(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
a-c源のa-c線からの負荷を駆動するパルス幅変調駆動回路におけるコモンモード電流を低減するためのアクティブフィルタであって、前記駆動回路が、前記a-c線に接続可能であり、かつd-cバスに接続された整流出力電圧を生成する整流器と、前記d-cバスに接続された入力端子を有し、かつ前記負荷を駆動するための制御されたa-c出力を有するPWMインバータとを含み、
前記駆動回路の前記コモンモード電流を感知するための電流センサと、
それぞれが第1および第2主電極と制御電極とを有する第1トランジスタと第2トランジスタを備え、前記トランジスタが、出力ノードを駆動するように、直列回路において結合され、前記トランジスタが、その制御電極を制御することによって、線形領域において、非導通状態と導通状態の間で交互に切り替わるように制御され、前記制御電極が、前記電流センサからの出力に接続され、前記トランジスタ間の出力ノードが、絶縁キャパシタに結合され、前記絶縁キャパシタが、前記負荷に結合された接地線に結合され、前記2つのトランジスタが、交代経路を提供して、前記接地線の電流が、前記a-c源の前記a-c線のそれぞれの1つに流れ、それにより、前記接地線の前記電流のための循環経路を提供することによって、前記a-c源から流れる前記コモンモード電流を低減する、前記パルス幅変調駆動回路に結合された前記a-c線において接続されたアクティブフィルタ回路とを備えることを特徴とするアクティブフィルタ。
【請求項２】
前記電流センサと、前記2つのトランジスタの前記制御電極との間に結合された増幅器をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項３】
前記2つのトランジスタのためのd-cバス上で、整流されたd-cバス電圧を生成するための整流器回路をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項４】
前記接地電流のための前記a-c線間の循環経路を提供する、前記a-c源の前記a-c線を接続する少なくとも1つのキャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項５】
前記d-cバスと前記a-c線の1つとの間に、前記接地電流のための循環経路を提供する、少なくとも1つのd-cバス電圧キャパシタをさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のアクティブフィルタ。
【請求項６】
前記d-cバス電圧が、少なくとも1つのフィルタキャパシタに接続された少なくとも1つのダイオードから導出されることを特徴とする請求項3に記載のアクティブフィルタ。
【請求項７】
前記d-cバスが、少なくとも1つの電圧調整器要素を含むことを特徴とする請求項6に記載のアクティブフィルタ。
【請求項８】
前記第1トランジスタと第2トランジスタが、前記出力ノードに結合された第1電極を有し、前記トランジスタが、それぞれ、前記d-cバスの正のレールと前記d-cバスの負のレールとにそれぞれ結合された第2電極を有することを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項９】
前記電流センサが、前記アクティブフィルタ回路の後で、前記a-c線において結合されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１０】
前記電流センサが、前記アクティブフィルタ回路より前で、前記a-c線において結合されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１１】
前記電流センサが、前記絶縁キャパシタが前記接地線に接続される点と前記負荷との間で、前記接地線に結合されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１２】
前記電流センサが、前記a-c源に接続された接地端子と、前記絶縁キャパシタが前記接地線に接続される点との間で、前記接地線内に結合されることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１３】
前記電流センサが、電流変流器を備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１４】
前記a-c源が、単相a-c源を備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１５】
前記a-c源が、多相a-c源を備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１６】
前記負荷が、電気モータを備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１７】
前記アクティブフィルタ回路が、前記a-c源の前記a-c線を横断して結合され、前記電流センサが、前記a-c線の各1つと直列に結合された一次巻線と、前記アクティブフィルタ回路に結合された二次巻線とを有する電流変流器を備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１８】
前記アクティブフィルタ回路が、前記a-c源の前記a-c線を横断して結合され、前記電流センサが、前記接地線と直列に結合された一次巻線と、前記アクティブフィルタ回路に結合された二次巻線とを有する電流変流器を備えることを特徴とする請求項1に記載のアクティブフィルタ。
【請求項１９】
a-c源のa-c線からの負荷を駆動する駆動回路のコモンモード電流を低減するためのアクティブフィルタであって、前記駆動回路が、前記負荷を駆動するための制御されたa-c出力を提供し、前記負荷が、前記a-c源に結合された接地線を有し、
前記駆動回路の前記コモンモード電流を感知するための電流センサと、
前記接地線の接地電流のための循環経路を提供するように、前記電流センサによって制御され、前記負荷に結合された前記接地線に結合されている絶縁キャパシタに結合され、前記接地線の電流が、前記a-c源の前記a-c線のそれぞれの1つに流れ、それにより、前記接地線を流れる前記接地電流を低減することを可能にするトランジスタ電流ドライバ回路を備える、前記駆動回路に結合された前記a-c線において接続されるアクティブフィルタ回路とを備えることを特徴とするアクティブフィルタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
(関係出願の相互参照)
本出願は、2001年5月17日に出願された、「Active Common Mode Filter Connected In A-C Line」という名称の、米国仮出願第60/291,676号の利益と優先権を主張する。また、本出願は、2001年3月23日に出願された、「Active Filter For Reduction of Common Mode Current」という名称の、米国出願第09/816,590号の主題にも関係し、この全開示は、参照によって、本明細書に組み込まれている。
【０００２】
(発明の背景)
PWMインバータのためのアクティブコモンモードフィルタが知られており、上述した出願第09/816,519号に詳細に記載されている。上記の出願のアクティブコモンモードフィルタには、パルス幅変調駆動回路の整流器とインバータの間のd-cリンクに配置された増幅器と電流ドライバ回路が含まれる。
【０００３】
このフィルタでは、図1に示したように、端子L1、L2(単相用)と接地(GND)とを有するa-c線入力は、d-cリンクP、Nによって、3位相PWMインバータ12(適切に制御して、各レッグにおいて、サイリスタまたはIGBTを使用することが可能である。図示せず)に結合された全波ブリッジ接続整流器10に接続されている。インバータ12は、a-cモータ13を駆動する。モータ13の接地されたケースは、GNDと結合キャパシタ14とに接続されている。アクティブフィルタ11には、op-amp16への出力を生成する接地電流感知変流器15が含まれる。これは、線形領域の非導通状態と導通状態の間で、トランジスタを切り替えるために、d-cリンクを横断して結合された電流ドライバ回路17のトランジスタQ1およびQ2のゲートを制御する。
【０００４】
増幅器16は、d-cリンクの2つのレッグにおいて結合された2つの一次コイルを有する電流変流器15の二次側から、入力を受信する。電流変流器は、モータからの接地線Gにおける漏れまたは雑音電流に等しいコモンモード電流に比例する出力を二次側に提供する。この雑音電流は、モータ巻線とモータケースの間の内部キャパシタンスを横切って生成され、接地線Gを流れる。この雑音電流は、かなり大きいことがあり、また、著しいEMIを生成することがある。
【０００５】
図1の回路は、絶縁キャパシタ14により、電流を送り返すことによって、雑音電流を打ち消すように設計されており、電流は、再びd-cリンクのバスに戻ることが可能になる。これにより、a-cネットワークに戻るGND線上の接地電流は、ほぼ排除され、したがって、a-cネットワーク上に存在するコモンモードの雑音電流が、ほぼ排除される。したがって、フィルタ11は、d-cリンクからインバータ内へ流れるコモンモード電流を再生成し、a-c入力線（ライン）からのコモンモード電流を迂回して、接地ワイヤを介して、モータから、結合キャパシタ14、および再びd-cリンクへ、コモンモード電流の循環経路を創出する。
【０００６】
図1の回路は、常に実用上便利ではない可能性があるが、その理由は、アクティブフィルタ11と電流感知変流器15を挿入するために、d-cリンク「内へのブレーキング」が含まれるからである。
【０００７】
いくつかの応用例では、PWM駆動回路の整流器10を供給する入力a-c線に、コモンモードフィルタ11を挿入することが好ましい。これは、通常a-c線において接続される、標準的な受動コモンモードフィルタの通常の接続点に一致する。アクティブコモンモードフィルタも、a-c線に配置することができる場合、標準的な受動コモンモードフィルタの直接的な代用となり、PWMドライブ自体を修正する必要はない。
【０００８】
(発明の概要)
したがって、本発明の目的は、インバータ回路を修正せずに、インバータに付け加えることができるa-cフィルタの形態として構築することができるアクティブコモンモードフィルタを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、フィードフォーワードアーキテクチャまたはフィードバックアーキテクチャの両方で使用することができるそのようなアクティブコモンモードフィルタを提供することである。コモンモードフィルタ回路のための従来のフィードバックアーキテクチャでは、コモンモード雑音は、相殺点の後で感知され、相殺信号は、高い利得を有する増幅器によって注入されて、雑音相殺点にフィードバックされる。対照的に、フィードフォーワードアーキテクチャでは、コモンモード雑音は、相殺点の前で感知され、相殺信号は、1つの増幅器の利得によって注入されて、雑音相殺点にフィードフォーワードされる。
【００１０】
本発明の他の目的は、該回路が内部に接続されるシステムの修正を必要としないアクティブコモンモードフィルタ回路を提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、受動a-c線コモンモードフィルタと直接置き替わることができるアクティブコモンモードフィルタ回路を提供することである。
【００１２】
本発明の上記および他の目的は、a-c源のa-c線からの負荷を駆動するパルス幅変調駆動回路のコモンモード電流を低減するためのアクティブフィルタによって達成される。駆動回路には、a-c線に接続可能であり、かつd-cバスに接続された整流出力電圧を生成する整流器と、d-cバスに接続された入力端子を有し、かつ負荷を駆動するための制御されたa-c出力を有するPWMとが含まれ、アクティブフィルタは、駆動回路のコモンモード電流を感知するための電流センサと、それぞれが第1主電極および第2主電極と制御電極とを有する、第1トランジスタおよび第2トランジスタとを備え、トランジスタは、それらの間に単一の出力ノードを供給するように、直列回路において結合され、トランジスタは、その制御電極を制御することによって、オンとオフが交互に切り替わるように制御され、制御電極は電流センサからの出力に接続され、トランジスタ間の出力ノードは、絶縁キャパシタに結合され、絶縁キャパシタは、負荷に結合された接地線に結合され、2つのトランジスタは、接地線の電流が、a-c源のa-c線に流れ、それにより、電流の循環経路を提供することによって、a-c源から流れるコモンモード電流を低減するように、交代経路を提供し、アクティブフィルタは、a-c源のa-c線パルス幅変調駆動回路に結合されたa-c線において接続される。
【００１３】
上記および他の目的も、a-c源のa-c線からの負荷を駆動する駆動回路のコモンモード電流を低減するためのアクティブフィルタによって達成される。駆動回路は、負荷を駆動するための制御されたa-c出力を提供し、負荷は、a-c源に結合された接地線を有し、アクティブフィルタは、駆動回路のコモンモード電流を感知するための電流センサと、接地線の接地電流のための循環経路を提供するように、電流センサによって制御されたトランジスタ電流ドライバ回路を備えるアクティブフィルタ回路とを備え、電流ドライバ回路は、絶縁キャパシタに結合され、絶縁キャパシタは、負荷に結合された接地線に結合され、電流ドライバ回路により、接地線の電流は、a-c源のa-c線のそれぞれの1つに流れ、それにより接地線を流れる接地電流を低減することが可能になり、アクティブフィルタ回路は、駆動回路に結合されたa-c線において接続される。
【００１４】
本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照する本発明の以下の記述から、明らかになるであろう。
【００１５】
図面を通して、同じ部分は、同じ参照符号によって示されている。
【００１６】
(発明の実施形態の詳細な説明)
図2は、単相入力のための、直接a-c線において接続されているアクティブフィルタを示す。ダイオードDとキャパシタCRESは、アクティブフィルタ11に対し、ピークの線間電圧にほぼ等しい、d-c電圧を確立する。抵抗器Rは、CRESの当初の充電電流を制限する。ダイオードDZは、フィルタバス18上のd-cレベルを調整する。
【００１７】
電流感知変流器15は、差分電流センサとして作用し、a-c線の2つのレッグL1とL2を流れる2つの電流間の差を感知する。したがって、変流器15は、L1OUTとL2OUTからPWMドライブのa-c入力端子に流れる(および接地線Gも流れる)コモンモード電流を感知し、増幅器16とMOSFET Q1およびQ2は、接地結合キャパシタ14において、この電流を電流Iioとして再生成する。これにより、コモンモード電流ICOMが、効果的に相殺または低減される。IGNDは、ICOMと、再びa-c線に流れ戻るIioとの差である。したがって、IGNDのレベルは、アクティブフィルタによって、ほぼゼロまで低減される。
【００１８】
Q1が導電するとき、PWMドライブの接地ワイヤから流れるコモンモード電流は、キャパシタ14、Q1のドレイン、およびCFILT BUSを介してL2OUTへ、およびQ1のドレイン、CFILT BUS、およびCL1-L2を介してL1OUTへ戻ることになる。Q2が導電するとき、PWMドライブの接地ワイヤから流れるコモンモード電流は、キャパシタ14とQ2のドレインを介して直接L2OUTへ、およびQ2のドレインとCL1-L2を介してL1OUTへ戻る。
【００１９】
図2の記述に関して(ならびに、図1および以下で記述する他の実施形態に関して)、記述を簡単にするために、接地ワイヤの負荷から戻り流れる接地電流は、a-c入力線L1およびL2を流れるコモン線電流に等しく、したがって、供給線接地電流はゼロであるということが想定されていることに留意されたい。実際には、モータ、ケーブル、モータドライブなどのストレー容量を介して、周囲の物理的な地面まで、負荷から接地自体へ通例流れる追加の接地電流成分が存在する。
【００２０】
この追加の成分は、全ての接地電流の和は、コモンモードの線電流に等しいという要件を満たすように、供給接地ワイヤを通ってキャパシタ14へ再び循環する。したがって、供給接地ワイヤに電流が存在することはあり得るが、本発明のアクティブコモンモードフィルタは、コモンモード線電流を望ましいほぼゼロレベルに事実上維持することが理解されるであろう。
【００２１】
さらに図2を参照すると、コモンモード電流の循環経路が、PWMドライブの接地ワイヤを介して創出されて、L1OUTとL2OUTに戻り、入力a-c供給源から端子L1INとL2IN内に流れるコモンモード電流が排除される。
【００２２】
キャパシタCL1-L2は、ノーマルモード(線間)導電EMIのろ過を提供する二重目的を達成し、L1INとL2INの間に、アクティブフィルタを通って流れるコモンモード電流をL1OUTに戻すための、低インピーダンスの経路を提供する。キャパシタC FILT BUSも、接地電流を線L2に戻すのに用いられ、さらに、フィルタバス18上のd-cレベルを滑らかにするように作用する。
【００２３】
図3は、3位相入力のための、図2のアクティブフィルタの等価な構成を示す。
【００２４】
コモンモード電流感知変流器15は、コモンモード電流を感知するための一次側として、変流器のコアを通って提供された3つのa-c線L1IN、L2IN、およびL3INを有する。二次側の出力は、図2と同じ方式で、増幅器16に提供され、a-c線を流れる電流間のあらゆる差に応答する。回路11は、図2に関して記述したのと同じ方式で動作する。回路11は、この場合は線L2INとL3INである、a-c線の2つの間で、同じ方式で給電される。フィルタキャパシタCL1-L2、CL2-L3、およびCL3-L1は、ノーマルモード(線間)ろ過を提供し、また、アクティブフィルタを通って流れるコモンモード電流を線L1INとL2INに戻すために、a-c線間に、低インピーダンスの経路を提供する。
【００２５】
図4、5、および6は、単相a-c入力のための簡略化した概略図に、本発明のいくつかの他の構成を示す。フィルタバスのための電源構成要素は、詳細には図示されていないが、図2および3の回路のフィルタバス18と同様に提供される。同様に、増幅器16と電流ドライバ回路17に対応するアクティブフィルタ回路の構成要素は、詳細には示されていない。
【００２６】
図4は、図2および3のフィードフォーワード構成とは対照的に、フィードバック構成を示す。図5および6は、電流感知変流器15'が、接地線GNDに直接配置されている構成を示す。線GNDは、電流変流器15'の一次側として役立つ。図5は、フィードバック構造を示す。図6は、フィードフォーワード構造を示す。
【００２７】
さらに、例示した実施形態では、電流センサは、電流変流器を備えるが、当業者なら理解できるように、抵抗電流センサまたは磁気抵抗電流センサなど、他の電流センサを使用することができる。
【００２８】
他の変形形態も可能である。例えば、例示した実施形態では、フィルタのd-cバス電圧は、単相半波整流器回路によって提供される。全波整流器回路も、使用することが可能であり、図3の実施形態では、3位相整流器回路を使用することが可能である。同様に、例示した実施形態では、フィルタバスの電圧が導出される元である特定のr-c回路が使用されるが、単一の抵抗器および単一のキャパシタなど、他の回路構成を代わりに使用することが可能である。
【００２９】
特定の実施形態について、本発明を記述してきたが、多くの他の変形と修正および他の使用法が、当業者には明らかになるであろう。したがって、本発明は、本明細書の特有の開示に限定されるべきではなく、添付の請求項によってのみ、限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  PWM駆動回路のd-cリンクにおけるアクティブモードフィルタを示す回路図である。
【図２】  PWM駆動回路への単相入力と3位相入力のための、a-c線入力におけるアクティブモードフィルタ(フィードフォーワードアーキテクチャにおける)を示す回路図である。
【図３】  PWM駆動回路への単相入力と3位相入力のための、a-c線入力におけるアクティブモードフィルタ(フィードフォーワードアーキテクチャにおける)を示す回路図である。
【図４】  フィードバックアーキテクチャを使用して、a-c線入力に接続されたアクティブフィルタの簡略的な概略図である。
【図５】  電流センサが、フィードバックアーキテクチャで、直接接地線において接続されているアクティブフィルタを示す図である。
【図６】  電流センサが、フィードフォーワードアークテクチャで、直接接地線において接続されているアクティブフィルタを示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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