(57)【要約】【課題】【解決手段】能動ＥＭＩフィルタは、アース線を流れる電流を、そのアース線に結合されたコンデンサにかかる電圧として検出する。ＥＭＩフィルタは、同相電圧を検出し、該同相電圧と雑音との差を決定することによって、アース線への出力を提供し、その差の低減を図る。【選択図】図２
2007526729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力システム用のフィルタであって、
前記システム内の複数のシステム配線に結合され、それぞれの前記システム配線を流れる電流に関連する電圧を得るための誤差増幅器であって、前記システム配線の二者間の電流の差に基づいて信号を出力するように動作可能である誤差増幅器と、
前記システム配線のいずれか一者に結合されている出力信号と、を備え、
前記出力信号は、前記二者のシステム配線間の電圧の差を低減させるために、当該電圧の差に影響を及ぼす、フィルタ。
【請求項２】
請求項１に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、少なくとも１つのコンデンサによって前記複数のシステム配線に結合されている、回路。
【請求項３】
請求項１に記載の回路であって、
少なくとも１本のシステム配線はＡＣ電源線であり、少なくとも他の１本のシステム配線はアース線である、回路。
【請求項４】
請求項１に記載の回路であって、
前記ＡＣ電源線はニュートラル線である、回路。
【請求項５】
請求項１に記載の回路であって、更に、
前記誤差増幅器に電力を供給するための前記誤差増幅器用の電源を備え、
前記電源は、前記電力システム内の１本またはそれ以上の入力線に結合されている、回路。
【請求項６】
請求項３に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記電源線を基準としていると共に、前記アース線から前記電圧を受信する第１の入力を有する、回路。
【請求項７】
請求項６に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記アース線に対して前記出力信号を出力する、回路。
【請求項８】
請求項６に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記誤差増幅器のヘッドルームを制御するために前記出力信号を受信する第２の入力を有する、回路。
【請求項９】
請求項８に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記誤差増幅器の周波数応答を制御するために前記アース線から前記出力信号を受信する第３の入力を有する、回路。
【請求項１０】
請求項６に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記誤差増幅器の周波数応答を制御するために前記アース線から前記出力信号を受信する別の入力を有する、回路。
【請求項１１】
請求項１に記載の回路であって、更に、
前記誤差増幅器の入力において、高域フィルタを備える、回路。
【請求項１２】
請求項１に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、入力回路およびトランス抵抗増幅器を含む、回路。
【請求項１３】
請求項１２に記載の回路であって、更に、
前記トランス抵抗増幅器の出力を受信して前記出力信号を送信するバッファ回路を備える、回路。
【請求項１４】
請求項１に記載の回路であって、更に、
前記出力信号を送信するバッファ回路を備える、回路。
【請求項１５】
電力回路において、能動ＥＭＩフィルタを用いてＥＭＩを低減させる方法であって、
入力線およびアース線の少なくとも一方にかかる電圧であって、その線を流れる電流に関連する電圧を検出する工程と、
前記入力線および前記アース線の少なくとももう一方の電圧を検出する工程と、
前記検出された電圧を比較し、それら電圧間の差に基づいて電圧信号を提供する工程と、
前記電圧の差を低減させるために、前記入力線および前記アース線の少なくとも一方に前記電圧信号を印可する工程と、を備える、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、更に、
閉ループフィードバック制御を得るために、前記電圧の差を増幅させる工程を備える、方法。
【請求項１７】
能動ＥＭＩフィルタであって、
誤差信号を増幅させるための誤差増幅器と、
検出された電流に関連する電圧を生じさせるために、前記誤差増幅器の入力に結合されたコンデンサと、
検出された電流に関連する電圧を生じさせるために、前記誤差増幅器の第２の入力に結合された第２のコンデンサと、
前記誤差増幅器の出力と、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの少なくとも一方とに結合された出力コンデンサと、を備え、
前記誤差増幅器は、前記第１のコンデンサで生じた電圧と前記第２のコンデンサで生じた電圧との差を検出するとともに、前記第１のコンデンサの電圧と前記第２のコンデンサの電圧との差を相殺する目的で前記出力コンデンサに電圧を供給するように動作可能である、能動ＥＭＩフィルタ。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、更に、
前記比較の工程および前記印加の工程を実行するための誤差増幅器と、前記誤差増幅器に電力を供給するための電源とを用意する工程と、
前記電源を前記電力システム内の１つまたはそれ以上の入力線に結合させる工程と、を備える、方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、
前記誤差増幅器の基準を前記入力線とする工程を含み、
前記誤差増幅器の第１の入力は、前記アース線から前記電圧を受信する、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記誤差増幅器は、前記アース線に対して前記出力信号を出力する、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、
前記誤差増幅器は、前記出力信号を受信して前記誤差増幅器のヘッドルームを制御する第２の入力を有する、方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記誤差増幅器は、前記アース線から前記出力信号を受信して前記誤差増幅器の周波数応答を制御する第３の入力を有する、方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法であって、
前記誤差増幅器は、前記アース線から前記出力信号を受信して前記誤差増幅器の周波数応答を制御する別の入力を有する、方法。
【請求項２４】
請求項１５に記載の方法であって、
少なくとも１本のシステム配線はＡＣ電源線であり、少なくとも他の１本のシステム配線はアース線である、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、
前記ＡＣ電源線はニュートラル線である、方法。
【請求項２６】
電力システムと併用される能動ＥＭＩフィルタであって、
請求項１７に記載の能動ＥＭＩフィルタと、
前記電力システム内の複数のシステム配線に結合され、それぞれのシステム配線を流れる電流に関連する電圧を得るための誤差増幅器であって、前記システム配線の二者間の電流の差に基づいて信号を出力するように動作可能である誤差増幅器と、
前記システム配線のいずれか一者に結合されている出力信号と、を備え、
前記出力信号は、前記二者のシステム配線間の電圧の差を低減させるために、当該電圧の差に影響を及ぼす、能動ＥＭＩフィルタ。
【請求項２７】
請求項１７に記載の回路であって、
少なくとも１本のシステム配線はＡＣ電源線であり、少なくとも他の１本のシステム配線はアース線である、回路。
【請求項２８】
請求項２７に記載の回路であって、
前記ＡＣ電源線はニュートラル線である、回路。
【請求項２９】
請求項１７に記載の回路であって、更に、
前記誤差増幅器に電力を供給するための前記誤差増幅器用の電源を備え、
前記電源は、前記電力システム内の１本またはそれ以上の入力線に結合されている、回路。
【請求項３０】
請求項１７に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記入力線を基準としていると共に、前記アース線から前記電圧を受信する第１の入力を有する、回路。
【請求項３１】
請求項３０に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記アース線に対して前記出力信号を出力する、回路。
【請求項３２】
請求項１７に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記誤差増幅器のヘッドルームを制御するために前記出力信号を受信する第２の入力を有する、回路。
【請求項３３】
請求項３２に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記誤差増幅器の周波数応答を制御するために前記アース線から前記出力信号を受信する第３の入力を有する、回路。
【請求項３４】
請求項１７に記載の回路であって、
前記誤差増幅器は、前記誤差増幅器の周波数応答を制御するために前記アース線から前記出力信号を受信する別の入力を有する、回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチングモータ駆動システムにおけるＥＭＩ低減に関するものであり、より具体的には、ＥＭＩ低減のための能動フィルタであって誘導電流検出装置を用いない能動フィルタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変周波数インバータのモータ駆動の用途および類似のシステムでは、切り換え操作によって、多量の同相雑音電流が発生する。ＥＭＩフィルタが無い場合、このような同相雑音電流は、逆行して設備配線に流れ込む。配線に逆流する雑音電流を排除するために、ＥＭＩフィルタを挿入することが可能である。
【０００３】
同相雑音電流のための従来の受動ＥＭＩフィルタは、配線に直列に挿入された複数のインダクタと、配線とアースとの間に接続された複数のＹコンデンサとを備える。Ｙコンデンサの漏れ電流を抑えるためにはＹコンデンサの容量を制限しなくてはならないので、通常は、ＥＭＩの標準規格を満たすために大型の同相インダクタを用いる必要がある。
【０００４】
受動ＥＭＩフィルタの有するこれらの問題に対処するため、本明細書で開示される能動ＥＭＩフィルタは、サイズの低減およびコストの削減の両方を実現しうる代替の解決策を提供するものである。
【０００５】
能動型同相雑音消去の基本概念は、同相雑音電流を検出し、それを同じ振幅で且つ逆の極性で二倍にしたうえでアース線に注入することによって、雑音電流を消去するというものである。その結果、インバータからの同相雑音電流は、全て、能動フィルタ回路構成で形成された閉ループに迂回するので、設備配線に逆流することはない。
【０００６】
このタイプの能動ＥＭＩフィルタは、International Rectifier Corp.が有する米国特許第６，６３６，１０７号、ならびに米国特許出願第１０／３３６，１５７号、第１０／４２６，１２３号、および第１０／４４３，６８６号に開示されている。これらの特許文献による開示内容は、いずれも、その全体を引用によって本明細書に組み込まれるものとする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の技術では、消去するべき同相雑音電流を検出するために、変流器などの誘導電流検出装置を用いてきた。磁気回路を有するこの種の電流検出装置は、漏れ磁束を有するうえ、能動フィルタ全体のパフォーマンスを制約する非線形性などの他の欠点も有する。また、この種の電流検出装置の磁気回路はサイズが大きい。したがって、この種の能動フィルタは、シリコンチップ上に設けるのに適していない。
【０００８】
引用によって本明細書に組み込まれたInternational Rectifier Corp.による米国特許出願第１０／６０２，１６２号は、誘導電流検出装置を必要としない能動ＥＭＩフィルタを開示している。この種のフィルタは、更なる改善を望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
提案されるトポロジーは、消去するべき同相雑音電流を得る手段として電流検出装置を用いる替わりに、電圧入力を有している。この場合は、従来の技術で見られるような電流検出の替わりに、誤差増幅器によって、ＡＣ線のいずれかとアースとの間の電圧差を検出する。この誤差増幅器は、雑音電流に起因する電圧を誘発する特定値のインピーダンスを有する。誤差増幅器は、ＡＣ線とアースとの間の電圧差を増幅させることによって、消去電流を生成する。消去電流は、同相雑音電流を相殺する目的でアース線に供給される。
【００１０】
誤差増幅器は、３つの入力を、すなわち上記の電圧入力と２つの電流入力とを有する。第２の入力は、出力絶縁コンデンサにおける電流を検出する。第３の入力は、高周波応答の改善を図る目的で設けられる。
【００１１】
添付の図面を参照にした以下の発明の説明から、本発明のその他の特徴および利点が明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１および図２を参照せよ。誤差増幅器１０は、ＲＥＦ端子およびＣＯＭ端子を介し、ＡＣ線電位の１つ、すなわち本実施形態ではＮＥＵＴＲＡＬ線を基準にしている。したがって、雑音電圧の検出は、アースと端子ＶＦＢとに接続されたＹコンデンサＣ１７を介して行うことができる。
【００１３】
同相雑音電流Ｉｃｏｍ  ｎｏｉｓｅは、図２において１５として図式化されたモータ巻線および駆動回路構成によって生成される。誤差増幅器１０は、雑音電圧を負の極性で増幅する。次いで、注入電流は、増幅器１０の出力ＯＵＴとアースとの間のＹコンデンサＣ１６を通じてアース戻り線に供給される。消去電流は、コンデンサＣ１６によって注入される。これは、増幅器の出力電圧を電流に関して微分する。
【００１４】
誤差増幅器１０は、少なくとも２つの入力、すなわち非反転入力および反転入力（下記参照）と、１つの出力とを有する。
【００１５】
非反転入力＃１、すなわちＱ１１のベースとＱ１４のベースとの間のノードは、Ｙ級コンデンサＣ１７を介してＧＲＯＵＮＤ線上の雑音電位を検出する。
【００１６】
反転入力＃３、すなわちＱ９のエミッタとＱ１８のエミッタとの間のノードも、やはり、ＧＲＯＵＮＤ線上の雑音電位を検出する。この反転入力は、Ｙ級コンデンサＣ１８を介して接地される。
【００１７】
誤差増幅器１０の出力ＯＵＴは、Ｙ級コンデンサＣ１６を介して接地され、出力ＯＵＴからアースへと消去電流を導き、更に、Ｑ１０のエミッタとＱ１７のエミッタとの間のノードである反転入力＃２に出力ＯＵＴをフィードバックする。
【００１８】
送電線のインピーダンスによって誘発される増幅器の不測の不安定性を回避するとともに、６０Ｈｚ同相電圧の大振幅を吸収するためには、能動型の雑音消去を実施するにあたって、いくつかの重要な点を考慮する必要がある。したがって、提案されるトポロジーは、以下の内部構造を特徴として備えている。すなわち、
・高い入力インピーダンスを得るため、増幅器１０は、Ｑ１１のベースとＱ１４のベースとの間のノードである高インピーダンス電圧入力＃１を有する。このような高い入力インピーダンスは、Ｃ１７の容量を小さくするうえで重要である。これは、必要とされる総Ｙ容量値を制限するので、同相消去を行ううえで重要である。
・給電線の途中で出力電圧を維持するため、増幅器は、低い入力インピーダンスの第２の入力＃２を有し、出力ＯＵＴから電流の形で誤差信号を受信する。第２の入力は、Ｑ１０のエミッタとＱ１７のエミッタとの間のノードである。中間点におけるこのような電圧の維持は、増幅器の出力段階において、次の電流注入に備えて最大のヘッドルームを確保するうえで重要である。
・より高い周波数応答を得るため、そして、利得−帯域幅間のトレードオフおよびスルーレートの制限を回避するため、増幅器は、ＹコンデンサＣ１８および端子ＣＦＢを介してアース線から電流の形で誤差信号を入力する低インピーダンスの第３の入力＃３を有する。電流入力構造の欠点を回避するため、この第３の入力は、主に、高周波数帯域において有効である。第３の入力は、Ｑ９のエミッタとＱ１８のエミッタとの間のノードである。この機能は、帯域の向上を図るうえで有効である。増幅器は、しかしながら、必要に応じて、この入力を伴わずとも目的に叶うことが可能である。
・増幅器は、トランス抵抗増幅器４０で構成されるメインの利得段を有し、その後に、出力電流容量を強化するバッファ増幅器５０が続く。トランス抵抗増幅器４０は、電流ミラー回路Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ２３，Ｑ２４，Ｑ２５と、抵抗器Ｒ３６，Ｒ３７とを含む。バッファ増幅器５０は、図１のＱ７，Ｑ１９，Ｑ８，Ｑ１６を含む。
・誤差増幅器１０のバス電圧は、端子ＶＢＵＳを介してＬＩＶＥ線から供給される。
・６０Ｈｚ同相電圧大信号からの影響を回避するため、誤差増幅器は、第１の電圧入力の最前段に高域フィルタ機能３０を有する。このフィルタは、図１のＣ１７，Ｒ２９，Ｃ１２，Ｒ３０を含む。この機能は、増幅器が、６０Ｈｚの数百ボルトレベルに対して数十ミリボルトレベルの高周波雑音を検出および消去することを可能にする。
【００１９】
図１および図２に示されるように、同相雑音を検出したり、開示された回路の動作をテストしたりする目的で、ＲＦ受信器２０または同等の任意の装置を設けることが可能である。
【００２０】
他の可能な変更形態は、電圧バッファ増幅器の替わりに、電流増幅段を有する増幅器を含むことが可能である。
【００２１】
以上では、特定の実施の形態を取り上げて発明を説明してきたが、当業者ならば、他の変更および代替の形態ならびに他の用途を多数思い付くことが可能である。したがって、本発明は、本明細書に記載された詳細に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】回路図である。
【図２】本発明の一実施形態を示した機能ブロック図である。
【図１】
2007526729.tif 000003
【図２】
2007526729.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月6日(2006.3.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
電力システム用のフィルタ回路であって、
前記システム内の複数のシステム配線に結合され、それぞれの前記システム配線を流れる電流に関連する電圧を得るための誤差増幅器であって、前記システム配線の二者間の電流の差に基づいて信号を出力するように動作可能である誤差増幅器と、
前記システム配線のいずれか一者に結合されている出力信号と、を備え、
前記出力信号は、前記二者のシステム配線間の電圧の差を低減させるために、当該電圧の差に影響を及ぼす、フィルタ回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項４】
請求項３に記載の回路であって、
前記ＡＣ電源線はニュートラル線である、回路。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
能動ＥＭＩフィルタ回路であって、
誤差信号を増幅させるための誤差増幅器と、
検出された電流に関連する電圧を生じさせるために、前記誤差増幅器の入力に結合されたコンデンサと、
検出された電流に関連する電圧を生じさせるために、前記誤差増幅器の第２の入力に結合された第２のコンデンサと、
前記誤差増幅器の出力と、前記第１のコンデンサおよび前記第２のコンデンサの少なくとも一方とに結合された出力コンデンサと、を備え、
前記誤差増幅器は、前記第１のコンデンサで生じた電圧と前記第２のコンデンサで生じた電圧との差を検出するとともに、前記第１のコンデンサの電圧と前記第２のコンデンサの電圧との差を相殺する目的で前記出力コンデンサに電圧を供給するように動作可能である、能動ＥＭＩフィルタ回路。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２６】
電力システムと併用される能動ＥＭＩフィルタ回路であって、
請求項１７に記載の能動ＥＭＩフィルタ回路と、
前記電力システム内の複数のシステム配線に結合され、それぞれのシステム配線を流れる電流に関連する電圧を得るための誤差増幅器であって、前記システム配線の二者間の電流の差に基づいて信号を出力するように動作可能である誤差増幅器と、
前記システム配線のいずれか一者に結合されている出力信号と、を備え、
前記出力信号は、前記二者のシステム配線間の電圧の差を低減させるために、当該電圧の差に影響を及ぼす、能動ＥＭＩフィルタ回路。
【国際調査報告】
2007526729.tif 000005