WO2015020306A1 - 직류 전원을 사용하는 시스템의 노이즈 제거 회로 - Google Patents

직류 전원을 사용하는 시스템의 노이즈 제거 회로 Download PDF

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WO2015020306A1
WO2015020306A1 PCT/KR2014/004828 KR2014004828W WO2015020306A1 WO 2015020306 A1 WO2015020306 A1 WO 2015020306A1 KR 2014004828 W KR2014004828 W KR 2014004828W WO 2015020306 A1 WO2015020306 A1 WO 2015020306A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
node
low pass
circuit
pass filter
capacitor
Prior art date
Application number
PCT/KR2014/004828
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
전광명
오창섭
Original Assignee
Jeon Kwangmyeong
Oh Changseob
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jeon Kwangmyeong, Oh Changseob filed Critical Jeon Kwangmyeong
Publication of WO2015020306A1 publication Critical patent/WO2015020306A1/ko

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks
    • H02J1/02—Arrangements for reducing harmonics or ripples

Definitions

  • the present invention relates to a noise canceling circuit having a low pass filter (LPF).
  • LPF low pass filter
  • electrical / electronic systems are designed to use electrical energy using a direct current (DC) or alternating current (AC) power source.
  • DC direct current
  • AC alternating current
  • Such electrical / electronic systems may be used alone or in conjunction with mechanical power generators.
  • mechanical devices and electrical / electronic devices constitute one system. That is, an engine that generates power and an engine control unit (ECU) that controls the engine are combined to form the core of the vehicle.
  • ECU engine control unit
  • LPF low pass filter
  • the low pass filter LPF may be implemented as a typical RC parallel circuit in which a resistor R and a capacitor C11 are connected in parallel between a positive terminal and a negative terminal.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 08-274631 (1996.10.18.) Discloses a filter in which a capacitor C12 is added between a typical RC parallel circuit and a positive terminal as shown in FIG. 12A.
  • 12B illustrates a modification of the filter in which the capacitor C12 is added between the positive terminal and the negative terminal.
  • 12A to 12C may remove noise of a specific frequency, but it is difficult to remove noise when the noise flowing from the negative terminal or the noise of several frequencies is simultaneously introduced.
  • Prior art RC parallel circuits cannot eliminate noise coming from the negative terminal or ground, for example, high frequency negative surges, and cannot remove overcurrent flowing in resistor R. In addition, beat noise caused by simultaneous inflow of high frequency frequencies having similar frequencies cannot be removed.
  • at least four, eight or sixteen solenoid valves which are electronically controlled, are assembled in the engine. If there are many products that meet the same specification, the high frequency noises generated in each component are generated at similar frequencies and are out of phase. When these high frequency noises are mixed, the beat phenomenon causes noise of a frequency lower than the frequency of each of the high frequency noises. Since the noise is low in frequency and passes through the RC parallel circuit, the conventional RC parallel circuit can remove the beat noise. Can't.
  • An object of the present invention is to overcome the above problems, and to provide a noise removing circuit capable of reducing ripple and removing an overcurrent flowing in a resistance of an RC parallel circuit.
  • the noise canceling circuit of the present invention comprises an RC parallel circuit connected in parallel to the first node; And a capacitor coupled between the RC parallel circuit and a second node.
  • the noise removing circuit includes N low pass filters (N is a positive integer of 2 or more) connected between the first node and the second node of the DC power supply.
  • At least one of the low pass filters may comprise an RC parallel circuit connected in parallel to the first node; And a capacitor coupled between the RC parallel circuit and the second node.
  • the noise canceling circuit according to the present invention can add a capacitor connected between the RC parallel circuit and the negative terminal of the DC power supply to reduce the ripple of the voltage passing through the RC parallel circuit and remove the overcurrent flowing through the resistance of the RC parallel circuit.
  • the present invention not only improves heat generation, power consumption, etc. by removing noise of DC power and stabilizing DC power applied to the load, compared to the conventional low pass filter, and also improves fuel efficiency, vibration, The same malfunction can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram schematically showing a system using a DC power supply according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing in detail a low pass filter according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a circuit diagram showing in detail a low pass filter according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram showing in detail a low pass filter according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing in detail a low pass filter according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing in detail a low pass filter according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7A to 7C are circuit diagrams showing in detail a low pass filter according to a sixth embodiment of the present invention.
  • 8A to 8C are circuit diagrams showing in detail a low pass filter according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing in detail a low pass filter according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a circuit diagram showing in detail a low pass filter according to a ninth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the effect of the present invention by comparing the voltage across a typical RC parallel circuit and the low pass filter shown in FIG. 2.
  • 12A-12C are circuit diagrams showing RC parallel circuits of the prior art.
  • the noise canceling circuit of the present invention comprises an RC parallel circuit connected between a first node and a second node; And a capacitor coupled between the RC parallel circuit and a second node.
  • a system using a direct current power source includes a direct current power source (BAT), a load (DEV1 to DEVn) connected to the direct current power source (BAT), and a low pass filter (LPF) connected between both ends of the direct current power source (BAT).
  • BAT direct current power source
  • DEV1 to DEVn direct current power source
  • LPF low pass filter
  • the direct current power source BAT may be a battery, a secondary battery, a fuel cell, or the like.
  • the loads DEV1 to DEVn include a motor, an engine, an engine control unit (ECU), various sensors, and the like, connected in parallel to a DC power source BAT in a vehicle.
  • the direct current power source BAT can be connected to a generator (not shown) to charge the charge from the generator.
  • the low pass filter LPF cuts high frequency noise of an input voltage and outputs a DC voltage using an RC parallel circuit.
  • the low pass filter LPF is connected to the positive terminal (+) of the direct current power source BAT via the first node 11, and the second node 12 is connected to the negative terminal ( ⁇ ) of the direct current power source BAT.
  • the low pass filter LPF includes an RC parallel circuit as shown in FIGS. 2 through 8 and further includes a capacitor Ck coupled between the RC parallel circuit and the second node 12.
  • the capacitor Ck is combined with an RC parallel circuit to significantly reduce the amplitude and frequency of the ripple and reduce the overcurrent flowing through the resistor R as compared to the prior art.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the low pass filter (LPF) shown in FIG. 1.
  • LPF low pass filter
  • the low pass filter LPF of the present invention includes an RC parallel circuit connected to the first node 11 and a capacitor Ck connected between the RC parallel circuit and the second node 12.
  • the RC parallel circuit includes a resistor R and a capacitor C connected in parallel between the first node 11 and the capacitor Ck.
  • the capacitor Ck is preferably an electrolytic capacitor, but is not limited thereto.
  • the diode D may be a rectifying diode, and more preferably, a diode for high frequency frequency.
  • the capacitance of the capacitor Ck must be equal to or greater than the capacitor C to lower the level to satisfy the amplitude and frequency of the ripple.
  • the capacitance of the capacitor C is 0.1 (pF)
  • the capacitance of the capacitor Ck may be set to 0.1 (pF) or more.
  • the resistor R may be set to several tens.
  • the capacitor Ck removes high frequency noise flowing from the negative terminal through the second node 12 and removes low frequency beat noise that cannot be eliminated in the RC parallel circuit.
  • the low pass filter LPF of the present invention is introduced from the negative terminal of the DC power supply BAT through the second node 12 due to the capacitor Ck connected between the RC parallel circuit and the negative terminal. It is possible to eliminate high frequency negative surge and also to remove beat noise generated when a plurality of noises having similar frequencies are introduced at the same time.
  • FIG. 3 shows a second embodiment of the low pass filter (LPF) shown in FIG.
  • the low pass filter LPF includes a first low pass filter LPF1 and a second low pass filter LPF1.
  • the first low pass filter LPF1 may be implemented as a low pass filter LPF as shown in FIG. 2 or a low pass filter LPF as shown in FIG. 4.
  • the RC parallel circuit of the second low pass filter LPF2 is a typical RC parallel circuit.
  • the low pass filter LPF may be connected not only to the RC parallel circuit in two stages as shown in FIG. 3, but also to three or more stages as shown in FIGS. 5 to 8. Accordingly, the low pass filter LPF may be implemented as an RC parallel circuit connected to N (N is a positive integer of 2 or more) stages depending on the system.
  • LPF low pass filter
  • the low pass filter LPF includes an RC parallel circuit connected in parallel to the first node 11, a capacitor Ck and a diode D connected between the RC parallel circuit and the second node 12.
  • the RC parallel circuit includes a resistor R and a capacitor C connected in parallel between the first node 11 and the capacitor Ck.
  • the capacitor Ck and the diode D are connected in series between the RC parallel circuit and the second node 12.
  • Diode D blocks the current from the second node 12 towards the first node 11.
  • the diode D includes an anode connected to the capacitor Ck, and a cathode connected to the second node 12.
  • the capacitor Ck is preferably an electrolytic capacitor, but is not limited thereto.
  • FIG. 5 shows a fourth embodiment of the low pass filter (LPF) shown in FIG. 1.
  • LPF low pass filter
  • the low pass filter LPF includes first to fourth low pass filters LPF1 to LPF4.
  • the first low pass filter LPF1 includes an RC parallel circuit and capacitors Ca2 and Ck connected between the RC parallel circuit and the second node.
  • the RC parallel circuit includes a capacitor Ca1 and resistors Ra1 and Ra2 connected in parallel between the first node 11 and the capacitors Ca2 and Ck.
  • the capacitors Ca2 and Ck are implemented as capacitors connected in parallel between the RC parallel circuit and the second node 12 or connected between the first RC parallel circuit and the second node 12 as shown in FIGS. 3 and 4. It can be implemented with a capacitor of.
  • Each of the second and third low pass filters LPF2 and LPF3 has a capacitor Cb2 and Cc2 connected to the first node 11 and an RC parallel connected between the capacitors Cb2 and Cc2 and the second node 12. It includes a circuit.
  • the RC parallel circuit includes capacitors Cb1 and Cc1 and resistors Rb1, Rb2, Rc1 and Rc2 connected in parallel between the capacitors Cb2 and Cc2 and the second node 12.
  • a first low pass filter LPF1 or a capacitor may be further connected between the RC parallel circuit and the second node as shown in FIGS. 3 and 4.
  • the fourth low pass filter LPF4 includes an integrated circuit (IC).
  • the integrated circuit IC is connected to the RC parallel circuits of the first to third low pass filters LPF1 to LPF3.
  • the integrated circuit IC is connected to the first node 11 and the second node 12.
  • Each of the capacitors Ca, Cb, and Cc is connected between the first node 11 and the integrated circuit IC.
  • Each of the resistors Ra, Rb, and Rc is connected between the second node 12 and the integrated circuit IC.
  • the integrated circuit IC removes high frequency noise from current flowing through the RC parallel circuits of the first to third low pass filters LPF1 to LPF3.
  • the low pass filter of the integrated circuit IC may include, but is not limited to, the second low pass filter LPF2 shown in FIG. 3.
  • the low pass filter of the integrated circuit IC may include the low pass filter shown in FIGS. 2 to 4.
  • the integrated circuit IC may further include a DC power supply adjusting circuit for adjusting an input voltage of the loads DEV1 to DEVn.
  • the integrated circuit IC may further include circuits such as a boost / buck converter, a regulator, a charge pump, and the like.
  • FIG. 6 shows a fifth embodiment of the low pass filter (LPF) shown in FIG. 1.
  • LPF low pass filter
  • the low pass filter LPF shown in FIG. 6 includes a diode D connected between the low pass filter shown in FIG. 5 and the second node 12.
  • Diode D blocks the current from the second node 12 towards the first node 11.
  • the diode D comprises an anode connected to the low pass filter and a cathode connected to the second node 12.
  • the high frequency diode can completely eliminate the high frequency negative serge that may flow from the second node 12.
  • FIG. 7A-7C show a sixth embodiment of the low pass filter (LPF) shown in FIG. 1.
  • LPF low pass filter
  • the low pass filter LPF includes first to third low pass filters connected between the first node 11 and the second node 12.
  • Each of the first to third low pass filters may be implemented as a low pass filter as shown in FIG. 2.
  • the RC parallel circuit includes resistors R1, R2, R3 and capacitors C1, C2, C3 connected in parallel between the first node 11 and capacitors Ck1, Ck2, Ck3.
  • An electrolytic capacitor C4 having polarity may be connected between the first and second nodes 11 and 12.
  • the low pass filter LPF as shown in FIG. 7A or 7B may be connected to the N stage between the first and second nodes 11 and 12.
  • FIG. 7C is an example of connecting the low pass filter LPF as shown in FIG. 7B in two stages between the first and second nodes 11 and 12.
  • LPF low pass filter
  • the low pass filter LPF shown in FIGS. 8A-8C includes a diode D connected between the low pass filter shown in FIG. 7 and the second node 12. Diode D blocks the current from the second node 12 towards the first node 11.
  • the diode D comprises an anode connected to the low pass filter and a cathode connected to the second node 12.
  • An electrolytic capacitor C4 having polarity may be connected between the first node 11 and the anode of the diode D.
  • a low pass filter (LPF) such as FIG. 8A or 8B may be connected in N stages between the first and second nodes 11 and 12.
  • FIG. 8C is an example of connecting the low pass filter LPF as shown in FIG. 8B in two stages between the first node 11 and the anode of the diode D.
  • the low pass filter LPFs connected to FIGS. 7 and 8 are embodiments in which a plurality of low pass filters LPF having different time constants are connected to each other to increase a noise blocking effect.
  • 9 and 10 show an example in which the low pass filter LPF shown in FIG. 8 is connected in three stages.
  • the low pass filter LPF includes first to third low pass filters connected between the first node 11 and the second node 12. Each of the first to third low pass filters may be implemented as a low pass filter as shown in FIG. 8.
  • the RC parallel circuit includes resistors R1, R2, R3 and capacitors C1, C2, C3 connected in parallel between the first node 11 and capacitors Ck1, Ck2, Ck3.
  • the low pass filter LPF shown in FIGS. 9 and 10 may further include an electrolytic capacitor C4 as shown in FIGS. 8B and 8C.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating the effect of the present invention by comparing the voltage across a typical RC parallel circuit and the low pass filter shown in FIG. 2.
  • a conventional low pass filter is implemented with a typical RC parallel circuit such as the second low pass filter LPF2 of FIG. 3.
  • the low pass filter of the present invention further includes a capacitor Ck connected between the RC parallel circuit and the negative terminal.
  • the capacitor (Ck) reduces the voltage and frequency of the ripple at the output voltage of the low pass filter, improving the effect of blocking high frequency noise and reducing the overcurrent flowing through the resistance (R) of the RC parallel circuit. Can be reduced.
  • reference numeral 31 denotes a voltage passed through a typical RC parallel circuit
  • reference numeral 32 denotes a voltage passed through the low pass filter of the present invention as shown in FIG.
  • the RC parallel circuits of FIGS. 12A to 12C are inferior to the low pass filter of the present invention because the RC parallel circuits are comparable to the typical RC parallel circuits.
  • the noise reduction circuit of the present invention is applicable to all industrial fields including a system in which a load is connected to a real current power source, and stabilizes a DC power applied to a load to improve heat generation and power consumption, as well as fuel consumption, Vibration and malfunction can be improved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Filters And Equalizers (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

본 발명은 직류 전원을 사용하는 시스템의 노이즈를 제거하는 회로에 관한 것으로, 제1 노드를 경유하여 하나 이상의 부하에 연결되는 정극성 단자 및 제2 노드를 경유하여 상기 부하에 연결되는 부극성 단자를 가지는 직류 전원; 상기 제1 노드에 병렬 연결된 RC 병렬 회로; 및 상기 RC 병렬 회로와 상기 제2 노드 사이에 연결된 커패시터를 포함한다.

Description

직류 전원을 사용하는 시스템의 노이즈 제거 회로
본 발명은 저역 통과 필터(Low Pass Filter : LPF)를 구비한 노이즈 제거 회로에 관한 것이다.
일반적으로 전기/전자 시스템은 직류(Direct Current: DC) 혹은 교류(Alternating Current: AC) 전원을 이용하여 전기적 에너지를 사용하도록 설계된다. 이와 같은 전기/전자 시스템은 단독적으로 사용되기도 하지만, 기계적인 동력 발생부와 연계하여 사용되기도 한다. 특히, 자동차와 같은 첨단 장치에서는 기계적 장치와 전기/전자 장치가 하나의 시스템을 이루고 있다. 즉, 동력을 발생하는 엔진(Engine)과, 엔진을 제어하는 엔진 제어 유닛(Engine Control Unit: ECU)이 조합되어 자동차의 핵심을 형성한다.
부하가 정상적으로 동작하기 위해서는 일정한 직류 전원이 인가되어야 한다. 그런데, 직류 전원에 연결된 부하의 변동시에 부하에 공급되는 직류 전압에 리플(ripple)과 같은 고주파 노이즈가 포함될 수 있다. 직류 전원의 고주파 노이즈를 제거하기 위하여 직류 전원에는 저역 통과 필터(LPF)가 연결될 수 있다.
직류 전원에 저역 통과 필터(LPF)를 연결하더라도 통과 대역(Pass band)에서 리플(ripple)을 억제하기가 어렵다. 또한, 로우 패스 필터의 저항(R)에 과전류가 흐르면 저항(R)이 손상되어 저역 통과 필터(LPF)가 정상적으로 동작하지 않는다. 저역 통과 필터(LPF)는 정극성 단자와 부극성 단자 사이에 저항(R)과 커패시터(C11)가 병렬 연결된 전형적인 RC 병렬 회로로 구현될 수 있다.
일본 공개특허공보 특개평08-274631(1996.10.18.)에는 도 12a와 같이 전형적인 RC 병렬회로와 정극성 단자 사이에 커패시터(C12)를 추가한 필터를 개시고 있다. 도 12b는 정극성 단자와 부극성 단자 사이에 커패시터(C12)를 추가한 필터의 변형 예를 나타낸 것이다. 도 12a 내지 도 12c는 특정 주파수의 노이즈를 제거할 수 있으나 부극성 단자로부터 유입되는 노이즈나 여러 주파수의 노이즈가 동시에 유입될 때 노이즈를 제거하기가 어렵다.
종래 기술의 RC 병렬 회로는 부극성 단자 또는 그라운드로부터 유입되는 노이즈 예를 들면, 고주파 네가티브 서지(negative surge)를 제거할 수 없고 저항(R)에 흐르는 과전류를 제거할 수 없다. 또한, 주파수가 유사한 고주파 주파수들이 동시에 유입되어 발생되는 맥놀이 노이즈도 제거할 수 없다. 4 기통 엔진의 경우, 전자 제어 대상인 솔레노이드 밸브가 적어도 4 개, 8 개 혹은 16 개가 엔진에 조립되고 있다. 동일한 규격을 만족하는 제품이 다수 존재할 경우, 각 부품들에서 발생하는 고주파 노이즈들은 서로 유사한 주파주로 발생되고 위상이 다르다. 이러한 고주파 노이즈들이 혼합될 때 맥놀이 현상으로 고주파 노으즈들 각각의 주파수 보다 낮은 주파수의 노이즈가 발생되는데, 이러한 노이즈는 주파수가 낮아 RC 병렬 회로를 통과하기 때문에 종래의 RC 병렬 회로는 맥놀이 노이즈가 제거할 수 없다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 극복하기 위해 고안된 것으로, 리플을 줄이고 RC 병렬 회로의 저항에 흐르는 과전류를 제거할 수 있는 노이즈 제거 회로를 제공하는 데 있다.
본 발명의 노이즈 제거 회로는 제1 노드에 병렬 연결된 RC 병렬 회로; 및 상기 RC 병렬 회로와 제2 노드 사이에 연결된 커패시터를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 노이즈 제거 회로는 직류 전원의 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 저역 통과 필터를 포함한다.
상기 저역 통과 필터들 중 하나 이상은 상기 제1 노드에 병렬 연결된 RC 병렬 회로; 및 상기 RC 병렬 회로와 상기 제2 노드 사이에 연결된 커패시터를 포함한다.
본 발명에 의한 노이즈 제거 회로는 RC 병렬 회로와 직류 전원의 부극성 단자 사이에 연결된 커패시터를 추가함으로써 RC 병렬 회로를 통과한 전압의 리플을 줄이고 RC 병렬 회로의 저항에 흐르는 과전류를 제거할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 통상적인 저역 통과 필터에 비하여 직류 전원의 노이즈를 제거하고 부하에 인가되는 직류 전원을 안정화하여 발열과 소비 전력 등을 개선할 수 있을 뿐 아니라, 차량의 연비, 진동, 급발진과 같은 오동작 등을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 직류 전원을 사용하는 시스템을 개략적으로 보여 주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제6 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제7 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 9는 본 발명의 제8 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제9 실시예에 따른 저역 통과 필터를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 11은 전형적인 RC 병렬 회로와 도 2에 도시된 저역 통과 필터를 통과한 전압을 비교하여 본 발명의 효과를 보여 주는 도면이다.
도 12a 내지 도 12c는 종래 기술의 RC 병렬 회로들을 보여 주는 회로도들이다.
본 발명의 노이즈 제거 회로는 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 RC 병렬 회로; 및 상기 RC 병렬 회로와 제2 노드 사이에 연결된 커패시터를 포함한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 실질적으로 동일한 구성 요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지된 내용 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1을 참조하면, 직류 전원을 사용하는 시스템은 직류 전원(BAT), 직류 전원(BAT)에 연결된 부하(DEV1~DEVn), 직류 전원(BAT)의 양단 사이에 연결된 저역 통과 필터(LPF)를 포함한다.
직류 전원(BAT)은 배터리, 이차전지, 연료전지 등일 수 있다. 부하(DEV1~DEVn)는 차량의 경우에 직류 전원(BAT)에 병렬 연결된 모터, 엔진, 엔진 제어 유닛(ECU), 각종 센서 등을 포함한다. 직류 전원(BAT)은 도시하지 않은 발전기에 연결되어 발전기로부터의 전하를 충전할 수 있다.
저역 통과 필터(LPF)는 RC 병렬 회로를 이용하여 입력 전압의 고주파 노이즈를 차단하고 직류 전압을 출력한다. 저역 통과 필터(LPF)는 제1 노드(11)를 경유하여 직류 전원(BAT)의 정극성 단자(+)에 연결되고, 제2 노드(12)를 직류 전원(BAT)의 부극성 단자(-)에 연결된다. 저역 통과 필터(LPF)는 도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이 RC 병렬 회로를 포함하고 추가로, RC 병렬 회로와 제2 노드(12) 사이에 연결된 커패시터(Ck)를 더 포함한다. 커패시터(Ck)는 RC 병렬 회로와 조합되어 종래 기술에 비하여 리플의 진폭과 주파수를 현저히 줄이고 저항(R)에 흐르는 과전류를 줄인다.
도 2는 도 1에 도시된 저역 통과 필터(LPF)의 제1 실시예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 저역 통과 필터(LPF)는 제1 노드(11)에 연결된 RC 병렬 회로와, RC 병렬 회로와 제2 노드(12) 사이에 연결된 커패시터(Ck)를 포함한다. RC 병렬 회로는 제1 노드(11)와 커패시터(Ck) 사이에 병렬 연결된 저항(R) 및 커패시터(C)를 포함한다. 커패시터(Ck)는 전해 콘덴서가 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 다이오드(D)는 정류용 다이오드일 수 있으며, 고속 주파수용 다이오드인 것이 더 바람직하다.
실험 결과에 의하면, 커패시터(Ck)의 용량은 커패시터(C)와 같거나 커야만 리플의 진폭과 주파수를 만족할 수준으로 낮출 수 있다. 예를 들어, 커패시터(C)의 용량이 0.1(pF)이면, 커패시터(Ck)의 용량은 0.1(pF) 이상으로 설정될 수 있다. 저항(R)은 수십(Ω)으로 설정될 수 있다.
커패시터(Ck)는 제2 노드(12)를 통해 부극성 단자로부터 유입되는 고주파 노이즈를 제거하고 RC 병렬 회로에서 제거하지 못하는 낮은 주파수의 맥놀이 노이즈를 제거한다. 그 결과, 본 발명의 저역 통과 필터(LPF)는 RC 병렬 회로와 부극성 단자 사이에 연결된 커패시터(Ck)로 인하여 제2 노드(12)를 통해 직류 전원(BAT)의 부극성 단자로부터로부터 유입되는 고주파 네가티브 서지를 제거할 수 있고 또한, 비슷한 주파수를 갖는 복수의 노이즈가 동시에 유입될 때 발생되는 맥놀이 노이즈를 제거할 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 저역 통과 필터(LPF)의 제2 실시예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 저역 통과 필터(LPF)는 제1 저역 통과 필터(LPF1)와 제2 저역 통과 필터(LPF1)를 포함한다.
제1 저역 통과 필터(LPF1)는 도 2와 같은 저역 통과 필터(LPF) 또는 도 4와 같은 저역 통과 필터(LPF)로 구현될 수 있다. 제2 저역 통과 필터(LPF2)의 RC 병렬 회로는 전형적인 RC 병렬 회로이다.
저역 통과 필터(LPF)는 도 3과 같이 RC 병렬 회로를 2 단으로 연결할 수 있을 뿐 아니라 도 5 내지 도 8과 같이 3 단 이상으로 연결될 수 있다. 따라서, 저역 통과 필터(LPF)는 시스템에 따라 N(N은 2 이상의 양의 정수) 단으로 연결된 RC 병렬 회로로 구현될 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 저역 통과 필터(LPF)의 제3 실시예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 저역 통과 필터(LPF)는 제1 노드(11)에 병렬 연결된 RC 병렬 회로와, RC 병렬 회로와 제2 노드(12) 사이에 연결된 커패시터(Ck) 및 다이오드(D)를 포함한다. RC 병렬 회로는 제1 노드(11)와 커패시터(Ck) 사이에 병렬 연결된 저항(R) 및 커패시터(C)를 포함한다. 커패시터(Ck)와 다이오드(D)는 RC 병렬 회로와 제2 노드(12) 사이에 직렬 연결된다. 다이오드(D)는 제2 노드(12)로부터 제1 노드(11) 쪽으로 향하는 전류를 차단한다. 다이오드(D)는 커패시터(Ck)에 연결된 애노드(Anode)와, 제2 노드(12)에 연결된 캐소드(Cathode)를 포함한다. 커패시터(Ck)는 전해 콘덴서가 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
도 5는 도 1에 도시된 저역 통과 필터(LPF)의 제4 실시예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 저역 통과 필터(LPF)는 제1 내지 제4 저역 통과 필터(LPF1~LPF4)를 포함한다.
제1 저역 통과 필터(LPF1)는 RC 병렬 회로와, RC 병렬 회로와 제2 노드 사이에 연결된 커패시터(Ca2, Ck)를 포함한다. RC 병렬 회로는 제1 노드(11)와 커패시터들(Ca2, Ck) 사이에 병렬 연결된 커패시터(Ca1) 및 저항들(Ra1, Ra2)를 포함한다. 커패시터(Ca2, Ck)는 RC 병렬 회로와 제2 노드(12) 사이에 병렬 연결된 커패시터들로 구현되거나, 도 3 및 도 4와 같이 제1 RC 병렬 회로와 제2 노드(12) 사이에 연결된 하나의 커패시터로 구현될 수 있다.
제2 및 제3 저역 통과 필터들(LPF2, LPF3) 각각은 제1 노드(11)에 연결된 커패시터(Cb2, Cc2)와, 커패시터(Cb2, Cc2)와 제2 노드(12) 사이에 연결된 RC 병렬 회로를 포함한다. RC 병렬 회로는 커패시터(Cb2, Cc2)와 제2 노드(12) 사이에 병렬 연결된 커패시터(Cb1, Cc1) 및 저항들(Rb1, Rb2, Rc1, Rc2)를 포함한다. RC 병렬 회로와 제2 노드 사이에는 제1 저역 통과 필터(LPF1), 또는 도 3 및 도 4와 같이 커패시터가 추가로 연결될 수도 있다.
제4 저역 통과 필터(LPF4)는 집적회로(Integrated Circuit : IC)를 포함한다. 집적회로(IC)는 제1 내지 제3 저역 통과 필터(LPF1~LPF3)의 RC 병렬 회로에 연결된다. 또한, 집적회로(IC)는 제1 노드(11)와 제2 노드(12)에 연결된다. 커패시터들(Ca, Cb, Cc) 각각은 제1 노드(11)와 집적회로(IC) 사이에 연결된다. 저항들(Ra, Rb, Rc) 각각은 제2 노드(12)와 집적회로(IC) 사이에 연결된다. 집적회로(IC)는 제1 내지 제3 저역 통과 필터(LPF1~LPF3)의 RC 병렬 회로를 통해 흐르는 전류에서 고주파 노이즈를 제거한다. 집적회로(IC)의 저역 통과 필터는 도 3에 도시된 제2 저역 통과 필터(LPF2)를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 집적회로(IC)의 저역 통과 필터는 도 2 내지 도 4에 도시된 저역 통과 필터를 포함할 수 있다.
집적회로(IC)는 부하(DEV1~DEVn)의 입력 전압을 조정하기 위한 직류 전원 조정 회로를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 집적 회로(IC)는 부스트/벅 컨버터(Boost/Buck converter), 레귤레이터(Regulater), 차지펌프(Charge pump) 등의 회로를 더 포함할 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 저역 통과 필터(LPF)의 제5 실시예를 나타낸다.
도 6에 도시된 저역 통과 필터(LPF)는 도 5에 도시된 저역 통과 필터와 제2 노드(12) 사이에 연결된 다이오드(D)를 포함한다. 다이오드(D)는 제2 노드(12)로부터 제1 노드(11) 쪽으로 향하는 전류를 차단한다. 다이오드(D)는 저역 통과 필터에 연결된 애노드와, 제2 노드(12)에 연결된 캐소드를 포함한다. 실험 결과, 고속 주파수용 다이오드는 제2 노드(12)로부터 유입될 수 있는 고주파 네가티브 서지(negative serge)를 완전히 제거할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c는 도 1에 도시된 저역 통과 필터(LPF)의 제6 실시예를 나타낸다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 저역 통과 필터(LPF)는 제1 노드(11)와 제2 노드(12) 사이에 연결된 제1 내지 제3 저역 통과 필터를 포함한다. 제1 내지 제3 저역 통과 필터들 각각은 도 2와 같은 저역 통과 필터로 구현될 수 있다. RC 병렬 회로는 제1 노드(11)와 커패시터(Ck1, Ck2, Ck3) 사이에 병렬 연결된 저항(R1, R2, R3) 및 커패시터(C1, C2, C3)를 포함한다. 제1 및 제2 노드들(11, 12) 사이에는 극성을 갖는 전해 콘덴서(C4)가 연결될 수 있다. 도 7a 또는 도 7b와 같은 저역 통과 필터(LPF)는 제1 및 제2 노드(11, 12) 사이에서 N 단으로 연결될 수 이다. 도 7c는 도 7b와 같은 저역 통과 필터(LPF)를 제1 및 제2 노드(11, 12) 사이에서 2 단으로 연결된 예이다.
도 8a 내지 도 8c는 도 1에 도시된 저역 통과 필터(LPF)의 제7 실시예를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c에 도시된 저역 통과 필터(LPF)는 도 7에 도시된 저역 통과 필터와 제2 노드(12) 사이에 연결된 다이오드(D)를 포함한다. 다이오드(D)는 제2 노드(12)로부터 제1 노드(11) 쪽으로 향하는 전류를 차단한다. 다이오드(D)는 저역 통과 필터에 연결된 애노드와, 제2 노드(12)에 연결된 캐소드를 포함한다. 제1 노드(11)와 다이오드(D)의 애노드 사이에는 극성을 갖는 전해 콘덴서(C4)가 연결될 수 있다. 도 8a 또는 도 8b와 같은 저역 통과 필터(LPF)는 제1 및 제2 노드(11, 12) 사이에서 N 단으로 연결될 수 이다. 도 8c는 도 8b와 같은 저역 통과 필터(LPF)를 제1 노드(11)와 다이오드(D)의 애노드 사이에서 2 단으로 연결된 예이다.
도 7 및 도 8에 연결된 저역 통과 필터(LPF)는 시정수가 다른 다수의 저역 통과 필터(LPF)들을 다중 연결하여 노이즈 차단 효과를 높인 실시예들이다. 도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 저역 통과 필터(LPF)를 3 단으로 연결한 예이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 저역 통과 필터(LPF)는 제1 노드(11)와 제2 노드(12) 사이에 연결된 제1 내지 제3 저역 통과 필터를 포함한다. 제1 내지 제3 저역 통과 필터들 각각은 도 8과 같은 저역 통과 필터로 구현될 수 있다. RC 병렬 회로는 제1 노드(11)와 커패시터(Ck1, Ck2, Ck3) 사이에 병렬 연결된 저항(R1, R2, R3) 및 커패시터(C1, C2, C3)를 포함한다. 도 9 및 도 10에 도시된 저역 통과 필터(LPF)는 도 8b 및 도 8c와 같은 전해 콘덴서(C4)를 더 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 10에서, R1 = 39(Ω), R2 = 47(Ω), R3 = 120(Ω), C1 = Ck1 = 0.2(pF), C2 = Ck2 = 0.1(pF), C3 = Ck3 = 0.47(pF), C4는 330(pF)로 각각 설정될 수 있다.
도 11은 전형적인 RC 병렬 회로와 도 2에 도시된 저역 통과 필터를 통과한 전압을 비교하여 본 발명의 효과를 보여 주는 도면이다.
도 11을 참조하면, 종래의 저역 통과 필터는 도 3의 제2 저역 통과 필터(LPF2)와 같은 전형적인 RC 병렬 회로로 구현된다. 이에 비하여, 본 발명의 저역 통과 필터는 RC 병렬 회로와 부극성 단자 사이에 연결된 커패시터(Ck)를 더 포함한다. 커패시터(Ck)로 인하여, 저역 통과 필터의 출력 전압에서 리플의 전압과 주파수를 낮추어 종래 기술에 비하여 고주파 노이즈의 차단 효과를 높이고 RC 병렬 회로의 저항(R)에 흐르는 과전류를 줄여 발열과 소비 전력을 줄일 수 있다. 도 9에서 도면 부호 "31"은 전형적인 RC 병렬 회로를 통과한 전압이고, 도면 부호 "32"는 도 2와 같은 본 발명의 저역 통과 필터를 통과한 전압이다. 도 12a 내지 도 12c와 같은 RC 병렬 회로는 전형적인 RC 병렬회로와 대등한 성능이기 때문에 본 발명의 저역 통과 필터에 비하여 노이즈 제거 효과가 떨어진다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
본 발명의 노이즈 제거 회로는 진류 전원에 부하가 연결된 시스템을 포함하는 모든 산업 분야에 적용 가능하며, 부하에 인가되는 직류 전원을 안정화하여 발열과 소비 전력 등을 개선할 수 있을 뿐 아니라, 연료소비, 진동, 오동작 등을 개선할 수 있다.

Claims (8)

  1. 제1 노드를 경유하여 하나 이상의 부하에 연결되는 정극성 단자 및 제2 노드를 경유하여 상기 부하에 연결되는 부극성 단자를 가지는 직류 전원에 연결되는 노이즈 제거 회로에 있어서,
    상기 제1 노드에 병렬 연결된 RC 병렬 회로; 및
    상기 RC 병렬 회로와 상기 제2 노드 사이에 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
  2. 제1 노드를 경유하여 하나 이상의 부하에 연결되는 정극성 단자 및 제2 노드를 경유하여 상기 부하에 연결되는 부극성 단자를 가지는 직류 전원에 연결되는 노이즈 제거 회로에 있어서,
    상기 직류 전원의 제1 노드와 제2 노드 사이에 연결되는 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 저역 통과 필터를 포함하고,
    상기 저역 통과 필터들 중 하나 이상은,
    상기 제1 노드에 병렬 연결된 RC 병렬 회로; 및
    상기 RC 병렬 회로와 상기 제2 노드 사이에 연결된 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 커패시터의 용량은 상기 RC 병렬 회로를 구성하는 커패시터와 같거나 큰 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 커패시터와 상기 제2 노드 사이에 연결된 다이오드를 더 포함하고,
    상기 다이오드는,
    상기 커패시터에 연결된 애노드; 및
    상기 제2 노드에 연결된 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 RC 병렬 회로를 통해 흐르는 전류를 입력 받아 상기 RC 병렬 회로를 통과한 전압의 고주파 노이즈를 제거하는 집적회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 집적회로는 상기 RC 병렬 회로를 통과한 전압을 조정하는 전압 조정 회로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 연결된 전해 콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 노드와 상기 다이오드의 애노드 사이에 연결된 전해 콘덴서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 제거 회로.
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