JP6769170B2 - Active noise suppressor - Google Patents

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Description

本発明は、電気機器が発生する電磁ノイズが外部に流出することを抑制するアクティブノイズ抑制装置に関する。 The present invention relates to an active noise suppression device that suppresses the outflow of electromagnetic noise generated by an electric device to the outside.

パワーエレクトロニクス機器の広範な普及に伴い、パワーエレクトロニクス機器が発生するノイズ障害が増加している。欧州で始まった電磁ノイズの法規制は、国際的にひろがってきており、パワーエレクトニクス機器はこれまで以上に十分に電磁ノイズを低減することが求められている。 With the widespread use of power electronics equipment, noise hazards generated by power electronics equipment are increasing. The laws and regulations of electromagnetic noise that started in Europe are spreading internationally, and power electronics equipment is required to reduce electromagnetic noise more than ever.

現在様々な機器に最も広く適用されているノイズ低減手法は、EMIフィルタの追加である。たとえば、特許文献1には、従来のEMIフィルタの課題が記載れている。この特許文献1に記載されているフィルタ構成は、受動素子(リアクトルとコンデンサ)を組み合わせて構成する。この際、特許文献1では100kHz以上でも優れたノイズ特性を示すEMIフィルタ用コモンモードチョークコイルの改善法について提案している。 The most widely applied noise reduction technique in various devices today is the addition of EMI filters. For example, Patent Document 1 describes the problems of a conventional EMI filter. The filter configuration described in Patent Document 1 is configured by combining passive elements (reactor and capacitor). At this time, Patent Document 1 proposes an improvement method for a common mode choke coil for an EMI filter, which exhibits excellent noise characteristics even at 100 kHz or higher.

ここで、EMIフィルタは、一般的に数100kHz以上になると、ノイズ低減量が大幅に低減してしまう。これは主に以下の二点が原因である。 Here, in the EMI filter, the amount of noise reduction is generally significantly reduced when the frequency is several hundred kHz or more. This is mainly due to the following two points.

(1)EMIフィルタはリアクトルとコンデンサとの受動素子によるLC回路として構成されるが、理想的な受動素子を作ることができない。 (1) The EMI filter is configured as an LC circuit consisting of a passive element consisting of a reactor and a capacitor, but an ideal passive element cannot be made.

(2)EMIフィルタを構成する部品の配置やパターンにより、不要な電磁結合/静電結合が生じる。すなわち、フィルタ入出力間の近接や、パターンの交差などの影響が無視できなくなる。 (2) Unnecessary electromagnetic coupling / electrostatic coupling occurs depending on the arrangement and pattern of the parts constituting the EMI filter. That is, the effects of proximity between filter input / output and pattern intersection cannot be ignored.

これらのことから、特許文献1を含め、殆どのEMIフィルタは、伝導ノイズの規制対象(150kHz〜30MHz)において、ノイズを低減するために用いられている。このため、高周波(30MHz以上)が規制される放射ノイズの対策には、FM帯対策用コア(例えばNi−Znフェライトコア)を追加する以外の選択肢が殆どない。 For these reasons, most EMI filters, including Patent Document 1, are used to reduce noise in the subject of conduction noise regulation (150 kHz to 30 MHz). Therefore, there is almost no option other than adding an FM band countermeasure core (for example, Ni—Zn ferrite core) as a countermeasure against radiation noise in which high frequencies (30 MHz or more) are regulated.

ただし、数は少ないものの、特許文献2に記載されているような放射ノイズ対策に特化したEMIフィルタが提案されている。この特許文献2では、FM帯対策用コアとシールド線を組み合わせた構成であり、コアのインダクタンスと、シールド線と内部配線間に形成される浮遊容量でローパスフィルタを形成することで、放射ノイズ対策用のEMIフィルタを構成している。コア、浮遊容量ともに、放射ノイズ規制の周波数帯域(30MHz以上)で理想に近い特性を保っている素子で構成することで実現しているが、製品適用までに至っていない。 However, although the number is small, an EMI filter specialized for radiation noise countermeasures as described in Patent Document 2 has been proposed. In this Patent Document 2, the core for FM band countermeasures and the shield wire are combined, and the low-pass filter is formed by the inductance of the core and the stray capacitance formed between the shield wire and the internal wiring to prevent radiation noise. EMI filter for. Both the core and stray capacitance are realized by configuring elements that maintain near-ideal characteristics in the frequency band (30 MHz or higher) regulated by radiation noise, but they have not yet been applied to products.

それに対し、受動素子(LC)の組合せではなく、能動素子によるノイズ低減法(アクティブノイズ抑制装置)も提案されている(特許文献3〜5参照)。これらアクティノイズ抑制装置は、様々な方式が提案されているが、技術的には大きく分けて以下の3種類の機能ブロックから構成される。
(a)検出部:低減対象のノイズを検出(コンデンサ分圧による電圧検出、CTによる電流検出など)
(b)制御部:ノイズ低減するための制御量に応じた補償電圧/電流を、能動素子により出力(能動素子には、トランジスタやオペアンプなどを適用)
(c)結合部:制御部で出力した補償電圧/電流を主回路部へ結合(トランス結合、コンデンサ結合)
特許文献3には、CTによる電流検出部と、オペアンプによる制御部、コンデンサによる結合部が開示されており、特許文献4には、コンデンサ分圧による電圧検出部と、トランジスタで構成される制御部と、トランス結合部とが開示されている。
On the other hand, a noise reduction method (active noise suppression device) using an active element instead of a combination of passive elements (LC) has also been proposed (see Patent Documents 3 to 5). Although various methods have been proposed for these ActiNoise suppression devices, they are technically roughly divided into the following three types of functional blocks.
(A) Detection unit: Detects noise to be reduced (voltage detection by capacitor voltage division, current detection by CT, etc.)
(B) Control unit: Compensation voltage / current according to the control amount for noise reduction is output by the active element (transistors, operational amplifiers, etc. are applied to the active element).
(C) Coupling unit: The compensation voltage / current output by the control unit is coupled to the main circuit unit (transformer coupling, capacitor coupling).
Patent Document 3 discloses a current detection unit by CT, a control unit by an operational amplifier, and a coupling unit by a capacitor, and Patent Document 4 discloses a voltage detection unit by voltage division of a capacitor and a control unit composed of a transistor. And the trans-coupling portion are disclosed.

これら特許文献3および4に記載されているように、検出部、制御部および結合部の各構成要素を様々に組み合わせた構成が提案されている。 As described in Patent Documents 3 and 4, various configurations have been proposed in which the components of the detection unit, the control unit, and the coupling unit are combined in various ways.

さらに、アクティブノイズ抑制装置の接続場所も、特許文献3に記載されているように、系統側、主回路直流中間部、出力側のほか、特許文献4に記載されているように分散配置(検出部が主回路直流中間部で結合部が系統側)される構成など、様々である。 Further, the connection location of the active noise suppression device is also distributed (detection) as described in Patent Document 4, in addition to the system side, the main circuit DC intermediate portion, and the output side as described in Patent Document 3. There are various configurations such as a configuration in which the part is the main circuit DC intermediate part and the coupling part is on the system side).

しかしながら、アクティブノイズ抑制装置の製品適用は一部の事例を除き、以下の課題のため進んでいないのが実状である。
(1)小型化が困難
アクティブノイズ抑制装置は、主にコモンモードノイズ電圧、またはコモンモードノイズ電流をキャンセルするように動作させる。このとき検出部や結合部にトランスが用いられる構成が多い。ノイズは一般的に周波数が低いほど対策部品が大きくなる傾向となるため,低減したい最低周波数に基づき回路定数を設計することになる。このとき、数kHz〜数10kHz以上、あるいは規格下限値150kHz以上の周波数において規格を満足できるほどの低減効果を得ようとすると、トランスの体積とコモンモードチョークコイルの体積に大きな差は生じず、大幅な小型化が難しい。
(2)数MHz以上の高周波帯域で、大きな低減効果を得ることが難しい
前述のEMIフィルタと同様に実際の装置では理想的な素子(コンデンサ、トランス)を製作できない。また、時間遅れ(検出遅れ、キャンセル用スイッチング素子の駆動遅れ)が発生するために、特に数MHz以上の領域において、十分にノイズをキャンセルできず大幅な低減効果を得ることが難しい。そればかりか、アクティブノイズ抑制装置がノイズ発生源となり外部へ流出するノイズを増加させる周波数すら生じることがある。
However, the actual situation is that the product application of the active noise suppression device has not progressed due to the following problems, except for some cases.
(1) Difficult to miniaturize The active noise suppression device is mainly operated so as to cancel the common mode noise voltage or the common mode noise current. At this time, there are many configurations in which a transformer is used for the detection unit and the coupling unit. In general, the lower the frequency of noise, the larger the countermeasure components tend to be. Therefore, the circuit constant should be designed based on the lowest frequency to be reduced. At this time, if an attempt is made to obtain a reduction effect sufficient to satisfy the standard at a frequency of several kHz to several tens of kHz or more, or a standard lower limit value of 150 kHz or more, there is no large difference between the volume of the transformer and the volume of the common mode choke coil. Significant miniaturization is difficult.
(2) It is difficult to obtain a large reduction effect in a high frequency band of several MHz or more. Like the above-mentioned EMI filter, an ideal element (capacitor, transformer) cannot be manufactured in an actual device. In addition, since a time delay (detection delay, drive delay of the canceling switching element) occurs, noise cannot be sufficiently canceled, and it is difficult to obtain a significant reduction effect, particularly in a region of several MHz or higher. Not only that, the active noise suppressor may even generate a frequency that becomes a noise source and increases the noise that flows out to the outside.

これらの課題から、数MHz以上の高周波帯域で大きなノイズ低減効果を得るアクティブノイズ抑制装置が提案されている(特許文献5参照)。この特許文献5に記載のアクティブノイズ抑制装置では、結合部にポイントがあり、従来のトランス結合の終端としてインピーダンス素子を加え、インピーダンス整合させている。具体的には、結合トランジスタの巻き数比に応じ、電動機のコモンモードインピーダンスと整合がとれるようにインピーダンス素子を設定する。これにより、低周波〜数MHz以上の広い周波数帯において、大きなノイズ低減を実現できる。 From these problems, an active noise suppression device that obtains a large noise reduction effect in a high frequency band of several MHz or more has been proposed (see Patent Document 5). In the active noise suppression device described in Patent Document 5, there is a point in the coupling portion, and an impedance element is added as the end of the conventional transformer coupling to perform impedance matching. Specifically, the impedance element is set so as to be matched with the common mode impedance of the electric motor according to the turns ratio of the coupling transistor. As a result, large noise reduction can be realized in a wide frequency band of low frequency to several MHz or more.

特開平7−22886号公報JP-A-7-22886 特開2014−161154号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-161154 国際公開2012/026186号公報International Publication No. 2012/026186 特開2000−201044号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-201044 特開2011−45191号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-45191

しかしながら、特許文献5に記載されている発明のようにインピーダンス整合するためには、負荷(例えばモータ容量、ケーブル長など)が限定されてしまう欠点がある。つまり違う容量のモータやケーブル長で使用する際には、インピーダンス整合するためのインピーダンス素子は、都度調整しなければならない。様々な用途に適用される汎用インバータの場合には、上記条件が任意となるため、都度調整することは現実的に難しい。つまり、特許文献5に記載の発明の場合、インバータと負荷とが一意に限定される装置以外の用途へ展開することは難しい。 However, there is a drawback that the load (for example, motor capacity, cable length, etc.) is limited in order to perform impedance matching as in the invention described in Patent Document 5. In other words, when using motors with different capacities or cable lengths, the impedance element for impedance matching must be adjusted each time. In the case of a general-purpose inverter applied to various uses, the above conditions are arbitrary, so it is practically difficult to adjust each time. That is, in the case of the invention described in Patent Document 5, it is difficult to develop it for applications other than the device in which the inverter and the load are uniquely limited.

また、雑音端子電圧(150kHz)以上の対策を主眼においているため、アクティブノイズ抑制装置が大型化する課題も解決できない。周波数を限定、特に対策に苦慮している放射ノイズの規制対象(30MHz)に限定することで、周波数が高くなり小型化できる可能性がある。しかし、これまで数10MHz以上の放射ノイズを低減できるアクティブノイズ抑制装置を実現した報告例は知られておらず、非常に難易度が高い。 Further, since the main focus is on measures for the noise terminal voltage (150 kHz) or higher, the problem that the active noise suppression device becomes large cannot be solved. By limiting the frequency, especially the regulation target (30 MHz) of radiation noise, which is difficult to deal with, there is a possibility that the frequency can be increased and the size can be reduced. However, no reported example has been known that has realized an active noise suppression device capable of reducing radiation noise of several tens of MHz or more, and the degree of difficulty is extremely high.

そこで、本発明は、上記各特許文献に記載された従来例の課題に着目してなされたものであり、インピーダンス整合部などを追加することなく、負荷やケーブル等が変更された場合であっても、良好なノイズ低減量を得ることができるアクティブノイズ抑制装置を提供することを目的としている。さらに、低減対象周波数を10MHz以上の放射ノイズに限定した上で、小型のアクティブノイズ抑制装置を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made by paying attention to the problems of the conventional examples described in the above patent documents, and is a case where the load, the cable, etc. are changed without adding the impedance matching part or the like. Also, an object of the present invention is to provide an active noise suppression device capable of obtaining a good noise reduction amount. Further, it is an object of the present invention to provide a compact active noise suppression device after limiting the frequency to be reduced to radiation noise of 10 MHz or more.

上記目的を達成するために、本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の一態様は、電気機器が発生する電磁ノイズ発生源を検出するノイズ検出部と、このノイズ検出部で検出した電磁ノイズを打ち消すノイズ相殺信号を形成する制御部と、この制御部で形成したノイズ相殺信号を電気機器へ供給する信号結合部とを備え、ノイズ検出部及び信号結合部の少なくとも一方を、電気機器の内部に設けられた配線又は電気機器に電気的に接続される配線と、この配線とこの配線をシールドするシールド導体との間に形成される浮遊容量とで構成している。 In order to achieve the above object, one aspect of the active noise suppression device according to the present invention is a noise detection unit that detects an electromagnetic noise source generated by an electric device and a noise that cancels the electromagnetic noise detected by the noise detection unit. A control unit that forms an offset signal and a signal coupling unit that supplies a noise canceling signal formed by this control unit to an electric device are provided, and at least one of a noise detection unit and a signal coupling unit is provided inside the electric device. It is composed of a wiring or a wiring electrically connected to an electric device and a floating capacitance formed between this wiring and a shield conductor that shields the wiring .

本発明の一態様によれば、10MHz以上の放射ノイズを低減するアクティブノイズ抑制装置を実現できる。特に、従来の数10kHzまたは150kHz以上のノイズを低減するアクティブノイズ抑制装置に比べて小型化でき、また放射ノイズの対象用コアに比べて高性能な放射ノイズ低減効果を発揮することができる。 According to one aspect of the present invention, an active noise suppression device that reduces radiation noise of 10 MHz or higher can be realized. In particular, it can be made smaller than the conventional active noise suppression device that reduces noise of several tens of kHz or 150 kHz or more, and can exhibit a high-performance radiation noise reduction effect as compared with the target core of radiation noise.

本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の第1の実施形態を示す構成図であり、(a)は平面図、(b)は断面図、(c)は発生する浮遊容量を示す断面図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of the active noise suppression apparatus which concerns on this invention, (a) is a plan view, (b) is a sectional view, (c) is a sectional view which shows the stray capacitance generated. 図1の等価回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the equivalent circuit of FIG. オペアンプのオープンループゲイン特性を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the open loop gain characteristic of an operational amplifier. 第1の実施形態の変形例を示す長手方向と直行する方向の断面図である。It is sectional drawing in the direction orthogonal to the longitudinal direction which shows the modification of the 1st Embodiment. アース線の有無とシールド線有りの場合のノイズ電圧変動の測定結果を示す図である。It is a figure which shows the measurement result of the noise voltage fluctuation in the presence / absence of a ground wire and the presence / absence of a shield wire. 本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の第2の実施形態を示すケーブル構成を示す断面図であって、(a)は外層にシールド導体を有する三相ケーブルを示し、(b)は外層に2段のシールド導体を有する三相ケーブルを示す、(c)はアース線を内蔵した三相ケーブルを示す。It is sectional drawing which shows the cable structure which shows the 2nd Embodiment of the active noise suppression apparatus which concerns on this invention, (a) shows the three-phase cable which has a shield conductor in the outer layer, (b) is two steps in the outer layer. A three-phase cable having a shield conductor is shown, and (c) shows a three-phase cable having a built-in ground wire. 三相ケーブルの側面図である。It is a side view of a three-phase cable. 図5におけるシールド線有りの場合のノイズ電圧変動の測定結果を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows the measurement result of the noise voltage fluctuation in the case of having a shield wire in FIG. 本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の第3実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 3rd Embodiment of the active noise suppression apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の第4実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows the 4th Embodiment of the active noise suppression apparatus which concerns on this invention. 第4の実施形態の効果を検証したアクティブノイズ抑制装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the active noise suppression apparatus which verified the effect of 4th Embodiment. 放射ノイズの測定結果を示す周波数に対する電界強度の波形図である。It is a waveform diagram of the electric field strength with respect to the frequency which shows the measurement result of radiation noise. 本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the modification of the active noise suppression apparatus which concerns on this invention.

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
以下、本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の一の実施の形態について図面を参照して説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings below, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals.
In addition, the embodiments shown below exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention describes the material, shape, structure, and the like of the components. The arrangement etc. is not specified as the following. The technical idea of the present invention may be modified in various ways within the technical scope specified by the claims stated in the claims.
Hereinafter, an embodiment of the active noise suppression device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示すように、アクティブノイズ抑制装置10は、ノイズ抑制対象となるインバータ等の図示しない電気機器の直近に接続されている。電気機器としては、アクティブノイズ抑制装置10を適用しない場合、放射ノイズ低減対象配線から大きな放射ノイズが放射される装置を想定している。ここで、放射ノイズ低減対象配線とは、意図しないモノポールアンテナ(ダイポールアンテナ)を形成する電力変換装置の電力配線(入力ケーブルや負荷ケーブル)、信号ケーブルなどを想定している。ただし、電力機器の外部へ露出する配線でなくても、半導体素子を介して接続される配線(例えば、電力変換装置の直流の正極(P)配線および負極(N)配線)は放射ノイズ低減対象配線となる。 As shown in FIG. 1, the active noise suppression device 10 is connected in the immediate vicinity of an electric device (not shown) such as an inverter that is a noise suppression target. As the electrical equipment, when the active noise suppression device 10 is not applied, it is assumed that a large radiation noise is emitted from the wiring targeted for radiation noise reduction. Here, the wiring targeted for radiation noise reduction is assumed to be a power wiring (input cable or load cable), a signal cable, or the like of a power conversion device that forms an unintended monopole antenna (dipole antenna). However, even if the wiring is not exposed to the outside of the power device, the wiring connected via the semiconductor element (for example, the DC positive electrode (P) wiring and the negative electrode (N) wiring of the power conversion device) is subject to radiation noise reduction. It becomes wiring.

アクティブノイズ抑制装置10が、電気機器の入力側の単相入力部に接続される長方形状の絶縁材で形成される絶縁板部としての4層基板であるプリント基板11を備えている場合について説明する。 The case where the active noise suppression device 10 includes a printed circuit board 11 which is a four-layer board as an insulating plate part formed of a rectangular insulating material connected to a single-phase input part on an input side of an electric device will be described. To do.

このプリント基板11の内部には、プリント基板11の表面および裏面間の厚み方向の中央部寄り位置に長手方向に延長する例えば銅製の放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bが厚み方向に所定間隔を保って平行に埋設されている。これら放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bの例えば左端が電気機器の単相入力側に接続され、右端が電源系統側に接続されている。 Inside the printed circuit board 11, for example, copper radiation noise reduction target wirings 12a and 12b extending in the longitudinal direction at a position closer to the center in the thickness direction between the front surface and the back surface of the printed circuit board 11 maintain a predetermined interval in the thickness direction. It is buried in parallel. For example, the left end of the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b is connected to the single-phase input side of the electric device, and the right end is connected to the power supply system side.

そして、プリント基板11の放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bに対向する位置に長手方向に所定間隔だけ離間して電源系統側にノイズ検出部13が形成され、電気機器の単相入力側に信号結合部14が形成されている。 A noise detection unit 13 is formed on the power supply system side at positions facing the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b of the printed circuit board 11 at predetermined intervals in the longitudinal direction, and a signal is coupled to the single-phase input side of the electric device. The portion 14 is formed.

ノイズ検出部13は、プリント基板11の表裏両面の放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bに対向する位置に形成された放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bを覆う例えば銅製のシールド導体用ベタパターン21aおよび21bを備えている。 The noise detection unit 13 covers, for example, solid patterns 21a and 21b for a copper shield conductor that cover the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b formed at positions facing the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b on both the front and back surfaces of the printed circuit board 11. Is equipped with.

両シールド導体用ベタパターン21aおよび21bのそれぞれは、放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bの幅方向の両端から外側に離れた位置に放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bの側縁に沿って長手方向に複数形成された貫通ビア22内に形成された導電性メッキ層によって電気的に接続されている。 The solid patterns 21a and 21b for both shield conductors are located at positions separated from both ends in the width direction of the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b in the longitudinal direction along the side edges of the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b, respectively. It is electrically connected by a conductive plating layer formed in a plurality of formed through vias 22.

そして、図1(c)に示すように、放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bとこれらに対向するシールド導体用ベタパターン21aおよび21bとの間にそれぞれ浮遊容量Cfdが形成される。 Then, as shown in FIG. 1C, stray capacitance Cfd is formed between the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b and the shield conductor solid patterns 21a and 21b facing them, respectively.

また、信号結合部14は、ノイズ検出部13の構成と同様の構成を有し、プリント基板11の表裏面上に形成されたシールド導体用ベタパターン31aおよび31bと、これらシールド導体用ベタパターン31aおよび31b間が複数の貫通ビア32内に形成された導電性メッキ層によって電気的に接続されている。 Further, the signal coupling unit 14 has the same configuration as that of the noise detection unit 13, and the solid patterns 31a and 31b for shield conductors formed on the front and back surfaces of the printed circuit board 11 and the solid patterns 31a for these shield conductors. And 31b are electrically connected by a conductive plating layer formed in a plurality of through vias 32.

この信号結合部14でも、ノイズ検出部13と同様に、図1(c)に示すように、放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bとこれらに対向するシールド導体用ベタパターン31aおよび31bとの間に浮遊容量Cfcが形成される。 In the signal coupling unit 14, as in the noise detection unit 13, as shown in FIG. 1C, between the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b and the shield conductor solid patterns 31a and 31b facing them. A stray capacitance Cfc is formed.

さらに、図1(c)に示すように、ノイズ検出部13および信号結合部14間に制御部15が接続されている。この制御部15は、反転増幅器41のみで構成されている。この反転増幅器41は、オペアンプ42と、このオペアンプ42の反転入力端子とノイズ検出部13のシールド導体用ベタパターン21bとの間に接続された抵抗R1と、非反転入力端子に接続された電気機器としての電力変換装置の安定電位点43と、出力端子および反転入力端子間に接続された帰還抵抗R2とで構成され、出力端子が信号結合部14のシールド導体用ベタパターン31bに接続されている。 Further, as shown in FIG. 1C, a control unit 15 is connected between the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14. The control unit 15 is composed of only an inverting amplifier 41. The inverting amplifier 41 is an electric device connected to an operational amplifier 42, a resistor R1 connected between the inverting input terminal of the operational amplifier 42 and a solid pattern 21b for a shield conductor of a noise detection unit 13, and a non-inverting input terminal. It is composed of a stable potential point 43 of the power converter and a feedback resistor R2 connected between an output terminal and an inverting input terminal, and the output terminal is connected to a solid pattern 31b for a shield conductor of a signal coupling portion 14. ..

ここで、電力変換装置の安定電位点43とは、フレームグランド電位となる筐体や冷却フィン等を想定しており、一般的には装置の中で体積又は面積の広い導電部と言える。
また、安定電位点とオペアンプ42の非反転入力端子との接続は、極力低インピーダンスで接続しなければならない。この接続する際のインピーダンスをケーブルで接続すると、アクティブノイズ抑制装置によるノイズ低減可能周波数が低くなってしまう。後述する図12の実験結果によると、ケーブル2.5cmで配線した場合、70MHz以上でノイズ低号効果が得られなくなっていることが確認できた。また、ケーブル長を10cm(約100nH)とすると30MHz以上のノイズ低減効果が小さくなることも確認できている。
Here, the stable potential point 43 of the power conversion device is assumed to be a housing, cooling fins, or the like that serves as a frame ground potential, and can generally be said to be a conductive portion having a large volume or area in the device.
Further, the connection between the stable potential point and the non-inverting input terminal of the operational amplifier 42 must be made with as low impedance as possible. If the impedance at the time of this connection is connected with a cable, the frequency at which noise can be reduced by the active noise suppression device becomes low. According to the experimental results of FIG. 12 described later, it was confirmed that the low noise effect could not be obtained at 70 MHz or higher when the cable was wired with 2.5 cm. It has also been confirmed that when the cable length is 10 cm (about 100 nH), the noise reduction effect of 30 MHz or more is reduced.

したがって、非反転入力端子と安定電位点の接続は、プリント基板上の配線は、耐圧・レイアウト等の制約を満たす最短とするとともに、プリント基板上の配線と安定電位点となる冷却フィン等との接続はスタッドボルトなどによるねじ止めや、冷却フィン等に突起状の接続部を設け、この接続部にプリント基板上の配線を接触させるなどの低インピーダンスで接続することが好ましい。
さらに、電力変換装置が複数のプリント基板から構成され、冷却フィンなどの安定電位点から積層されるように配置される場合には、アクティブノイズ抑制装置が実装されるプリント基板はできる限り下層すなわち冷却フィンなどに近い位置に配置し、理想的には最下層(冷却フィンとなる安定電位点の最短距離)に配置することで、低インピーダンスで接続でき、良好なノイズ低減効果が得られ易くなる。
Therefore, the connection between the non-inverting input terminal and the stable potential point should be such that the wiring on the printed circuit board is the shortest that satisfies the restrictions such as withstand voltage and layout, and the wiring on the printed circuit board and the cooling fins that serve as the stable potential point are connected. For connection, it is preferable to use low impedance such as screwing with a stud bolt or the like, or providing a protruding connection portion on a cooling fin or the like and contacting the wiring on the printed circuit board with the connection portion.
Further, when the power conversion device is composed of a plurality of printed circuit boards and arranged so as to be stacked from stable potential points such as cooling fins, the printed circuit board on which the active noise suppression device is mounted is as low as possible, that is, cooled. By arranging it at a position close to the fins and ideally at the bottom layer (the shortest distance of the stable potential point serving as the cooling fin), it is possible to connect with low impedance and it becomes easy to obtain a good noise reduction effect.

また、オペアンプ42の電源としては蓄電池を適用することができる他、放射ノイズ低減対象配線12aおよび12bに流れる交流電流を整流して図示しないスイッチング電源に供給して直流電源を得ることもできる。オペアンプ42の電源は,専用の絶縁電源とすることで,よりノイズ低減効果が高められる。 A storage battery can be used as the power source for the operational amplifier 42, and an AC current flowing through the radiation noise reduction target wirings 12a and 12b can be rectified and supplied to a switching power source (not shown) to obtain a DC power source. By using a dedicated isolated power source for the power source of the operational amplifier 42, the noise reduction effect can be further enhanced.

次に、上記第1の実施形態の動作について図2の等価回路を伴って説明する。
ノイズ検出部13は、等価回路で表すと、図2に示すように、ノイズ低減対象配線12aおよび12bの配線インダクタンスLcと、ノイズ低減対象配線12aおよび12bとシールド導体用ベタパターン21aおよび21bとの間の浮遊容量Cfdとの分布定数線路となる。このため、配線インダクタンスの影響で、LC共振回路を構成し、共振・半共振を繰り返す多重共振の特性が生じる。
この分布定数回路において、低減したい最高周波数よりも、1次共振周波数を高く設定することで、浮遊容量Cfdが理想的なコンデンサとして動作する。
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to the equivalent circuit of FIG.
When represented by an equivalent circuit, the noise detection unit 13 includes the wiring inductance Lc of the noise reduction target wirings 12a and 12b, the noise reduction target wirings 12a and 12b, and the solid patterns 21a and 21b for the shield conductor, as shown in FIG. It becomes a distributed constant line with the stray capacitance Cfd between them. Therefore, due to the influence of the wiring inductance, an LC resonance circuit is formed, and the characteristic of multiple resonance that repeats resonance and semi-resonance occurs.
In this distributed constant circuit, the stray capacitance Cfd operates as an ideal capacitor by setting the primary resonance frequency higher than the maximum frequency to be reduced.

このLC共振回路の1次共振周波数を、本発明のアクティブノイズ抑制装置でノイズを低減したい最高周波数の目安となる100MHz以上となる構造(ノイズ低減対象配線12aおよび12bとシールド導体用ベタパターン21aおよび21bとの対向面積および長さ)としなければないない。ただし、厳密には、共振周波数よりも低い周波数から共振の影響でインピーダンスが変化することから300MHz程度まで1次共振周波数を高めて設定すると、浮遊容量が周波数特性のよい理想的なコンデンサとして機能する。 A structure in which the primary resonance frequency of this LC resonance circuit is 100 MHz or more, which is a guideline for the maximum frequency at which noise is desired to be reduced by the active noise suppression device of the present invention (noise reduction target wirings 12a and 12b, solid pattern 21a for shield conductor, and the like. (Area and length facing 21b). However, strictly speaking, since the impedance changes due to the influence of resonance from a frequency lower than the resonance frequency, if the primary resonance frequency is set high to about 300 MHz, the stray capacitance functions as an ideal capacitor with good frequency characteristics. ..

同様にノイズ検出部13と同じ構成を有する信号結合部14でも配線インダクタンスLcと浮遊容量CfcとでLC共振回路を構成し、浮遊容量が周波数特性のよい理想的なコンデンサとして機能する。 Similarly, the signal coupling unit 14 having the same configuration as the noise detection unit 13 also forms an LC resonance circuit with the wiring inductance Lc and the stray capacitance Cfc, and the stray capacitance functions as an ideal capacitor having good frequency characteristics.

そして、ノイズ検出部13と信号結合部14との間に制御部15が接続されている。この制御部15は、オペアンプ42で反転増幅器41を構成している。したがって、ノイズ検出部13で検出したノイズ電圧Vnoiseを反転増幅器41により反転増幅してノイズ相殺信号となる出力電圧Vcompenに変換し、出力電圧Vcompenを信号結合部14のシールド導体用ベタパターン31bに印加する。この信号結合部14でノイズ電圧Vnoiseを出力電圧Vcompenで相殺して放射ノイズの発生を抑制することができる。 Then, the control unit 15 is connected between the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14. The control unit 15 is composed of an operational amplifier 42 and an inverting amplifier 41. Therefore, the noise voltage Vnoise detected by the noise detection unit 13 is inverted and amplified by the inverting amplifier 41 to be converted into an output voltage Vcompen that becomes a noise canceling signal, and the output voltage Vcompen is applied to the shield conductor solid pattern 31b of the signal coupling unit 14. To do. The signal coupling unit 14 can cancel the noise voltage Vnoise with the output voltage Vcompen to suppress the generation of radiation noise.

このように、本実施形態では、制御部15を反転増幅器41のみで構成することで、従来例に比較してシンプルな構成とすることができる。しかも、抵抗R1,R2およびオペアンプ42で反転増幅器41を構成することで、結果的にノイズ電圧Vnoiseが0Vになるように、ノイズ相殺信号となる出力電圧Vcompenが調整され、非常に簡単な電圧フィードバック制御を実現している。なお,ノイズ電圧Vnoiseと出力電圧Vcompenは,ノイズ検出部13と信号結合部14の浮遊容量の比率によって,それぞれの比率がおおよそ決まる。 As described above, in the present embodiment, by configuring the control unit 15 only with the inverting amplifier 41, a simple configuration can be obtained as compared with the conventional example. Moreover, by configuring the inverting amplifier 41 with resistors R1 and R2 and the operational amplifier 42, the output voltage Vcompen, which is a noise canceling signal, is adjusted so that the noise voltage Vnoise becomes 0V as a result, and a very simple voltage feedback is performed. Realizes control. The ratios of the noise voltage Vnoise and the output voltage Vcompen are approximately determined by the ratio of the stray capacitances of the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14.

従来例では、バッファ増幅器やフィルタを組み合わせた複雑な構成を採る場合が多いが、本実施形態ではオペアンプ421つの非常にシンプルな構成で制御部15を実現できることから、時間遅れも最小に抑えることができる。 In the conventional example, a complicated configuration in which a buffer amplifier and a filter are combined is often adopted, but in the present embodiment, since the control unit 15 can be realized with a very simple configuration of one operational amplifier 421, the time delay can be minimized. it can.

ちなみに、シミュレーション結果では、反転増幅器1つとした先行文献も見受けられるが,実際には従来の低減対象である数10〜数100kHzの伝導ノイズを低減するためのアクティブノイズ抑制装置の場合には、オペアンプのみでは十分な出力特性が得られない。このため、実験結果を示した先行文献において,反転増幅器1つで制御部を実現した事例はない。非特許文献である「IEEE TRANSACTION ON POWER ELECTRONICS,VOL.,26 NO.11,NOVEMBER 2011」の第3153頁〜3162頁に記載されている「An Optimized Feedback Common Mode Active Filter for Induction Motor Drives」では、伝導ノイズのアクティブノイズ抑制装置を実現するために、ローパスフィルタ、リニアアンプ、パワーアンプにそれぞれオペアンプを使用しており、計3つのオペアンプを使用した複雑な構成となっている。 By the way, in the simulation results, there is a prior document that uses only one inverting amplifier, but in reality, in the case of an active noise suppression device for reducing conduction noise of several to several hundred kHz, which is the conventional reduction target, an operational amplifier is used. Sufficient output characteristics cannot be obtained by using only. For this reason, there is no case in which the control unit is realized by one inverting amplifier in the prior literature showing the experimental results. In "An Optimized Feedback Common Mode Active Filter for Induction Motor Drives" described on pages 3153 to 3162 of "IEEE TRANSACTION ON POWER ELECTRONICS, VOL., 26 NO.11, NOVEMBER 2011", which is a non-patent document, In order to realize an active noise suppression device for conduction noise, operational amplifiers are used for each of the low-pass filter, linear amplifier, and power amplifier, and the configuration is complicated by using a total of three operational amplifiers.

本実施形態で、制御部15を1つの反転増幅器41で構成することができる理由は、ノイズ低減対象とする10MHz以上の周波数の放射ノイズでは、アクティブノイズ抑制装置で補償するエネルギーが小さくオペアンプ1つで十分に制御が可能であるからである。 In the present embodiment, the reason why the control unit 15 can be configured by one inverting amplifier 41 is that the energy compensated by the active noise suppression device is small in the radiation noise having a frequency of 10 MHz or higher, which is the noise reduction target, and one operational amplifier is used. This is because it can be sufficiently controlled.

また、本実施形態では、制御部15の反転増幅器41を構成するオペアンプ42の反転入力端子が抵抗R1を介してノイズ検出部13のシールド導体用ベタパターン21bに接続されている。この抵抗R1とノイズ検出部13の浮遊容量Cfdとでハイパスフィルタ(カットオフ周波数fz=1/(2πR1Cfd)のハイパスフィルタ)を構成することができる。前述したように浮遊容量Cfdは優れた周波数特性を発揮することができ、また反転増幅器41を構成する抵抗R1およびR2はチップ抵抗を用いることで優れた高周波特性を発揮することができる。このことから数10MHz〜100MHzを超える高い周波数帯まで良好なフィルタを構成することができる。 Further, in the present embodiment, the inverting input terminal of the operational amplifier 42 constituting the inverting amplifier 41 of the control unit 15 is connected to the solid pattern 21b for the shield conductor of the noise detecting unit 13 via the resistor R1. A high-pass filter (a high-pass filter having a cutoff frequency of fz = 1 / (2πR1Cfd)) can be formed by the resistor R1 and the stray capacitance Cfd of the noise detection unit 13. As described above, the stray capacitance Cfd can exhibit excellent frequency characteristics, and the resistors R1 and R2 constituting the inverting amplifier 41 can exhibit excellent high frequency characteristics by using chip resistors. From this, it is possible to construct a good filter up to a high frequency band exceeding several tens of MHz to 100 MHz.

ここで、抵抗R1とノイズ検出部13の浮遊容量Cfdとで構成するハイパスフィルタのカットオフ周波数を適切に設定することで、ノイズ低減効果が大きく異なる。放射ノイズ規制対象となる30MHz以上の放射ノイズを低減するためには、カットオフ周波数を規制下限周波数である30MHzよりも低くしなければならない。より正確に検出するために、減衰量が3dB以下となるカットオフ周波数12.5MHz以下とすることが好ましい。 Here, the noise reduction effect is greatly different by appropriately setting the cutoff frequency of the high-pass filter composed of the resistor R1 and the stray capacitance Cfd of the noise detection unit 13. In order to reduce the radiation noise of 30 MHz or more, which is subject to the radiation noise regulation, the cutoff frequency must be lower than the regulation lower limit frequency of 30 MHz. In order to detect more accurately, it is preferable to set the cutoff frequency to 12.5 MHz or less so that the attenuation amount is 3 dB or less.

ただし、カットオフ周波数を低くし過ぎると、オペアンプ42に入力される電圧が大きくなり、オペアンプ42の飽和の原因となる。オペアンプ42が飽和すると適切な補償電圧を出力できなくなるため、ノイズ低減効果は大幅に悪化してしまう。よって、カットオフ周波数は、30MHzの低減量が1dBとなる3.5MHz以上とすることが好ましい。 However, if the cutoff frequency is set too low, the voltage input to the operational amplifier 42 becomes large, which causes saturation of the operational amplifier 42. When the operational amplifier 42 is saturated, an appropriate compensation voltage cannot be output, so that the noise reduction effect is significantly deteriorated. Therefore, the cutoff frequency is preferably 3.5 MHz or more, which is a reduction amount of 30 MHz of 1 dB.

以上より、抵抗R1とノイズ検出部13の浮遊容量Cfdとで構成するハイパスフィルタのカットオフ周波数は3.5MHzから12.5MHzの間に設定することで、小さなオペアンプ42で大きなノイズ低減量が得られるアクティブノイズ抑制装置を構成できる。 From the above, by setting the cutoff frequency of the high-pass filter composed of the resistor R1 and the stray capacitance Cfd of the noise detection unit 13 between 3.5 MHz and 12.5 MHz, a large amount of noise reduction can be obtained with a small operational amplifier 42. Active noise suppression device can be configured.

また、前述した反転増幅器41のゲインは、理想的には、大きいほどノイズ低減効果が大きくなるが発振して不安定になり易い。ただし、オペアンプ42は高い周波数帯域まで使える製品を選択しなければならないが、放射ノイズ規制対象である30MHz以上を対象とすると、オペアンプ42単体のオープンループゲインが減少してしまう。
すなわち、高い周波数(1GHz)まで使える低ノイズオペアンプのオープンループゲインの周波数特性例を図3に示す。図3に示すように、400kHz以下では60dBものオープンループゲインが得られるのに対し、30MHzではオープンループゲインが23dBほどに減少する。このため、反転増幅器41のゲインをオペアンプ42の数MHzのゲインに合わせて設定してしまうと、規制対象でない数MHz成分によって発振する原因となってしまう。
Ideally, the larger the gain of the inverting amplifier 41 described above, the greater the noise reduction effect, but the more likely it is to oscillate and become unstable. However, the operational amplifier 42 must select a product that can be used up to a high frequency band, but if the target is 30 MHz or higher, which is the target of radiation noise regulation, the open loop gain of the operational amplifier 42 alone will decrease.
That is, FIG. 3 shows an example of the frequency characteristics of the open loop gain of the low noise operational amplifier that can be used up to a high frequency (1 GHz). As shown in FIG. 3, an open loop gain of 60 dB can be obtained at 400 kHz or less, whereas the open loop gain decreases to about 23 dB at 30 MHz. Therefore, if the gain of the inverting amplifier 41 is set according to the gain of several MHz of the operational amplifier 42, it causes oscillation due to a few MHz component that is not subject to regulation.

そこで、オペアンプ42の30MHzにおけるオープンループゲインと同等以下となるように抵抗R1及びR2の抵抗値を決定する。このようにすることで、規制対象の周波数30MHz以上においてオペアンプ42の性能を最大限活かしたノイズ低減量が得られる。
このため、浮遊容量Cfdと抵抗R1で構成されるハイパスフィルタを決定した上で、オペアンプ42のオープンループゲインに適した抵抗R2の抵抗値を決定することで、ハイパスフィルタと組み合わせた反転増幅器41を適切に設計できる。
Therefore, the resistance values of the resistors R1 and R2 are determined so as to be equal to or less than the open loop gain at 30 MHz of the operational amplifier 42. By doing so, it is possible to obtain a noise reduction amount that maximizes the performance of the operational amplifier 42 at the regulated frequency of 30 MHz or higher.
Therefore, the inverting amplifier 41 combined with the high-pass filter is obtained by determining the high-pass filter composed of the stray capacitance Cfd and the resistor R1 and then determining the resistance value of the resistor R2 suitable for the open loop gain of the operational amplifier 42. Can be designed properly.

これにより、ノイズ検出部13、信号結合部14および制御部15の全てで、放射ノイズの規制対象周波数(30MHz以上)に適した構成を実現できることから、個別に適用した場合よりも優れた周波数特性が得られる。
ここで、ノイズ検出部13と信号結合部14はできる限り直近に配置することが望ましい。また、制御部15も近接した配置すべきである。これは反転増幅器41による電圧フィードバック制御は、ノイズ検出部13と信号結合部14との間で伝播遅延が発生するとオペアンプ42が発振し易くなるためである。
As a result, all of the noise detection unit 13, the signal coupling unit 14, and the control unit 15 can realize a configuration suitable for the regulated frequency (30 MHz or more) of the radiation noise, and thus have better frequency characteristics than when individually applied. Is obtained.
Here, it is desirable that the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14 are arranged as close as possible. Also, the control unit 15 should be placed close to each other. This is because the voltage feedback control by the inverting amplifier 41 makes it easier for the operational amplifier 42 to oscillate when a propagation delay occurs between the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14.

また、ノイズ検出部13を信号結合部14の下流側(負荷側又は系統側)に配置することにより、信号結合部14で相殺できないノイズ電圧Vnoiseを検出することができ、放射ノイズを確実に低減することができる。 Further, by arranging the noise detection unit 13 on the downstream side (load side or system side) of the signal coupling unit 14, the noise voltage Vnoise that cannot be canceled by the signal coupling unit 14 can be detected, and the radiation noise is surely reduced. can do.

なお、上記第1の実施形態では、プリント基板11として平面から見て長方形で板状に形成されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、L字状に形成したり円弧状に形成したり、任意の形状に形成することができる。
また、上記第1の実施形態では、単相入力側に本発明を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、単相3線式、3相3線式、3相4線式等にも適用することができる。例えば3相4線式の構成とするには、図4(a)又は図4(b)に示すように構成することができる。
In the first embodiment, the case where the printed circuit board 11 is formed in a rectangular plate shape when viewed from a plane has been described, but the present invention is not limited to this, and the printed circuit board 11 is formed in an L shape or a circle. It can be formed in an arc shape or in any shape.
Further, in the first embodiment described above, the case where the present invention is applied to the single-phase input side has been described, but the present invention is not limited to this, and the single-phase three-wire system, three-phase three-wire system, and three-phase four are not limited thereto. It can also be applied to linear systems and the like. For example, in order to configure a three-phase four-wire system, it can be configured as shown in FIG. 4A or FIG. 4B.

すなわち、図4(a)では、4層のプリント基板11を使用するもので、プリント基板11に形成するノイズ検出部13(又は信号結合部14)を、R相配線12rおよびS相配線12sを同一層に平行に配置し、T相配線12tおよびアース配線12eを同一層に平行に配置し、R相配線12rおよびS相配線12sをシールド導体用ベタパターン21a(又は31a)に対向させて、両者間に浮遊容量が形成され、T相配線12tおよびアース配線12eをシールド導体ペタパターン21b(又は31b)に対向させて、両者間に浮遊容量が形成される。 That is, in FIG. 4A, a four-layer printed substrate 11 is used, and the noise detection unit 13 (or signal coupling unit 14) formed on the printed substrate 11 is provided with the R-phase wiring 12r and the S-phase wiring 12s. The T-phase wiring 12t and the ground wiring 12e are arranged parallel to the same layer, the R-phase wiring 12r and the S-phase wiring 12s are opposed to the solid pattern 21a (or 31a) for the shield conductor. A floating capacitance is formed between the two, and the T-phase wiring 12t and the ground wiring 12e are opposed to the shield conductor peta pattern 21b (or 31b) to form a floating capacitance between the two.

図4(b)では、8層のプリント基板11を使用するもので、プリント基板11に形成するノイズ検出部13(又は信号結合部14)を、R相配線12r、S相配線12s、T相配線12tおよびアース配線12eを厚み方向に平行に配置する。そして、プリント基板11の表裏面にシールド導体用ベタパターン21a(又は31a)および21b(31b)を配置するとともに、S相配線12sおよびT相配線12tの間にシールド導体ペタパターン21c(又は31c)を個別に配置するようにすればよい。この場合には、R相配線12r、S相配線12s、T相配線12tおよびアース配線12eの幅を広くすることができるので、より大きな浮遊容量を形成することができる。 In FIG. 4B, an 8-layer printed circuit board 11 is used, and the noise detection unit 13 (or signal coupling unit 14) formed on the printed circuit board 11 is provided with R-phase wiring 12r, S-phase wiring 12s, and T-phase. The wiring 12t and the ground wiring 12e are arranged parallel to each other in the thickness direction. Then, the solid patterns 21a (or 31a) and 21b (31b) for the shield conductor are arranged on the front and back surfaces of the printed circuit board 11, and the shield conductor peta pattern 21c (or 31c) is placed between the S-phase wiring 12s and the T-phase wiring 12t. Should be arranged individually. In this case, the widths of the R-phase wiring 12r, the S-phase wiring 12s, the T-phase wiring 12t, and the ground wiring 12e can be widened, so that a larger stray capacitance can be formed.

このように、アース線を含む単相3線式や三相装置の場合、ノイズ対象低減配線にアース線を含めると、より放射ノイズ低減効果が高められる。電力線の電圧変動は、アース線が近接されることにより抑制され、結果的に放射ノイズの場合、アース線の電位変動(Vnoiseに相当)が無視できなくなる。ノイズ低減対象配線にアース線を含めることで、アース線の電圧変動も抑制できるため、放射ノイズ低減効果が高められる。 As described above, in the case of a single-phase three-wire system or a three-phase device including a ground wire, if the ground wire is included in the noise target reduction wiring, the radiation noise reduction effect can be further enhanced. The voltage fluctuation of the power line is suppressed by the proximity of the ground wire, and as a result, in the case of radiation noise, the potential fluctuation of the ground wire (corresponding to Vnoise) cannot be ignored. By including the ground wire in the noise reduction target wiring, the voltage fluctuation of the ground wire can be suppressed, so that the radiation noise reduction effect can be enhanced.

図5は、電力変換装置に適用した際にノイズ電圧Vnoiseを測定した結果を示している。スイッチング周波数50kHzに起因する略方形波状の電位変動を行なうノイズ電圧Vnoiseが観測されていることがわかる。そして、図5の薄い実線で示すアース線無しの条件に比べ、濃い実線で示すアース線有りの条件、すなわち電力線とアース線を近接し一括して検出したノイズ電圧Vnoiseのほうが小さく、ノイズ電圧自体が抑制されていることが実験結果からも確認できる。
よって、アース線を含むケーブルを一括した状態で、ノイズ電圧Vnoiseを検出し、アクティブノイズ抑制装置で減衰させる方が、放射ノイズ抑制効果が高められる。
FIG. 5 shows the result of measuring the noise voltage Vnoise when applied to the power conversion device. It can be seen that the noise voltage Vnoise that causes the potential fluctuation in a substantially square wave shape due to the switching frequency of 50 kHz is observed. Compared to the condition without the ground wire shown by the thin solid wire in FIG. 5, the condition with the ground wire shown by the dark solid wire, that is, the noise voltage Vnoise detected in close proximity to the power wire and the ground wire is smaller, and the noise voltage itself It can be confirmed from the experimental results that is suppressed.
Therefore, the radiation noise suppression effect is enhanced by detecting the noise voltage Vnoise and attenuating it with the active noise suppression device in a state where the cables including the ground wire are bundled together.

次に、本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の第2の実施形態を図6及び図7について説明する。
この第2の実施形態では、アクティブノイズ抑制装置10をプリント基板11で構成する場合に代えて、電気機器を構成する例えば電力変換装置の電力配線(入力ケーブルや負荷ケーブル)、信号ケーブルなどのケーブルにノイズ検出部13および信号結合部14を配置するようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、一例として負荷ケーブルや入力ケーブルのような三相ケーブル51にノイズ検出部13および信号結合部14を形成している。
Next, a second embodiment of the active noise suppression device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 6 and 7.
In this second embodiment, instead of configuring the active noise suppression device 10 with the printed substrate 11, cables such as power wiring (input cable and load cable) and signal cable of, for example, a power conversion device constituting an electric device. The noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14 are arranged in the above.
That is, in the second embodiment, as an example, the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14 are formed on a three-phase cable 51 such as a load cable or an input cable.

三相ケーブル51の一例は、図6(a)に示すように、それぞれ絶縁被覆されたR相配線52rと、S相配線52sと、T相配線52tとアース配線52eとを円柱状の絶縁体53内に埋設し、絶縁体53の外周面にシールド導体54を配置し、このシールド導体54の外周に絶縁被覆55を配置した4芯ケーブル構成を有する。 As shown in FIG. 6A, an example of the three-phase cable 51 is a columnar insulator in which the R-phase wiring 52r, the S-phase wiring 52s, the T-phase wiring 52t, and the ground wiring 52e are each insulated and coated. It has a 4-core cable configuration which is embedded in 53, a shield conductor 54 is arranged on the outer peripheral surface of the insulator 53, and an insulating coating 55 is arranged on the outer periphery of the shield conductor 54.

この場合でも、シールド導体54とR相配線52r、S相配線52sおよびT相配線52tとの間でそれぞれ図2の等価回路で示す浮遊容量Cfを形成することができる。したがって、図7に示すように、電気機器に接続される側の先端から所定距離離れた位置で、シールド導体54を露出させるように絶縁被覆55を円周状に除去し、次いでシールド導体54を、軸方向両端を残すように円周状に除去して長手方向に分離する分離部58を形成し、先端側を信号結合部14とし、後端側をノイズ検出部13とする。 Even in this case, the stray capacitance Cf shown in the equivalent circuit of FIG. 2 can be formed between the shield conductor 54 and the R-phase wiring 52r, the S-phase wiring 52s, and the T-phase wiring 52t, respectively. Therefore, as shown in FIG. 7, the insulating coating 55 is removed in a circumferential shape so as to expose the shield conductor 54 at a position separated from the tip on the side connected to the electric device by a predetermined distance, and then the shield conductor 54 is removed. A separation portion 58 is formed by removing both ends in the axial direction in a circumferential shape and separating in the longitudinal direction. The front end side is used as a signal coupling part 14, and the rear end side is used as a noise detection unit 13.

そして、ノイズ検出部13の露出したシールド導体54に制御部15の反転増幅器41を構成するオペアンプ42の反転入力端子を、抵抗R1を介して接続し、オペアンプ42の出力端子を信号結合部14の露出したシールド導体54に接続している。 Then, the inverting input terminal of the operational amplifier 42 constituting the inverting amplifier 41 of the control unit 15 is connected to the exposed shield conductor 54 of the noise detection unit 13 via the resistor R1, and the output terminal of the operational amplifier 42 is connected to the signal coupling unit 14. It is connected to the exposed shield conductor 54.

この第2の実施形態によると、等価回路的には、前述した第1の実施形態と同様の構成となり、ノイズ検出部13で検出したノイズ電圧Vnoiseを反転増幅器41で反転増幅してノイズ相殺信号としての出力電圧Vcompenを信号結合部14のシールド導体54に印加することにより、信号結合部14で、R相配線52r、S相配線52sおよびT相配線52tのノイズ電圧を相殺することができ、前述した第1の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。この結果、前述した図5で破線図示のようにノイズ電圧Vnoiseを略0Vとすることができる。 According to this second embodiment, the equivalent circuit has the same configuration as that of the first embodiment described above, and the noise voltage Vnoise detected by the noise detection unit 13 is inverted and amplified by the inverting amplifier 41 to cancel the noise signal. By applying the output voltage Vcompen as a signal to the shield conductor 54 of the signal coupling portion 14, the noise voltage of the R-phase wiring 52r, the S-phase wiring 52s, and the T-phase wiring 52t can be canceled by the signal coupling portion 14. It is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment described above. As a result, the noise voltage Vnoise can be set to approximately 0V as shown by the broken line in FIG. 5 described above.

しかも、第2の実施形態では、三相ケーブルの各配線に対して共通シールド導体54が設けられているので、前述した第1の実施形態のようにプリント基板11を設ける場合に比較して、全体の構成をより小型化することができる Moreover, in the second embodiment, since the common shield conductor 54 is provided for each wiring of the three-phase cable, as compared with the case where the printed circuit board 11 is provided as in the first embodiment described above, The overall configuration can be made smaller

なお、上記第2の実施形態では、シールド導体54を1重に配置した場合について説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、図6(b)に示すように、シールド導体54の外側にシールド導体54を囲むように第2シールド導体56を配置することにより、より高いシールド効果を発揮することができ、放射ノイズをより低減することができる。この場合、放射ノイズ低減対象配線は、R相配線52r、S相配線52s、T相配線52tおよびアース配線52eに加えてシールド導体54も含まれる。電力変換装置や通信ケーブルの場合、外部へのノイズ流出低減を目的にシールド線を適用する場合がある。 In the second embodiment, the case where the shield conductor 54 is arranged in a single layer has been described, but the present invention is not limited to this. That is, as shown in FIG. 6B, by arranging the second shield conductor 56 so as to surround the shield conductor 54 outside the shield conductor 54, a higher shielding effect can be exhibited and radiation noise can be reduced. It can be further reduced. In this case, the radiation noise reduction target wiring includes the shield conductor 54 in addition to the R-phase wiring 52r, the S-phase wiring 52s, the T-phase wiring 52t, and the ground wiring 52e. In the case of power converters and communication cables, shielded wires may be applied for the purpose of reducing noise outflow to the outside.

しかし、実際にはシールド線からも放射ノイズが放射される。これは、シールドケーブルを適用してもシールド導体54の電位(Vnoise相当)が完全に0Vにはならず、微小な電位変動により外部へ放射されるためである。このような場合には、図6(b)のように第2シールド導体56を形成することにより、シールド導体54の電位変動を、シールド導体54と第2シールド導体56との間に形成される浮遊容量によりノイズ検出部および信号結合部を構成でき、放射ノイズをより低減することが可能となる。なお、57は、第2シールド導体56を覆う絶縁被覆である。 However, in reality, radiation noise is also emitted from the shield wire. This is because the potential of the shielded conductor 54 (corresponding to Vnoise) does not completely reach 0 V even when the shielded cable is applied, and is radiated to the outside due to a minute potential fluctuation. In such a case, by forming the second shield conductor 56 as shown in FIG. 6B, the potential fluctuation of the shield conductor 54 is formed between the shield conductor 54 and the second shield conductor 56. The stray capacitance can form a noise detection unit and a signal coupling unit, which makes it possible to further reduce radiation noise. Reference numeral 57 denotes an insulating coating that covers the second shield conductor 56.

ここで、前述した図5に電力変換装置に適用した際にノイズ電圧Vnoiseを測定した結果を示したが、シールド線を含むノイズ電圧Vnoiseも鎖線図示のように併記している。この図5よりシールド線のノイズ電圧Vnoiseは他の条件に比べてとも小さく、シールド線により放射ノイズが低減できることが示唆される結果が得られている。
この図5に示したシールド線有りのノイズ電圧特性線を拡大した結果を図8に示す。この図8から明らかなように、スイッチングの瞬間に他の条件に比較して大幅に小さい±0.5V程度の大きなサージ電圧のような高周波のピーク電圧信号が確認でき、ノイズ電圧Vnoiseを完全に0Vにすることはできない。
Here, FIG. 5 described above shows the result of measuring the noise voltage Vnoise when applied to the power conversion device, but the noise voltage Vnoise including the shielded line is also shown as shown by the chain line. From FIG. 5, the noise voltage Vnoise of the shielded wire is smaller than that of other conditions, and the result suggesting that the shielded wire can reduce the radiated noise is obtained.
The result of enlarging the noise voltage characteristic line with the shield line shown in FIG. 5 is shown in FIG. As is clear from FIG. 8, a high-frequency peak voltage signal such as a large surge voltage of about ± 0.5V, which is significantly smaller than other conditions, can be confirmed at the moment of switching, and the noise voltage Vnoise is completely set. It cannot be set to 0V.

このノイズ電圧Vnoiseは、シールド線の接地法(安定電位との接続方法)によって、大きく変化する。例えば、シールドクランプによって低インピーダンスで接続できる条件においては、図8に示したようにノイズ電圧Vnoiseは大幅に小さくなるのに対し、所謂ピッグテール接続の場合には、図5のアース線ありと大きな変化は見られない場合もある。
いずれにしても、ノイズ電圧Vnoiseを完全に0Vにすることは難しく放射ノイズ源となるため、上述のようにシールド線を含めてノイズ検出部13及び信号結合部14を構成することで、放射ノイズをより低減できるようになる。
This noise voltage Vnoise changes greatly depending on the grounding method (connection method with the stable potential) of the shielded wire. For example, under the condition that the shield clamp can be connected with low impedance, the noise voltage Vnoise becomes significantly smaller as shown in FIG. 8, whereas in the case of so-called pigtail connection, there is a large change with the ground wire in FIG. May not be seen.
In any case, it is difficult to completely set the noise voltage Vnoise to 0V and it becomes a radiation noise source. Therefore, by configuring the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14 including the shield wire as described above, the radiation noise Can be further reduced.

さらに、図6(c)の構成では、一般的な4芯ケーブルとは異なり、アース線52eを分割し、R相配線52r、S相配線52sおよびT相配線52tとアース配線52eとの距離が同じになるように形成される。この図6(c)に示すケーブルはシールドケーブルと同等程度にR相配線52r、S相配線52sおよびT相配線52tとアース配線52eとの間の浮遊容量が大きく形成され、ノイズ検出部13および信号結合部14を流用できる。 Further, in the configuration of FIG. 6C, unlike a general 4-core cable, the ground wire 52e is divided and the distance between the R-phase wiring 52r, the S-phase wiring 52s and the T-phase wiring 52t and the ground wiring 52e is increased. Formed to be the same. The cable shown in FIG. 6C has a large stray capacitance between the R-phase wiring 52r, the S-phase wiring 52s, the T-phase wiring 52t, and the ground wiring 52e to the same extent as the shielded cable, and the noise detection unit 13 and The signal coupling unit 14 can be diverted.

上述した段落番号「0054」でも記載したが、このようにアース配線52eやシールド線を含めて放射ノイズ低減対象配線と捉えることは、放射ノイズを対象としたノイズ抑制装置特有の技術であり、従来の伝導ノイズ抑制用のアクティブノイズ抑制装置ではアース線やシールド線をノイズ低減対象の配線と捉えることはない。 As described in the above-mentioned paragraph number "0054", it is a technique peculiar to the noise suppression device for radiated noise to regard the ground wiring 52e and the shielded wire as the radiated noise reduction target wiring in this way. In the active noise suppression device for suppressing conduction noise, the ground wire and shield wire are not regarded as the wiring to be noise-reduced.

なお、上記第2の実施形態では、4芯線について説明したが、3芯線(三相3線、単相3線)、2芯線(単相,直流)などでも同様に適用することができる。また信号線では芯数がより多い場合もある。 Although the 4-core wire has been described in the second embodiment, the same can be applied to a 3-core wire (three-phase three-wire, single-phase three-wire), a two-core wire (single-phase, direct current), and the like. Also, the signal line may have a larger number of cores.

なお、上記第1および第2の実施形態では、ノイズ検出部13および信号結合部14の双方に浮遊容量で構成する場合について説明したが、ノイズ検出部13および信号結合部14の何れか一方を浮遊容量で構成するようにしてもよい。前述したように、従来技術のように種々提案されているアクティブノイズ抑制装置において、理想的なコンデンサを実現できず、高周波までノイズを検出・結合できない原因になっている。このため、従来例提案されているアクティブノイズ抑制装置の電圧検出部、電圧結合部に浮遊容量を適用することで、高周波帯域の低減量の改善が期待できる。 In the first and second embodiments, the case where both the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14 are configured with stray capacitance has been described, but either the noise detection unit 13 or the signal coupling unit 14 is used. It may be configured by stray capacitance. As described above, in the variously proposed active noise suppression devices as in the prior art, an ideal capacitor cannot be realized, which causes noise to not be detected and coupled even at high frequencies. Therefore, by applying stray capacitance to the voltage detection unit and voltage coupling unit of the active noise suppression device proposed in the prior art, improvement in the amount of reduction in the high frequency band can be expected.

ただし、従来技術のコンデンサ分圧で検出する静電容量に比べて、浮遊容量の静電容量は非常に小さいため、伝導ノイズを対象とした周波数帯では電位変動を正確に捕まえにくい。また、信号結合部14に適用される従来のコンデンサにおいても、同様な課題が生じる。このことから、浮遊容量により実現するノイズ検出部13および信号結合部14は、放射ノイズ低減に活用するために、より有効な構成と言える。 However, since the stray capacitance is very small compared to the capacitance detected by the conventional capacitor partial pressure, it is difficult to accurately capture the potential fluctuation in the frequency band for conduction noise. Further, the same problem arises in the conventional capacitor applied to the signal coupling unit 14. From this, it can be said that the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14 realized by the stray capacitance are more effective configurations for utilizing in reducing radiation noise.

なお、浮遊容量が優れた周波数特性を持つコンデンサとして機能すると記載したが、厳密には図2に示すように、配線インダクタンスと浮遊容量の分布定数回路となる。このため、配線インダクタンスの影響で、LC共振、半共振の特性が生じる。これは図1に記載のプリント基板でも図6に記載のケーブルのどちらでも同じである。つまり、図2に示すような分布定数線路において低減したい周波数よりも、1次共振周波数を高く設定することで、理想的なコンデンサとして動作する。 Although it has been described that the stray capacitance functions as a capacitor having excellent frequency characteristics, strictly speaking, as shown in FIG. 2, it is a distribution constant circuit of wiring inductance and stray capacitance. Therefore, the characteristics of LC resonance and semi-resonance occur due to the influence of the wiring inductance. This is the same for both the printed circuit board shown in FIG. 1 and the cable shown in FIG. That is, by setting the primary resonance frequency higher than the frequency to be reduced in the distributed constant line as shown in FIG. 2, the capacitor operates as an ideal capacitor.

プリント基板構成、ケーブル構成によって浮遊容量と配線インダクタンスは異なり、1次共振周波数も大きく異なるが、後述のように本願発明で効果が得られることが実験で確認できている周波数は、10MHz付近から100MHz以上であることから、前述のLC共振、半共振周波数が100MHz以上となるような構造(長さ、面積)としなければならない。ただし厳密には、共振周波数よりも低い周波数から共振の影響でインピーダンスが変化することから300MHz程度まで1次共振周波数を高めて設定すると、浮遊容量が周波数特性のよいコンデンサとして機能する。 The stray capacitance and wiring inductance differ depending on the printed circuit board configuration and cable configuration, and the primary resonance frequency also differs greatly. However, as described later, the frequencies that have been experimentally confirmed to be effective in the present invention are from around 10 MHz to 100 MHz. Based on the above, the structure (length, area) must be such that the above-mentioned LC resonance and semi-resonance frequencies are 100 MHz or more. However, strictly speaking, since the impedance changes due to the influence of resonance from a frequency lower than the resonance frequency, if the primary resonance frequency is set to be increased to about 300 MHz, the stray capacitance functions as a capacitor having good frequency characteristics.

次に、本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の第3の実施形態について図9を伴って説明する。
この第3の実施形態では、アクティブノイズ抑制装置だけでは、法規制を満足でない条件も生じることが想定され、これに対処するためにアクティブノイズ抑制装置のノイズ検出部13よりも外側にFM帯対策用コアを追加したものである。
Next, a third embodiment of the active noise suppression device according to the present invention will be described with reference to FIG.
In this third embodiment, it is assumed that the active noise suppression device alone may not satisfy the legal regulations, and in order to deal with this, the FM band countermeasure is outside the noise detection unit 13 of the active noise suppression device. The core for noise is added.

この第3の実施形態では、図9に示すように、ノイズ検出部13の信号結合部とは反対側となる系統側/負荷側にノイズ低減用コアとしてのFM帯対策用コア61が配置されていることを除いては前述した第1又は第2の実施形態と同様に構成されている。 In this third embodiment, as shown in FIG. 9, the FM band countermeasure core 61 as a noise reduction core is arranged on the system side / load side opposite to the signal coupling portion of the noise detection unit 13. It is configured in the same manner as the first or second embodiment described above except that the above-described first or second embodiment is used.

この第3の実施形態では、アクティブノイズ抑制装置10で十分に低減しきれなかったノイズ電位変動Vnoiseよる放射ノイズを、従来技術の対策用コア追加と組み合わせることで低減する効果を有する。 In this third embodiment, there is an effect of reducing the radiation noise due to the noise potential fluctuation Vnoise, which could not be sufficiently reduced by the active noise suppression device 10, by combining it with the addition of the countermeasure core of the prior art.

次に、本発明に係るアクティブノイズ抑制装置の第4の実施形態について図10を伴って説明する。
ノイズ電圧Vnoiseの変動が大きくすぎるとオペアンプ42が飽和し、十分なノイズ低減効果が得られないため、抵抗R1とノイズ検出部13の浮遊容量Cfdとで構成するハイパスフィルタのカットオフ周波数を適切に設定することは前述した。しかし、規制対象の下限周波数である30MHzの放射ノイズを低減するためには、カットオフ周波数の設定範囲は限られてしまうため、ノイズの大きい条件すなわちノイズ電源Vnoiseの変動が大きい条件では、オペアンプ42の飽和防止と適切なカットオフ周波数の設定を両立できない場合がある。
Next, a fourth embodiment of the active noise suppression device according to the present invention will be described with reference to FIG.
If the fluctuation of the noise voltage Vnoise is too large, the operational amplifier 42 is saturated and a sufficient noise reduction effect cannot be obtained. Therefore, the cutoff frequency of the high-pass filter composed of the resistor R1 and the stray capacitance Cfd of the noise detection unit 13 is appropriately set. The setting is described above. However, in order to reduce the radiation noise of 30 MHz, which is the lower limit frequency to be regulated, the setting range of the cutoff frequency is limited. Therefore, under the condition of large noise, that is, the condition of large fluctuation of the noise power supply Vnoise, the operational amplifier 42 It may not be possible to achieve both the prevention of saturation and the setting of an appropriate cutoff frequency.

そこで、第4の実施形態では、オペアンプ42の飽和防止と適切なカットオフ周波数の設定を両立できないという問題を解決するためにアクティブノイズ抑制装置10の信号結合部14より電力変換装置側すなわちノイズ検出部13とは反対側にノイズ低減用コアとしてのFM帯対策用コア62を配置している。 Therefore, in the fourth embodiment, in order to solve the problem that the saturation prevention of the operational amplifier 42 and the setting of an appropriate cutoff frequency cannot be achieved at the same time, the power conversion device side, that is, noise detection from the signal coupling unit 14 of the active noise suppression device 10. An FM band countermeasure core 62 as a noise reduction core is arranged on the side opposite to the unit 13.

この第4の実施形態によると、特許文献2に記載されている放射ノイズ低減用EMIフィルタ構成と、アクティブノイズ抑制装置10とを組み合わせた構成に相当する。FM帯対策用コア62と信号結合部14の浮遊容量とで放射ノイズ対策用EMIフィルタが構成される。このフィルタ効果により、ノイズ電圧変動Vnoiseにはコアなし条件よりもピークが低減されることから、オペアンプ42の出力を小さくできる。これにより、オペアンプ42の飽和を回避し、良好な放射ノイズ低減効果が得られるようになる。 According to this fourth embodiment, it corresponds to a configuration in which the EMI filter configuration for reducing radiation noise described in Patent Document 2 and the active noise suppression device 10 are combined. The FM band countermeasure core 62 and the stray capacitance of the signal coupling portion 14 constitute an EMI filter for radiation noise countermeasures. Due to this filter effect, the peak of the noise voltage fluctuation Vnoise is reduced as compared with the coreless condition, so that the output of the operational amplifier 42 can be reduced. As a result, saturation of the operational amplifier 42 is avoided, and a good radiation noise reduction effect can be obtained.

最後に、本願発明を実験により検証した例について図11及び図12を伴って説明する。
実験には、図11(a)に示すように、第2の実施形態の図6(a)に示すケーブル51にノイズ検出部13および信号結合部14を形成し、必要に応じて信号結合部14のノイズ検出部13とは反対側にFM帯対策用コア62を配置し、ケーブル51のFM帯対策用コア62側の端部と安定電位としての筐体模擬鋼板63との間にコモンモードノイズ源64を接続している。
Finally, an example in which the present invention has been experimentally verified will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
In the experiment, as shown in FIG. 11A, a noise detection unit 13 and a signal coupling unit 14 are formed on the cable 51 shown in FIG. 6A of the second embodiment, and a signal coupling unit 14 is formed as needed. An FM band countermeasure core 62 is arranged on the side opposite to the noise detection unit 13 of 14, and a common mode is provided between the end of the cable 51 on the FM band countermeasure core 62 side and the housing simulated steel plate 63 as a stable potential. The noise source 64 is connected.

ここで、図11(a)および(b)から確認できるように、ノイズ検出部13および信号結合部14のシールドは、放射ノイズ低減対象配線の一部に巻き回して構成する。また、図11(b)に示す四角枠Aで囲んだ箇所に小さな基板に実装して制御部15を構成している。 Here, as can be confirmed from FIGS. 11A and 11B, the shield of the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14 is configured to be wound around a part of the radiation noise reduction target wiring. Further, the control unit 15 is configured by mounting it on a small substrate at a portion surrounded by the square frame A shown in FIG. 11B.

そして、図12は実際に放射ノイズを測定した結果である。アクティブノイズ抑制装置接続前とアクティブノイズ抑制装置接続後とを比較すると、本発明により規制対象の30MHz〜70MHzにおいておおよそ10dB以上の放射ノイズ低減効果が得られていることがわかる。ただし、70MHz以上ではアクティブノイズ抑制装置による放射ノイズ低減効果が十分に得られていない。これは、オペアンプ42の非反転入力端子と安定電位点と接続する配線インピーダンス(ケーブル長2.5cm)を短くすることで改善できる。また、放射ノイズ測定が一方向のみで、全周囲(360°)測定できていないことが原因と推定される。また、本結果では、図11(b)のような簡単に試作した装置で効果を検証しているが、製品レベルの試作品で検証すればより大きな低減効果が期待できる。 And FIG. 12 is the result of actually measuring the radiation noise. Comparing before connecting the active noise suppression device and after connecting the active noise suppression device, it can be seen that the radiation noise reduction effect of about 10 dB or more is obtained in the regulated 30 MHz to 70 MHz by the present invention. However, at 70 MHz or higher, the radiation noise reduction effect of the active noise suppression device is not sufficiently obtained. This can be improved by shortening the wiring impedance (cable length 2.5 cm) connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 42 and the stable potential point. In addition, it is presumed that the cause is that the radiation noise measurement is only in one direction and the entire circumference (360 °) cannot be measured. Further, in this result, the effect is verified by a simple prototype device as shown in FIG. 11B, but a larger reduction effect can be expected if it is verified by a product-level prototype.

なお、上記第1〜第4の実施形態では、アクティブノイズ抑制装置10の接続場所については特に説明しなかったが、従来技術と同様に系統側、主回路直流中間部、出力側の何れの場所に接続しても上記効果を発揮することができる。ただし、分散配置(検出部主回路直流中間部で信号結合部が系統側)される構成の場合は、オペアンプ42が発振し易くなるため適用が難しい。 In the first to fourth embodiments, the connection location of the active noise suppression device 10 has not been described in particular, but as in the prior art, any location on the system side, the main circuit DC intermediate portion, or the output side. The above effect can be exhibited even if it is connected to. However, in the case of a distributed arrangement (the signal coupling portion is on the system side in the DC intermediate portion of the detection unit main circuit), the operational amplifier 42 easily oscillates, which is difficult to apply.

また、上記第1〜第4の実施形態では、電気機器の入力側にアクティブノイズ抑制装置を設けた場合について説明したが、電機機器の出力側にアクティブノイズ抑制装置を設けるようにしてもよい。 Further, in the first to fourth embodiments, the case where the active noise suppression device is provided on the input side of the electric device has been described, but the active noise suppression device may be provided on the output side of the electric device.

さらに、上記第1〜第4の実施形態においては、制御部として1つの反転増幅器で構成する場合について説明したが、図13に示すようなアクティブコモンノイズキャンセラ(ACC)に適用する場合には、制御部15の構成を変更する。アクティブコモンノイズキャンセラは、直流電源71の直流電力をインバータ73で三相交流に変換し、このインバータ73の出力である三相交流ラインU,V,Wに前述した浮遊容量によるノイズ検出部13を配置するとともに、コモンモードトランスCTで構成される信号結合部14を配置し、ノイズ検出部13および信号結合部14との間に制御部15を接続している。 Further, in the first to fourth embodiments, the case where one inverting amplifier is used as the control unit has been described, but when it is applied to the active common noise canceller (ACC) as shown in FIG. 13, it is controlled. The configuration of unit 15 is changed. The active common noise canceller converts the DC power of the DC power supply 71 into three-phase AC by the inverter 73, and arranges the noise detection unit 13 based on the floating capacitance described above on the three-phase AC lines U, V, and W which are the outputs of the inverter 73. At the same time, a signal coupling unit 14 composed of a common mode transformer CT is arranged, and a control unit 15 is connected between the noise detection unit 13 and the signal coupling unit 14.

ここで、制御部15としては、ノイズ電圧Vnoiseがベースに入力される第1相補型バッファ増幅器74と、その出力側に接続されたハイパスフィルタ75と、ハイパスフィルタ75の出力側に接続された第2相補型バッファ増幅器76とで構成し、第1相補型バッファ増幅器74に入力されるノイズ検出部13からのノイズ電圧をハイパスフィルタ75で高周波成分のみを抽出し、抽出した高周波成分を第2相補型バッファ増幅器76を介してコモンモードトランスCTの巻線W4に印加するようにしている。第1および第2相補型バッファ増幅器74および76には独立電源77から電力が供給されている。 Here, as the control unit 15, the first complementary buffer amplifier 74 in which the noise voltage Vnoise is input to the base, the high-pass filter 75 connected to the output side thereof, and the high-pass filter 75 connected to the output side of the high-pass filter 75 are connected. It is composed of two complementary buffer amplifiers 76, and the noise voltage from the noise detection unit 13 input to the first complementary buffer amplifier 74 is extracted by the high-pass filter 75 only for high-frequency components, and the extracted high-frequency components are second-complementary. It is applied to the winding W4 of the common mode transformer CT via the type buffer amplifier 76. The first and second complementary buffer amplifiers 74 and 76 are powered by an independent power source 77.

また、独立電源77、コモンモードトランスCTの一次側コイルの他端、ハイパスフィルタ75を構成する抵抗の他端およびノイズ検出部13および第1相補型バッファ増幅器74のベース間の接続点に接続されたコンデンサCnの他端が直流電源71と並列に接続された高耐圧コンデンサCH1およびCH2の接続点すなわち直流リンク電圧の中性点に接続されている。 Further, it is connected to the connection point between the independent power supply 77, the other end of the primary coil of the common mode transformer CT, the other end of the resistor constituting the high-pass filter 75, the noise detection unit 13, and the base of the first complementary buffer amplifier 74. The other end of the capacitor Cn is connected to the connection point of the high withstand voltage capacitors CH1 and CH2 connected in parallel with the DC power supply 71, that is, the neutral point of the DC link voltage.

このように、制御部15を上記構成とすることにより、ノイズ検出部13で検出した交流電路に発生するノイズ電圧は、制御部15のハイパスフィルタ75で高周波成分のみが抽出され、第2相補型バッファ増幅器76を介して出力される高周波成分と独立電源77の中性点(直流リンク電圧の中性点と共通)の間の電圧がコモンモードトランスCTに印加される。これによりノイズ電圧と逆向きの大きさの電圧が重畳されることにより、ノイズ電圧を相殺することができる。 As described above, by configuring the control unit 15 as described above, the noise voltage generated in the AC electric circuit detected by the noise detection unit 13 is the second complementary type in which only the high frequency component is extracted by the high pass filter 75 of the control unit 15. A voltage between the high frequency component output via the buffer amplifier 76 and the neutral point of the independent power supply 77 (common with the neutral point of the DC link voltage) is applied to the common mode transformer CT. As a result, the noise voltage can be offset by superimposing a voltage having a magnitude opposite to that of the noise voltage.

10…アクティブノイズ抑制装置、11…プリント基板、12a,12b…放射ノイズ低減対象配線、13…ノイズ検出部、14…信号結合部、15…制御部、21a,21b…シールド導体用ベタパターン、22…貫通ビア、31a,31b…シールド導体用ベタパターン、32…貫通ビア、41…反転増幅器、42…オペアンプ、43…安定電位点、51…三相ケーブル、52r…R相配線、52s…S相配線、52t…T相配線、52e…アース配線、54…シールド導体、56…第2シールド導体、61,62…FM帯対策用コア、63…筐体模擬鋼板、64…コモンモードノイズ源、71…直流電源、73…インバータ、74…第1相補型バッファ増幅器、75…ハイパスフィルタ、76…第2相補型バッファ増幅器、77…独立電源、CT…コモンモードトランス 10 ... Active noise suppression device, 11 ... Printed board, 12a, 12b ... Radiation noise reduction target wiring, 13 ... Noise detection unit, 14 ... Signal coupling unit, 15 ... Control unit, 21a, 21b ... Solid pattern for shield conductor, 22 ... Penetration via, 31a, 31b ... Solid pattern for shield conductor, 32 ... Penetration via, 41 ... Inversion amplifier, 42 ... Optics, 43 ... Stable potential point, 51 ... Three-phase cable, 52r ... R-phase wiring, 52s ... S-phase Wiring, 52t ... T-phase wiring, 52e ... Earth wiring, 54 ... Shield conductor, 56 ... Second shield conductor, 61, 62 ... FM band countermeasure core, 63 ... Housing simulated steel plate, 64 ... Common mode noise source, 71 ... DC power supply, 73 ... Inverter, 74 ... First complementary buffer amplifier, 75 ... High pass filter, 76 ... Second complementary buffer amplifier, 77 ... Independent power supply, CT ... Common mode transformer

Claims (7)

電気機器が発生する電磁ノイズ発生源を検出するノイズ検出部と、
該ノイズ検出部で検出した電磁ノイズを打ち消すノイズ相殺信号を形成する制御部と、
該制御部で形成したノイズ相殺信号を前記電気機器へ供給する信号結合部とを備え、
前記ノイズ検出部及び前記信号結合部の少なくとも一方を、前記電気機器の内部に設けられた配線又は前記電気機器に電気的に接続される配線と、当該配線と当該配線をシールドするシールド導体との間に形成される浮遊容量とで構成した
ことを特徴とするアクティブノイズ抑制装置。
A noise detector that detects the source of electromagnetic noise generated by electrical equipment,
A control unit that forms a noise canceling signal that cancels the electromagnetic noise detected by the noise detection unit,
A signal coupling unit that supplies a noise canceling signal formed by the control unit to the electric device is provided.
At least one of the noise detection unit and the signal coupling unit is a wiring provided inside the electric device or a wiring electrically connected to the electric device, and the wiring and a shield conductor that shields the wiring . An active noise suppression device characterized by being composed of a floating capacitance formed between them.
電気機器が発生する電磁ノイズ発生源を検出するノイズ検出部と、
該ノイズ検出部で検出した電磁ノイズを打ち消すノイズ相殺信号を形成する制御部と、
該制御部で形成したノイズ相殺信号を前記電気機器へ供給する信号結合部とを備え、
前記ノイズ検出部及び前記信号結合部の少なくとも一方を、前記電気機器の内部に設けられた配線又は前記電気機器に電気的に接続される配線と、当該配線と当該配線をシールドするシールド導体との間に形成される浮遊容量とで構成し、
前記制御部は、前記ノイズ検出部で検出した電磁ノイズを反転増幅して前記信号結合部に供給するオペアンプによる反転増幅器を備えている
ことを特徴とするアクティブノイズ抑制装置。
A noise detector that detects the source of electromagnetic noise generated by electrical equipment,
A control unit that forms a noise canceling signal that cancels the electromagnetic noise detected by the noise detection unit,
A signal coupling unit that supplies a noise canceling signal formed by the control unit to the electric device is provided.
At least one of the noise detection unit and the signal coupling unit is a wiring provided inside the electric device or a wiring electrically connected to the electric device, and the wiring and a shield conductor that shields the wiring . Consists of the floating capacity formed between
The control unit is an active noise suppression device including an operational amplifier that inverting and amplifies electromagnetic noise detected by the noise detection unit and supplies the electromagnetic noise to the signal coupling unit.
前記ノイズ検出部及び前記信号結合部の少なくとも一方は、絶縁板部内に形成された前記電気機器に電気的に接続される配線と、該配線に対して絶縁部を介して対向するシールド導体パターンと、前記配線及び前記シールド導体パターン間に形成される浮遊容量とで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクティブノイズ抑制装置。 At least one of the noise detection unit and the signal coupling unit has a wiring that is electrically connected to the electric device formed in the insulating plate portion and a shield conductor pattern that faces the wiring via the insulating portion. The active noise suppression device according to claim 1 or 2 , wherein the active noise suppression device is composed of the wiring and a floating capacitance formed between the shield conductor patterns. 前記ノイズ検出部及び前記信号結合部の少なくとも一方は、前記電気機器に接続される複数の絶縁被覆配線導体と、該複数の絶縁被覆配線導体を、絶縁材を介して囲むシールド導体と、前記絶縁被覆配線導体と前記シールド導体との間に形成される浮遊容量とで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のアクティブノイズ抑制装置。 At least one of the noise detection unit and the signal coupling unit includes a plurality of insulation-coated wiring conductors connected to the electric device, a shield conductor that surrounds the plurality of insulation-coated wiring conductors with an insulating material, and the insulation. The active noise suppression device according to claim 1 or 2 , wherein the active noise suppression device is composed of a floating capacitance formed between a coated wiring conductor and the shield conductor. 前記ノイズ検出部から見て前記信号結合部とは反対側にノイズ低減用コアを配置したことを特徴とする請求項1からの何れか1項に記載のアクティブノイズ抑制装置。 The active noise suppression apparatus according to any one of claims 1, characterized in that a noise reduction core on the opposite side 4 to the viewed from the noise detection unit and the signal combination unit. 前記信号結合部からみて前記ノイズ検出部とは反対側に、ノイズ低減用コアを配置したことを特徴とする請求項1からの何れか1項に記載のアクティブノイズ抑制装置。 The active noise suppression device according to any one of claims 1 to 4 , wherein a noise reduction core is arranged on the side opposite to the noise detection unit when viewed from the signal coupling unit. 前記制御部は、ノイズ検出部のノイズ電圧が入力される第1相補型バッファ増幅器と、該第1相補型バッファ増幅器の出力側に接続されたハイパスフィルタと、該ハイパスフィルタで抽出された高周波成分が入力される第2相補型バッファ増幅器とを備え、前記第2相補型バッファ増幅器の出力を信号結合部を構成するコモンモードトランスに印加することを特徴とする請求項1に記載のアクティブノイズ抑制装置。 The control unit includes a first complementary buffer amplifier to which the noise voltage of the noise detection unit is input, a high-pass filter connected to the output side of the first complementary buffer amplifier, and a high-frequency component extracted by the high-pass filter. The active noise suppression according to claim 1, further comprising a second complementary buffer amplifier into which is input, and applying the output of the second complementary buffer amplifier to a common mode transformer constituting a signal coupling unit. apparatus.
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