JPH0458766A

JPH0458766A - アクティブフィルタ装置

Info

Publication number: JPH0458766A
Application number: JP17151890A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Okawa; 克実大川
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1990-06-28
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1992-02-25
Anticipated expiration: 2011-10-09
Also published as: JP2542954B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明はアクティブフィルタ装置、特にリアクタのｔ流
検出回路を備え且つ可聴周波数範囲外で動作するアクテ
ィブフィルタ装置に関する。

（ロ）従来の技術近年、整流電源のノイズ対策の点からアクティブ　フィ
ルタが注目されている。−船釣なアクティブフィルタを
第７図を参照して説明する。

このアクティブフィルタは、ダイオードＤ、〜Ｄ、から
なるブリッジ整流回路、ブリッジ整流回路の正の直流出
力端に一端が接続されるリアクタＬ１このリアクタＬの
他端とグランド間にコレクタ、エミッタがそれぞれ接続
されるトランジスタＱ、このトランジスタＱのコレクタ
にアノードが接続されるダンパ・ダイオードＤ５、この
ダンパ・ダイオードＤ６のカソードとグランド間に接続
される平滑コンデンサＣｄおよびトランジスタＱのベー
スに制御パルスφを供給する制御回路ＣＯＭから構成さ
れる。

制御回路ＣＯＭの主回路はマイクロコンピュータにより
構成されて、１５ＫＨｚ以上の周波数の制御パルス≠を
出力している。

次に、このアクティブフィルタの動作を説明する。

商用交流のダイオードＤ１とり、の接続点電位が正とな
る半周期では、制御回路ＣＯＭから出力される１５ＫＨ
ｚ以上の周波数の制御パルス≠がハイレベルのときトラ
ンジスタＱがオンし、ダイオードＤ１−リアクタＬ−ト
ランジスタＱ−ダイオードＤ、の閉回路が形成されてリ
アクタＬに電ａ　Ｉ　Ｌが流れる。そして、制御パルス
≠がローレベルのときトランジスタＱがオフして先の閉
回路が開路されると、リアクタしはそれ以前の電気的状
態を持続させようとして逆起電力を発生する。このリア
クタＬの逆起電力とブリッジ整流回路出力とが加算きれ
た電圧はコンデンサ入力型の整流回路に比較して長い期
間において平滑コンデンサＣｄの充ｉｔ圧を上回り、ダ
ンパ・ダイオードＤ６を介して平滑コンデンサＣｄを充
電する。

また、商用交流のダイオードＤ、とり、の接続点電位が
負となる半周期では、制御パルス−がハイレベルのとき
トランジスタＱがオンし、ダイオードＤ、−リアクタＬ
−）−ランジスタＱ−ダイオードＤ、の閉回路が形成さ
れてリアクタしに電流Ｉｔが流れる。そして、制御パル
スｄがローレベルとなってトランジスタＱがオフし、先
の閉回路が開路されると、先と同様にリアクタしに逆起
電力を生じ、逆起電力とブリッジ整流回路出力とが加算
された電圧により平滑コンデンサＣｄが充電される。

斯上したアクティブフィルタでは、制御回路ＣＯＭから
の制御パルス≠でトランジスタＱのオンオフを制御して
いる。即ち、この制御パルス≠はリアクタしに流れるコ
イル電流工、の制御を行っている。

第７図に示すアクティブフィルタでは、補助巻線（１）
によるコイル電流の検出を行う制御方式を採用している
。補助巻線（１）はリアクタＬに磁気結合して巻かれ、
リアクタＬを流れるコイル軍ａＩＬの極性を検出する。

つまり、トランジスタＱがオンしコイル電流Ｉｔが流れ
て、リアクタしにエネルギが蓄積されている期間は補助
巻線（１）からは負の電圧が出力され、トランジスタＱ
がオフしリアクタＬのエネルギが放出されている期間は
補助巻線（１）からは正の電圧が出力され、コイル電流
１．、がゼロになると補助巻線（１）はゼロ電圧となる
。この波形を第８図に示している。制御回路ＣＯＭはこ
のゼロ電圧を検知して次の一定期間の制御パルスφを出
力し、リアクタしにコイル電流ＩＬを流す。

（ハ）発明が解決しようとする課題斯上したアクティブフィルタ装置では以下の問題点を有
している。

第１に、第９図に示すようにコイル電流Ｉｔが１５に１
（ｚで断続していたものが、何らかの原因で充電電圧Ｖ
ＤＣと整流電圧ＶＡＣとの差が小さくなると、リアクタ
Ｌからの蓄積エネルギの放出が長くなり、これに伴って
補助巻線の出力も周期が大きくなり、この補助巻線の出
力により制御回路ＣＯＭから出力される制御パルスφも
１５ＫＨｚから例えば２　ＫＨｚと可聴周波数域まで低
下し、スイッチング音が聞こえる問題点を有していた。

第２に、第１０図に示すようにコイル電流ＩＬが何らか
の原因で流れ放しとなると、補助巻線の出力が一側に固
定されて制御回路ＣＯＭでは制御不能となる問題点を有
していた。

（ニ）課題を解決するための手段本発明は斯上した諸々の問題点に鑑みてなされ、コイル
電流をリアクタＬの出力電圧で検出する検出回路を設け
、この検出回路にリアクタＬの出力電圧の状態に関係な
く可聴周波数範囲外で反転出力を出力きせることにより
、従来の問題点を解決したアクティブフィルタ装置を実
現するものである。

（＊）作用本発明に依れば、リアクタＬの出力側の一端の出力電圧
Ｖｃを検出回路で直接検出しているので、リアクタＬに
蓄積されたエネルギの放出時に生ずるリアクタＬの逆起
電力の出力電圧■。Ｃから整流回路の整流電圧ＶＡＣの
立ち下がりを確実に検知でき、検出回路の検出出力で制
御回路より制御パルスφを出力できる。更に検出回路か
らの検出出力をリアクタＬの出力電圧ｖｃの状態に拘ら
ず、可聴周波数範囲外で反転させる様に時定数を決定し
ているので、スイッチング素子のスイッチングは確実に
可聴周波数範囲外で行える。

（へ）実施例本発明に依るアクティブフィルタ装置を第１図乃至第６
図を参照して詳細に説明する。

本発明のアクティブフィルタは、第１図に示すように、
ダイオードＤ、〜Ｄ、からなるブリッジ整流回路、ブリ
ッジ整流回路の正の直流圧力端に一端が接続されるリア
クタし、このリアクタＬの他端とグランド間にコレクタ
、エミッタがそれぞれ接続されるトランジスタＱ０、こ
のトランジスタＱゎのコレクタにアノードが接続される
ダンパ・ダイオードＤ６、このダンパ・ダイオードＤ５
のカソードとグランド間に接続される平滑コンデンサＣ
ｄおよびトランジスタＱ、のベースに制御パルス４を供
給する制御回路ＣＯＭ、本発明の特徴とするリアクタＬ
の他端の出力電圧Ｖｃを検出する検出回路ＤＥＣから構
成されている。

制御回路ＣＯＭの主回路はマイクロフンピユータにより
構成されて、可聴域外の２０Ｋ）ｌｚ以上の周波数の制
御パルス４を出力している。更に第５図を参照して制御
回路ＣＯＭを詳述すると、乗算回路（１１）、コンパレ
ータ（１２）、発振回路０ＳＣ（１３）およびバッファ
（１４）で制御回路ＣＯＭは構成きれている。乗算回路
（１１）は充ｔｔＥＥ、ＶＤＣと整流電圧Ｖ　Ａ　Ｃと
が入力きれており、図示の如く充ｉｔ圧ＶＤＣに対応し
ヤ適切な太ききの半波の波形を出力している。フンパレ
ータ（１２）では、乗算回路（１１）の出力とコイルを
流ＩＬとが比較され、コイル電流Ｉ、が乗算回路（１１
）の出力より大きい期間のみその出力を反転させている
。従ってフンパレータ（１２）の出力が反転する間、発
振回路ＯＳ　Ｃ（１３）より２０ＫＨｚ以上の周波数の
制御パルスφをバッファ（１４）を介して出力する。

本発明の特徴である検出回路ＤＥＣはリアクタＬにトラ
ンジスタＱ、がオン時に流れるコイル電流ＩＬにより蓄
積されたエネルギの放出時に発生きれる逆起電力の出力
電圧ＶＤＣ（第３図参照）から整流電圧ｖＡｃ（第３図
参照）への立ち下がりを検出し、コイルｔｉ　Ｉ　Ｌが
無くなったことを検知している。

第２図を参照して具体化された本発明の検出回路を説明
する。この検出回路は、リアクタＬの他端に接続された
コンデンサＣと抵抗Ｒ０の直列回路と、抵抗Ｒ８にベー
スを接続されたトランジスタＴｒと、トランジスタＴｒ
のコレクタと電源ＶＣＣ間に接続された負荷抵抗Ｒ８と
、トランジスタＴｒのコレクタに接続され検出出力信号
Ｖ、を出力する出力端子と、トランジスタＴｒのエミッ
タを接続するアースラインと、トランジスタＴｒのベー
スとコンデンサＣと抵抗Ｒ４の接続点間に直列に接続さ
れたダイオードＤと抵抗Ｒ１とで構成きれている。なお
検出出力信号■５は第５図に示す如く、制御回路ＣＯＭ
の発振回路ＯＳ　Ｃ（１３）に入力され、制御パルスφ
の出力を制御′している。

第４図は他の具体化された本発明の検出回路であり、ト
ランジスタＴｒの代りにオペアンプＯＰを用いた点に特
徴がある。オペアンプＯＰの十入力端子にはリアクタＬ
の他端よりコンデンサＣと抵抗Ｒ，の直列回路を介して
接続され、−入力端子には電ｉｔ圧ｖｃｏとグランドラ
イン間に接続された２本のブリーダ抵抗で基準電圧（ス
レッショルド電圧）が入力きれている。

次に本発明に依るアクティブフィルタの動作について説
明する。基本的な動作は第７図の従来のものと同一であ
るので、ここでの説明は省略する。ここでは検出回路Ｄ
ＥＣを中心に第３図を参照して説明する。

正常動作時の場合を第３図の左端側および右端側を参照
して説明する。

リアクタＬを流れるコイル電流１１はトランジスタＱ、
がオン期間中流れてリアクタＬにエネルギを蓄積し、ト
ランジスタＱ、がオフ期間中流れずリアクタＬに蓄積さ
れたエネルギを放出する。

その結果、コイル電流■１はのこぎり波状となる。従っ
てリアクタＬの出力側の出力電圧ＶＣは、トランジスタ
Ｑ０のオン期間中はＯｖとなり、トランジスタＱ０のオ
フと同時にリアクタＬに逆起電力が発生して整流電圧ｖ
Ａｃに加算されて逆起電力の出力電圧ＶＤＣとなり、リ
アクタＬに蓄積されたエネルギがすべて放出されると整
流電圧Ｖ　Ａ　Ｃに戻り、トランジスタＱ０のオンとと
もにＯＶに戻る。検出回路ＤＥＣのトランジスタＴｒの
ベース電位ｖＩｌは、トランジスタＱ、がオン期間中は
コンデンサＣの蓄積電荷がトランジスタＱゎとダイオー
ドＤ３抵抗Ｒ２およびトランジスタＴｒのベース・エミ
ッタ接合を介して放ｉすれるのでＯＶであり、トランジ
スタＱ０がオフとなるとリアクタＬの出力電圧Ｖｃによ
りコンデンサＣと抵抗Ｒ，の直列回路を介して０，６Ｖ
以上に持ち上げられ、リアクタＬの出力電圧Ｖ、がｖＤ
ｏの期間はコンデンサＣへの充電とともにコンデンサＣ
と抵抗Ｒ１の時定数により若干減少はするが０，６Ｖ以
上に保持され、リアクタＬの出力電圧Ｖ。がｖＤｃから
Ｖ　ＡＣへの立ち下がりとともに０．６Ｖ以下に下がり
、更にリアクタＬの出力電圧■ゎがＶＡＣからＯｖへの
立ち下がりとともに微分波形でＯＶ以下に振れるがやが
てＯｖに戻る。従って検出回路ＤＥＣの検出出力ｔａ：
’ｖｓはトランジスタＴｒが０゜６Ｖ以上の期間、即ち
リアクタＬの出力電圧Ｖｃが逆起電力の出力電圧ＶＤＣ
の期間のみローレベルとなり、他の期間はハイレベルと
なる。この検出出力電圧Ｖ５は直ちに制御回路ＣＯＭの
発振回路ＯＳ　Ｃ（１３）に入力きれ、制御パルスφは
ローからハイレベルへの立ち上がりを検出して次のパル
スが出力され、トランジスタＱ、をオン悴せる。

従って本発明の検出回路ＤＥＣは、正常動作時にはリア
クタＬの蓄積エネルギがすべて放出され、フィル電流工
、が０になったときのリアクタＬの出力電圧ｖｃのＶゎ
。からＶＡＣへの立ち下がりを検出するので、コイル電
流の無くなったことを確実に検出することができる。

次に整流電圧ＶＡＣと充電電圧ＶＤｅとの差が小さくな
った時の場合を第３ｒＭの中央部を参照して説明する。

リアクタＬを流れるコイル電流ＩＬはトランジスタＱ、
がオン期間中流れてリアクタＬにエネルギを蓄積するが
、整流電圧ＶＡＣと充電電圧Ｖ　ＤＣとの差が小さいた
めにリアクタＬのエネルギが十分に放出されないままに
次のトランジスタＱ０のオン期間を迎え、連続した山形
の波形となる。第９図のフィル電流工、と比較すると、
従来では必ずリアクタＬのエネルギが放出笛れた後にト
ランジスタＱをオンにしており、従って制御パルスφの
周期が長くなってしまう。

次にリアクタＬの出力電圧Ｖ。は、トランジスタＱ０の
オン期間中はＯＶとなり、トランジスタＱ、のオフと同
時にリアクタＬに逆起電力が発生して整流電圧ｖＡｃに
加算されて充を電圧■ゎ。となり、リアクタＬの蓄積エ
ネルギは十分に放出できないので整流電圧Ｖ　ＡＣに戻
らずトランジスタＱ０のオンでＯｖに直接戻る。

検出回路ＤＥＣのトランジスタＴｒのベース電位Ｖ８は
、トランジスタＱ０がオン期間中はコンデンサＣの蓄積
電荷がトランジスタＱ０とダイオードＤ、抵抗Ｒ１およ
びトランジスタＴｒのベース・エミッタ接合を介して放
電されるのでＯｖであり、トランジスタＱ０がオフとな
るとリアクタＬの出力電圧ＶＣによりコンデンサＣと抵
抗Ｒ３の直列回路を介して０．６Ｖ以上に持ち上げられ
る。

ここでコンデンサＣと抵抗Ｒ１とは時定数回路を構成し
ており、リアクタＬの出力電圧ｖｃをコンデンサＣと抵
抗Ｒ１とで分割し、最初コンデンサＣは放電されている
のでベース電位Ｖ、は高く引き上げられるが、コンデン
サＣの充電とともに時定数により減少して行き、０．６
■より低くなるとトランジスタＴｒはオフする。ここで
直列回路のコンデンサＣおよび抵抗Ｒ１は、ｆ’＝１／２πＣＲｒで周波数ｆを決めているので、コンデンサＣおよび抵抗
Ｒ１で決まる時定数で最低周波数ｆ　（ＭＩＮ）を決定
できる。具体的には、Ｒ，＝３３にΩ、Ｃ＝２２０ｐＦ
に設定すると、ｆ’　（ＭＩＮ）　＝　２１　、９　Ｋ
ｔ（ｚとなり、最低周波数を可聴周波数範囲外に設定で
きる。

検出回路ＤＥＣの検出出力電圧ｖ５は、トランジスタＴ
ｒのベース電位Ｖ、が０．６■以上の期間にローレベル
となり、他の期間はハイレベルとなる。従って検出出力
電圧ｖ５は第５図に示す制御回路ＣＯＭの発振回路ＯＳ
　Ｃ（１３）に入力されているので、検出出力電圧ｖＳ
の立ち上がりとともに制御パルス≠が出力されて、トラ
ンジスタＱ。をオンさせる。この結果、コイル電流■、
が完全に無くならない場合でも、直列回路のコンデンサ
Ｃと抵抗Ｒ１の時定数を可聴周波数範囲外（本実施例で
は２０ＫＨｚ以上）に設定しておけば、トランジスタＱ
、のスイッチングは必ず可聴周波数範囲外で行うことが
できる。

更に第６図を参照し、上記したアクティブフィルタ装置
をリアクタしおよび平滑コンデンサＣｄを除いて、絶縁
金属基板よりなる混成集積回路基板上に実装した実施例
の具体構造を説明する。

斜線が施された回路パターンはグランド・パターンであ
り、回路基板はそのグランド・パターンの一部により、
図面の路上半分の空白部分に対応する小信号回路ブロッ
クと図面の下半分に対応する大電流回路ブロックに２分
割される。本実施例では小信号回路ブロックから大電流
回路ブロックに供給きれる制御パルスφの配線、リアク
タＬの出力側から検出回路ＤＥＣへの配線、あるいは大
電流回路ブロックから小信号回路ブロックへ供給される
トランジスタＱ０のエミッタ電位の配線は前記グランド
・パターンの一部を迂回するように形成されているが、
これに限定されるものではなく、例えば、トランジスタ
Ｑ０のエミッタ電位の配線は小信号回路ブロックの所定
の位置ヘボンディングワイアによって接続（ジャンピン
グワイア接続）してもよい。

更に、このグランド・パターンは高周波、大電流が流れ
るトランジスタＱ０のエミッタに最も近い位置でアルミ
ニウム基板にポンディングワイアＷで接続されて、アル
ミニウム基板電位をグランド・パターン電位と等電位に
している。

大電流回路ブロックには、ブリッジ整流回路を構成する
ダイオードＤ、〜Ｄ４、ダンパ・ダイオードＤ５、トラ
ンジスタＱ０がヒートシンクを介して表面実装され、更
にトランジスタＱ０のエミッタ電流を制限し、またその
値を計測するためのエミッタ抵抗Ｒが形成きれる。これ
ら素子は先の小信号回路ブロックと大電流回路ブロック
を分割するグランド・パターン部に大電流が流れないよ
うにそれぞれ配置される。大電流回路ブロックと外部回
路とを接続する外部リード端子と小信号回路ブロックの
外部リード端子は互いの結合が疎になるように回路基板
の相対する周端辺に配置される。

また、外部接続される平滑コンデンサＣｄとダンパ・ダ
イオードＤ５の距離は平滑コンデンサＣｄの充放電能に
大きく影響するため、ダンパ・ダイオードＤ６は第５図
に■１で示す端子に近接して配置される。また、同様な
理由によりこのｖ９で示す端子とグランド端子ＧＮＤは
隣接配置される。

小信号回路ブロックには、制御回路ＣＯＭとＬ−のパタ
ーンに接続される検出回路ＤＥＣとが実装されている。

（ト）発明の効果本発明に依れば、以下の種々の効果を有している。

第１に、リアクタＬのコイル電流工、の検出をリアクタ
Ｌの出力電圧Ｖ。で行うので、従来必要とした補助巻線
を不要とでき、リアクタＬの構造を簡略化できる利点を
有する。また補助巻線と制御回路ＣＯＭとのマツチング
設計も不要となる。

第２に、本発明ではリアクタＬの出力電圧Ｖ。

の充ｔＩＥＪＥ　Ｖ　Ｄｃから整流電圧ＶＡＣへの立ち
下がりでコイル電流ＩＬの検出を行っているため、充電
電圧Ｖゎ。は通常安定化しているため、極めて正確に検
出を行うことができる利点を有する。

第３に、本発明ではリアクタＬの出力電圧ｖｃを直接検
出し、更に検出回路ＤＥＣの直列回路に可聴周波数範囲
外の時定数を持たせているので、充電電圧ＶＤＣと整流
電圧ｖＡｃとの差が小さくなったときに発生する制御パ
ルスφのスイッチング周波数の可聴周波数範囲内までの
低下により異音を生じることが防止できる利点を有する
。

第４に、本発明ではコイル電流■１が何らかの原因によ
り流れ放しとなっても、検出回路ＤＥＣからの検出出力
電圧Ｖｓで必ず可聴周波数範囲外で制御パルスφを出力
でき、制御不能状態を回避できる利点を有する。

第５に、本発明では補助巻線を用いないので、検出回路
を同一の混成集積回路基板上に実装できる様になり、極
めて小型の混成集積回路を実現できる利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に依るアクティブフィルタ装置を説明す
る回路図、第２図は本発明に用いる一つの検出回路ＤＥ
Ｃを説明する回路図、第３図は本発明のアクティブフィ
ルタ装置の動作を説明する波形図、第４図は本発明に用
いる他の検出回路ＤＥＣを説明する回路図、第５図は本
発明に用いる制御回路ＣＯＭを説明するブロック図、第
６図は本発明のアクティブフィルタ装置を混成集積回路
基板に実装した状態を説明する上面図、第７図は従来の
アクティブフィルタ装置を説明する回路図、第８図は従
来のアクティブフィルタ装置の動作を説明する波形図、
第９図および第１０図は従来のアクティブフィルタ装置
の特殊な動作を説明する波形図である。Ｌ・・・リアクタ、　　Ｄ１〜Ｄ６・・・ダイオード、
Ｃｄ・・・平滑コンデンサ、Ｑｏ・・・トランジスタ、
ＣＯＭ・・・制御回路、　ＤＥＣ・・・検出回路、　Ｃ
・・・コンデンサ、　Ｒ１・・・抵抗。第４− り館５■ 第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）整流回路とスイッチング素子とリアクタと前記リ
アクタより充電電圧を取り出すダイオードと充電電圧を
充電されるコンデンサと前記スイッチング素子のスイッ
チングを制御する制御回路とを具備し、前記整流回路で
交流電源を整流直流電圧に変換した後前記スイッチング
素子で前記リアクタに断続的にコイル電流を流す様に構
成したアクティブフィルタ装置において、前記スイッチ
ング素子をオフしたとき発生する前記リアクタの逆起電
力の出力電圧を検出する検出回路を設け、前記検出回路
の検出出力を前記リアクタの逆起電力の出力電圧の立ち
上がりから可聴周波数範囲外で反転させて前記制御回路
に印加し、前記スイッチング素子を可聴周波数範囲外で
スイッチングさせることを特徴とするアクティブフィル
タ装置。
（２）前記検出回路をコンデンサと抵抗の直列回路で形
成し、前記コンデンサと抵抗との時定数で決まる周波数
を２０ＫＨｚ以上に設定することを特徴とする請求項１
記載のアクティブフィルタ装置。
（３）前記整流回路、前記スイッチング素子、前記ダイ
オード、前記制御回路および前記検出回路を同一の混成
集積回路基板上に実装することを特徴とする請求項１記
載のアクティブフィルタ装置。