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KR100403541B1 - 전도성 전자파장애 제거를 위한 능동형 공통모드 이엠아이 필터 - Google Patents

전도성 전자파장애 제거를 위한 능동형 공통모드 이엠아이 필터 Download PDF

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KR100403541B1
KR100403541B1 KR10-2001-0038378A KR20010038378A KR100403541B1 KR 100403541 B1 KR100403541 B1 KR 100403541B1 KR 20010038378 A KR20010038378 A KR 20010038378A KR 100403541 B1 KR100403541 B1 KR 100403541B1
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power supply
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설승기
손요찬
용성일
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설승기
손요찬
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Abstract

본 발명은, 전도성 전자파장애 제거를 위한 능동형 공통모드 이엠아이 필터에 관한 것으로서, 증폭기의 전원으로서 시스템 동작 전압과는 무관한 별도의 전원을 사용하되, 저주파에서의 절연과 고주파에서의 폐회로 구성을 위하여 작동하는 커플링캐패시터에 의하여 누설전류를 내부에서 순환시키므로, 저전압의 증폭기 소자를 사용할 수 있다. 그 결과, 필터 회로보다 빠른 소자를 사용하는 것이 가능하고, 어떠한 직류단 전압의 크기와 관계없이 적용이 가능하다. 본 발명에서는, 전류 검출 전류 보상 방식을 사용하면서도, 종래기술에 의한 능동형 이엠아이 필터에서, 증폭기의 pnp, npn 트랜지스터가 모두 전체 직류 전압을 감당하여야 하는 것으로부터 발생하는 문제점인 내전압이 큰 트랜지스터를 사용하여야 하는 문제점을 해결할 수 있다.

Description

전도성 전자파장애 제거를 위한 능동형 공통모드 이엠아이 필터 {Active Common Mode EMI Filter for Eliminating Conducted Electromagnetic Interference}
본 발명은 전도성 전자파장애를 제거하기 위한 능동형 공통모드 이엠아이 필터에 관한 것으로서, 특히 증폭기의 전원으로서 시스템 동작 전압과는 무관한 별도의 전원을 사용하되, 저주파에서의 절연과 고주파에서의 폐회로 구성을 위하여 작동하는 커플링캐패시터에 의하여 누설전류를 내부에서 순환시키므로, 저전압의 증폭기 소자를 사용할 수 있는 전류 검출, 전류 보상형 능동형 공통모드 이엠아이 필터를 제공한다.
전자기기에서 발생되는 고주파 전류는 같은 전원에 접속되는 다른 기기에 전기적인 외란으로서 영향을 줄 뿐만 아니라, 누설전류의 경우 그 전류가 대지를 통하여 전원으로 환원되므로 동작 전류에 대하여 안테나로서 작용하여 외부 기기에 전자기적 간섭 현상인 전자파장애(Electromagnetic Interference, 일명 이엠아이)를 발생시킨다.
먼저, 전자기기에서 발생하는 누설전류를 예를 들어서 설명하고, 이를 제거하기 위한 종래 기술을 설명한다.
도1은 단상 교류 입력에 연결된 PWM(Pulse Width Modulation:펄스폭 변조)인버터 시스템에서의 누설전류를 설명하기 위한 도면이다. 도1은 단상 교류 시스템에 연결된 PWM 인버터의 일반적인 형태이다. 도1에서 전원 고조파에 대한 규제를 만족시키기 위하여 일반적으로 역률보상기(Power Factor Corrector: PFC)가 단상 다이오드 정류기와 함께 사용된다. PWM 인버터의 부하 기기로서 교류전동기가 사용된다. 전동기 구동 시스템에서 PWM 인버터는 통산 1~20 kHz의 스위칭 주파수로 운전되며 전력소자로서 FET 또는 IGBT가 사용된다. FET 또는 IGBT가 빠르게 스위칭하는 경우 시스템의 기생 성분(Parasitic Components)과 결합되어 원하지 않는 고주파 전압 전류가 발생하게 된다. 구체적으로는 FET 또는 IGBT의 스위칭에 의하여 높은 전압 펄스 파형이 a지점, b지점, 및 c지점에 존재하게 되는데, 도1에서 교류 기기는 접지 g에 직접 연결되어 있지는 않지만 시스템과 접지사이의 기생 캐패시턴스 (Clg,Csg)때문에, 높은 펄스 형태의 전압이 가해지는 경우 대지를 통하여 전원으로 환원되는 누설전류가 발생하게 된다. 도1에서 전동기 중성점 s와 DC 전원의 중성점 n 사이의 전압은 도2에서 vsn와 같이 측정되며, 그에 따른 누설전류 isn이 도2와 같이 측정된다.
이러한 누설전류를 억제하기 위한 종래 기술로서, 시스템의 전원 입력 혹은 출력에 도3과 같은 수동형 공통모드 필터를 사용하였다. 도3에 표시된 공통모드 초크(choke)는 누설전류의 경로의 임피던스를 증가시키고 Cy는 시스템에서 발생된 누설전류가 시스템 내부에서 쉽게 순환할 수 있도록 고주파의 누설전류에 대하여 낮은 임피던스를 가지는 경로를 제공한다. 그러나, 도3에 도시된 수동형 필터만으로 누설전류를 억제할 경우 감쇄율을 크게 하기 위하여 필터의 LC값을 증가시켜야 하는데, 특정 분야에서는 안전 문제로 인하여 사용되는 Cy의 값에 제한이 있다. 이 경우 필터의 감쇄율을 증가시키기 위하여 공통모드 초크의 인덕턴스값을 증가시켜야 하므로 전체 시스템의 부피 및 가격 상승의 직접적인 원인이 되어왔다.
이러한 수동형 필터의 문제점을 해결하기 위하여, 능동형 공통모드 이엠아이 필터에 대한 연구가 진행되어왔다.
도4는 종래 기술에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터들의 개념도이다. 능동형 공통모드 이엠아이 필터는 스위칭 전원에 의해 발생되는 전류 혹은 전압의 리플을 능동적으로 억제하기 위한 것으로 스위칭 전류 혹은 전압을 검출하여 여기에 -A에 해당하는 이득을 곱하여 전류 혹은 전압을 보상하여 전원 쪽에서는 결과적으로 스위칭 리플을 억제되도록 하는 것이다. 원래 정상모드 노이즈에 대하여 고안된 것이나, 공통모드 노이즈의 경우에도 유사하게 적용할 수 있다.
도5는 PWM 인버터 시스템에 대하여 고안된 종래의 능동형 공통모드 이엠아이 필터들을 도시한 것이다. 도5a 및 도5b는 전압 검출, 전압 보상의 능동형 공통모드 이엠아이 필터이며, 도5c는 전류 검출, 전류 보상의 능등형 공통모드 이엠아이 필터이다.
도5a 및 도5b는 PWM 인버터에 의해 생성된 공통모드 전압을 측정하여 푸시풀 앰프를 이용하여 반대의 전압을 인가하여 공통모드 전압이 "0"으로 되도록 조작하는 회로이다. 그런데, 전류 전원의 전압이 높아지면, 내전압이 큰 pnp 트랜지스터를 구하기 어렵기 때문에 도5a와 같은 회로 구현이 어려워진다. 따라서 도5b에서는 별도의 직류 전원(50V)을 사용하여 이 문제를 해결한 것이다.
도5c는 전류 검출, 전류 보상 방식으로서, 입력되는 누설전류인 공통모드 전류를 검출하여 반대 방향의 전류를 출력하여 누설전류를 상쇄시키는 회로이다. 도5c는 도5a와 마찬가지로 내전압이 큰 pnp 트랜지스터를 사용하여야 하는 문제점이 있다. 한편, 일반적으로 같은 전류 용량을 가지는 트랜지스터에 있어서 내압이 높아질수록 대역폭이 제한되므로 누설전류의 용량이 클 경우 누설전류가 상쇄되는 주파수 대역폭이 줄어드는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 저전압 소자를 사용할 수 있는, 누설전류를 억제하기 위한 능동형 이엠아이 필터로서, 시스템의 동작 전압과 무관하게 저전압 소자를 사용가능한 능동형 공통모드 이엠아이 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 시스템의 동작 전압과 무관한 능동형 공통모드 이엠아이 필터이면서도 전류 보상형 공통모드 이엠아이 필터를 제공하는 것이다.
도1은 단상 교류 입력에 연결된 PWM 인버터 시스템에서의 누설전류를 설명하기 위한 도면,
도2는, 도1에서 전동기 중성점 s와 전원 접지 사이의 전압 vsg와 그에 따른 누설전류 isg파형도,
도3은 종래 기술에 의한 수동형 공통모드 필터의 개념도,
도4는 종래 기술에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터들의 개념도,
도5는 PWM 인버터 시스템에 대하여 고안된 종래의 능동형 공통모드 이엠아이 필터들로서, 도5a 및 도5b는 전압 검출, 전압 보상형, 도5c는 전류 검출, 전류 보상형임,
도6은 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터의 개념도,
도7은 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구현예로서 단상 교류기기 또는 직류기기의 필터의 예,
도8은 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구현예로서 단상 교류기기 또는 직류기기의 필터의 다른 예,
도9는 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구현예로서 3상 교류 기기용 필터의 예,
도10은 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구현예로서 3상 교류 기기용 필터의 다른 예,
도11은, 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터를 적용한 실험예에 사용된 PWM 인버터 시스템,
도12는 본 실험에서 사용된 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터,
도13는 본 실험에서 전도성 공통모드 이엠아이를 분리 측정하기 위하여 사용된 DMRN(Differential Mode Rejection Network) 회로,
도14는 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터가 없는 경우, 전도성 이엠아이 스펙트럼 및 누설전류 파형,
도15는 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터에서, 증폭기 회로를 제외하고 공통모드 인덕턴스 LCM만이 추가된 경우, 전도성 이엠아이 스펙트럼 및 누설전류 파형,도16는 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터 전체를 적용한 경우, 전도성 이엠아이 스펙트럼 및 누설전류 파형.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터는, 주전원과 전기기기 사이에 개재되고, 각 권선에 다른 방향의 전류(정상모드 전류, normal-mode current 또는 differential-mode current)가 흐르는 경우, 자속을 상쇄하고, 같은 방향의 전류(공통모드 전류, common-mode current)가 흐르는 경우 인덕터로서 작용하는 공통모드 인덕터; 상기 공통모드 인덕터의 반대방향으로 설치된 부가 권선; 상기 부가 권선에 입력단이 연결된 증폭기; 상기 증폭단의 전원으로서 상기 주전원과 별개의 증폭기 직류 전원; 상기 증폭기의 출력과 접지 사이에 설치되는 출력단 캐패시터; 및 상기 전기기기의 입력단, 또는 상기 전기기기 내부의 입력단 정류기 또는 컨버터 이후의 직류 전원단과, 상기 증폭기 직류 전원 사이에 개재되는 커플링캐패시터를 포함하는 것임을 특징으로 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터를 상세하게 설명한다.
도6은 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터의 개념도이다.
도6에서 LCM은 전원(vs)의 형태에 따라 마그네틱 코아에 2선(단상 교류 혹은 직류), 3선(3상 교류) 또는 다중의 입력 권선을 같은 방향으로 설치하여 각 권선에 다른 방향의 전류(정상모드 전류)가 흐르는 경우 서로 자속을 상쇄하며, 같은 방향의 전류(공통모드 전류)가 흐르는 경우 일반적인 인덕터로 작용하는 커먼코드 인덕터이다. 여기에 부가의 권선(60)을 반대방향으로 설치하여 증폭기(61)의 입력으로 한다. 증폭기의 출력은 출력단캐패시터(Cc)를 통하여, 대지로 접지되어 있다. 증폭기의 전원은 별도의 직류 전원(Vc)이 사용된다. 증폭기 전원(Vc)과 주회로 사이에 설치되는 커플링캐패시터(C0)는 낮은 주파수 신호에 대하여는 회로가 단절되어 주전원(vs)을 분리하고 높은 주파수 신호에서는 회로가 연결되도록 한다.
더욱 상세하게 설명하면, LCM은 공통모드 전류가 흐르는 경우에만 인덕터로 작용하여 공통모드 전류에 비례하는 자속이 마그네틱 코아에 형성된다. 이 자속은 반대 방향으로 설치된 부가의 권선에 기전력을 유기시키고, 유기된 기전력은 트랜스-컨덕턴스 증폭기를 구동시킨다. 증폭기의 출력은 공통모드 전류에 따른 보상전류를 출력단캐패시터(Cc)를 통하여 공급하게 된다.본 명세서에서 사용되는 용어 "높은 주파수" 또는 "고주파수"는 일반적으로 9kHz 이상으로서 전도성 전자파 장애의 규제 대상이 되는 주파수 영역을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "낮은 주파수" 또는 "저주파수"는 일반적으로 9kHz 미만의 주파수 영역을 의미하며, 예를 들어, 직류 또는 50 내지 60Hz의 전원 주파수를 의미한다.
한편, 커플링캐패시터(C0)는 높은 주파수에서 시스템과 필터의 전원단 사이를 단락시켜서 높은 주파수에서 누설전류의 폐회로를 구성하게 된다. 또한 인덕터(LCM)는 높은 주파수에서 전원으로부터의 임피던스를 증가시켜서 결국 시스템에 의해 발생된 높은 주파수의 공통모드 전류는 커플링캐패시터(C0), 증폭기, 출력단캐패시터(Cc)를 통하여 시스템 내부에서만 순환하게 되고 전원(vs)으로부터 유입되는 누설전류의 양은 감소하게 된다.
도7 내지 도10은 위에서 설명한 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구체적인 구현예를 도시한 것이다.
도7은 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구현예로서 단상 교류기기 또는 직류기기의 필터의 예이다. 즉, 도7은 단상 교류 또는 직류 기기의 입력단에 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터를 장착한 예이다. 인덕터 LCM이 전원 입력과 기기 사이에 설치되고, 커플링캐패시터(C0)가 기기 입력단에 연결되어 있고 기기는 대지에 접지되어 있다. 본 발명에 의한 필터는 인덕터 LCM을 통하여 흐르는 공통모드 누설전류를 검출하여 증폭기로 하여금 커플링캐패시터(C0), 출력단캐패시터(Cc)를 통하여 반대 방향의 보상 전류를 발생시켜서 기기의 접지와 고안된 회로 사이로만 누설전류가 순환하도록 하고 전원으로부터의 누설전류의 유입을 억제한다. 커플링캐패시터(C0)는 기기 입력의 전원단 전원과 증폭기의 전원 전압 사이에, 낮은 주파수에서는 높은 임피던스를 제공하여 증폭기 전원을 입력 전원과 분리하고 높은 주파수에서는 낮은 임피던스를 제공하여 누설전류의 폐회로를 구성하도록 한다.
도8은 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구현예로서 단상 교류기기 또는 직류기기의 필터의 다른 예이다. 즉, 도8 역시 도7과 마찬가지로, 단상 교류 또는 직류 기기의 입력단에 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터를 장착한 예이다. 도8에서는 커플링캐패시터(C0)를 기기 내부의 입력단 정류기(혹은 컨버터) 이후의 직류 전원단에 연결한 예이다. 인덕터 LCM이 교류 또는 직류의 전원 입력과 기기 내부의 입력단 정류기(혹은 컨버터) 사이에 설치되어 있고, 기기는 Vdc로 표현되는 직류 전원단에 또 다른 AD/DC 혹은 DC/DC의 기기가 접속되어 있고 이것은 대지에 접지되어 있다. 도8에 도시된 회로는 인덕터 LCM을 통해 흐르는 공통모드 누설전류를 검출하여 증폭기로 하여금 커플링캐패시터(C0), 출력단캐패시터(Cc)를 통하여 반대 방향의 보상 전류를 발생시켜서 기기의 접지와 본 발명에 의한 필터 회로 사이로만 누설전류가 순환하도록 하고 전원으로부터의 누설전류의 유입을 억제한다. 이때, 커플링캐패시터(C0)는 기기 입력의 전원단 전압과 증폭기의 전원 전압 사이에, 낮은 주파수에서는 높은 임피던스를 제공하여 증폭기 전원을 입력 전원과 분리하고 높은 주파수에서는 낮은 임피던스를 제공하여 누설전류의 폐회로를 구성한다.
도9는 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구현예로서 3상 교류 기기용 필터의 예이다. 즉, 도9는 3상 교류기기의 입력단에 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터를 장착한 예이다. 도9에 도시된 구현예에서는 3상 전원과 증폭기 전원 사이를 고주파에서 단락시키기 위하여 3상의 각 상에 연결된 커플링캐패시터(C0)를 통하여 증폭기 전원으로 연결한다. 인덕터 LCM이 기기의 전원 입력과 기기 내부의 입력단 정류기(혹은 컨버터) 사이에 설치되고, 기기는 대지에 접지되어 있다. 인덕터 LCM을 통하여 흐르는 공통모드 누설전류를 검출하여 증폭기로 하여금 커플링캐패시터(C0) 및 출력단캐패시터(Cc)를 통하여 반대 방향의 보상 전류를 발생시켜서 기기의 접지와 본 발명에 의한 필터 회로 사이로만 누설전류가 순환하도록 하고 전원으로부터의 누설전류의 유입을 억제한다. 이때에, 커플링캐패시터(C0)는 기기 입력단 전원단 전압과 증폭기의 전원 전압 사이에, 낮은 주파수에서는 높은 임피던스를 제공하여 증폭기 전원을 입력 전원과 분리하고, 높은 주파수에서는 낮은 임피던스를 제공하여 누설전류의 폐회로를 구성한다.
도10은 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터의 구현예로서 3상 교류 기기용 필터의 다른 예이다. 도10 역시 도9와 마찬가지로, 3상 교류기기의 입력단에 본 발명에 의한 능동형 이엠아이 필터를 장착한 예이다. 도10에서는 커플링캐패시터(C0)를 기기 내부의 3상 정류기(혹은 컨버터) 이후의 직류 전원단에 연결한 예이다. 인덕터 LCM이 전원 입력과 기기 내부의 입력단 정류기(혹은 컨버터) 사이에 설치되고, 기기는 Vdc로 표현되는 직류 전원단에 또 다른 AC/DC 혹은 DC/DC의 기기가 접속되어 있고 기기는 대지에 접지되어 있다. 인덕터 LCM을 통하여 흐르는 공통모드 누설전류를 검출하여 증폭기로 하여금 커플링캐패시터(C0), 출력단캐패시터(Cc)를 통하여 반대 방향의 보상 전류를 발생시켜서 기기의 접지와 본 발명에 의한 필터 회로 사이로만 누설전류가 순환되도록 하고 전원으로부터의 누설전류 유입을 억제한다. 이때, 커플링캐패시터(C0)는 기기 입력의 전원단과 증폭기의 전원 전압 사이에, 낮은 주파수에서는 높은 임피던스를 제공하여 증폭기 전원을 입력 전원과 분리하고, 높은 주파수에서는 낮은 임피던스를 제공하여 누설전류의 폐회로를 구성한다.
이하에서는 구체적인 시스템에 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터를 적용한 실험예를 설명한다.
도11은 본 실험에서 사용된 PWM 인버터 시스템으로서, 에어컨용 컴프레서 구동 유닛이며 이엠아이 분석을 위하여 필터 스테이지가 수정되었다. 도12는 본 실험에서 사용된 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터이다.
실험 대상 시스템의 정수 및 운전 조건은 다음의 표1과 같다.
항 목 정수 및 운전조건
주전원 단상 220V, 1.5kW
PWM 인버터 60Hz 고정 출력 주파수,2.5kHz 스위칭 주파수를 가진 비연속 PWM
스위칭 디바이스 미쯔비시 DIP-IPM PS21205
로드 머신 3상 3.7kW 유도전동기
PFC 하모닉 리덕션을 위한라인 주파수 스위칭
공통모드 초크 LCM: 2mH, N=13, 페라이트 토로이드,7.5μH의 누설 인덕턴스LCM2: 6mH, N=27, 페라이트 토로이드,35μH의 누설 인덕턴스
Y-캐패시터, 출력단캐패시터 커플링캐패시터 고전압 캐패시터 (2kV)Cy: 2.2 nFCc, C0: 10 nF
X-캐패시터 폴리프로필렌 캐패시터Cx1, Cx2, Cx4: 470nFCx3: 680 nFCs: 100 nF
푸시-풀 증폭기 NEC 2SC3840(pnp), 2SA1486(npn)
도12에 도시된 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터에서는, 전원 전류 리플을 감지하는 리플 전류를 제거하는 기법에 기반하고 있으며, 필터 회로에서 생기는 상 지연을 최소화하기 위하여 단일 스테이지 푸시풀 증폭기를 사용하였고, 증폭기의 전원으로서 12V의 직류 전압을 사용하였다.
전원측 공통모드 전류는 도12에 도시된 공통모드 초크에 고주파의 리플 자속을 만들고, 이것은 부가 권선에 고주파 전압을 만들게 된다. 고주파 전압은 저항과 증폭기의 입력 임피던스에 의해 전류로 변환되다. 증폭기는 측정된 신호에 따라 고주파 전류에 대하여 인버터와 전동기 사이에 낮은 임피던스 경로를 제공하게 된다. 고주파 전류의 경로를 형성하기 위하여 직류단 전압과 제어 전원 사이에 두 개의 커플링캐패시터(C0)가 사용되었다. 이 캐피시터들은 낮은 주파수에서 경로를 차단하기 위하여 작은 값을 사용하여야 한다. 이와 같이 낮은 주파수에서는 커플링캐피시터에 의하여 경로가 차단되므로 낮은 주파수의 공통모드 전류를 본 발명에 의한 필터에서 차단되지 않는다. 한편, 출력단캐패시터(Cc) 또는 낮은 주파수의 신호는 차단하면서 높은 주파수에서 접지와 필터 출력을 연결한다.
이제 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터에 의한 전도성 이엠아이의 감쇄 효과를 설명한다.
전도성 이엠아이의 측정에서, 도11에서 50Ω중 하나는 더미 저항으로, 다른 하나는 스펙트럼 분석기의 입력 임피던스로 사용된다. 전체 전도성 이엠아이는 정상모드 이엠아이와 공통모드 이엠아이의 합이므로 도13과 같은 DMRN(Differential Mode Rejection Network)를 사용하여 전도성 공통모드 이엠아이를 분리하여 측정하였다.
도14는 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터가 없는 경우, 전도성 이엠아이 스펙트럼으로서, 도14a는 전체(정상모드와 공통모드를 포함) 전도성 이엠아이 스펙트럼이고, 도14b는 공통모드 이엠아이 스펙트럼이고 도14c는 전동기 누설전류의 파형이다. 전체 이엠아이가 공통모드 이엠아이에 비하여 약간 큰 것을 알 수 있지만, 그 차이가 작기 때문에 정상모드와 공통모드 이엠아이 중 어떤 것이 지배적이라고 말할 수 없다.
도15는 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터에서, 증폭기 회로를 제외하고 공통모드 인덕턴스 LCM만이 추가된 경우, 전도성 이엠아이 스펙트럼으로서, 도15a는 전체(정상모드와 공통모드를 포함) 전도성 이엠아이 스펙트럼이고, 도15b는 공통모드 이엠아이 스펙트럼이고 도15c는 전동기 누설전류의 파형이다. 도14와 비교하여 볼 때에, 공통모드 인덕터의 누설 인덕턴스에 의하여 전체 이엠아이고 약간 감소하였으나, 그 감쇄율은 공통모드의 경우와 같지 않다. 공통모드의 경우, 전류 경로상의 임피던스가 크게 증가하였기 때문에, 도15c에서 보듯이 누설전류의 피크값이 감소하였으며, 그 주파수 또한 약간 완만하게 되었다. 전체 이엠아이와 공통모드 이엠아이의 차이가 10dBμV이하이므로 정상모드 이엠아이 감쇄 기법의 적용을 분리해서 생각하기에는 아직 충분하지 않다.
도16은 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터가 설치되는 경우, 전도성 이엠아이 스펙트럼으로서, 도16a는 전체(정상모드와 공통모드를 포함) 전도성 이엠아이 스펙트럼이고, 도16b는 공통모드 이엠아이 스펙트럼이고 도16c는 전동기 누설전류의 파형이다. 도15에 비하여 공통모드 이엠아이가 적어도 10dBμV 이상 감쇄되었다. 전원으로 환원되는 누설전류(도16c)에서 대부분의 고주파 전류는 본 발명에 의한 필터에 의하여 사라지게 되고, 저주파 신호만이 남게 된다. 도16a와 도16b를 비교하면, 이 경우에는 공통모드 이엠아이(도16b)가 전체 이엠아이(도16a)에 비하여 명백하게 작은 상태가 되므로 이제 정상모드 이엠아이가 전체 이엠아이를 결정하게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 능동형 공통모드 이엠아이 필터에서는, 증폭기의 전원으로서 시스템 동작 전압과는 무관한 별도의 전원을 사용하되, 저주파에서의 절연과 고주파에서의 폐회로 구성을 위하여 작동하는 커플링캐패시터에 의하여 누설전류를 내부에서 순환시키므로, 저전압의 증폭기 소자를 사용할 수 있다. 그 결과, 종래기술에 의한 필터 회로보다 빠른 소자를 사용하는 것이 가능하고, 어떠한 직류단 전압의 크기와 관계없이 적용이 가능하다. 본 발명에서는, 전류 검출 전류 보상 방식을 사용하면서도, 종래기술에 의한 능동형 이엠아이 필터에서, 증폭기의 pnp, npn 트랜지스터가 모두 전체 직류 전압을 감당하여야 하는 것으로부터 발생하는 문제점인 내전압이 큰 트랜지스터를 사용하여야 하는 문제점을 해결할 수 있다.

Claims (7)

  1. 주전원과 전기기기 사이에 개재되고, 마그네틱 코아에 복수의 입력권선이 같은 방향으로 설치되어 있으며, 상기 각 입력권선에 다른 방향의 전류(정상모드 전류)가 흐르는 경우 자속을 상쇄하고, 같은 방향의 전류(공통모드 전류)가 흐르는 경우 인덕터로서 작용하는 공통모드 인덕터;
    상기 복수의 입력권선과는 반대방향으로 상기 공통모드 인덕터에 설치된 부가 권선;
    입력단이 상기 부가 권선에 연결된 증폭기;
    상기 증폭기의 전원으로서, 상기 주전원과는 독립적으로 존재하는 별개의 증폭기 직류 전원;
    상기 증폭기의 출력단과 접지 사이에 설치되는 출력단 캐패시터; 및
    상기 전기기기의 입력단, 또는 상기 전기기기 내부의 입력단 정류기 또는 컨버터 이후의 직류 전원단과, 상기 증폭기 직류 전원 사이에 개재되는 커플링캐패시터를 구비하며, 9kHz 이상의 고주파수 신호에서는 상기 커플링캐패시터의 양단이 서로 단락되고, 직류 또는 9kHz 미만의 저주파수 신호에서는 상기 커플링캐패시터의 양단이 서로 절연되는 것을 특징으로 하는 능동형 공통모드 이엠아이 필터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 능동형 공통모드 이엠아이 필터는, 단상 교류 또는 직류 기기 입력단에 장착되는 것임을 특징으로 하는 능동형 공통모드 이엠아이 필터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공통모드 인덕터는, 주전원과 기기 사이에 설치되고,
    상기 커플링캐패시터의 일측은 기기의 입력단에 연결하고, 타측은 증폭기 직류 전원에 연결되어 있는 것임을 특징으로 하는 능동형 공통모드 이엠아이 필터.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공통모드 인덕터는, 주전원과 기기 내부의 입력단 정류기(단상 교류 기기의 경우) 또는 컨버터(직류 기기의 경우) 사이에 설치되고,
    상기 커플링캐패시터의 일측은 기기 내부의 입력단 정류기 또는 컨버터 이후의 직류 전원단에 연결하고, 타측은 증폭기 직류 전원에 연결되어 있는 것임을 특징으로 하는 능동형 공통모드 이엠아이 필터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 능동형 공통모드 이엠아이 필터는, 3상 교류 기기의 입력단에 장착되는 것임을 특징으로 하는 능동형 공통모드 이엠아이 필터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 공통모드 인덕터는, 주전원과 기기 내부의 3상 입력단 정류기 또는 컨버터 사이에 설치되고,
    상기 커플링캐패시터는, 3상의 각 상과 상기 증폭기 직류 전원 사이에 설치되는 것임을 특징으로 하는 능동형 공통모드 이엠아이 필터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 공통모드 인덕터는, 주전원과 기기 내부의 입력단 정류기(단상 교류 기기의 경우) 또는 컨버터(직류 기기의 경우) 사이에 설치되고,
    상기 커플링캐패시터는, 일측은 기기 내부의 입력단 정류기 또는 컨버터 이후의 직류 전원단에 연결하고, 타측은 증폭기 직류 전원에 연결되어 있는 것임을 특징으로 하는 능동형 공통모드 이엠아이 필터.
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