(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と前記交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置との間に設けられ、前記電力変換装置及び前記負荷から接地線に漏れる漏れ電流を相殺する方向に電流を前記接地線に供給し、前記電力変換装置におけるノイズを低減するノイズ低減装置であって、
前記漏れ電流に対応する電流を検出するために、前記交流電源から供給された交流電力を前記電力変換装置に供給する一対の電源線に挿入され、前記一対の電源線の零相電流を検出比１で検出する漏れ電流検出手段と、
前記漏れ電流検出手段よりも前記交流電源側で交流電源電圧を入力し、整流平滑して所定の直流電圧を出力する電力供給手段と、
前記電力供給手段から供給された直流電圧を電源にして、前記漏れ電流検出手段が検出した漏れ電流に対応する電流を、増幅度１で増幅して、前記接地線に前記漏れ電流を相殺する方向に供給する増幅手段と、
を備えたことを特徴とするノイズ低減装置。
【請求項２】
前記増幅手段は、
ＮＰＮトランジスタと、ＰＮＰトランジスタと、コンデンサと、
を備え、
前記ＮＰＮトランジスタのコレクタは、前記電力供給手段の正極側に接続され、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタは、前記ＮＰＮトランジスタのエミッタに接続され、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタは前記電力供給手段の負極側に接続され、前記漏れ電流検出手段の一方の出力端が前記ＮＰＮトランジスタのベース及び前記ＰＮＰトランジスタのベースに接続され、前記漏れ電流検出手段のもう一方の出力端が前記ＮＰＮトランジスタのエミッタ及び前記ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、
前記コンデンサは、前記接地線と、前記ＮＰＮトランジスタのベース及び前記ＰＮＰトランジスタのベースと、の間に接続されて構成された、
ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項３】
前記漏れ電流検出手段は、２つの出力巻線を有し、
前記増幅手段は、
２つのＮＰＮトランジスタと、コンデンサと、
を備え、
前記一方のＮＰＮトランジスタのコレクタは、前記電力供給手段の正極側に接続され、前記一方のＮＰＮトランジスタのベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段の一方の出力巻線の両端に接続され、前記もう一方のＮＰＮトランジスタのコレクタは、前記一方のＮＰＮトランジスタのベースに接続され、前記もう一方のＮＰＮトランジスタのベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段のもう一方の出力巻線の両端に接続され、前記もう一方のＮＰＮトランジスタのベースは、前記電力供給手段の負極側に接続され、
前記コンデンサは、前記接地線と前記一方のＮＰＮトランジスタのベースとの間に接続されて構成された、
ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項４】
前記漏れ電流検出手段は、２つの出力巻線を有し、
前記増幅手段は、
ＰＮＰトランジスタと、ＮＰＮトランジスタと、コンデンサと、
を備え、
前記ＰＮＰトランジスタのベースは、前記電力供給手段の正極側に接続され、前記ＮＰＮトランジスタのコレクタは、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタに接続され、前記ＰＮＰトランジスタのベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段の一方の出力巻線の両端に接続され、前記ＮＰＮトランジスタのベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段のもう一方の出力巻線の両端に接続され、前記ＮＰＮトランジスタのベースは、前記電力供給手段の負極側に接続され、
前記コンデンサは、前記接地線と前記ＮＰＮトランジスタのコレクタとの間に接続されて構成された、
ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項５】
前記漏れ電流検出手段は、２つの出力巻線を有し、
前記増幅手段は、
２つのＰＮＰトランジスタと、コンデンサと、
を備え、
前記一方のＰＮＰトランジスタのベースは、前記電力供給手段の正極側に接続され、当該ベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段の一方の出力巻線の両端に接続され、前記もう一方のＰＮＰトランジスタのベースは、前記一方のＰＮＰトランジスタのコレクタに接続され、当該ベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段のもう一方の出力巻線の両端に接続され、当該コレクタは、前記電力供給手段の負極側に接続され、
前記コンデンサは、前記接地線と前記もう一方のＰＮＰトランジスタのベースとの間に接続されて構成された、
ことを特徴とする請求項１に記載のノイズ低減装置。
【請求項６】
前記増幅手段において、前記ＮＰＮトランジスタをＮ形電界効果トランジスタに置き換え、前記ＰＮＰトランジスタをＰ形電界効果トランジスタに置き換えたことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載のノイズ低減装置。
【請求項７】
交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置において、請求項１に記載のノイズ低減装置を入力側に設けたことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノイズ低減装置及び電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータに電力を供給するインバータ、コンピュータに電圧を供給するスイッチングレギュレータ等の電力変換装置は、所定の電源から供給された電力を、所定の電圧の電力に変換して負荷に供給する。
【０００３】
かかる電力変換装置では、スイッチング素子をオン、オフすることにより電力変換を行うため、スイッチング素子のスイッチングによるスイッチングノイズが発生する。このスイッチングノイズの周波数は、非常に高いため、広帯域で減衰特性の大きなノイズフィルタが要求される。また、回路内には、対地間の浮遊容量を含む静電容量が存在し、この静電容量を介して、スイッチング素子のスイッチングによるノイズが高周波の漏れ電流となって接地ラインに流れる。この漏れ電流が接地ラインに流れると、電力変換装置のフレーム（筐体）の電圧レベルが変動する。
【０００４】
特に、前述のインバータを介して電力容量の大きなモータが電力変換装置に接続されている場合、対地間の浮遊容量は大きくなり、それだけ、漏れ電流も大きくなる。この漏れ電流が大きいと、漏電ブレーカを遮断させたり、周辺の電子機器に妨害を与えたりすることになる。
【０００５】
このようなノイズを低減するため、漏れ電流を相殺する方向に接地ラインに補償電流を供給し、ノイズを低減する電力変換装置のノイズ低減装置がある。（特開平９−２６６６７７号公報等参照）。
【０００６】
かかる従来の電力変換装置の構成を図１７に示す。
従来の電力変換装置は、ノイズフィルタ部５１と、整流平滑回路部５２と、電力変換回路部５３と、漏れ電流検出器５４と、増幅回路５５と、を備えて構成されている。
【０００７】
ノイズフィルタ部５１は、電力変換回路部５３に備えられているスイッチング素子のスイッチングにより発生するスイッチングノイズが交流電源５６側へ流出するのを防止するために接続されたものであり、コンデンサＣ６１、６２，６３と、チョークコイルＬ６１と、を備えている。
【０００８】
コンデンサＣ６１は、一対の交流電源ラインにおいて、それぞれのライン間に伝播するノーマルモードノイズを減衰させるアクロスザラインコンデンサであり、コンデンサＣ６２，Ｃ６３は、前記交流電源ラインと接地ラインとの間に伝播するコモンモードノイズを低減させるためのコンデンサである。
チョークコイルＬ６１は、コモンモードノイズを減衰させるコモンモードチョークコイルである。
【０００９】
整流平滑回路部５２は、４つのダイオードＤ６１〜Ｄ６４からなるブリッジ整流回路と、コンデンサＣ６４と、からなる。
電力変換回路部５３は、インバータ、スイッチングレギュレータ等を備えて構成され、直流電力を所定の直流電力に変換し、直流電圧をモータ等の負荷Ｒ６０に供給するものである。
【００１０】
漏れ電流検出器５４は、零相変流器によって構成され、電源線に流れる漏れ電流を電流の差として検出する。
増幅回路５５は、ＮＰＮトランジスタＱ６１と、ＰＮＰトランジスタＱ６２と、ダイオードＤ６５，Ｄ６６と、からなり、漏れ電流検出器５４が検出した電流の差を増幅する。
【００１１】
かかる電力変換装置において、モータ等の負荷Ｒ６０は静電容量を有し、負荷Ｒ６０から漏れた漏れ電流は、負荷Ｒ６０の静電容量を介して接地ラインへと流れる。この漏れ電流は、交流電源５６、ノイズフィルタ部５１、漏れ電流検出器５４、電力変換回路部５３を経由して負荷Ｒ６０に戻る。
【００１２】
漏れ電流検出器５４は、この漏れ電流を電源線に流れる電流の差として検出し、増幅回路５５は、この電流の差を増幅し、この漏れ電流を相殺するための補償電流を、コンデンサＣ６５を介して接地ラインに供給する。これにより、ノイズが低減される。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる電力変換装置においては、交流電源５６を経由した漏れ電流を直接検出し、漏れ電流を相殺している。この場合、コンデンサＣ６５を介して接地ラインには、コモンモードノイズによる大きな漏れ電流が流れているため、電源線に流れる電流の差を高い増幅率で増幅しなければならない。特に、負荷Ｒ６０の静電容量が大きければ大きいほど、コンデンサＣ６５を介して接地ラインに流れる漏れ電流は大きくなる。
【００１４】
しかし、増幅回路５５の増幅率を高くすると、位相補償を正確に行わなければ、発振し易くなり、動作が不安定になるといった不都合が生ずる。
【００１５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、ノイズ低減を安定して行うことが可能なノイズ低減装置及び電力変換装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るノイズ低減装置は、
交流電源と前記交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置との間に設けられ、前記電力変換装置及び前記負荷から接地線に漏れる漏れ電流を相殺する方向に電流を前記接地線に供給し、前記電力変換装置におけるノイズを低減するノイズ低減装置であって、
前記漏れ電流に対応する電流を検出するために、前記交流電源から供給された交流電力を前記電力変換装置に供給する一対の電源線に挿入され、前記一対の電源線の零相電流を検出比１で検出する漏れ電流検出手段と、
前記漏れ電流検出手段よりも前記交流電源側で交流電源電圧を入力し、整流平滑して所定の直流電圧を出力する電力供給手段と、
前記電力供給手段から供給された直流電圧を電源にして、前記漏れ電流検出手段が検出した漏れ電流に対応する電流を、増幅度１で増幅して、前記接地線に前記漏れ電流を相殺する方向に供給する増幅手段と、を備えたものである。
【００２２】
前記増幅手段は、
ＮＰＮトランジスタと、ＰＮＰトランジスタと、コンデンサと、
を備え、
前記ＮＰＮトランジスタのコレクタは、前記電力供給手段の正極側に接続され、前記ＰＮＰトランジスタのエミッタは、前記ＮＰＮトランジスタのエミッタに接続され、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタは前記電力供給手段の負極側に接続され、前記漏れ電流検出手段の一方の出力端が前記ＮＰＮトランジスタのベース及び前記ＰＮＰトランジスタのベースに接続され、前記漏れ電流検出手段のもう一方の出力端が前記ＮＰＮトランジスタのエミッタ及び前記ＰＮＰトランジスタのエミッタに接続され、
前記コンデンサは、前記接地線と、前記ＮＰＮトランジスタのベース及び前記ＰＮＰトランジスタのベースと、の間に接続されて構成されたものでもよい。
【００２３】
前記漏れ電流検出手段は、２つの出力巻線を有し、
前記増幅手段は、
２つのＮＰＮトランジスタと、コンデンサと、
を備え、
前記一方のＮＰＮトランジスタのコレクタは、前記電力供給手段の正極側に接続され、前記一方のＮＰＮトランジスタのベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段の一方の出力巻線の両端に接続され、前記もう一方のＮＰＮトランジスタのコレクタは、前記一方のＮＰＮトランジスタのベースに接続され、前記もう一方のＮＰＮトランジスタのベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段のもう一方の出力巻線の両端に接続され、前記もう一方のＮＰＮトランジスタのベースは、前記電力供給手段の負極側に接続され、
前記コンデンサは、前記接地線と前記一方のＮＰＮトランジスタのベースとの間に接続されて構成されたものでもよい。
【００２４】
前記漏れ電流検出手段は、２つの出力巻線を有し、
前記増幅手段は、
ＰＮＰトランジスタと、ＮＰＮトランジスタと、コンデンサと、
を備え、
前記ＰＮＰトランジスタのベースは、前記電力供給手段の正極側に接続され、前記ＮＰＮトランジスタのコレクタは、前記ＰＮＰトランジスタのコレクタに接続され、前記ＰＮＰトランジスタのベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段の一方の出力巻線の両端に接続され、前記ＮＰＮトランジスタのベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段のもう一方の出力巻線の両端に接続され、前記ＮＰＮトランジスタのベースは、前記電力供給手段の負極側に接続され、
前記コンデンサは、前記接地線と前記ＮＰＮトランジスタのコレクタとの間に接続されて構成されたものでもよい。
【００２５】
前記漏れ電流検出手段は、２つの出力巻線を有し、
前記増幅手段は、
２つのＰＮＰトランジスタと、コンデンサと、
を備え、
前記一方のＰＮＰトランジスタのベースは、前記電力供給手段の正極側に接続され、当該ベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段の一方の出力巻線の両端に接続され、前記もう一方のＰＮＰトランジスタのベースは、前記一方のＰＮＰトランジスタのコレクタに接続され、当該ベースとエミッタとは、それぞれ、前記漏れ電流検出手段のもう一方の出力巻線の両端に接続され、当該コレクタは、前記電力供給手段の負極側に接続され、
前記コンデンサは、前記接地線と前記もう一方のＰＮＰトランジスタのベースとの間に接続されて構成されたものでもよい。
【００２６】
前記増幅手段において、前記ＮＰＮトランジスタをＮ形電界効果トランジスタに置き換え、前記ＰＮＰトランジスタをＰ形電界効果トランジスタに置き換えたものであってもよい。
【００３０】
本発明の第２の観点に係る電力変換装置は、
交流電源から供給された交流電力を所定の交流電力又は直流電力に変換して負荷に供給する電力変換装置において、請求項１に記載のノイズ低減装置を入力側に設けたものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を図面を参照して説明する。
本実施の形態に係る電力変換装置の構成を図１に示す。
電力変換装置は、ノイズフィルタ部１と、整流平滑回路部２と、電力変換回路部３と、ノイズ低減回路部４と、からなる。
【００３２】
ノイズフィルタ部１は、コンデンサＣ１，Ｃ２，Ｃ７と、チョークコイルＬ１と、を備えている。
コンデンサＣ１，Ｃ２は、ノーマルモードノイズを減衰させるアクロスザラインコンデンサであり、交流電源５の一対の電源線であるラインＥ１とＥ２との間に接続されている。
コンデンサＣ７は、コモンモードノイズを低減させるためのコンデンサであり、ラインＥ２と接地ラインとの間に接続されている。
【００３３】
チョークコイルＬ１は、コモンモードノイズを減衰させるコモンモードチョークコイルであり、それぞれ、巻き方向を同じにして交流電源５のラインＥ１，Ｅ２に直列に接続されている。
【００３４】
整流平滑回路部２は、整流回路１１と、コンデンサＣ３と、からなる。
整流回路１１は、交流電源５から供給された交流電圧を整流するものであり、ラインＥ１とラインＥ２とに接続されている。この整流回路１１は、例えば、４つのダイオードからなるブリッジ整流回路によって構成されている。
【００３５】
コンデンサＣ３は、整流回路１１から出力された整流電圧の脈流を平滑化するためのコンデンサであり、整流回路１１の出力端に接続されている。
【００３６】
電力変換回路部３は、所定の直流電力を所定の電圧の直流電力に変換し、直流電圧を負荷Ｒ０に供給するものであり、トランスＴと、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、チョークコイルＬ２と、コンデンサＣ４と、を備え、フォワードコンバータを構成している。
【００３７】
トランスＴは、１次側の電力を２次側へ伝達するためのものであり、１次巻線ｎ１と２次巻線ｎ２とを備えている。１次巻線ｎ１は、スイッチング電流によって電圧を発生させ、トランスＴに励磁エネルギを生成するための巻線であり、２次巻線ｎ２は、１次巻線ｎ１で生成された励磁エネルギで電圧を発生させるための巻線である。１次巻線ｎ１の一端Ｐt11は、コンデンサＣ３の正極（＋）の端子に接続されている。
【００３８】
スイッチング素子Ｑ１は、信号Ｓ１が供給されて、トランスＴの１次巻線ｎ１に流れる電流をスイッチングしてトランスＴの１次巻線ｎ１に電圧を誘起させるための素子であり、トランスＴの１次巻線ｎ１の他端Ｐt12とコンデンサＣ３の負極（−）側の端子との間に接続されている。図示しない制御部は、このスイッチング素子Ｑ１にパルス状の信号Ｓ１を供給し、固定発振に基づいてＰＷＭ制御を行うことにより、出力電圧を安定化させる。
【００３９】
ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間で２次巻線ｎ２に発生した電圧から電流を整流するためのダイオードであり、そのアノードは、２次巻線ｎ２の一端Ｐt21に接続されている。
【００４０】
ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間にチョークコイルＬ２に蓄積された励磁エネルギに従って流れる電流をオフ期間にコンデンサＣ４の正極（＋）側に環流するためのダイオードであり、そのアノードは２次巻線ｎ２の他端Ｐt22に接続され、そのカソードは、ダイオードＤ１のカソードに接続されている。
【００４１】
チョークコイルＬ２は、コンデンサＣ４へと流れる電流を平滑化するためのものであり、ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードとコンデンサＣ４の正極（＋）側の端子との間に接続されている。
【００４２】
コンデンサＣ４は、チョークコイルＬ２を通過した電流を平滑化して直流電圧を生成するためのものであり、チョークコイルＬ２を介してダイオードＤ２と並列に接続されている。このチョークコイルＬ２とコンデンサＣ４とで低周波ＬＣフィルタを構成している。電力変換回路部３は、生成した直流電圧を負荷Ｒ０に供給する。
尚、容量Ｃ５は、直流電圧の負極（−）ラインと接地ラインとの間に存在する浮遊容量を示す。
【００４３】
ノイズ低減回路部４は、ノイズを低減するための回路部であり、零相変流器２１と、増幅回路２２と、定電圧回路２３と、を備えて構成されている。
【００４４】
零相変流器２１は、漏れ電流を検出する漏れ電流検出手段に相当し、その等価回路は図２（ａ）に示すようになる。図２（ａ）に示す１次巻線ｎ１１は、一対の電源線、すなわち、ラインＥ１とＥ２との巻線を表したものである。尚、本実施の形態では、１次巻線ｎ１１と２次巻線ｎ１２との巻数比は１に設定される。
【００４５】
零相変流器２１の２次巻線の端子Ｐ３，Ｐ４は、それぞれ、トランジスタＱ１１，Ｑ１２のベース、エミッタに接続される。
【００４６】
漏れ電流がラインＥ１，Ｅ２に流れると、ラインＥ１，Ｅ２間に電流の差が生じる。零相変流器２１は、この電流の差を検出することにより漏れ電流を検出する。
【００４７】
漏れ電流によってラインＥ１，Ｅ２間で電流差が生ずる理由は、以下の通りである。もし、ノイズの発生がなく、浮遊容量も存在しなければ、ラインＥ１、ラインＥ２には、それぞれ、電流値が等しく向きが逆向きの電流が流れる。ノイズが発生すると、このノイズは、ノイズの発生源に接続されたラインに重畳し、各ラインに伝播する。また、浮遊容量があると、この浮遊容量も、位置によってばらつきがある。このノイズの伝播と浮遊容量のばらつきにより、各ライン間で電流の不平衡が生ずる。また、コンデンサＣ２，Ｃ７があると、コンデンサＣ２，Ｃ７を介して接地ラインに漏れ電流が流れ、各ライン間での電流の不平衡は、ラインＥ１，Ｅ２に流れる電流の差となって現れてくる。
【００４８】
零相変流器２１は、磁芯２１ａと２次巻線ｎ１２とを備える図２（ｂ）に示す貫通形変流器２１ｂに、図２（ｃ）に示すようにラインＥ１，Ｅ２を磁芯２１ａに巻き回して構成される。
【００４９】
零相変流器２１の１次巻線ｎ１１には、ラインＥ１とＥ２とに流れる電流の差として１次電流Ｉ1が流れ、２次巻線ｎ１２には、１次電流Ｉ1に基づいて電流Ｉ2が誘起される。２次巻線ｎ１２の巻き方向は、この誘起電流Ｉ2が漏れ電流を相殺する方向に、接地ラインに流れるように設定される。
【００５０】
増幅回路２２は、零相変流器２１の２次巻線ｎ１２で発生した誘起電流Ｉ2を増幅するものであり、トランジスタＱ１１，Ｑ１２と、コンデンサＣ６と、からなる。尚、本実施の形態では、補償電流の電流値を漏れ電流の電流値と等しくするため、増幅率が１となるようにこの増幅回路２２を構成する。その理由については後述する。
【００５１】
トランジスタＱ１１は、ＮＰＮ形のバイポーラトランジスタであり、そのコレクタは、定電圧回路２３の正極に接続されている。
トランジスタＱ１２は、ＰＮＰ形のバイポーラトランジスタであり、そのエミッタは、トランジスタＱ１１のエミッタに接続され、コレクタは定電圧回路２３の負極（Ｅ２ライン）に接続されている。
コンデンサＣ６は、補償電流を接地ラインに供給するためのコンデンサである。
【００５２】
定電圧回路２３は、増幅回路２２に定電圧を供給する直流電源回路であり、ダイオードＤ３と、コンデンサＣ８，Ｃ９と、ツェナーダイオードＤzと、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、からなる。
【００５３】
ダイオードＤ３は、交流電源５から供給された交流電圧を整流するためのものであり、そのアノードはラインＥ１に接続されている。
抵抗Ｒ１，Ｒ２は、電流制限抵抗であり、ダイオードＤ３のカソードに、直列に接続されている。
【００５４】
コンデンサＣ８，Ｃ９は、平滑コンデンサである。コンデンサＣ８は、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点とラインＥ２との間に接続されている。コンデンサＣ９は、抵抗Ｒ２とラインＥ２との間に接続されている。
【００５５】
ツェナーダイオードＤzは、コンデンサＣ９で平滑化された電圧をツェナー電圧でクランプすることにより、直流の定電圧を生成するためのダイオードであり、コンデンサＣ９の両端に接続されている。
【００５６】
次に本実施の形態に係る電力変換装置の動作を説明する。
スイッチング素子Ｑ１には、図３（ａ）に示すような信号Ｓ１が供給される。信号Ｓ１がハイレベルになると、スイッチング素子Ｑ１はオンし、信号Ｓ１がローレベルになると、スイッチング素子Ｑ１はオフする。時刻ｔ０〜ｔ１がスイッチング素子Ｑ１のオン期間であり、時刻ｔ１〜ｔ２がスイッチング素子Ｑ１のオフ期間である。
【００５７】
スイッチング素子Ｑ１のオン期間では、図３（ｂ）に示すように、スイッチング素子Ｑ１に印加される電圧Ｖq1は、ほぼ零となり、スイッチング素子Ｑ１には、図３（ｃ）に示すような電流Ｉq1が流れる。
【００５８】
また、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間では、スイッチング素子Ｑ１に印加される電圧Ｖq1は、図３（ｂ）に示すように、コンデンサＣ３の充電電圧よりも高くなり、スイッチング素子Ｑ１に流れる電流Ｉq1は、図３（ｃ）に示すように、ほぼ零となる。
【００５９】
スイッチング素子Ｑ１がオン、オフすることにより、トランスＴの１次巻線ｎ１に流れる電流がスイッチングされ、トランスＴの１次巻線ｎ１に電圧が発生し、この電圧に従って、２次巻線ｎ２に電圧が発生する。
【００６０】
ダイオードＤ１は、スイッチング素子Ｑ１のオン期間で２次巻線ｎ２に発生した電圧に従って流れる電流を整流し、ダイオードＤ２は、スイッチング素子Ｑ１のオフ期間に、チョークコイルＬ２に流れる電流をコンデンサＣ４の正極（＋）側へ環流する。ダイオードＤ１，Ｄ２を流れる電流は、チョークコイルＬ２とコンデンサＣ４とによって平滑化され、直流電圧が生成され、電力変換回路部３は、生成した直流電圧を負荷Ｒ０に供給する。
【００６１】
スイッチング素子Ｑ１がスイッチングすることにより、電力変換装置の回路内の対地間のコンデンサＣ７を経由して接地ラインに、図３（ｄ）に示すような漏れ電流Ｉsが流れる。
零相変流器２１は、漏れ電流Ｉsを、ラインＥ１，Ｅ２間に生じる電流の差として検出する。ノイズ低減回路部４は、零相変流器２１が検出した電流の差を増幅し、図３（ｅ）に示すような補償電流Ｉrを接地ラインに供給する。これにより、漏れ電流Ｉsは、図３（ｆ）に示すように小さくなる。
【００６２】
次に、この漏れ電流を相殺する原理を図４に基づいて説明する。
尚、この図４において、コンデンサＣ５１，Ｃ５２は、それぞれ、負荷Ｒ０の静電容量、コモンモードノイズ用のコンデンサＣ７に相当するものである。また、ダイオードＤ５１、スイッチＳＷは、それぞれ、図１の整流回路１１、スイッチング素子Ｑ１に相当するものである。また、漏れ電流Ｉs1，Ｉs2は、それぞれ、スイッチＳＷのスイッチングにより交流電源５から流入する漏れ電流、電力変換装置内で伝播する漏れ電流を示す。
【００６３】
この漏れ電流Ｉs1を補償電流Ｉrで相殺する。その方法としては、２つの方法が考えられる。
第１の方法は、図４に示すように、零相変流器２１を点ａ（補償電流Ｉrの注入点ｂよりも交流電源５側）に配置し、漏れ電流Ｉs1を点ａで検出し、その検出電流をアンプＡＭＰで増幅し、この増幅した補償電流Ｉrを、漏れ電流Ｉs1を相殺する方向に、コンデンサＣ５２を介して接地ラインに供給する方法である。
【００６４】
第２の方法は、零相変流器２１を検出点ｃ（補償電流Ｉrの注入点ｂよりも電力変換回路部３側）に配置し、漏れ電流Ｉs2を点ｃで検出し、その検出電流に基づいて補償電流Ｉrを第１の方法と同じように接地ラインに供給する方法である。
【００６５】
図１７に示す従来の電力変換装置は、第１の方法を用いている。
第１の方法では、次の関係式が成り立つようにする。
Ａ1×（ｉs1−ｉr）−ｉs1≒０
但し、Ａ1：第１の方法を用いた場合の増幅回路ＡＭＰの増幅率
ｉs1：漏れ電流Ｉs1の電流値
ｉr：補償電流Ｉrの電流値
従って、
ｉr＝（１−１／Ａ1）×ｉs1
【００６６】
この式が示すように、漏れ電流Ｉs1を補償電流Ｉrで相殺するためには、増幅回路ＡＭＰの増幅率Ａ1を大きくしなければならない。しかし、前述のように、この増幅率Ａ1が大きいと、増幅回路ＡＭＰが発振し易くなるといった不都合が生ずる。
【００６７】
一方、第２の方法を用いた場合、次の関係式が成り立つようにする。
ｉs1−Ａ2×ｉr＝０
但し、Ａ2：第２の方法を用いた場合の増幅回路ＡＭＰの増幅率
従って、
ｉr＝Ａ2×ｉs2
【００６８】
この式が示すように、漏れ電流Ｉs1を補償電流Ｉrで相殺するためには、増幅回路ＡＭＰの増幅率Ａ2を１にすればよく、従来のような不都合は生じない。本実施の形態では、後者の方法を用いる。そして、これが増幅回路２２の増幅率を１とした理由である。
【００６９】
但し、後者の方法の場合、増幅率が正確に１になるように増幅回路２２を構成する必要がある。
増幅回路２２をオペアンプ等を用いて構成すると、増幅回路２２の構成が複雑になる。
そこで、本実施の形態では、図１に示すように、簡易な構成で増幅率が１となるように増幅回路２２を構成している。
【００７０】
この増幅回路２２の原理を図５に基づいて説明する。尚、図５（ａ）は、ＮＰＮ形バイポーラトランジスタであるトランジスタＱ１１を使用した場合、図５（ｂ）はトランジスタにＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使用した場合の原理図であり、原理はいずれも同様である。
【００７１】
但し、ＦＥＴを使用した場合、ＦＥＴのゲート電流をほぼ０とみなすことができるので、増幅率は正確に１となり、発振等の不安定要素はなく、高域まで効果を期待できる。
【００７２】
ここでは、図５（ａ）に基づいて原理を説明する。
零相変流器２１の１次巻線ｎ１１に、図５（ａ）に示すような零相変流器２１の１次電流Ｉ1が流れると、２次巻線ｎ１２にも、その誘起電流Ｉ2が流れる。
【００７３】
１次電流Ｉ1の電流値ｉ1をｉとすると、零相変流器２１の１次巻線ｎ１１と２次巻線ｎ１２との巻数比が１であるので、誘起電流Ｉ2の電流値ｉ2もｉとなる。この誘起電流Ｉ2が分流してトランジスタＱ１１のベースにベース電流Ｉ3が流れ、負荷Ｒ１１に電流Ｉ4が流れる。誘起電流Ｉ2が流れることによってトランジスタＱ１１のエミッタの電位は上昇する。またベース電流Ｉ3がベースに流れることによってトランジスタＱ１１のベースの電位も上昇する。トランジスタＱ１１の増幅率をＨfeとすると、電流Ｉ3の電流値i3は、i/Ｈfeとなる。
【００７４】
従って、電流Ｉ4の電流値i4は、（i-i/Ｈfe）となる。トランジスタＱ１１の増幅率Ｈfeが１よりも充分大きければ、この増幅回路２２の増幅率は１となる。
この電流値i4の電流Ｉ4を、接地ラインに、漏れ電流Ｉsとは逆向きにして供給すれば、漏れ電流Ｉsは電流Ｉ4によって相殺される。
【００７５】
この原理をトランジスタＱ１２の回路と組み合わせることにより、正の半サイクルにおいては、図５（ａ）に示すトランジスタＱ１１の回路が動作し、負の半サイクルにおいては、トランジスタＱ１２の回路が動作し、１組の１次巻線ｎ１１、２次巻線ｎ１２で両方のトランジスタＱ１１，Ｑ１２を動作させることができる。
【００７６】
次に、この動作を図６に基づいて説明する。
零相変流器２１の誘起電流Ｉ2が、図６（ａ）に示す方向に流れた場合、図６（ｂ）の破線で示すように、誘起電流Ｉ2が分流してトランジスタＱ１１のベースに流れ、トランジスタＱ１１がオンする。トランジスタＱ１１がオンすると、図６（ｂ）の実線で示すように、電流Ｉq11が、定電圧回路２３から、順次、トランジスタＱ１１、零相変流器２１の２次巻線ｎ１２、コンデンサＣ６を通って、出力端子Ｐout1へ流出し、出力端子Ｐout2から定電圧回路２３に戻る。
【００７７】
零相変流器２１の誘起電流Ｉ2が、図６（ａ）に示す方向とは逆の方向に流れた場合、図６（ｃ）の破線で示すように、誘起電流Ｉ2が分流してトランジスタＱ１２のベースに流れ、トランジスタＱ１２がオンする。トランジスタＱ１２がオンすると、図６（ｃ）の実線で示すように、電流Ｉq12は、コンデンサＣ６から順次、零相変流器２１の２次巻線ｎ１２、トランジスタＱ１２を通って、出力端子Ｐout2へ流出し、出力端子Ｐout1からコンデンサＣ６に戻る。
【００７８】
このタイミングを図７のタイミングチャートに示す。
零相変流器２１の１次電流Ｉ1が、図７（ａ）に示すように流れ、その誘起電流Ｉ2が図７（ｂ）に示すように流れたとする。尚、電流が出力端子Ｐout1から流出するように流れる電流を正とする。
【００７９】
時刻ｔ１１〜ｔ１２において、トランジスタＱ１１がオンし、トランジスタＱ１２がオフするものとすると、トランジスタＱ１１には、図７（ｃ）に示すような電流Ｉq11が流れ、トランジスタＱ１２の電流Ｉq12は、図７（ｄ）に示すように０となる。
【００８０】
時刻ｔ１２〜ｔ１３において、トランジスタＱ１１がオフし、トランジスタＱ１２がオンするものとすると、トランジスタＱ１１の電流Ｉq11は、図７（ｃ）に示すように０となり、トランジスタＱ１２に、図７（ｄ）に示すような電流Ｉq12が流れる。
【００８１】
この電流Ｉq11とＩq12とを合成した電流が、図７（ｅ）に示すような補償電流Ｉrになる。この補償電流Ｉrを接地ラインに供給すれば、漏れ電流Ｉsは、補償電流Ｉrによって相殺される。
【００８２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、零相変流器２１を補償電流Ｉrの注入点よりも電力変換回路部３側に配置し、電力変換装置内で伝播する漏れ電流を検出し、この漏れ電流に基づいて補償電流を接地ラインに供給するようにした。
【００８３】
従って、増幅回路２２の利得を小さくすることができ、ノイズ低減を安定して行える。また、利得１とすることにより、高周波特性は向上し、高周波領域までノイズを低減することができる。
【００８４】
また、増幅回路２２も簡易な回路で構成することができる。また、効率的に漏れ電流を低減することができるので、大きなノイズフィルタ部１を必要とせず、電力変換装置全体を小型化することができる。
【００８５】
尚、本発明を実施するにあたっては、種々の形態が考えられ、上記実施の形態に限られるものではない。
例えば、零相変流器２１の巻数比、増幅回路２２の増幅率を、それぞれ１にしなくても、補償電流の電流値が漏れ電流の電流値と等しくなるように、適宜、設定することもできる。
【００８６】
また、零相変流器２１の代わりに、ホール素子を用いた電流センサとすることもできる。
【００８７】
また、零相変流器２１、増幅回路２２の構成は、上述した構成に限られるものではなく、図８に示すように、増幅回路２２に、ＮＰＮ形のバイポーラトランジスタＱ１３，Ｑ１４を備え、零相変流器２１の２次巻線を２つ設けて、それぞれ、トランジスタＱ１３とＱ１４とに電流を供給するようにしてもよい。
【００８８】
また、図９に示すように、増幅回路２２に、ＰＮＰ形のバイポーラトランジスタＱ１５と、ＮＰＮ形のバイポーラトランジスタＱ１６と、を備え、零相変流器２１の２次巻線を２つ設けて、トランジスタＱ１５とＱ１６とに電流を供給するようにしてもよい。
【００８９】
また、図１０に示すように、増幅回路２２に、ＰＮＰ形のバイポーラトランジスタＱ１７，Ｑ１８を備え、零相変流器２１の２次巻線を２つ設けて、トランジスタＱ１７とＱ１８とに電流を供給するようにしてもよい。
【００９０】
また、図１１に示すように、増幅回路２２に、Ｎ形ＦＥＴ１１とＰ形ＦＥＴ１２とを備え、零相変流器２１の２次巻線を２つ設けて、それぞれ、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とに電流を供給するようにしてもよい。
【００９１】
また、図１２に示すように、増幅回路２２に、２つのＮ形ＦＥＴ１３，１４を備え、零相変流器２１の２次巻線を２つ設けて、ＦＥＴ１３，１４に電流を供給するようにしてもよい。
【００９２】
また、図１３に示すように、増幅回路２２に、Ｐ形ＦＥＴ１５とＮ形ＦＥＴ１６とを備え、零相変流器２１の２次巻線を２つ設けて、ＦＥＴ１５とＦＥＴ１６とに電流を供給するようにしてもよい。
【００９３】
また、図１４に示すように、増幅回路２２に、Ｐ形ＦＥＴ１７，１８を備え、零相変流器２１の２次巻線を２つ設けて、ＦＥＴ１７，１８に電流を供給するようにしてもよい。
【００９４】
また、上記実施の形態では、図１５に示すように、交流電源５から交流電流が流れる交流ラインに補償電流を供給するようにしている。しかし、図１６に示すように、整流平滑回路部２から出力された直流電流が流れる直流ラインに補償電流を供給することもできる。さらに、ノイズ低減回路部４を出力側に挿入することもできる。
【００９５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ノイズ低減を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）は図１の零相変流器を示す回路図であり、（ｂ）は貫通形変流器の斜視図であり、（ｃ）は零相変流器の斜視図である。
【図３】図１の電力変換装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】漏れ電流を相殺する原理を示す説明図である。
【図５】図１のノイズ低減回路部の動作を説明するための説明図である。
【図６】図１のノイズ低減回路部の動作を説明するための説明図である。
【図７】図１のノイズ低減回路部の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】図１の零相変流器と増幅回路との別の構成を示す回路図である。
【図９】図１の零相変流器と増幅回路との別の構成を示す回路図である。
【図１０】図１の零相変流器と増幅回路との別の構成を示す回路図である。
【図１１】図１の零相変流器と増幅回路との別の構成を示す回路図である。
【図１２】図１の零相変流器と増幅回路との別の構成を示す回路図である。
【図１３】図１の零相変流器と増幅回路との別の構成を示す回路図である。
【図１４】図１の零相変流器と増幅回路との別の構成を示す回路図である。
【図１５】図１の電力変換装置の構成をブロックで表した図である。
【図１６】電力変換装置の別の構成を示すブロック図である。
【図１７】従来の電力変換装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１  ノイズフィルタ部
３  電力変換回路部
４  ノイズ低減回路部
２１  零相変流器
２２  増幅回路
２３  定電圧回路
【図１】
0003906680.tif 000002
【図２】
0003906680.tif 000003
【図３】
0003906680.tif 000004
【図４】
0003906680.tif 000005
【図５】
0003906680.tif 000006
【図６】
0003906680.tif 000007
【図７】
0003906680.tif 000008
【図８】
0003906680.tif 000009
【図９】
0003906680.tif 000010
【図１０】
0003906680.tif 000011
【図１１】
0003906680.tif 000012
【図１２】
0003906680.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0003906680.tif 000016
【図１６】
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【図１７】
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