專利名稱：接入a－c線的有源共模濾波器的制作方法
相關(guān)申請本申請要求享受2001年5月17日遞交的美國臨時(shí)申請S.N.60/291,676“接入A-C線的有源共模濾波器”(“Active Common ModeFilter Connected in A-C Line”)的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，該申請所揭示的在此全部列為參考予以引用。本申請還與2001年3月23日遞交的美國申請S.N.09/816,590“減小共模電流的有源濾波器”(“ActiveFilter For Reduction of Common Mode Current”)有關(guān)，該申請所揭示的在此也全部列為參考予以引用。
背景技術(shù)：
已知有一種用于PWM換流器的有源共模濾波器，這種有源共模濾波器在上面所提到的申請No.09/816,590中有詳細(xì)說明。這個(gè)申請中所揭示的有源共模濾波器包括一個(gè)放大器和電流驅(qū)動(dòng)器電路，配置在脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路的整流器與換流器之間的d-c鏈路內(nèi)。
對于如圖1中所示的濾波器，具有終端L1、L2和地(GND)的a-c線輸入(單相情況)接到一個(gè)連接成全波橋的整流器10上，整流器10由d-c鏈路P、N接至一個(gè)三相PWM換流器12(它在每個(gè)分支內(nèi)可以用帶適當(dāng)控制的可控硅或IGBT，未示出)。換流器12驅(qū)動(dòng)a-c電機(jī)13。電機(jī)13的接地機(jī)殼接至GND和耦合電容器14。有源濾波器11包括一個(gè)地電流傳感變壓器15，它的輸出饋給運(yùn)算放大器16，從而控制跨接在d-c鏈路上的電流驅(qū)動(dòng)電路17的晶體管Q1和Q2的控制極，使這兩個(gè)晶體管在截止?fàn)顟B(tài)和線性區(qū)內(nèi)的導(dǎo)通狀態(tài)之間切換。
放大器16接收來自兩個(gè)初級(jí)線圈分別接入d-c鏈路的兩個(gè)分支的電流變壓器15的次級(jí)的輸入。電流變壓器在它的次級(jí)提供一個(gè)與等于從電機(jī)進(jìn)入地線G的滲漏或噪聲電流的共模電流成正比的輸出。這個(gè)噪聲電流在電機(jī)繞組與電機(jī)機(jī)殼之間的內(nèi)部電容兩端生成，流入地線G。這個(gè)噪聲電流可以大到產(chǎn)生明顯的EMI。
圖1的電路設(shè)計(jì)成能通過復(fù)現(xiàn)噪聲電流使它通過隔離電容器14返回d-c鏈路的總線來抵銷噪聲電流。這樣可以基本上消除在GND線上的地電流返回a-c電網(wǎng)，也就避免了在a-c電網(wǎng)上出現(xiàn)這種共態(tài)噪聲電流。因此，濾波器再現(xiàn)從d-c鏈路流入換流器的共模電流，為共模電流建立通過地線從電機(jī)、耦合電容器14回到d-c鏈路的循環(huán)通道，為a-c輸入線旁路掉共模電流。
圖1所示的電路實(shí)際上可能并不始終是方便的，因?yàn)樗婕霸赿-c鏈路中插入有源濾波器11和電流檢測變壓器15。
在一些應(yīng)用中，可能希望將共模濾波器11插入為PWM驅(qū)動(dòng)電路的整流器10供電的輸入a-c線。這對通常接入a-c線的標(biāo)準(zhǔn)無源共模濾波器的通常連接點(diǎn)來說是沒有問題的。如果有源共模濾波器也可以配置在a-c線路內(nèi)，它就可以直接代替標(biāo)準(zhǔn)的無源共模濾波器，而不需要修改PWM驅(qū)動(dòng)器本身。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種能以a-c濾波器形式構(gòu)成的有源共模濾波器，可以添加到換流器上而不需修改換流器電路。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種既可以在正饋結(jié)構(gòu)中使用也可以在反饋結(jié)構(gòu)中使用的有源共模濾波器。在一種傳統(tǒng)的共模濾波電路的反饋結(jié)構(gòu)中，共模噪聲在對消點(diǎn)后檢測，而抵消信號(hào)由具有高增益的放大器注入，反饋到噪聲對消點(diǎn)。相反，在正饋結(jié)構(gòu)中，共模噪聲在對消點(diǎn)前檢測，抵消信號(hào)由一個(gè)增益為1的放大器注入，正饋到噪聲對消點(diǎn)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種不需要修改所連接的系統(tǒng)的有源共模濾波電路。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種可以直接代替無源a-c線共模濾波器的有源共模濾波電路。
本發(fā)明的以上和其他目的由一種減小在一個(gè)從a-c源的a-c線驅(qū)動(dòng)負(fù)載的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的有源濾波器達(dá)到，這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)可與a-c線連接的產(chǎn)生一個(gè)整流輸出電壓加到一個(gè)d-c總線上的整流器和一個(gè)具有與d-c總線連接的具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)負(fù)載的受控a-c輸出的PWM換流器，這種有源濾波器包括一個(gè)檢測驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的電流傳感器和一個(gè)包括各個(gè)有第一和第二主電極和一個(gè)控制電極的第一和第二晶體管的電流驅(qū)動(dòng)電路，第一和第二晶體管串聯(lián)連接成為在它們之間的一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)供電，第一和第二晶體管受它們的控制電極控制，交替地接通和截止，它們的控制電極接至電流傳感器的輸出端，而晶體管之間的輸出節(jié)點(diǎn)接至一個(gè)隔離電容器，這個(gè)隔離電容器接到與負(fù)載連接的地線上，這兩個(gè)晶體管為地線內(nèi)的電流提供流向a-c源的a-c線的交流通道，從而通過為這電流提供一個(gè)循環(huán)通道減小從a-c源流出的共模電流，所述有源濾波器接在與脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路連接的a-c線上。
以上和其他目的也由一種減小在一個(gè)從a-c源的a-c線驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的有源濾波器達(dá)到，這個(gè)驅(qū)動(dòng)電路提供一個(gè)受控a-c輸出，驅(qū)動(dòng)具有與a-c源連接的地線的負(fù)載，這種有源濾波器包括一個(gè)檢測驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的電流傳感器和一個(gè)包括一個(gè)與一個(gè)隔離電容器連接的由電流傳感器控制成為地線內(nèi)的地電流提供一個(gè)循環(huán)通道的晶體管電流驅(qū)動(dòng)電路的有源濾波電路，隔離電容器接到與負(fù)載連接的地線上，這個(gè)電流驅(qū)動(dòng)電路使地線內(nèi)的電流可以流向a-c源的相應(yīng)a-c線，從而減小流入地線的地電流，有源濾波電路接在與驅(qū)動(dòng)電路連接的a-c線上。
從以下參照附圖對本發(fā)明所作的說明中可以清楚地看到本發(fā)明的其他特色和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為示出接在PWM驅(qū)動(dòng)電路的d-c鏈路內(nèi)的有源型濾波器的電路圖；圖2和3為示出在PWM驅(qū)動(dòng)電路是單相和三相輸入的情況下接在a-c線輸入端的有源型濾波器(呈正饋結(jié)構(gòu))的電路圖；圖4示出了采用反饋結(jié)構(gòu)的接在a-c線輸入端上的有源濾波器的示意圖；圖5示出了電流傳感器直接接入地線的呈反饋結(jié)構(gòu)的有源濾波器；以及圖6示出了電流傳感器直接接入地線的呈正饋結(jié)構(gòu)的有源濾波器。
在所有這些附圖中，同樣的部分用同樣的標(biāo)注號(hào)碼標(biāo)出。
具體實(shí)施例方式
圖2示出了對于單相輸入的有源濾波器直接接入a-c線的情況。二極管D和電容器CRES為有源濾波器11建立了一個(gè)近似等于線間峰值電壓的d-c電壓。電阻R用來限制對CRES的初始充電電流。二極管DZ用來調(diào)整濾波器總線18的d-c電平。
電流檢測變壓器15起著一個(gè)差動(dòng)電流傳感器的作用，檢測流入a-c線的分支L1和L2的兩個(gè)電流之差。因此，變壓器15檢測從L1OUT和L2OUT流入PWM驅(qū)動(dòng)器的a-c輸入端(也就流入地線G)的共模電流，放大器16和MOSFET Q1和Q2將這電流再現(xiàn)為流入地線耦合電容器14的電流Iio。這有效地抵消或減小了共模電流ICOM，使返回a-c線的IGND為ICOM與Iio之差。因此，IGND被有源濾波器減小到接近于零。
在Q1導(dǎo)通時(shí)，來自PWM驅(qū)動(dòng)器地線的共模電流通過電容器14、Q1的漏極和CFILT BUS回到L2OUT和通過Q1的漏極、CFILT BUS和CL1-L2回到L1OUT。在Q2導(dǎo)通時(shí)，來自PWM驅(qū)動(dòng)器地線的共模電流通過電容器14、Q2的漏極直接返回到L2OUT和通過Q2的漏極和CL1-L2返回到L1OUT。
應(yīng)指出的是，在對圖2(以及圖1和下面所說明的其他實(shí)施例)的說明中，為了簡化假設(shè)了從負(fù)載返回入地線的地電流等于流入a-c輸入線L1和L2的共模線電流，因此供電線路的地電流為零。實(shí)際上，還有另一個(gè)地電流分量，通常從負(fù)載通過電機(jī)、電纜、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等與周圍物理地線之間的寄生電容流入地線本身。
這個(gè)分量通過供電地線循環(huán)回電容器14，滿足所有的地電流之和等于共模線電流的必要條件。因此，可以理解，雖然供電地線內(nèi)可能有電流，但本發(fā)明的有源共模濾波器可有效地使共模線電流保持在所希望的幾乎為零的程度。
再來看圖2，經(jīng)PWM驅(qū)動(dòng)器的地線回到L1OUT和L2OUT建立了一個(gè)共模電流的循環(huán)通道，消除了從輸入a-c電源流入終端L1IN和L2IN的共模電流。
電容器CL1-L2有雙重用途提供對正常模(線間)引起的EMI的濾波；以及在L1IN與L2IN之間提供一個(gè)低阻通路，將流過有源濾波器的共模電流返回L1OUT。電容器CFILT BUS也用來使地電流返回線L2，而且用來平滑濾波總線18上的d-c電平。
圖3示出了圖2的有源濾波器對于三相輸入的等效配置。
共模電流檢測變壓器15有三條a-c線L1IN、L2IN和L3IN，穿過變壓器的線心，作為檢測共模電流的初級(jí)。次級(jí)的輸出以與圖2中相同的方式提供給放大器16，對這些a-c線內(nèi)電流之間的任何差別作出響應(yīng)。電路11以與對圖2所說明的同樣的方式工作。以同樣的方式在其中的兩條a-c線(在該情況下為線L2IN和L3IN)之間得到供電。濾波電容器CL1-L2、CL2-L3和CL3-L1提供正常模(線間)濾波，以及提供這些a-c線之間的低阻通路，使流過有源濾波器的共模電流返回線L1IN和L2IN。
圖4、5和6示出了本發(fā)明對于單相a-c輸入的其他一些配置的原理圖。濾波器總線的供電器件沒有詳細(xì)示出，但是與圖2和3的電路中的濾波器總線18的情況類似也配置了這些器件。同樣，與放大器16和電流驅(qū)動(dòng)電路17相應(yīng)的有源濾波電路的器件也沒有詳細(xì)示出。
圖4示出了與圖2和3的正饋配置相反的反饋配置。圖5和6示出了電流檢測變壓器15′直接設(shè)在地線GND處的配置。地線GND用作電流變壓器15′的初級(jí)。圖5示出的是反饋結(jié)構(gòu)。圖6示出的是正饋結(jié)構(gòu)。
此外，雖然在所例示的這些實(shí)施例中電流傳感器是一個(gè)電流變壓器，但是正如熟悉該技術(shù)的人員所知道的那樣也可以用其他的電流傳感器，例如電阻性的或磁阻性的電流傳感器或者任何其他電流傳感器。
其他一些變形也是可行的。例如，在所例示的這些實(shí)施例中，濾波器的d-c總線電壓是由單相半波整流電路提供的。也可以用全波整流電路，而在圖3所示的實(shí)施例中可以用三相整流電路。同樣，雖然所例示的這些實(shí)施例都用r-c電路得出濾波器總線電壓，但也可以用諸如就一個(gè)電阻和就一個(gè)電容器之類的其他電路配置來代替。
雖然本發(fā)明以具體的實(shí)施例進(jìn)行說明，但是對于熟悉該技術(shù)領(lǐng)域的人員來說許多其他變型和其他應(yīng)用都是顯而易見的。因此，本發(fā)明并不局限于在這里所揭示的這些具體情況，而本發(fā)明的專利保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求書給出。
權(quán)利要求
1.一種減小在一個(gè)從a-c源的a-c線驅(qū)動(dòng)負(fù)載的脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的有源濾波器，所述驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)可接到a-c線上的產(chǎn)生一個(gè)整流輸出電壓加到一個(gè)d-c總線上的整流器和一個(gè)具有連接到d-c總線上的輸入端和具有驅(qū)動(dòng)負(fù)載的受控a-c輸出的PWM換流器，所述有源濾波器包括一個(gè)檢測驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的電流傳感器；以及一個(gè)包括各有第一和第二主電極和一個(gè)控制電極的第一和第二晶體管的有源濾波電路，所述晶體管接成串聯(lián)，驅(qū)動(dòng)一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)，所述晶體管由它們的控制電極控制成交替地在截止?fàn)顟B(tài)和線性區(qū)內(nèi)的導(dǎo)通狀態(tài)之間切換，它們的控制電極接至電流傳感器的輸出端，所述晶體管之間的輸出節(jié)點(diǎn)接至一個(gè)隔離電容器，隔離電容器接至與負(fù)載連接的地線，這兩個(gè)晶體管為在地線內(nèi)的流向a-c源的相應(yīng)a-c線的電流提供交流通道，從而通過為地線內(nèi)的電流提供一個(gè)循環(huán)通道減小從a-c源流出的共模電流，所述有源濾波電路連接在與脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路連接的a-c線上。
2.權(quán)利要求1的有源濾波器，所述有源濾波器還包括一個(gè)接在電流傳感器與兩個(gè)晶體管的控制電極之間的放大器。
3.權(quán)利要求1的有源濾波器，所述有源濾波器還包括一個(gè)產(chǎn)生一個(gè)整流得到的d-c總線電壓加到兩個(gè)晶體管的d-c總線上的整流電路。
4.權(quán)利要求1的有源濾波器，所述有源濾波器還包括至少一個(gè)與a-c源的a-c線連接的、為地電流提供a-c線之間的循環(huán)通道的電容器。
5.權(quán)利要求3的有源濾波器，所述有源濾波器還包括至少一個(gè)為地電流提供在d-c總線與a-c線之一之間的循環(huán)通道的d-c總線電壓電容器。
6.權(quán)利要求3的有源濾波器，其中所述d-c總線電壓從至少一個(gè)各與一個(gè)濾波電容器連接的二極管得到。
7.權(quán)利要求6的有源濾波器，其中所述d-c總線包括至少一個(gè)電壓調(diào)整單元。
8.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述第一和第二晶體管各有一個(gè)第一電極，與輸出節(jié)點(diǎn)連接，各有一個(gè)第二電極，分別連接到d-c總線的正線和負(fù)線上。
9.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述電流傳感器接入有源濾波電路后的a-c線。
10.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述電流傳感器接入有源濾波電路前的a-c線。
11.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述電流傳感器接到隔離電容器和地線的連接點(diǎn)與負(fù)載之間的地線上。
12.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述電流傳感器接入與a-c源連接的接地端與隔離電容器和地線的連接點(diǎn)之間的地線。
13.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述電流傳感器包括一個(gè)電流變壓器。
14.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述a-c源包括單相a-c源。
15.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述a-c源包括多相a-c源。
16.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述負(fù)載包括電機(jī)。
17.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述有源濾波電路跨接在a-c源的a-c線上，所述電流傳感器包括一個(gè)具有一個(gè)與各a-c線串聯(lián)的初級(jí)繞組和一個(gè)與有源濾波電路連接的次級(jí)繞組。
18.權(quán)利要求1的有源濾波器，其中所述有源濾波電路跨接在a-c源的a-c線上，所述電流傳感器包括一個(gè)具有一個(gè)與地線串聯(lián)的初級(jí)繞組和一個(gè)與有源濾波電路連接的次級(jí)繞組。
19.一種減小在一個(gè)從a-c源的a-c線驅(qū)動(dòng)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的有源濾波器，所述驅(qū)動(dòng)電路提供驅(qū)動(dòng)具有與a-c源連接的地線的負(fù)載的受控a-c輸出，所述有源濾波器包括一個(gè)檢測驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的電流傳感器；以及一個(gè)包括一個(gè)晶體管電流驅(qū)動(dòng)電路的有源濾波電路，所述電流驅(qū)動(dòng)電路受電流傳感器控制，為地線內(nèi)的地電流提供一個(gè)循環(huán)通道，所述電流驅(qū)動(dòng)電路接至一個(gè)隔離電容器，而這個(gè)隔離電容器接到與負(fù)載連接的地線上，所述電流驅(qū)動(dòng)電路使地線內(nèi)的電流可以流向a-c源的相應(yīng)a-c線，從而減小流入地線地線的地電流，所述有源濾波電路接入與驅(qū)動(dòng)電路連接的a-c線。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種減小在一個(gè)脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)的共模電流的有源濾波器(11)。驅(qū)動(dòng)電路包括一個(gè)接到a－c源的a－c線(L1，L2)上的整流器(10)和一個(gè)具有通過一個(gè)電流傳感器(15)與整流器(10)連接的輸入端和連接成驅(qū)動(dòng)一個(gè)負(fù)載(13)的輸出端的PWM換流器(12)。這種有源濾波器(11)包括在整流器(10)的輸出端之間串聯(lián)的第一和第二晶體管(Q1，Q2)。第一和第二晶體管(Q1，Q2)由它們的控制極根據(jù)來自電流傳感器(15)的檢測電流控制成交替地在截止?fàn)顟B(tài)和線性區(qū)內(nèi)的導(dǎo)通狀態(tài)之間切換。一個(gè)在這兩個(gè)晶體管之間的輸出節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)隔離電容器(C)接地。
文檔編號(hào)H02M1/12GK1463483SQ02801731
公開日2003年12月24日 申請日期2002年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月17日
發(fā)明者B·佩利 申請人:國際整流器公司