CN104901521B - 噪声滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及噪声滤波器。本说明书所公开的噪声滤波器抑制在与电力转换器连接的电缆产生的共模电压。该噪声滤波器与各个电缆连接，具备：检测用电容器，其检测共模电压；运算放大器，其将通过检测用电容器检测出的共模电压输入至正输入端子；射极跟随器电路，其输入端子与运算放大器的输出端子连接，输出端子与运算放大器的负输入端子连接；以及变压器，其将射极跟随器电路的输出端子的电压以相反相位施加给各个电缆，从而对各个电缆施加补偿电压。

Description

噪声滤波器

技术领域

在本说明书中公开了一种噪声滤波器。

背景技术

在日本特开2010－57268号公报中，公开有抑制在与电力转换器连接的电缆产生的共模电压的噪声滤波器。该噪声滤波器具备：检测用电容器，其与各个电缆连接，检测共模电压；射极跟随器电路，其将通过检测用电容器检测出的共模电压输入至输入端子；以及变压器，其将射极跟随器电路的输出端子的电压以相反相位施加给各个电缆，从而对各个电缆施加补偿电压。

优选通过变压器施加的补偿电压相对于通过检测用电容器检测的共模电压，增益是1(0dB)，相位是相反相位(180度)。在以往技术的噪声滤波器中，在高频带中，使增益几乎为1，使相位几乎为相反相位，能够适当地抑制共模电压。然而，一般的射极跟随器电路虽然在高频带中具有稳定的增益特性以及相位特性，但是在低频带中增益特性和相位特性都较大地变动。因此，在以往技术的噪声滤波器中，在低频带中，适当地抑制共模电压很困难。

发明内容

在本说明书中，提供解决上述的课题的技术。在本说明书中，提供在抑制在与电力转换器连接的电缆产生的共模电压的噪声滤波器中，能够在低频带中适当地抑制共模电压的技术。

本说明书所公开的噪声滤波器抑制在与电力转换器连接的电缆产生的共模电压。该噪声滤波器具备：检测用电容器，其与各个电缆连接，检测共模电压；运算放大器，其将通过检测用电容器检测到的共模电压输入至正输入端子；射极跟随器电路，其输入端子与运算放大器的输出端子连接，输出端子与运算放大器的负输入端子连接；以及变压器，其将射极跟随器电路的输出端子的电压以相反相位施加给各个电缆，从而对各个电缆施加补偿电压。

上述的噪声滤波器构成为将通过检测用电容器检测到的共模电压经由运算放大器输入至射极跟随器电路，将射极跟随器电路的输出负反馈到运算放大器。通过这样的结构，能够补偿射极跟随器电路的低频带中的增益特性以及相位特性的变动。能够从高频带到低频带，适当地抑制在电缆产生的共模电压。

上述的噪声滤波器能够构成为在将射极跟随器电路的输出电压相对于输入至运算放大器的共模电压的增益设为α时，变压器的卷线比被调整为α：1。

在使射极跟随器电路的输出负反馈到运算放大器的情况下，射极跟随器电路的输出电压相对于向运算放大器输入的共模电压的增益变得比1大。然而，如上述那样，通过根据上述的增益来调整变压器的卷线比，从而能够使通过变压器施加的补偿电压相对于通过检测用电容器检测的共模电压的的增益几乎为1(0dB)。能够更加适当地抑制共模电压。

上述的噪声滤波器能够构成为还具备：第一电阻器，其连接射极跟随器电路的输出端子和运算放大器的负输入端子之间；以及第二电阻器，其连接运算放大器的负输入端子和对运算放大器供给电力的电源的中性点之间。

根据上述的噪声滤波器，通过调整第一电阻器的电阻值与第二电阻器的电阻值的比率，来调整射极跟随器电路的输出电压相对于向运算放大器输入的共模电压的增益，能够适当地提高射极跟随器电路的低频带中的增益特性以及相位特性。此外，在对运算放大器供给电力的电源的中性点与接地电位相等的情况下，第二电阻器也可以连接运算放大器的负输入端子和接地电位之间。

上述的噪声滤波器能够构成为还具备设置于电缆的共模扼流线圈。

在上述的噪声滤波器中，在与未设置共模扼流线圈的情况相比，能够减小应该通过变压器施加的补偿电压的大小，能够使变压器小型化。另外，在上述的噪声滤波器中，在与未设置共模扼流线圈的情况相比，通过检测用电容器检测的共模电压的大小变小，所以能够降低应该对运算放大器以及射极跟随器电路供给的电源电压。

上述的噪声滤波器能够构成为还具备Y电容器，该Y电容器连接各个电缆与接地电位之间。

在上述的噪声滤波器中，与未设置有Y电容器的情况相比，能够减小应该通过变压器施加的补偿电压的大小，能够使变压器小型化。另外，在上述的噪声滤波器中，与未设置有Y电容器的情况相比，通过检测用电容器检测的共模电压的大小变小，所以能够降低应该向运算放大器以及射极跟随器电路供给的电源电压。

上述的噪声滤波器能够构成为Y电容器经由阻尼电阻与接地电位连接。

根据上述的噪声滤波器，能够更加有效地进行通过Y电容器的共模电压的抑制。

附图说明

图1是示意性地表示实施例的噪声滤波器2的电路结构的图。

图2是示意性地表示应用现有技术的噪声滤波器52的电路结构的图。

图3是表示图1的噪声滤波器2的增益特性以及相位特性的图。

图4是表示图2的噪声滤波器52的增益特性以及相位特性的图。

具体实施方式

(实施例)

图1表示本申请发明的一实施方式的噪声滤波器2的电路结构。本实施例的噪声滤波器2抑制由于与工业系统的交流电源4连接的电力转换器6的动作，在工业系统侧产生的共模噪声。在本实施例中，电力转换器6是内置IGBT等开关元件的电压型PWM逆变器，将从交流电源4供给的交流电力转换为直流电力并供给至电池8。

交流电源4与LISN(Line Impedance Stabilization Network)10连接，LISN10和电力转换器6之间经由电缆12连接。电缆12具备正极电缆12a和负极电缆12b。

正极电缆12a与检测用电容器14a的一端连接。负极电缆12b与检测用电容器14b的一端连接。检测用电容器14a的另一端与检测用电容器14b的另一端相互连接，其连接位置与运算放大器16的正输入端子连接。

向运算放大器16从均为直流电源的第一电源18以及第二电源20供给电力。运算放大器16的正电源端子与第一电源18的正极连接。运算放大器16的负电源端子与第二电源20的负极连接。第一电源18的负极与第二电源20的正极连接。也将连接第一电源18的负极和第二电源20的正极的位置称为向运算放大器16供给电力的电源的中性点。

运算放大器16的输出端子与射极跟随器电路22的输入端子连接。射极跟随器电路22是具备互补的NPN晶体管22a和PNP晶体管22b的推挽型的射极跟随器电路。从第一电源18以及第二电源20向射极跟随器电路22供给电力。

射极跟随器电路22的输出端子经由以串联的方式连接的电阻器24a、24b与第一电源18的负极和第二电源20的正极的连接位置连接。电阻器24a和电阻器24b的连接位置与运算放大器16的负输入端子连接。即，本实施例的噪声滤波器2构成为将射极跟随器电路22的输出负反馈到运算放大器16。

比电缆12的检测用电容器14a、14b的连接位置靠交流电源4侧，设置有施加补偿电压的变压器26。变压器26具备卷绕在单一的铁芯的一次侧线圈28、和二次侧线圈30a、30b。一次侧线圈28与二次侧线圈30a、30b向相反方向卷绕，对二次侧线圈30a、30b施加与对一次侧线圈28施加的电压相反相位的电压。一次侧线圈28的一端与射极跟随器电路22的输出端子连接，一次侧线圈28的另一端与第一电源18的负极和第二电源20的正极的连接位置连接。二次侧线圈30a设置于正极电缆12a。二次侧线圈30b设置于负极电缆12b。

在比电缆12的检测用电容器14a、14b的连接位置靠电力转换器6侧，设置有共模扼流线圈32。共模扼流线圈32具备卷绕于与单一的铁芯相反方向的正极线圈32a和负极线圈32b。正极线圈32a设置于正极电缆12a。负极线圈32b设置于负极电缆12b。共模扼流线圈32在正极线圈32a和负极线圈32b产生了共模电压时，抑制该共模电压。

在电缆12的检测用电容器14a、14b的连接位置与共模扼流线圈32之间设置有滤波电路34。滤波电路34具备：阻尼电阻器36，其一端与接地电位连接；Y电容器38a，其连接在正极电缆12a和阻尼电阻器36的另一端之间；Y电容器38b，其连接在负极电缆12b与阻尼电阻器36的另一端之间；以及X电容器40，其连接在正极电缆12a与负极电缆12b之间。在Y电容器38a、38b和阻尼电阻器36在正极电缆12a和负极电缆12b产生了共模电压时，抑制该共模电压。X电容器40在正极电缆12a和负极电缆12b之间产生了差模电压时，抑制该差模电压。

对噪声滤波器2的动作进行说明。由于电力转换器6的开关动作而在电缆12产生的共模电压通过共模扼流线圈32而被抑制，进一步通过滤波电路34而被抑制。被共模扼流线圈32以及滤波电路34抑制的共模电压通过检测用电容器14a、14b检测，并经由运算放大器16、射极跟随器电路22被施加给变压器26的一次侧线圈28。其结果为，分别对变压器26的二次侧线圈30a、30b施加补偿电压，抵消电缆12的共模电压。此外，在本实施例的噪声滤波器2中，若将电阻器24a的电阻值设为R1，将电阻器24b的电阻值设为R2，则从运算放大器16的正输入端子向射极跟随器电路22的输出端子的增益α为α＝1+R1/R2，比1大。因此，将变压器26中的一次侧线圈28和二次侧线圈30a、30b的卷线比设为α：1，从而能够以与通过检测用电容器14a、14b检测的共模电压相同的大小施加相反相位的补偿电压。

在图2中，作为比较例，表示应用了现有技术的噪声滤波器52。在图2的噪声滤波器52中，与图1的噪声滤波器2不同，在电缆12未设置共模扼流线圈32以及滤波电路34。另外，在图2的噪声滤波器52中，与图1的噪声滤波器2不同，未设置对射极跟随器电路22的输出进行负反馈的运算放大器16，将通过检测用电容器14a、14b检测的共模电压直接输入至射极跟随器电路22的输入端子。

图3示有图1所示的噪声滤波器2的增益特性以及相位特性。图4示有图2所示的噪声滤波器52的增益特性以及相位特性。图3以及图4示出将通过检测用电容器14a、14b检测的共模电压作为输入，将在变压器26对二次侧线圈30a、30b施加的补偿电压作为输出的情况下的增益以及相位。如图4所示，图2所示的现有技术的噪声滤波器52在高频带中，增益几乎为1(0dB)，相位几乎为相反相位(180度)，能够适当地抑制共模电压。然而，在低频带，增益从1较大地偏离地变动，相位也从相反相位较大地偏离地变动，不能够适当地抑制共模电压。这是由射极跟随器电路22的频率特性引起的。根据在射极跟随器电路22中使用的晶体管的基极/发射极间的容量特性，在电力转换器6的开关动作的频带(即共模电压的频带)中，不能够适当地抑制共模电压。

与此相对，如图3所示，在图1所示的本实施例的噪声滤波器2中，从高频带到低频带，增益几乎稳定在1(0dB)，相位也几乎稳定在相反相位(180度)。这是因为使射极跟随器电路22的输出负反馈到运算放大器16，从而补偿射极跟随器电路22在低频带中的增益特性以及相位特性的变动。根据图1所示的本实施例的噪声滤波器2，能够从高频带到低频带适当地抑制共模电压。

本实施例的噪声滤波器2具备连接正极电缆12a和接地电位之间的Y电容器38a、和连接负极电缆12b和接地电位之间的Y电容器38b。由此，能够抑制在正极电缆12a和负极电缆12b产生的共模电压。另外，本实施例的噪声滤波器2的Y电容器38a、38b经由阻尼电阻器36与接地电位连接。由此，能够更加有效地抑制在正极电缆12a和负极电缆12b产生的共模电压。

本实施例的噪声滤波器2具备共模扼流线圈32。由此，能够抑制在正极电缆12a和负极电缆12b产生的共模电压。

在本实施例的噪声滤波器2中，通过共模扼流线圈32、滤波电路34抑制共模电压。因此，与未设置共模扼流线圈32、滤波电路34的情况相比，能够减小应该通过变压器26施加的补偿电压的大小，能够使变压器26小型化。另外，与未设置共模扼流线圈32、滤波电路34的情况相比，通过检测用电容器14a、14b检测的共模电压的大小变小，所以能够降低应该对运算放大器16以及射极跟随器电路22供给的电源电压，能够使第一电源18以及第二电源20小型化。

以上，对本发明的具体例进行了详细说明，但这些只不过是例示，并不限于权利要求书。在权利要求书所记载的技术中，包含对以上例示的具体例进行各种变形、变更后的方式。

另外，本说明书或者附图所说明的技术要素单独或者通过各种组合发挥技术的有用性，并不限定于申请时技术方案记载的组合。另外，本说明书或者附图所例示的技术能够同时实现多个目的，实现其中一个目的本身具有技术的有用性。

Claims (6)

1.一种噪声滤波器，是抑制在与电力转换器连接的电缆产生的共模电压的噪声滤波器，其特征在于，具备：

检测用电容器，其与各个电缆连接，检测共模电压；

运算放大器，其将通过检测用电容器检测出的共模电压输入至正输入端子；

射极跟随器电路，其输入端子与运算放大器的输出端子连接，输出端子与运算放大器的负输入端子连接；以及

变压器，其通过将射极跟随器电路的输出端子的电压以相反相位施加给各个电缆，从而对各个电缆施加补偿电压。

2.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，

在将射极跟随器电路的输出电压相对于输入至运算放大器的共模电压的增益设为α时，变压器的卷线比被调整为α：1。

3.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，还具备：

第一电阻器，其连接射极跟随器电路的输出端子和运算放大器的负输入端子之间；以及

第二电阻器，其连接运算放大器的负输入端子和对运算放大器供给电力的电源的中性点之间。

4.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，还具备：

共模扼流线圈，其设置于电缆。

5.根据权利要求1所述的噪声滤波器，其特征在于，还具备：

Y电容器，其连接各个电缆与接地电位之间。

6.根据权利要求5所述的噪声滤波器，其特征在于，

Y电容器经由阻尼电阻与接地电位连接。