８】
なお、図１では電流検出器の出力部に抵抗とコンデンサとの直列回路を接続したが、電流検出器の出力値を積分する機能を有するものならば、如何なる構成のものでも良い。また、低周波遮断回路にＭＯＳＦＥＴを用いたが、電流検出器からの積分出力値により駆動される電圧駆動型素子であれば、如何なるものを用いても良い。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、従来のノイズ低減装置に比べて、電流増幅素子として容量の小さいものを使用できるため、より大容量の装置までノイズ電流低減装置を適用することができる。また、同じ装置に適用した場合は、発生損失が低減して変換効率が上昇し、装置の小型化が達成される。さらに、インバータの出力側で地絡が生じた場合に発生する、低周波で大電流のコモンモード電流に対してはＭＯＳＦＥＴが不動作となるため、破損を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態を示す回路図である。
【図２】従来例を示す回路図である。
【図３】図１，図2の動作説明図である。
【符号の説明】
１…交流電源、２…整流器、３…インバータ回路、４…モータ、５…電流検出器、５ａ…１次巻線、５ｂ，５ｃ…２次巻線、６…電流供給回路、７ｂ，７ｃ…低周波遮断回路、ＦＥＴ1，ＦＥＴ2…ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜型電界効果トランジスタ）、ＦＥＴ3，ＦＥＴ4…低周波時遮断用ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ、Ｃ0〜Ｃ5…コンデンサ、Ｒ1〜Ｒ4…抵抗器。

Claims (1)

  1. 交流電源に接続された整流回路とこの整流回路の直流出力に平滑回路とインバータ回路とを接続して構成される電力変換装置に対し、前記交流電源と平滑回路の出力との間に、電力変換装置から接地に流れる漏れ電流を検出する電流検出器を設け、この電流検出器の出力に応じて電流を増幅する増幅器を有し検出された漏れ電流と逆相の電流を前記電力変換装置の漏れ電流が流れている電力線に供給する電流供給回路を、前記平滑回路の直流出力間に設けてなる電力変換装置のノイズ低減装置において、
    前記電流検出器と電流供給回路との間に、前記電流検出器の出力側に設けられる抵抗とコンデンサとの直列回路と、ゲート・ソース端子間が前記コンデンサに並列接続され、ドレイン端子が前記増幅器の信号電圧入力端子に接続されるＭＯＳＦＥＴとからなり、低周波電流を遮断する低周波遮断回路を設けたことを特徴とする電力変換装置のノイズ低減装置。
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