WO2021234760A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2021234760A1
WO2021234760A1 PCT/JP2020/019569 JP2020019569W WO2021234760A1 WO 2021234760 A1 WO2021234760 A1 WO 2021234760A1 JP 2020019569 W JP2020019569 W JP 2020019569W WO 2021234760 A1 WO2021234760 A1 WO 2021234760A1
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WO
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circuit
power supply
signal
supply line
power
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/019569
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English (en)
French (fr)
Inventor
健二 廣瀬
正之 巽
喬太 大塚
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device equipped with a noise filter.
  • the active noise filter is known as a filter that removes noise generated by the operation of a power converter.
  • the noise filter described in Patent Document 1 is a system having a rectifier that converts the output of an AC power supply into a DC voltage and a power converter that converts a DC voltage into an AC voltage by a switching operation of a power semiconductor element. Applies.
  • This noise filter detects the common mode voltage in the power supply line through a grounded capacitor located in the power supply line, generates an offset voltage of opposite polarity based on the detected common mode voltage, and injects it into the power supply line. do. This cancels out the common mode voltage, which is electromagnetic noise leaked from the power converter to the power supply side.
  • the noise filter described in Patent Document 1 generates a reverse phase signal having a waveform having a waveform opposite to the noise detected from the power supply line, and injects the reverse phase signal into the power supply line to cancel the noise, so-called.
  • It is a feedback type noise filter.
  • noise is detected from the power supply line, and in principle, there is a propagation delay of the electric signal in the wiring or circuit components of the circuit on the path until the opposite phase signal of the detected noise is injected into the power supply line. do.
  • the noise filter described in Patent Document 1 when high-frequency noise whose waveform fluctuates at high speed such as spike noise and high-frequency ringing component is generated in the power supply line due to the switching operation of the power semiconductor element, for example, the noise filter described in Patent Document 1 There is a problem that it is difficult to cancel out the high frequency noise because the generation of the negative phase signal and the injection of the negative phase signal cannot catch up with the high frequency noise.
  • the present disclosure is to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a power conversion device capable of suppressing high frequency noise generated in a power supply line.
  • the power conversion device includes a power conversion circuit that converts the power output from the power supply to the power supply line into power for operating the load by the switching operation of the switching element, and noise that suppresses noise propagating in the power supply line.
  • a filter, a control circuit that controls suppression of noise generated in the power supply line by the switching operation of the switching element, and an electric signal having a waveform opposite to the noise generated in the power supply line by the switching operation of the switching element are generated. It is equipped with a waveform generation circuit and an injection circuit that injects electrical signals into the power supply line.
  • the control circuit outputs a control signal to the waveform generation circuit according to the drive signal that drives the switching element, and the waveform generation circuit is from the control circuit.
  • An electric signal is generated according to the output control signal, and the injection circuit injects the electric signal generated by the waveform generation circuit into the power supply line.
  • the noise itself generated in the power supply line is not detected, and an electric signal having a waveform having a phase opposite to the noise is generated according to the drive signal for switching the switching element, and the electric signal is used as a power supply. Inject into the line.
  • the power conversion device according to the present disclosure has a smaller signal propagation delay than the feedback type noise filter, so that it is possible to suppress high frequency noise generated in the power supply line.
  • FIG. 9 is a timing chart showing the output signal of the control circuit, the output signal of the delay circuit, the output signal of the pulse generation circuit, the output signal of the waveform generation circuit, the noise generated in the power supply line, and the noise leaking to the power supply side in the first embodiment.
  • .. 4A is a partial circuit diagram showing a three-phase four-wire injection circuit using a coil
  • FIG. 4B is a partial circuit diagram showing a single-phase or DC injection circuit using a capacitor
  • 4C is a partial circuit diagram. It is a partial circuit diagram which shows the injection circuit of 3 phase 4 wire using a capacitor. It is a circuit diagram which shows the structure of the modification of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a circuit diagram which shows the structural example of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 2. It is a block diagram which shows the structural example of the power conversion apparatus which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of the power conversion device 1 according to the first embodiment.
  • the power conversion device 1 converts the power supplied by the power supply 2 into the power for operating the load 3, and outputs the converted power to the load 3.
  • the power source 2 is a single-phase alternating current power source.
  • the load 3 is a load device that operates by the electric power output from the power conversion device 1, and is, for example, a motor.
  • the power conversion device 1 includes a power supply line 4, NF 5, a power conversion circuit 6, an ANC control circuit 7, a waveform generation circuit 8, and an injection circuit 9.
  • ANC in the ANC control circuit 7 is an abbreviation for active noise canceling.
  • the NF 5 is appropriately described as a noise filter 5.
  • the power supply line 4 is a pair of conductor wirings provided from the connection portion with the power supply 2 inside the power conversion device 1 to the power conversion circuit 6 to propagate the single-phase AC power in the power supply 2, and is in the middle of the wiring. Is provided with a noise filter 5.
  • the noise filter 5 is provided in the power supply line 4 between the injection circuit 9 and the power conversion circuit 6, and is a circuit that suppresses the noise A generated in the power supply line 4 by the operation of the power conversion circuit 6.
  • the noise A generated in the power supply line 4 propagates through the power supply line 4 as shown by the broken line arrow.
  • the power conversion circuit 6 is a circuit that converts the power from the power supply 2 propagating through the power supply line 4 into the power for operating the load 3, and includes a control circuit 6a, a drive circuit 6b, and a switching element 6c.
  • the control circuit 6a monitors the voltage and current in the power supply line 4 and the output voltage and output current to the load 3, and controls the drive timing of the switching element 6c according to these states to output the output power to the load 3. It is a circuit that controls. For example, the control circuit 6a outputs a drive signal B for driving the switching element 6c to the drive circuit 6b, and the drive circuit 6b drives the switching element 6c according to the drive signal B.
  • the drive circuit 6b is a circuit that drives the switching element 6c in response to the drive signal B from the control circuit 6a. Further, the drive signal B output from the control circuit 6a is also output to the ANC control circuit 7.
  • the switching element 6c is a circuit element that converts the electric power output from the power supply 2 to the power supply line 4 into the electric power for operating the load 3 and outputs the power to the load 3 by the switching operation.
  • MOS-FET Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the ANC control circuit 7 is a control circuit that controls suppression of noise A generated in the power supply line 4 by the switching operation of the switching element 6c. For example, the ANC control circuit 7 outputs a control signal to the waveform generation circuit 8 according to the drive signal B output from the control circuit 6a, thereby causing the waveform generation circuit 8 to generate an electric signal C for noise cancellation.
  • the waveform generation circuit 8 generates an electric signal C having a waveform having a phase opposite to that of the noise A propagating in the power supply line 4 according to the control signal output from the ANC control circuit 7.
  • the waveform having the opposite phase to the noise A is referred to as a cancel waveform.
  • the injection circuit 9 injects an electric signal C having a cancel waveform generated by the waveform generation circuit 8 into the power supply line 4.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the ANC control circuit 7, the waveform generation circuit 8, and the injection circuit 9 in the power conversion device 1.
  • the ANC control circuit 7 includes a delay circuit 7a and a pulse generation circuit 7b.
  • the delay circuit 7a intentionally delays the drive signal B output from the control circuit 6a and outputs it to the pulse generation circuit 7b.
  • the delay circuit 7a is composed of a variable resistor, a capacitor, and a Schmitt trigger buffer, and adjusts the delay amount by changing the resistance value of the variable resistor.
  • the delay amount is, for example, the delay time T1 described later with reference to FIG.
  • the pulse generation circuit 7b generates a pulse signal having a pulse width required for generating the electric signal C by the waveform generation circuit 8.
  • the waveform generation circuit 8 is configured to include, for example, a vibration wave generation circuit 8a and an amplifier circuit 8b.
  • the vibration wave generation circuit 8a is a circuit that generates a signal of a damped vibration waveform having a specific amplitude, frequency and damping constant based on the pulse signal output from the pulse generation circuit 7b. As shown in FIG. 2, the vibration wave generation circuit 8a is composed of a coil, a capacitor, a resistor, a switching element, and a drive circuit of the switching element.
  • the amplifier circuit 8b amplifies the voltage signal having the damped vibration waveform, and outputs the amplified signal to the injection circuit 9 as the electric signal C of the cancel waveform.
  • FIG. 3 shows an output signal of the control circuit 6a, an output signal of the delay circuit 7a, an output signal of the pulse generation circuit 7b, an output signal of the waveform generation circuit, noise generated in the power supply line 4, and noise leaking to the power supply 2 side. It is a timing chart.
  • (1) is a time waveform of the output signal of the control circuit 6a.
  • the output signal of the control circuit 6a is the drive signal B shown in FIG. (2) is a time waveform of the output signal of the delay circuit 7a, and (3) is a time waveform of the output signal of the pulse generation circuit 7b.
  • the drive circuit 6b When the drive circuit 6b inputs the output signal of the control circuit 6a, the drive circuit 6b outputs a signal for driving the switching element 6c to the switching element 6c.
  • the switching element 6c receives the output signal of the drive circuit 6b and performs a switching operation. There is a signal propagation delay between the control circuit 6a and the switching element 6c. Further, due to the large input capacitance of the switching element 6c, the switching operation of the switching element 6c interferes with the electric power in the power supply line 4, and a delay occurs with respect to the output timing of the signal of the drive circuit 6b.
  • the input capacitance of the switching element 6c is, for example, the input capacitance Ciss of the MOS-FET.
  • the interference received by the electric power in the power supply line 4 is, for example, a change in voltage or current in the power supply line 4.
  • Noise A in the power supply line 4 is generated during this interference.
  • the delay time T2 is the time obtained by adding the time difference to the signal delay time T1.
  • the delay time T2 is a time depending on the circuit configuration of the drive circuit 6b, the length of the electric wiring, and the internal structure of the switching element 6c, and is a substantially constant time.
  • component constants are adjusted so as to generate an electric signal of a damped vibration waveform.
  • the component constants such as the resistance value of the delay circuit 7a are adjusted so that the delay time T1 and the delay time T2 are equal to each other.
  • the electric signal C which is the output signal of the waveform generation circuit 8
  • the noise A generated in the power supply line 4 are time-synchronized. Since the electric signal C is superimposed on the power supply line 4 by the injection circuit 9, the noise A generated in the power supply line 4 and the electric signal C cancel each other out, and the noise A leaking to the power supply 2 side as shown in (6). Decreases.
  • the conventional noise filter described in Patent Document 1 detects noise generated in a power supply line, generates a negative phase signal of the detected noise, and injects the negative phase signal into the power supply line, and propagates an electric signal. There is a delay.
  • the power conversion device 1 is an ANC control circuit that operates sufficiently faster than the delay time T2 from the output of the drive signal B from the control circuit 6a to the start of the switching operation of the switching element 6c. 7.
  • the waveform generation circuit 8 is provided, and the ANC control circuit 7 and the waveform generation circuit 8 generate an electric signal C having a waveform that cancels out the noise A.
  • the power conversion device 1 since the power conversion device 1 does not have the propagation delay of the electric signal in principle (or the propagation delay is small) in the conventional feedback type noise filter, it functions as an active noise filter capable of sufficiently canceling the high frequency noise. do. As a result, the power conversion device 1 capable of suppressing the high frequency noise generated in the power supply line 4 is realized.
  • the power supply 2 may be a DC power supply as long as it can be converted into power by the power conversion device 1. It may be a single-phase three-wire AC power supply or a three-phase power supply.
  • the power supply line 4 is a pair of two lines of single-phase alternating current is shown in FIGS. 1 and 2, it may be a direct current power supply line. Further, the power supply line 4 may be three or more lines such as a single-phase three-wire system, a three-phase three-wire system, or a four-wire system in which an N phase is added to the three-phase system.
  • FIG. 4A is a partial circuit diagram showing a three-phase four-wire injection circuit 9 using a coil.
  • FIG. 4B is a partial circuit diagram showing a single-phase or direct current injection circuit 9 using a capacitor.
  • FIG. 4C is a partial circuit diagram showing a three-phase four-wire injection circuit 9 using a capacitor.
  • the power supply line 4 shown in FIG. 4A is a three-phase four-wire system, and the injection circuit 9 has four coils connected to the power supply line 4.
  • the injection circuit 9 may be a circuit in which a capacitor is interposed in the wiring between the waveform generation circuit 8 and the power supply line 4 without using a coil.
  • the power supply line 4 is a single-phase two-wire or DC wiring, and the injection circuit 9 injects an electric signal C into the power supply line 4 using a capacitor.
  • the power supply line 4 is a three-phase four-wire system, and the injection circuit 9 injects an electric signal C into the power supply line 4 using a capacitor.
  • the noise filter 5 arranged in the power supply line 4 between the injection circuit 9 and the power conversion circuit 6 is shown in FIGS. 1 and 2, the noise filter 5 is arranged on the power supply 2 side of the injection circuit 9. May be good. Further, the noise filter 5 may be provided both between the power supply 2 and the injection circuit 9 and between the injection circuit 9 and the power conversion circuit 6.
  • the power conversion circuit 6 may include two or more switching elements 6c.
  • the power conversion device 1 since a plurality of noises A corresponding to the switching operation of the plurality of switching elements 6c are generated in the power supply line 4, the power conversion device 1 generates electric signals C having opposite phase waveforms for the plurality of noises A, respectively. Generate and inject into power line 4.
  • the signal output from the drive circuit 6b to the switching element 6c is a square wave signal for switching the switching element 6c, similarly to the drive signal B. Therefore, the ANC control circuit 7 may use a signal output from the drive circuit 6b to the switching element 6c instead of the drive signal B output from the control circuit 6a.
  • the ANC control circuit 7 outputs a control signal to the waveform generation circuit 8 in response to the signal output from the drive circuit 6b to the switching element 6c, thereby causing the waveform generation circuit 8 to generate an electric signal C for noise cancellation. ..
  • both circuits may be configured by one circuit.
  • the function of the control circuit 6a and the function of the drive circuit 6b may be included in one integrated circuit (IC) or circuit block.
  • the ANC control circuit 7 outputs a control signal to the waveform generation circuit 8 according to the signal output from the drive circuit 6b to the switching element 6c or the drive signal B output from the control circuit 6a, thereby performing electricity.
  • the signal C is generated by the waveform generation circuit 8.
  • both circuits may be circuits contained in one package.
  • the package includes an IPM (Intelligent Power Module).
  • control circuit 6a, the drive circuit 6b, and the switching element 6c may be realized by one IC or a circuit block.
  • the ANC control circuit 7 causes the waveform generation circuit 8 to generate an electric signal C by outputting a control signal to the waveform generation circuit 8 according to the signal corresponding to the drive signal B instead of the drive signal B. It is also good.
  • the signal corresponding to the drive signal B is, for example, a signal output from the drive circuit 6b to the switching element 6c.
  • FIG. 2 shows a delay circuit 7a that adjusts the delay time by changing the resistance value of the variable resistor, but the power conversion device 1 is not limited to this.
  • the delay circuit 7a may adjust the delay time by changing either or both of the capacitance value of the capacitor and the length of the wiring pattern.
  • the delay circuit 7a may be a circuit that delays the signal at a predetermined timing without adjusting the delay time.
  • the delay circuit 7a delays the signal according to the noise generation timing measured in advance by the prototype.
  • the delay circuit 7a may be, for example, a delay circuit using a propagation delay by a logic IC or wiring.
  • the ANC control circuit 7 does not have to include the pulse generation circuit 7b. In this case, the delay circuit 7a and the waveform generation circuit 8 are directly connected.
  • FIG. 2 shows a waveform generation circuit 8 provided with a vibration wave generation circuit 8a, but the waveform generation circuit 8 is not limited to this.
  • the waveform generation circuit 8 may use a digital-to-analog converter (DAC) to generate an electric signal C having a waveform having a phase opposite to that of the noise A generated in the power supply line 4.
  • DAC digital-to-analog converter
  • the waveform generation circuit 8 generates an electric signal C having a spike-shaped voltage waveform having a waveform having a phase opposite to that of the spike noise.
  • FIG. 2 shows a waveform generation circuit 8 provided with an amplifier circuit 8b that amplifies the electric signal of the damped vibration waveform. Instead of amplifying the electric signal of the damped vibration waveform, the electric signal of the damped vibration waveform is attenuated to the extent that noise can be offset. It is also good.
  • the waveform generation circuit 8 includes a damping circuit that attenuates the electrical signal of the damped vibration waveform.
  • both circuits may be configured by one circuit.
  • the function of the ANC control circuit 7 and the function of the waveform generation circuit 8 may be included in one integrated circuit (IC) or circuit block.
  • IC integrated circuit
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a power conversion device 1A which is a modification of the power conversion device 1 according to the first embodiment.
  • the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
  • the power conversion device 1A includes a power supply line 4, an NF 5, a power conversion circuit 6A, an ANC control circuit 7, a waveform generation circuit 8, and an injection circuit 9.
  • the power conversion circuit 6A is a flyback type isolated AC / DC converter.
  • the control circuit 6a outputs a drive signal B for driving the switching element 6c to the drive circuit 6b, and the drive circuit 6b drives the switching element 6c according to the drive signal B.
  • the drive signal B output from the control circuit 6a is also output to the ANC control circuit 7.
  • the switching element 6c converts the AC power output from the power supply 2 to the power supply line 4 into DC power for operating the load 3 and outputs the AC power to the load 3 by the switching operation.
  • the power conversion device 1 does not detect the noise A itself generated in the power supply line 4, and is opposite to the noise A according to the drive signal B for switching the switching element 6c. An electric signal C having a phase waveform is generated, and the electric signal C is injected into the power supply line 4. As a result, the power conversion device 1 has a smaller signal propagation delay than the conventional feedback type noise filter, so that it is possible to suppress the high frequency noise A generated in the power supply line 4.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration example of the power conversion device 1B according to the second embodiment.
  • the power conversion device 1B converts the power supplied by the power supply 2 into the power for operating the load 3, and outputs the converted power to the load 3.
  • the power source 2 is a single-phase alternating current power source.
  • the load 3 is a load device that operates by the electric power output from the power conversion device 1B, and is, for example, a three-phase motor.
  • the power conversion device 1B includes a power supply line 4, NF 5, a power conversion circuit 6B, an ANC control circuit 7A, a plurality of waveform generation circuits 8, an injection circuit 9, and an adder 10.
  • the power conversion circuit 6B is an inverter circuit that converts AC input power into DC power by a diode bridge and converts the converted DC power into power for operating the load 3 by switching operations of a plurality of switching elements 6c.
  • the control circuit 6a monitors the voltage and current in the power supply line 4 and the output voltage and output current to the load 3, and controls the drive timing of the switching element 6c according to these states to output to the load 3. It is a circuit that controls power.
  • the drive circuit 6b is a circuit that drives the switching element 6c according to the drive signal B output from the control circuit 6a, and is provided for each switching element 6c. In the example of FIG. 6, since the number of switching elements 6c is 6, six drive circuits 6b are also provided.
  • the switching element 6c converts the electric power output from the power supply 2 to the power supply line 4 into the electric power for operating the load 3 and outputs the power to the load 3 by the switching operation.
  • a MOS-FET is used as the switching element 6c.
  • six switching elements 6c are used in order to control the current and voltage of the three phases output to the load 3.
  • the ANC control circuit 7A is a control circuit that controls suppression of a plurality of noises generated in the power supply line 4 by the switching operation of each of the six switching elements 6c. For example, the ANC control circuit 7A generates an electric signal C for noise cancellation in the waveform generation circuit 8 by outputting a control signal to the waveform generation circuit 8 in response to the six drive signals B output from the control circuit 6a. Let me.
  • the waveform generation circuit 8 generates an electric signal C having a cancellation waveform of noise A propagating in the power supply line 4 in response to the control signal output from the ANC control circuit 7A.
  • the power conversion device 1B shown in FIG. 6 is provided with three waveform generation circuits 8.
  • the adder 10 adds up three electric signals C having a cancellation waveform of noise A output from the three waveform generation circuits 8 to combine them into one signal.
  • the injection circuit 9 injects the electric signal C added by the adder 10 into the power supply line 4.
  • the power conversion circuit 6B includes a plurality of switching elements 6c. Therefore, noise A having a waveform corresponding to the plurality of patterns is generated in the power supply line 4 according to the combination pattern of on and off of the plurality of switching elements 6c.
  • the ANC control circuit 7A and the three waveform generation circuits 8 correspond to each of the three specific patterns when the combination pattern of each drive signal B output from the control circuit 6a matches the three specific patterns. An electric signal C for canceling the generated noise A is generated.
  • the injection circuit 9 is generated by each of the three waveform generation circuits 8, and the electric signal C combined by the adder 10 is injected into the power supply line 4.
  • the waveform of the noise generated in the power supply line 4 is canceled by the waveform of the electric signal C injected into the power supply line 4, and the noise A leaking to the power supply 2 side can be reduced.
  • the "specific pattern" changes depending on the configuration of the circuit and the structure of the device.
  • FIG. 6 shows a case where the power conversion circuit 6B is an inverter circuit provided with six switching elements 6c, but the present invention is not limited to this.
  • the power conversion circuit 6B may be a circuit that converts the power supplied from the power supply 2 into the power for operating the load 3 by using a plurality of switching elements 6c.
  • FIG. 6 the case where the ANC control circuit 7A is one circuit is shown. However, if the ANC control circuit 7A can control the generation of the electric signal C that cancels the plurality of noises A generated in the power supply line 4, the ANC control circuit 7A is shown. It may be composed of two or more circuits. Further, although FIG. 6 shows a case where the number of waveform generation circuits 8 is three, the number of waveform generation circuits 8 is two or more depending on the combination pattern of the plurality of switching elements 6c and the noise A generated in the power supply line 4. It may be any number of.
  • the ANC control circuit 7A and the three waveform generation circuits 8 are separate circuits is shown in FIG. 6, these circuits may be configured by one circuit.
  • the functions of the ANC control circuit 7A and the functions of the three waveform generation circuits 8 may be included in one integrated circuit (IC) or circuit block.
  • IC integrated circuit
  • the circuit that summarizes these functions can operate a plurality of waveform generation circuits 8 by using a DAC.
  • the power conversion device 1B may include a plurality of injection circuits 9.
  • the power conversion device 1B may include a plurality of injection circuits 9 connected to each of the plurality of waveform generation circuits 8 on a one-to-one basis.
  • the plurality of injection circuits 9 are connected to the power supply line 4, respectively.
  • the power conversion circuit 6B has a plurality of switching elements 6c.
  • the ANC control circuit 7A outputs a control signal to the plurality of waveform generation circuits 8 according to the drive signals B of the plurality of switching elements 6c.
  • the plurality of waveform generation circuits 8 correspond to the electric signals C corresponding to the plurality of noises A generated in the power supply line 4 by each switching operation of the plurality of switching elements 6c according to the control signals output from the ANC control circuit 7A.
  • the injection circuit 9 collectively injects a plurality of electric signals C into the power supply line 4.
  • the power conversion device 1B functions as an active noise filter capable of sufficiently canceling each of the plurality of high frequency noises A generated in the power supply line 4. As a result, the power conversion device 1B capable of suppressing the high frequency noise A generated in the power supply line 4 is realized.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration example of the power conversion device 1C according to the third embodiment.
  • the power conversion device 1C converts the power supplied by the power supply 2 into the power for operating the load 3, and outputs the converted power to the load 3.
  • the power source 2 is a single-phase alternating current power source.
  • the load 3 is a load device operated by the electric power output from the power conversion device 1B, and is, for example, a motor.
  • the power conversion device 1C includes a power supply line 4, NF 5, a power conversion circuit 6C, an ANC control circuit 7B, a waveform generation circuit 8, and an injection circuit 9.
  • the power conversion circuit 6C is a circuit that converts the power from the power supply 2 propagating through the power supply line 4 into the power for operating the load 3, and is a control circuit 6a, a drive circuit 6b, a switching element 6c, and a current voltage.
  • a detection circuit 6d is provided.
  • the current-voltage detection circuit 6d is a circuit for monitoring the output voltage and the output current to the load 3 side in the power conversion circuit 6C.
  • the detection signal D indicating the voltage and the current detected by the current-voltage detection circuit 6d is output to the control circuit 6a and the ANC control circuit 7B.
  • the control circuit 6a monitors the voltage and current in the power supply line 4, monitors the voltage and current output to the load 3 by the current-voltage detection circuit 6d, and controls the drive timing of the switching element 6c according to these states. And controls the output power to the load 3. For example, the control circuit 6a outputs a drive signal B for driving the switching element 6c to the drive circuit 6b.
  • the drive circuit 6b is a circuit that drives the switching element 6c according to the drive signal B output from the control circuit 6a. Further, the drive signal B output from the control circuit 6a is also output to the ANC control circuit 7B.
  • the switching element 6c is a circuit element that converts the electric power output from the power supply 2 to the power supply line 4 into the electric power for operating the load 3 and outputs the power to the load 3 by performing the switching operation.
  • the waveform of noise generated in the power supply line may change depending on the power value output to the load. For example, when the output current of the power conversion circuit increases, the amplitude of the noise waveform also increases in proportion to this. Therefore, the ANC control circuit 7B grasps the voltage and current output to the load 3 by the detection signal D, and controls the operation of the waveform generation circuit 8 according to these values.
  • the ANC control circuit 7B has a waveform having a phase opposite to that of the noise A generated in the power supply line 4 according to the voltage or current output to the load 3 by controlling the waveform generation circuit 8.
  • the generated electric signal C is generated.
  • the electric signal C generated by the waveform generation circuit 8 is injected into the power supply line 4 by the injection circuit 9.
  • the waveform generation circuit 8 has a waveform having a phase opposite to that of the changed waveform.
  • the electric signal C can be generated.
  • the noise A generated in the power supply line 4 is canceled out, so that the power conversion device 1C can reduce the noise leaking to the power supply 2 side.
  • the current-voltage detection circuit 6d detects the voltage and current on the load 3 side, that is, the output side of the power conversion circuit 6C, but the present invention is not limited to this.
  • the current-voltage detection circuit 6d detects the voltage and current on the input side (between the noise filter 5 and the switching element 6c) of the power conversion circuit 6C, and transmits the detection signals to the control circuit 6a and the ANC control circuit 7B. It may be output.
  • the waveform generation circuit 8 generates an electric signal C having a waveform having a phase opposite to that of the changed waveform. can do.
  • the detection signal D detected by the current / voltage detection circuit 6d may be input to the waveform generation circuit 8 instead of the ANC control circuit 7B.
  • the waveform generation circuit 8 uses the current or voltage detection signal D on the input side or the output side of the power conversion circuit 6C in addition to the drive signal B output from the control circuit 6a to generate the waveform of the electric signal C. change.
  • the waveform generation circuit 8 produces an electric signal C having a waveform having a phase opposite to that of the changed waveform even when the waveform of noise A changes according to the voltage or current output to the load 3. Can be generated.
  • the waveform generation circuit 8 even when the waveform of noise A changes according to the voltage or current from the power supply 2, the waveform generation circuit 8 generates an electric signal C having a waveform having a phase opposite to that of the changed waveform. be able to.
  • the detection signal D detected by the current / voltage detection circuit 6d may not be output to the ANC control circuit 7B, but may be output only to the control circuit 6a.
  • the detection signal D is output from the control circuit 6a to the ANC control circuit 7B together with the drive signal B.
  • the control circuit 6a calculates a parameter for determining the waveform of the electric signal C based on the detection signal D, and outputs the calculated parameter to the ANC control circuit 7B or the waveform generation circuit 8 instead of the detection signal D. It is also good.
  • the ANC control circuit 7B included in the power conversion device 1C according to the third embodiment has the current or voltage on the input side or the output side of the power conversion circuit 6C in addition to the drive signal B output from the control circuit 6a.
  • the detection signal D of the above is used to control the generation of the electric signal C by the waveform generation circuit 8.
  • the ANC control circuit 7B generates an electric signal C by the waveform generation circuit 8 so as to follow the fluctuations in the noise waveform. Since it is controlled, the power conversion device 1C functions as an active noise filter capable of sufficiently canceling the high frequency noise A. As a result, the power conversion device 1C with less leakage of high frequency noise A is realized.
  • the waveform generation circuit 8 included in the power conversion device 1C according to the third embodiment is a current or voltage detection signal on the input side or the output side of the power conversion circuit 6C in addition to the drive signal B output from the control circuit 6a.
  • the waveform of the electric signal C is changed by using D.
  • the waveform generation circuit 8 changes the waveform of the electric signal C so as to follow the fluctuation of the noise waveform.
  • the power conversion device 1C functions as an active noise filter capable of sufficiently canceling the high frequency noise A.
  • the power conversion device 1C with less leakage of high frequency noise A is realized.
  • the power conversion device according to the present disclosure can be used, for example, in various power storage systems.
  • 1,1A-1C power conversion device 2 power supply, 3 load, 4 power supply line, 5 noise filter, 6,6A-6C power conversion circuit, 6a control circuit, 6b drive circuit, 6c switching element, 6d current / voltage detection circuit, 7,7A, 7B ANC control circuit, 7a delay circuit, 7b pulse generation circuit, 8 waveform generation circuit, 8a vibration wave generation circuit, 8b amplification circuit, 9 injection circuit, 10 adder.

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Abstract

電力変換装置（１）は、スイッチング素子（６ｃ）のスイッチング動作によって電源ライン（４）に発生したノイズとは逆相の波形を有した電気信号を、スイッチング素子（６ｃ）をスイッチング動作させた駆動信号に応じて生成して電源ライン（４）に注入する。

Description

電力変換装置
　本開示は、ノイズフィルタを備えた電力変換装置に関する。
　アクティブノイズフィルタは、電力変換装置の動作によって発生したノイズを除去するフィルタとして知られている。例えば、特許文献１に記載されるノイズフィルタは、交流電源の出力を直流電圧に変換する整流器と、電力用半導体素子のスイッチング動作により直流電圧を交流電圧に変換する電力変換器を有した系に適用される。このノイズフィルタは、電源ラインに配置された接地コンデンサを介して、電源ラインにおけるコモンモード電圧を検出し、検出されたコモンモード電圧に基づいて逆極性の相殺用電圧を発生させて電源ラインに注入する。これにより、電力変換器から電源側に漏洩した電磁ノイズであるコモンモード電圧が相殺される。
特開２０１０－０５７２６８号公報
　特許文献１に記載されたノイズフィルタは、電源ラインから検出されたノイズとは逆相の波形を有した逆相信号を生成し、逆相信号を電源ラインに注入してノイズを相殺する、いわゆるフィードバック方式のノイズフィルタである。フィードバック方式のフィルタでは、電源ラインからノイズを検出し、検出したノイズの逆相信号を電源ラインに注入するまでの経路上で、回路の配線または回路部品に電気信号の伝搬遅延が原理的に存在する。このため、電力用半導体素子のスイッチング動作によって、例えば、スパイクノイズ、高周波数のリンギング成分といった高速に波形変動する高周波ノイズが電源ラインに発生した場合に、特許文献１に記載されたノイズフィルタでは、高周波ノイズに対して逆相信号の生成および逆相信号の注入が追いつかず、高周波ノイズの相殺が困難であるという課題があった。
　本開示は、上記課題を解決するものであり、電源ラインに発生した高周波ノイズを抑圧することができる電力変換装置を得ることを目的とする。
　本開示に係る電力変換装置は、スイッチング素子のスイッチング動作によって、電源から電源ラインに出力された電力を、負荷を動作させる電力に変換する電力変換回路と、電源ラインを伝搬するノイズを抑圧するノイズフィルタと、スイッチング素子のスイッチング動作によって電源ラインに発生したノイズの抑圧を制御する制御回路と、スイッチング素子のスイッチング動作によって電源ラインに発生したノイズとは逆相の波形を有した電気信号を生成する波形生成回路と、電気信号を電源ラインに注入する注入回路を備え、制御回路は、スイッチング素子を駆動させる駆動信号に応じて制御信号を波形生成回路に出力し、波形生成回路は、制御回路から出力された制御信号に応じて電気信号を生成し、注入回路は、波形生成回路によって生成された電気信号を電源ラインに注入する。
　本開示によれば、電源ラインに発生したノイズそのものを検出せず、スイッチング素子をスイッチング動作させる駆動信号に応じて、ノイズとは逆相の波形を有した電気信号を生成し、電気信号を電源ラインに注入する。これにより、本開示に係る電力変換装置は、フィードバック方式のノイズフィルタに比べて信号の伝搬遅延が小さいので、電源ラインに発生した高周波ノイズを抑圧することが可能である。
実施の形態１に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る電力変換装置におけるＡＮＣ制御回路、波形生成回路および注入回路の構成例を示す回路図である。 実施の形態１における制御回路の出力信号、遅延回路の出力信号、パルス生成回路の出力信号、波形生成回路の出力信号、電源ラインに発生したノイズおよび電源側へ漏洩するノイズを示すタイミングチャートである。 図４Ａは、コイルを用いた三相４線の注入回路を示す部分回路図であり、図４Ｂは、コンデンサを用いた単相または直流の注入回路を示す部分回路図であり、図４Ｃは、コンデンサを用いた三相４線の注入回路を示す部分回路図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の変形例の構成を示す回路図である。 実施の形態２に係る電力変換装置の構成例を示す回路図である。 実施の形態３に係る電力変換装置の構成例を示すブロック図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成例を示すブロック図である。図１において、電力変換装置１は、電源２によって供給された電力を、負荷３を動作させる電力に変換し、変換した電力を負荷３に出力する。電源２は、単相交流の電力源である。負荷３は、電力変換装置１から出力された電力によって動作する負荷装置であり、例えば、モータである。電力変換装置１は、電源ライン４、ＮＦ５、電力変換回路６、ＡＮＣ制御回路７、波形生成回路８および注入回路９を備える。ＡＮＣ制御回路７におけるＡＮＣは、アクティブノイズキャンセルの略である。以下の説明では、ＮＦ５は、ノイズフィルタ５と適宜記載される。
　電源ライン４は、電力変換装置１の内部の電源２との接続部分から電力変換回路６までに設けられ、電源２における単相の交流電力が伝搬される一対の導体配線であり、配線の途中にノイズフィルタ５が設けられている。ノイズフィルタ５は、注入回路９と電力変換回路６との間の電源ライン４に設けられ、電力変換回路６の動作によって電源ライン４に発生したノイズＡを抑圧する回路である。電源ライン４に発生したノイズＡは、破線の矢印で示すように電源ライン４を伝搬する。
　電力変換回路６は、電源ライン４を伝搬して入力された電源２からの電力を、負荷３を動作させる電力に変換する回路であり、制御回路６ａ、駆動回路６ｂおよびスイッチング素子６ｃを備える。制御回路６ａは、電源ライン４における電圧および電流と負荷３への出力電圧および出力電流とを監視し、これらの状態に応じてスイッチング素子６ｃの駆動タイミングを制御することにより負荷３への出力電力を制御する回路である。例えば、制御回路６ａは、スイッチング素子６ｃを駆動させる駆動信号Ｂを駆動回路６ｂに出力し、駆動回路６ｂは、駆動信号Ｂに応じてスイッチング素子６ｃを駆動させる。
　駆動回路６ｂは、制御回路６ａからの駆動信号Ｂに応じてスイッチング素子６ｃを駆動させる回路である。また、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂは、ＡＮＣ制御回路７へも出力される。スイッチング素子６ｃは、スイッチング動作によって、電源２から電源ライン４に出力された電力を、負荷３を動作させる電力に変換して負荷３へ出力する回路素子である。
　スイッチング素子６ｃには、例えば、ＭＯＳ－ＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ－Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）あるいはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が使用される。
　ＡＮＣ制御回路７は、スイッチング素子６ｃのスイッチング動作によって電源ライン４に発生したノイズＡの抑圧を制御する制御回路である。例えば、ＡＮＣ制御回路７は、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂに応じて制御信号を波形生成回路８に出力することにより、ノイズキャンセル用の電気信号Ｃを波形生成回路８に生成させる。
　波形生成回路８は、ＡＮＣ制御回路７から出力された制御信号に応じて、電源ライン４を伝搬するノイズＡとは逆相の波形を有した電気信号Ｃを生成する。以下、ノイズＡとは逆相の波形を、キャンセル波形と呼称する。注入回路９は、波形生成回路８によって生成されたキャンセル波形を有した電気信号Ｃを電源ライン４に注入する。
　図２は、電力変換装置１におけるＡＮＣ制御回路７、波形生成回路８および注入回路９の構成例を示す回路図である。図２において、ＡＮＣ制御回路７は、遅延回路７ａおよびパルス生成回路７ｂを備える。遅延回路７ａは、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂを意図的に遅延させてパルス生成回路７ｂに出力する。例えば、遅延回路７ａは、可変抵抗器、コンデンサおよびシュミットトリガバッファにより構成され、可変抵抗器の抵抗値を変化させて遅延量を調整する。遅延量は、例えば図３を用いて後述する遅延時間Ｔ１である。パルス生成回路７ｂは、波形生成回路８による電気信号Ｃの生成に必要なパルス幅のパルス信号を生成する。
　波形生成回路８は、例えば、振動波生成回路８ａおよび増幅回路８ｂを備えて構成される。振動波生成回路８ａは、パルス生成回路７ｂから出力されたパルス信号に基づいて、特定の振幅、周波数および減衰定数を有した減衰振動波形の信号を生成する回路である。振動波生成回路８ａは、図２に示すように、コイル、コンデンサ、抵抗器、スイッチング素子およびこのスイッチング素子の駆動回路によって構成される。
　スイッチング素子がオン（導通状態）である場合、コンデンサに電荷がチャージされ、その後に、スイッチング素子がオフ（非導通状態）になると、コイルとコンデンサとの間において特定の周波数の共振が発生し、共振のエネルギーが抵抗器によって消費される。これにより、抵抗器の両端に印加された電圧に減衰振動波形が生じる。なお、これらの部品定数は、実際のノイズ波形に基づいて算出することができる。増幅回路８ｂは、減衰振動波形を有した電圧信号を増幅し、増幅した信号を、キャンセル波形の電気信号Ｃとして注入回路９に出力する。
　注入回路９は、例えば、磁界結合した３つのコイルを備えて構成される。注入回路９が備える３つのコイルのうちの２つのコイルは、電源ライン４に接続されたコイルであり、いわゆる、コモンモードチョークコイルと同様の巻き方である。コイルの巻き方が同様であると、磁界結合の仕方も同様である。また、３つのコイルのうち、残りの一つのコイルに信号が与えられると、前述の２つのコイルに同相（コモンモード）の誘導起電力が発生する。波形生成回路８には、図２に示すように、注入回路９における、前述の残りの一つのコイルが接続されている。コイルと波形生成回路８とは、波形生成回路８の出力波形が電源ライン４に発生したノイズＡとは逆相で注入される向きに接続される。
　図３は、制御回路６ａの出力信号、遅延回路７ａの出力信号、パルス生成回路７ｂの出力信号、波形生成回路の出力信号、電源ライン４に発生したノイズおよび電源２側へ漏洩するノイズを示すタイミングチャートである。図３において、（１）は、制御回路６ａの出力信号の時間波形である。制御回路６ａの出力信号は、図２に示す駆動信号Ｂである。（２）は、遅延回路７ａの出力信号の時間波形であり、（３）は、パルス生成回路７ｂの出力信号の時間波形を示している。（４）は、波形生成回路８によって生成された電気信号Ｃの時間波形であり、（５）は、スイッチング素子６ｃのスイッチング動作によって電源ライン４に発生したノイズＡの時間波形であり、（６）は、ノイズＡがキャンセルされた後に電源２側へ漏洩した微小なノイズの時間波形を示している。
　（１）および（２）に示す時間波形において、制御回路６ａの出力信号がオンになったとき、遅延回路７ａは、時間Ｔ１だけ遅らせて信号を出力する。パルス生成回路７ｂは、遅延回路７ａから出力された信号を受けると、波形生成回路８による電気信号Ｃの生成に必要とするパルス幅のパルス信号を出力する（（３）に示す時間波形）。波形生成回路８は、パルス生成回路７ｂによって生成されたパルス信号を入力すると、特定の振幅、周波数および減衰定数を有した減衰振動波形を生成して注入回路９に出力する（例えば、（４）に示す時間波形）。
　駆動回路６ｂは、制御回路６ａの出力信号を入力すると、スイッチング素子６ｃを駆動させる信号をスイッチング素子６ｃへ出力する。スイッチング素子６ｃは、駆動回路６ｂの出力信号を受けてスイッチング動作を行う。制御回路６ａとスイッチング素子６ｃとの間には、信号の伝搬遅延が存在する。さらに、スイッチング素子６ｃが有する大きな入力容量に起因して、スイッチング素子６ｃのスイッチング動作が電源ライン４における電力に干渉し、駆動回路６ｂの信号の出力タイミングに対する遅延が発生する。スイッチング素子６ｃの入力容量は、例えば、ＭＯＳ－ＦＥＴの入力容量Ｃｉｓｓである。
　電源ライン４における電力が受ける干渉は、例えば、電源ライン４における電圧または電流の変化である。電源ライン４におけるノイズＡは、この干渉の際に発生する。図３において、遅延時間Ｔ２は、信号の遅延時間Ｔ１と時間差を合わせた時間である。なお、遅延時間Ｔ２は、駆動回路６ｂの回路構成、電気配線の長さおよびスイッチング素子６ｃの内部構造に依存した時間であり、ほぼ一定の時間である。
　ＡＮＣ制御回路７は、デジタルロジック回路であるため、低遅延である。波形生成回路８は、少なくともノイズＡと同様な振幅を有した電気信号を生成できればよいことから、遅延時間Ｔ１に比べて十分に早く反応できる。例えば、ノイズＡの振幅は、数Ｖｐ－ｐ程度である。
　（５）に示す電源ライン４に発生したノイズＡの時間波形には、スイッチング素子６ｃのスイッチング動作に応じた急峻な電流変化によって、電気配線のインダクタンスおよび寄生容量（浮遊容量）に起因したリンギングが形成される。すなわち、ノイズＡの波形は減衰振動波形であることが多い。
　波形生成回路８では、減衰振動波形の電気信号を生成するように部品定数が調整されている。遅延回路７ａの抵抗値といった部品定数は、遅延時間Ｔ１と遅延時間Ｔ２が等しくなるように調整される。これにより、波形生成回路８の出力信号である電気信号Ｃと電源ライン４に発生したノイズＡとが時間的に同期する。電気信号Ｃは、注入回路９によって電源ライン４に重畳されるので、電源ライン４に発生したノイズＡと電気信号Ｃとが相殺し、（６）に示すように電源２側へ漏洩するノイズＡが減少する。
　特許文献１に記載された従来のノイズフィルタは、電源ラインに発生したノイズを検出し、検出したノイズの逆相信号を生成し、逆相信号を電源ラインに注入する経路で、電気信号の伝搬遅延が存在する。これに対して、電力変換装置１は、制御回路６ａから駆動信号Ｂが出力されてからスイッチング素子６ｃのスイッチング動作が開始されるまでの遅延時間Ｔ２に対して、十分に早く動作するＡＮＣ制御回路７および波形生成回路８を備え、ＡＮＣ制御回路７および波形生成回路８が、ノイズＡを相殺する波形を有した電気信号Ｃを生成する。従って、電力変換装置１には、従来のフィードバック方式のノイズフィルタにおける電気信号の伝搬遅延が原理的に生じない（または伝搬遅延が小さい）ので、高周波ノイズを十分に相殺可能なアクティブノイズフィルタとして機能する。これによって、電源ライン４に発生した高周波ノイズを抑圧することができる電力変換装置１が実現される。
　図１および図２において電源２が単相交流の電力源である場合を示したが、電源２は、電力変換装置１によって電力変換可能な電源であれば、直流電源であってもよいし、単相３線の交流電源であってもよいし、三相の電源であってもよい。
　図１および図２において電源ライン４が単相交流の一対の２線である場合を示したが、直流の電源ラインであってもよい。また、電源ライン４は、単相３線、三相の３線または三相にＮ相を加えた４線といった、３線以上であってもよい。
　図４Ａは、コイルを用いた三相４線の注入回路９を示す部分回路図である。図４Ｂは、コンデンサを用いた単相または直流の注入回路９を示す部分回路図である。また、図４Ｃは、コンデンサを用いた三相４線の注入回路９を示す部分回路図である。電源ライン４が３線以上である場合、図４Ａに示すようにコイルの数を電源ライン４の線数に対応させ、各コイルを磁界結合させる必要がある。図４Ａに示す電源ライン４は、三相４線であり、注入回路９は、４つのコイルが電源ライン４と接続している。
　また、注入回路９は、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、コイルを用いずに、波形生成回路８と電源ライン４との間の配線にコンデンサを介在させた回路であってもよい。図４Ｂにおいて、電源ライン４は単相２線または直流の配線であり、注入回路９は、コンデンサを用いて電気信号Ｃを電源ライン４に注入する。図４Ｃにおいて、電源ライン４は三相４線であり、注入回路９は、コンデンサを用いて電気信号Ｃを電源ライン４に注入する。
　図１および図２において注入回路９と電力変換回路６との間の電源ライン４に配置されたノイズフィルタ５を示したが、ノイズフィルタ５は、注入回路９よりも電源２側に配置されてもよい。また、ノイズフィルタ５は、電源２と注入回路９との間および注入回路９と電力変換回路６との間の両方に設けられてもよい。
　また、電力変換回路６は２つ以上のスイッチング素子６ｃを備えてもよい。この場合、複数のスイッチング素子６ｃのスイッチング動作に応じた複数のノイズＡが電源ライン４に発生するので、電力変換装置１は、複数のノイズＡについて逆相の波形を有した電気信号Ｃをそれぞれ生成して電源ライン４に注入する。
　図２において、駆動回路６ｂからスイッチング素子６ｃへ出力される信号は、駆動信号Ｂと同様に、スイッチング素子６ｃをスイッチング動作させるための矩形波信号である。そこで、ＡＮＣ制御回路７は、制御回路６ａから出力される駆動信号Ｂの代わりに、駆動回路６ｂからスイッチング素子６ｃへ出力される信号を用いてもよい。ＡＮＣ制御回路７は、駆動回路６ｂからスイッチング素子６ｃへ出力される信号に応じて、波形生成回路８に制御信号を出力することにより、ノイズキャンセル用の電気信号Ｃを波形生成回路８に生成させる。
　図２において制御回路６ａと駆動回路６ｂが別々の回路である場合を示したが、両回路は、一つの回路で構成されてもよい。例えば、制御回路６ａの機能と駆動回路６ｂの機能が一つの集積回路（ＩＣ）または回路ブロックに含まれてもよい。この場合、ＡＮＣ制御回路７は、駆動回路６ｂからスイッチング素子６ｃへ出力される信号または制御回路６ａから出力される駆動信号Ｂに応じて、波形生成回路８に制御信号を出力することにより、電気信号Ｃを波形生成回路８に生成させる。
　図２において駆動回路６ｂとスイッチング素子６ｃとが別々の回路である場合を示したが、両回路は、一つのパッケージに収められた回路であってもよい。例えば、パッケージには、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍｏｄｕｌｅ）がある。
　また、制御回路６ａ、駆動回路６ｂおよびスイッチング素子６ｃは、一つのＩＣまたは回路ブロックによって実現されてもよい。この場合、ＡＮＣ制御回路７は、駆動信号Ｂの代わりに、駆動信号Ｂに相当する信号に応じて波形生成回路８に制御信号を出力することにより電気信号Ｃを波形生成回路８に生成させてもよい。駆動信号Ｂに相当する信号は、例えば、駆動回路６ｂからスイッチング素子６ｃへ出力される信号である。
　図２において、可変抵抗器の抵抗値を変えて遅延時間を調整する遅延回路７ａを示したが、電力変換装置１は、これに限定されるものではない。例えば、遅延回路７ａは、コンデンサの容量値または配線パターンの長さのいずれかまたは両方を変更することにより、遅延時間を調整できればよい。
　また、遅延回路７ａは、遅延時間を調整せず、予め決められたタイミングで信号を遅延させる回路であってもよい。例えば、遅延回路７ａは、試作機で事前に測定されたノイズの発生タイミングに応じて信号を遅延させる。
　図２において、可変抵抗器、コンデンサおよびシュミットトリガバッファを備えた遅延回路７ａを示したが、遅延回路７ａは、例えば、ロジックＩＣまたは配線による伝搬遅延を利用した遅延回路であってもよい。
　波形生成回路８が、パルス生成回路７ｂによって生成されたパルス信号を用いなくても電気信号Ｃの生成が可能である場合、ＡＮＣ制御回路７は、パルス生成回路７ｂを備えていなくてもよい。この場合、遅延回路７ａと波形生成回路８とが直接接続される。
　図２において、振動波生成回路８ａを備えた波形生成回路８を示したが、波形生成回路８は、これに限定されるものではない。例えば、波形生成回路８は、デジタル－アナログコンバータ（ＤＡＣ）を用いて、電源ライン４に発生したノイズＡとは逆相の波形を有した電気信号Ｃを生成してもよい。また、電源ライン４にスパイクノイズが発生する場合、波形生成回路８は、スパイクノイズとは逆相の波形を有したスパイク状の電圧波形を有した電気信号Ｃを生成する。
　図２において減衰振動波形の電気信号を増幅する増幅回路８ｂを備えた波形生成回路８を示したが、減衰振動波形の電気信号は、増幅する代わりに、ノイズを相殺可能な範囲で減衰させてもよい。この場合、波形生成回路８は、減衰振動波形の電気信号を減衰させる減衰回路を備える。
　図２においてＡＮＣ制御回路７と波形生成回路８が別々の回路である場合を示したが、両回路は、一つの回路で構成されてもよい。例えば、ＡＮＣ制御回路７の機能と波形生成回路８の機能が一つの集積回路（ＩＣ）または回路ブロックに含まれてもよい。これらの機能をまとめた回路においてＤＡＣを用いることにより、信号の遅延処理と波形生成とを組み合わせた処理が可能である。
　図５は、実施の形態１に係る電力変換装置１の変形例である電力変換装置１Ａの構成を示す回路図である。図５において、図１と同一の構成要素には同一の符号が付されて説明が省略される。電力変換装置１Ａは、図５に示すように、電源ライン４、ＮＦ５、電力変換回路６Ａ、ＡＮＣ制御回路７、波形生成回路８および注入回路９を備えて構成される。電力変換回路６Ａは、フライバック型絶縁型ＡＣ／ＤＣコンバータである。
　制御回路６ａは、スイッチング素子６ｃを駆動させる駆動信号Ｂを駆動回路６ｂに出力し、駆動回路６ｂは、駆動信号Ｂに応じてスイッチング素子６ｃを駆動させる。制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂは、ＡＮＣ制御回路７へも出力される。スイッチング素子６ｃは、スイッチング動作によって、電源２から電源ライン４に出力された交流電力を、負荷３を動作させる直流電力に変換して負荷３へ出力する。
　以上のように、実施の形態１に係る電力変換装置１は、電源ライン４に発生したノイズＡそのものを検出せずに、スイッチング素子６ｃをスイッチング動作させる駆動信号Ｂに応じてノイズＡとは逆相の波形を有した電気信号Ｃを生成し、電気信号Ｃを電源ライン４に注入する。これにより、電力変換装置１は、従来のフィードバック方式のノイズフィルタに比べて信号の伝搬遅延が小さいので、電源ライン４に発生した高周波ノイズＡを抑圧することが可能である。
実施の形態２．
　図６は、実施の形態２に係る電力変換装置１Ｂの構成例を示す回路図である。図６において、電力変換装置１Ｂは、電源２によって供給された電力を、負荷３を動作させる電力に変換し、変換した電力を負荷３に出力する。電源２は、単相交流の電力源である。負荷３は、電力変換装置１Ｂから出力された電力によって動作する負荷装置であり、例えば、３相モータである。電力変換装置１Ｂは、電源ライン４、ＮＦ５、電力変換回路６Ｂ、ＡＮＣ制御回路７Ａ、複数の波形生成回路８、注入回路９および加算器１０を備える。
　電力変換回路６Ｂは、交流入力電力をダイオードブリッジによって直流電力に変換し、変換した直流電力を、複数のスイッチング素子６ｃのスイッチング動作によって、負荷３を動作させる電力に変換するインバータ回路である。制御回路６ａは、電源ライン４における電圧および電流と、負荷３への出力電圧および出力電流とを監視し、これらの状態に応じてスイッチング素子６ｃの駆動タイミングを制御することにより負荷３への出力電力を制御する回路である。
　駆動回路６ｂは、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂに応じて、スイッチング素子６ｃを駆動させる回路であり、スイッチング素子６ｃごとに設けられる。図６の例では、スイッチング素子６ｃが６個であることから、駆動回路６ｂも６個設けられている。
　スイッチング素子６ｃは、スイッチング動作によって、電源２から電源ライン４に出力された電力を、負荷３を動作させる電力に変換して負荷３へ出力する。図６では、スイッチング素子６ｃとしてＭＯＳ－ＦＥＴが使用されている。また、電力変換回路６Ｂでは、負荷３に出力する三相分の電流および電圧を制御するため、６個のスイッチング素子６ｃが用いられている。
　ＡＮＣ制御回路７Ａは、６個のスイッチング素子６ｃのそれぞれのスイッチング動作によって電源ライン４に発生した複数のノイズの抑圧を制御する制御回路である。例えば、ＡＮＣ制御回路７Ａは、制御回路６ａから出力された６つの駆動信号Ｂに応じて制御信号を波形生成回路８に出力することで、ノイズキャンセル用の電気信号Ｃを波形生成回路８に生成させる。
　波形生成回路８は、ＡＮＣ制御回路７Ａから出力された制御信号に応じて、電源ライン４を伝搬するノイズＡのキャンセル波形を有した電気信号Ｃを生成する。図６に示す電力変換装置１Ｂには、３個の波形生成回路８が設けられている。加算器１０は、３個の波形生成回路８から出力された、ノイズＡのキャンセル波形を有した３つの電気信号Ｃを足し合わせて一つの信号にまとめる。注入回路９は、加算器１０によって足し合わされた電気信号Ｃを、電源ライン４に注入する。
　電力変換回路６Ｂは、複数のスイッチング素子６ｃを備える。このため、複数のスイッチング素子６ｃのオンとオフの組み合わせパターンに応じて、電源ライン４には、複数のパターンに対応した波形のノイズＡが発生する。例えば、ＡＮＣ制御回路７Ａおよび３個の波形生成回路８は、制御回路６ａから出力された各駆動信号Ｂの組み合わせパターンが３つの特定のパターンに一致する場合、３つの特定のパターンのそれぞれに対応したノイズＡを相殺するための電気信号Ｃを生成する。
　注入回路９は、３個の波形生成回路８によってそれぞれ生成され、加算器１０によって一つにまとめられた電気信号Ｃを、電源ライン４に注入する。これにより、電源ライン４に発生したノイズの波形を、電源ライン４に注入された電気信号Ｃの波形が相殺し、電源２側に漏洩するノイズＡを減少させることができる。なお、「特定のパターン」は、回路の構成および装置の構造に応じて変化する。
　図６において電力変換回路６Ｂが６個のスイッチング素子６ｃを備えたインバータ回路である場合を示したが、これに限定されるものではない。電力変換回路６Ｂは、複数のスイッチング素子６ｃを用いて、電源２から供給される電力を、負荷３を動作させる電力に変換する回路であればよい。
　また、図６において、ＡＮＣ制御回路７Ａが一つの回路である場合を示したが、ＡＮＣ制御回路７Ａは、電源ライン４に発生した複数のノイズＡを相殺する電気信号Ｃの生成を制御できれば、２個以上の回路によって構成されてもよい。さらに、図６では、波形生成回路８が３個である場合を示したが、複数のスイッチング素子６ｃの組み合わせパターンと電源ライン４に発生するノイズＡに応じて、波形生成回路８は２個以上の任意の個数であってもよい。
　図６においてＡＮＣ制御回路７Ａと３個の波形生成回路８とが別々の回路である場合を示したが、これらの回路は一つの回路で構成されてもよい。例えば、ＡＮＣ制御回路７Ａの機能と３個の波形生成回路８の機能とが一つの集積回路（ＩＣ）または回路ブロックに含まれてもよい。これらの機能をまとめた回路は、ＤＡＣを用いることにより、複数の波形生成回路８の動作が可能である。
　図６において、注入回路９が１個である場合を示したが、電力変換装置１Ｂは、複数の注入回路９を備えてもよい。例えば、電力変換装置１Ｂは、複数の波形生成回路８のそれぞれと１対１で接続した複数の注入回路９を備えてもよい。この場合、複数の注入回路９は、電源ライン４にそれぞれ接続される。
　以上のように、実施の形態２に係る電力変換装置１Ｂにおいて、電力変換回路６Ｂは、複数のスイッチング素子６ｃを有する。ＡＮＣ制御回路７Ａは、複数のスイッチング素子６ｃのそれぞれの駆動信号Ｂに応じて制御信号を複数の波形生成回路８に出力する。複数の波形生成回路８は、ＡＮＣ制御回路７Ａから出力された制御信号に応じて、複数のスイッチング素子６ｃの各スイッチング動作によって電源ライン４に発生した複数のノイズＡのそれぞれに対応する電気信号Ｃを生成する。注入回路９は、複数の電気信号Ｃをまとめて電源ライン４に注入する。このように、電力変換装置１Ｂは、電源ライン４に発生した複数の高周波ノイズＡをそれぞれ十分に相殺可能なアクティブノイズフィルタとして機能する。これにより、電源ライン４に発生した高周波ノイズＡを抑圧することができる電力変換装置１Ｂが実現される。
実施の形態３．
　図７は、実施の形態３に係る電力変換装置１Ｃの構成例を示すブロック図である。図７において、電力変換装置１Ｃは、電源２によって供給された電力を、負荷３を動作させる電力に変換し、変換した電力を負荷３に出力する。電源２は、単相交流の電力源である。負荷３は、電力変換装置１Ｂから出力された電力によって動作する負荷装置であり、例えば、モータである。電力変換装置１Ｃは、電源ライン４、ＮＦ５、電力変換回路６Ｃ、ＡＮＣ制御回路７Ｂ、波形生成回路８および注入回路９を備える。
　電力変換回路６Ｃは、電源ライン４を伝搬して入力された電源２からの電力を、負荷３を動作させる電力に変換する回路であり、制御回路６ａ、駆動回路６ｂ、スイッチング素子６ｃおよび電流電圧検出回路６ｄを備える。電流電圧検出回路６ｄは、電力変換回路６Ｃにおける負荷３側への出力電圧および出力電流を監視する回路である。電流電圧検出回路６ｄによって検出された電圧および電流を示す検出信号Ｄは、制御回路６ａおよびＡＮＣ制御回路７Ｂに出力される。
　制御回路６ａは、電源ライン４における電圧と電流を監視し、電流電圧検出回路６ｄによって負荷３へ出力される電圧と電流を監視し、これらの状態に応じてスイッチング素子６ｃの駆動タイミングを制御して負荷３への出力電力を制御する。例えば、制御回路６ａは、スイッチング素子６ｃを駆動させる駆動信号Ｂを駆動回路６ｂに出力する。
　駆動回路６ｂは、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂに応じて、スイッチング素子６ｃを駆動させる回路である。また、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂは、ＡＮＣ制御回路７Ｂへも出力される。スイッチング素子６ｃは、スイッチング動作を行うことによって、電源２から電源ライン４に出力された電力を、負荷３を動作させる電力に変換して負荷３へ出力する回路素子である。
　一般的な電力変換回路では、負荷に出力された電力値によって、電源ラインに発生したノイズの波形が変化することがある。例えば、電力変換回路の出力電流が増加した場合、これに比例してノイズ波形の振幅も大きくなる。そこで、ＡＮＣ制御回路７Ｂは、検出信号Ｄによって負荷３に出力される電圧および電流を把握し、これらの値に応じて波形生成回路８の動作を制御する。
　例えば、ＡＮＣ制御回路７Ｂは、波形生成回路８を制御することにより、負荷３に出力された電圧または電流に応じて電源ライン４に発生したノイズＡについて、その波形とは逆相の波形を有した電気信号Ｃを生成させる。波形生成回路８によって生成された電気信号Ｃは、注入回路９によって電源ライン４に注入される。このようにして、負荷３へ出力された電圧または電流の値に応じてノイズＡの波形が変化した場合であっても、波形生成回路８は、変化後の波形とは逆相の波形を有した電気信号Ｃを生成できる。これにより、電源ライン４に発生したノイズＡが相殺されるので、電力変換装置１Ｃは、電源２側に漏洩するノイズを減少させることが可能である。
　図７において、電流電圧検出回路６ｄが、電力変換回路６Ｃの負荷３側、すなわち出力側の電圧および電流を検出したが、これに限定されるものではない。例えば、電流電圧検出回路６ｄは、電力変換回路６Ｃの入力側（ノイズフィルタ５とスイッチング素子６ｃとの間）の電圧および電流を検出し、その検出信号を、制御回路６ａとＡＮＣ制御回路７Ｂに出力してもよい。これにより、電源２からの電圧または電流に応じてノイズＡの波形が変化した場合であっても、波形生成回路８は、変化後の波形とは逆相の波形を有した電気信号Ｃを生成することができる。
　また、電流電圧検出回路６ｄによって検出された検出信号Ｄは、ＡＮＣ制御回路７Ｂの代わりに、波形生成回路８に入力されてもよい。この場合、波形生成回路８は、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂに加えて、電力変換回路６Ｃの入力側または出力側の電流または電圧の検出信号Ｄを用いて電気信号Ｃの波形を変更する。例えば、波形生成回路８は、負荷３へ出力された電圧または電流に応じてノイズＡの波形が変化した場合であっても、変化後の波形とは逆相の波形を有した電気信号Ｃを生成できる。また、電源２からの電圧または電流に応じてノイズＡの波形が変化した場合であっても、波形生成回路８は、変化後の波形とは逆相の波形を有した電気信号Ｃを生成することができる。
　電流電圧検出回路６ｄによって検出された検出信号Ｄは、ＡＮＣ制御回路７Ｂには出力されず、制御回路６ａのみに出力されてもよい。この場合、検出信号Ｄは、制御回路６ａから駆動信号ＢとともにＡＮＣ制御回路７Ｂへ出力される。また、制御回路６ａは、検出信号Ｄに基づいて電気信号Ｃの波形を決定するパラメータを算出し、算出したパラメータを、検出信号Ｄの代わりにＡＮＣ制御回路７Ｂまたは波形生成回路８に出力してもよい。
　以上のように、実施の形態３に係る電力変換装置１Ｃが備えるＡＮＣ制御回路７Ｂは、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂに加え、電力変換回路６Ｃの入力側または出力側の電流または電圧の検出信号Ｄを用いて、波形生成回路８による電気信号Ｃの生成を制御する。例えば、負荷３へ出力される電流または電圧が変動することによってノイズ波形が変化しても、ＡＮＣ制御回路７Ｂは、ノイズ波形の変動に追従するように波形生成回路８による電気信号Ｃの生成を制御するので、電力変換装置１Ｃは、高周波ノイズＡを十分に相殺可能なアクティブノイズフィルタとして機能する。これにより、高周波ノイズＡの漏洩が少ない電力変換装置１Ｃが実現される。
　また、実施の形態３に係る電力変換装置１Ｃが備える波形生成回路８は、制御回路６ａから出力された駆動信号Ｂに加え、電力変換回路６Ｃの入力側または出力側の電流または電圧の検出信号Ｄを用いて、電気信号Ｃの波形を変更する。例えば、負荷３へ出力される電流または電圧が変動することでノイズ波形が変化しても、波形生成回路８は、ノイズ波形の変動に追従するように電気信号Ｃの波形を変更する。これにより、電力変換装置１Ｃは、高周波ノイズＡを十分に相殺可能なアクティブノイズフィルタとして機能する。これにより、高周波ノイズＡの漏洩が少ない電力変換装置１Ｃが実現される。
　なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。
　本開示に係る電力変換装置は、例えば、様々な蓄電システムに利用可能である。
　１，１Ａ～１Ｃ　電力変換装置、２　電源、３　負荷、４　電源ライン、５　ノイズフィルタ、６，６Ａ～６Ｃ　電力変換回路、６ａ　制御回路、６ｂ　駆動回路、６ｃ　スイッチング素子、６ｄ　電流電圧検出回路、７，７Ａ，７Ｂ　ＡＮＣ制御回路、７ａ　遅延回路、７ｂ　パルス生成回路、８　波形生成回路、８ａ　振動波生成回路、８ｂ　増幅回路、９　注入回路、１０　加算器。

Claims (5)

  1. 　スイッチング素子のスイッチング動作によって、電源から電源ラインに出力された電力を、負荷を動作させる電力に変換する電力変換回路と、
    　前記電源ラインを伝搬するノイズを抑圧するノイズフィルタと、
    　前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記電源ラインに発生したノイズの抑圧を制御する制御回路と、
    　前記スイッチング素子のスイッチング動作によって前記電源ラインに発生したノイズとは逆相の波形を有した電気信号を生成する波形生成回路と、
    　前記電気信号を前記電源ラインに注入する注入回路と、
    　を備え、
    　前記制御回路は、前記スイッチング素子を駆動させる駆動信号に応じて制御信号を前記波形生成回路に出力し、
    　前記波形生成回路は、前記制御回路から出力された前記制御信号に応じて前記電気信号を生成し、
    　前記注入回路は、前記波形生成回路によって生成された前記電気信号を前記電源ラインに注入すること
    　を特徴とする電力変換装置。
  2. 　前記制御回路は、前記駆動信号を遅延させた信号を、前記制御信号として前記波形生成回路に出力すること
    　を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  3. 　前記電力変換回路は、複数の前記スイッチング素子を有し、
    　前記制御回路は、複数の前記スイッチング素子のそれぞれの前記駆動信号に応じて前記制御信号を複数の前記波形生成回路に出力し、
    　複数の前記波形生成回路は、前記制御回路から出力された前記制御信号に応じて、複数の前記スイッチング素子の各スイッチング動作によって前記電源ラインに発生した複数のノイズのそれぞれに対応する前記電気信号を生成し、
    　前記注入回路は、複数の前記電気信号をまとめて前記電源ラインに注入すること
    　を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  4. 　前記制御回路は、前記駆動信号に加え、前記電力変換回路の入力側または出力側の電流または電圧の検出信号を用いて、前記波形生成回路による前記電気信号の生成を制御すること
    　を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  5. 　前記波形生成回路は、前記駆動信号に加え、前記電力変換回路の入力側または出力側の電流または電圧の検出信号を用いて、前記電気信号の波形を変更すること
    　を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
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