JP2010161900A - Switching power supply and motor system using same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching power supply not depending on a motor cable length and a load condition and a motor system using the switching power supply as a motor driver. <P>SOLUTION: Common mode choke coils 41 and 15 disposed on the input side/output side of the switching power supply 40 are provided with a third coil L3, to which a resistance 42 and a diode switch 43 are connected. Only when a common mode current value become equal to or higher than a given value, a current is caused to flow through the resistance 42. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、モータなどを駆動するスイッチング電源と、このスイッチング電源を用いたモータシステムに関し、高周波の漏れ電流を低減することができるスイッチング電源、およびこのスイッチング電源を用いたモータシステムに関するものである。   The present invention relates to a switching power supply for driving a motor and the like and a motor system using the switching power supply, and more particularly to a switching power supply capable of reducing high-frequency leakage current and a motor system using the switching power supply.

スイッチング電源は、入力された直流あるいは交流をスイッチングすることにより、任意の周波数の交流を発生させ、またこの交流を変圧、整流して任意電圧の直流を発生するものであり、モータの駆動電源や直流電圧の変換などに用いられる。   The switching power supply generates alternating current of any frequency by switching the input direct current or alternating current, and transforms and rectifies this alternating current to generate direct current of arbitrary voltage. Used for DC voltage conversion.

このようなスイッチング電源は、入力された電源をオンオフするために高周波漏れ電流が発生する。この高周波漏れ電流に起因する高周波電流が外部に漏れて他の機器に悪影響を及ぼし、また電磁障害(EMI)の原因となる。   Such a switching power supply generates a high-frequency leakage current to turn on and off the input power supply. The high-frequency current resulting from this high-frequency leakage current leaks outside, adversely affects other devices, and causes electromagnetic interference (EMI).

図5に、スキャナステージを駆動するモータのドライブ部に用いられるスイッチング電源の構成を示す。図5において、10、11は直流電源、12はモータドライバとして用いられるスイッチング電源である。直流電源10、11はスイッチング電源12の端子S1、S2に接続される。また、このスイッチング電源12の端子U、V、Wにはモータ(図示せず)が接続される。   FIG. 5 shows a configuration of a switching power supply used in a drive unit of a motor that drives the scanner stage. In FIG. 5, 10 and 11 are DC power supplies, and 12 is a switching power supply used as a motor driver. The DC power supplies 10 and 11 are connected to terminals S1 and S2 of the switching power supply 12. A motor (not shown) is connected to the terminals U, V, and W of the switching power supply 12.

スイッチング電源12は、スイッチング部13とコモンモードチョークコイル14、15で構成される。スイッチング部13は内部のスイッチング素子13aをオン、オフすることにより、三相交流を生成する。この三相交流は端子U、V、Wを経由してモータに供給される。   The switching power supply 12 includes a switching unit 13 and common mode choke coils 14 and 15. The switching unit 13 generates a three-phase alternating current by turning on and off the internal switching element 13a. This three-phase alternating current is supplied to the motor via terminals U, V, and W.

前述したように、スイッチング素子をオン、オフすると高周波ノイズが発生する。この高周波ノイズを外部に漏洩させないために、コモンモードチョークコイル14、15が用いられる。   As described above, high-frequency noise is generated when the switching element is turned on and off. Common mode choke coils 14 and 15 are used in order not to leak the high frequency noise to the outside.

コモンモードチョークコイルは、1つのコアに複数の巻き線を逆向きに巻いたコイルである。コモンモード電流が流れるとコア内部で磁束が足しあわされるので、大きなインピーダンスが発生する。このインピーダンスにより、ノーマルモード電流を通過させ、漏れ電流であるコモンモード電流のみ阻止することができる。   A common mode choke coil is a coil in which a plurality of windings are wound around one core in opposite directions. When a common mode current flows, magnetic flux is added inside the core, and a large impedance is generated. This impedance allows normal mode current to pass and blocks only common mode current that is leakage current.

コモンモードチョークコイル14は、1つのコアに2つの巻き線L1、L2が逆向きに巻かれた構成を有している。コイルL1、L2の一端はそれぞれ端子S1、S2に接続され、他端はスイッチング部13の入力端子に接続される。   The common mode choke coil 14 has a configuration in which two windings L1 and L2 are wound around one core in opposite directions. One ends of the coils L1 and L2 are connected to the terminals S1 and S2, respectively, and the other ends are connected to the input terminals of the switching unit 13.

コモンモードチョークコイル15も同様の構成を有しているが、3つのコイルが1つのコアに互いに逆向きに巻かれている点が異なっている。これらのコイルの一端はスイッチング部13の出力端子に接続され、他端はそれぞれ端子U、V、Wに接続される。   The common mode choke coil 15 has the same configuration, except that three coils are wound around one core in opposite directions. One end of these coils is connected to the output terminal of the switching unit 13, and the other end is connected to the terminals U, V, and W, respectively.

これらのコモンモードチョークコイル14、15によって、スイッチング部13で発生した高周波ノイズが外部に漏洩することを防止している。   These common mode choke coils 14 and 15 prevent high frequency noise generated in the switching unit 13 from leaking to the outside.

図6に、漏れ電流であるコモンモード電流のイメージを示す。図6において、20はモータドライバであり、図5のスイッチング電源12が用いられる。21はモータ、22と23はモータドライバ20、モータ21とフレームグラウンドFG間の浮遊容量である。   FIG. 6 shows an image of a common mode current that is a leakage current. In FIG. 6, 20 is a motor driver, and the switching power supply 12 of FIG. 5 is used. 21 is a motor, 22 and 23 are motor drivers 20, and stray capacitance between the motor 21 and the frame ground FG.

ノーマルモード電流はモータ21を駆動する電流であり、24の経路で流れる。これに対して漏れ電流であるコモンモード電流は、浮遊容量21、22を経由して、モータドライバ20とモータ21の共通電位点と、フレームグランドFG間を25の経路で流れる。スイッチング電源は入力電圧をスイッチングするので、このコモンモード電流は高周波成分を多く含んだ高周波漏れ電流になる。   The normal mode current is a current for driving the motor 21 and flows through 24 paths. On the other hand, the common mode current, which is a leakage current, flows through the stray capacitances 21 and 22 through 25 paths between the common potential point of the motor driver 20 and the motor 21 and the frame ground FG. Since the switching power supply switches the input voltage, this common mode current becomes a high-frequency leakage current containing a lot of high-frequency components.

図7に、スキャナステージで代表されるモータシステムの構成を示す。なお、図6と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図7において、26はモータケーブルであり、モータドライバ20とモータ21を接続している。27〜29はそれぞれモータドライバ20とフレームグラウンドFG間、モータケーブル26とフレームグラウンドFG間、モータ21とフレームグラウンドFG間の浮遊容量である。   FIG. 7 shows a configuration of a motor system represented by a scanner stage. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as FIG. 6, and description is abbreviate | omitted. In FIG. 7, reference numeral 26 denotes a motor cable that connects the motor driver 20 and the motor 21. 27 to 29 are stray capacitances between the motor driver 20 and the frame ground FG, between the motor cable 26 and the frame ground FG, and between the motor 21 and the frame ground FG, respectively.

図6で説明したように、コモンモード電流は浮遊容量を経由して流れる。スキャナステージではモータドライバ20とモータ21間を長いケーブル26で接続しなければならない場合が多々ある。モータケーブル26の長さが長くなると浮遊容量28の容量値が大きくなり、大きなコモンモード電流が流れる。   As described in FIG. 6, the common mode current flows via the stray capacitance. In the scanner stage, it is often necessary to connect the motor driver 20 and the motor 21 with a long cable 26. As the length of the motor cable 26 increases, the capacitance value of the stray capacitance 28 increases and a large common mode current flows.

特許文献1には、浮遊容量による漏洩電流を低減させて、コモンモードコイルの騒音レベルを低下させることができる太陽光発電装置の発明が記載されている。以下、図8に基づいてこの発明の概要を説明する。   Patent Document 1 describes an invention of a solar power generation device that can reduce a leakage current due to a stray capacitance and reduce a noise level of a common mode coil. The outline of the present invention will be described below with reference to FIG.

図8において、太陽電池30の出力電力はノイズフィルタ31を経由してDC―DCコンバータ32に入力され、昇圧される。この昇圧された直流はインバータ33で交流に変換され、ノイズフィルタ34を介して交流電力系統35に出力される。   In FIG. 8, the output power of the solar cell 30 is input to the DC-DC converter 32 via the noise filter 31 and boosted. The boosted direct current is converted into alternating current by the inverter 33 and output to the alternating current power system 35 through the noise filter 34.

ノイズフィルタ31、34はDC−DCコンバータ32、インバータ33が発生する高周波漏れ電流を抑制するために用いられ、コモンモードトランスT1、このコモンモードトランスT1の入出力側に接続されたコンデンサC1、C2で構成される。   The noise filters 31 and 34 are used to suppress high-frequency leakage current generated by the DC-DC converter 32 and the inverter 33. The common mode transformer T1 and capacitors C1 and C2 connected to the input / output side of the common mode transformer T1 are used. Consists of.

コモンモードトランスT1は、コモンモード電流を抑制するコイルの他に3次巻き線を設け、この3次巻き線に抵抗R1を接続する構成を有している。コモンモードトランスT1にコモンモード電流が流れると、この3次巻き線に電圧が誘起される。この誘起された電圧は抵抗R1で消費されるので、コモンモードトランスT1の振動が抑制され、騒音レベルを低下させることができる。   The common mode transformer T1 has a configuration in which a tertiary winding is provided in addition to the coil for suppressing the common mode current, and a resistor R1 is connected to the tertiary winding. When a common mode current flows through the common mode transformer T1, a voltage is induced in the tertiary winding. Since the induced voltage is consumed by the resistor R1, the vibration of the common mode transformer T1 is suppressed, and the noise level can be reduced.

特開2002−369543号公報JP 2002-369543 A

しかしながら、このようなスイッチング電源には次のような課題があった。前述したように、スキャナステージ等のように、モータドライバ20とモータ21との間が離れており、この間を長いモータケーブル26で接続しなければならないモータシステムでは、モータケーブル26の浮遊容量が大きくなり、コモンモード電流が増大する。このため、対症療法的に挿入されたコモンモードチョークコイル14、15内のコアが磁気飽和し、コモンモード電流を抑制する効果が小さくなってしまうという課題があった。   However, such a switching power supply has the following problems. As described above, in a motor system in which the motor driver 20 and the motor 21 are separated from each other, such as a scanner stage, and a long motor cable 26 must be connected between them, the stray capacitance of the motor cable 26 is large. Thus, the common mode current increases. For this reason, the core in the common mode choke coils 14 and 15 inserted symptomatically becomes magnetically saturated, and there is a problem that the effect of suppressing the common mode current is reduced.

特許文献1に記載された発明は、コモンモードトランスT1の3次巻き線に抵抗が直結されており、誘起された電圧は全てこの抵抗R1に印加されるので、大きな損失が発生して抵抗R1が発熱するので、高価な大型抵抗器を使用しなければならないという課題があった。   In the invention described in Patent Document 1, a resistor is directly connected to the tertiary winding of the common mode transformer T1, and all the induced voltages are applied to the resistor R1, so that a large loss occurs and the resistor R1 However, there is a problem that an expensive large resistor must be used.

従って本発明の目的は、モータケーブル長さや負荷条件に依存することがないスイッチング電源、およびこのスイッチング電源をモータドライバとして用いたモータシステムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a switching power supply that does not depend on the length of the motor cable and load conditions, and a motor system using the switching power supply as a motor driver.

このような課題を解決するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
スイッチング素子を具備し、このスイッチング素子のオン、オフを制御して入力された電圧を加工して出力するスイッチング部と、
前記スイッチング部の入力側および/または出力側に配置され、コモンモード電流を抑制すると共に、このコモンモード電流に関連する電圧を出力する第3の巻線を有するコモンモードチョークコイルと、
前記第3の巻線に直列に接続される抵抗と、
前記第3の巻線の出力電圧がその一端に入力され、他端に所定の定電圧が入力されて、前記第3の巻線の出力電圧が前記所定の定電圧より大きくなったときにオンになるダイオード部と、
を具備したものである。高周波漏れ電流が少なくなり、かつ発熱することがない。
In order to solve such a problem, the invention according to claim 1 of the present invention,
A switching unit that includes a switching element, processes the input voltage by controlling on and off of the switching element, and outputs the voltage;
A common mode choke coil that is disposed on the input side and / or output side of the switching unit and has a third winding that suppresses the common mode current and outputs a voltage related to the common mode current;
A resistor connected in series with the third winding;
Turns on when the output voltage of the third winding is input to one end and a predetermined constant voltage is input to the other end and the output voltage of the third winding becomes larger than the predetermined constant voltage. And the diode part
Is provided. High frequency leakage current is reduced and no heat is generated.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、
コモンモード電流のインピーダンス特性に応じて、前記第3の巻線の巻数を変化させるようにしたものである。コモンモード電流のインピーダンス特性を調整することができる。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1,
According to the impedance characteristic of the common mode current, the number of turns of the third winding is changed. The impedance characteristics of the common mode current can be adjusted.

請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載の発明において、
前記ダイオード部は、
そのカソードに第1の定電圧が印加される第1のダイオードと、
前記第1のダイオードのアノードにそのカソードが接続され、そのアノードに第2の定電圧が印可されると共に、前記第1のダイオードとの接続点に前記第3の巻線の出力電圧が入力される第2のダイオードと、
を具備したものである。構成が簡単になる。
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2,
The diode part is
A first diode to which a first constant voltage is applied to the cathode;
The cathode is connected to the anode of the first diode, the second constant voltage is applied to the anode, and the output voltage of the third winding is input to the connection point with the first diode. A second diode
Is provided. Configuration is simplified.

請求項4記載の発明は、請求項1乃至請求項3いずれかに記載の発明において、
前記所定の定電圧を、前記スイッチング部に電力を供給する直流電源の出力電圧としたものである。定電圧源が必要でなくなるので、構成が簡単になる。
The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3,
The predetermined constant voltage is used as an output voltage of a DC power supply that supplies power to the switching unit. Since a constant voltage source is not necessary, the configuration is simplified.

請求項5記載の発明は、請求項1乃至請求項4いずれかに記載の発明において、
前記スイッチング部には直流が入力され、この直流から交流を生成するようにしたものである。モータなどのドライバに使用して好適である。
The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 4,
A direct current is input to the switching unit, and an alternating current is generated from the direct current. It is suitable for use in a driver such as a motor.

請求項6記載の発明は、
請求項1乃至請求項5いずれかに記載のスイッチング電源と、
前記スイッチング電源から電力が供給されるモータと、
前記スイッチング電源と前記モータを接続するケーブルと、
を具備したものである。ケーブルの長さに関わらず、安定して高周波漏れ電流を抑制できる。
The invention described in claim 6
A switching power supply according to any one of claims 1 to 5,
A motor supplied with electric power from the switching power supply;
A cable connecting the switching power supply and the motor;
Is provided. Regardless of the length of the cable, high-frequency leakage current can be suppressed stably.

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項1,2、3、4、5および6の発明によれば、スイッチング素子を具備し、このスイッチング素子のオンオフを制御して入力された電圧を加工して出力するスイッチング電源であって、このスイッチング電源の入力側および/または出力側に配置されたコモンモードチョークコイルに第3の巻き線を設け、この第3の巻き線に抵抗およびダイオード部を接続して、第3の巻き線の出力電圧が一定値以上になったときのみ、前記抵抗に電流を流すようにした。また、このスイッチング電源をモータシステムに適用した。
As is apparent from the above description, the present invention has the following effects.
According to the first, second, third, fourth, fifth and sixth aspects of the present invention, there is provided a switching power supply that includes a switching element, processes the input voltage by controlling on / off of the switching element, and outputs the processed voltage. A third winding is provided in the common mode choke coil disposed on the input side and / or the output side of the switching power source, and a resistor and a diode portion are connected to the third winding, so that the third winding Only when the output voltage exceeds a certain value, a current is allowed to flow through the resistor. Moreover, this switching power supply was applied to the motor system.

コモンモード電流が一定値以上になったときのみ抵抗に電流を流して電力を消費するようにしたので、コモンモードチョークコイルのコアが飽和することがなくなり、かつ抵抗で消費する電力を少なくできる。そのため、高周波漏れ電流の抑制することができ、かつ安価な小型抵抗を使用することができるという効果がある。   Only when the common mode current exceeds a certain value, the current is passed through the resistor to consume the power, so the core of the common mode choke coil is not saturated and the power consumed by the resistor can be reduced. Therefore, there is an effect that high-frequency leakage current can be suppressed and an inexpensive small resistor can be used.

また、第3の巻き線の巻き数を変えることにより、コモンモード電流のダンピング特性を調整することができる。このため、コモンモード電流のインピーダンス特性に応じて巻き数をかえることにより、安定したインピーダンス特性を得ることができるという効果もある。   Further, the damping characteristic of the common mode current can be adjusted by changing the number of turns of the third winding. For this reason, there is an effect that stable impedance characteristics can be obtained by changing the number of turns according to the impedance characteristics of the common mode current.

本発明の一実施例を示す構成図である。It is a block diagram which shows one Example of this invention. 図1実施例の等価回路である。1 is an equivalent circuit of the embodiment in FIG. 1. 図2等価回路のインピーダンス特性である。2 is an impedance characteristic of the equivalent circuit. 図1実施例の効果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the effect of FIG. 1 Example. 従来のスイッチング電源の構成図である。It is a block diagram of the conventional switching power supply. コモンモード電流の経路を示す図である。It is a figure which shows the path | route of a common mode electric current. スキャナステージの構成図である。It is a block diagram of a scanner stage. 従来の太陽光発電装置の構成図である。It is a block diagram of the conventional solar power generation device.

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明に係るスイッチング電源の一実施例を示す構成図である。なお、図5と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a switching power supply according to the present invention. Note that the same reference numerals are given to the same elements as those in FIG.

図1において、直流電源10、11の出力電圧をVsとする。直流電源10、11の出力電圧Vsは端子S1、S2からスイッチング部13に入力される。このため、スイッチング部13には、フレームグランドFGを基準として±Vsの電圧が入力される。   In FIG. 1, the output voltage of the DC power supplies 10 and 11 is Vs. The output voltage Vs of the DC power supplies 10 and 11 is input to the switching unit 13 from the terminals S1 and S2. Therefore, a voltage of ± Vs is input to the switching unit 13 with reference to the frame ground FG.

スイッチング部13は内部のスイッチング素子13aのオンオフを制御して、入力された直流を三相交流に変換する。この三相交流はコモンモードチョークコイル15、端子U、V、Wを経て、図示しないモータに供給される。   The switching unit 13 controls on / off of the internal switching element 13a to convert the input direct current into a three-phase alternating current. This three-phase alternating current is supplied to a motor (not shown) through a common mode choke coil 15 and terminals U, V, and W.

41はコモンモードチョークコイルであり、L1〜L3の3つのコイルが1つのコアに巻かれた構成を有している。コイルL1、L2は互いに逆方向に巻かれており、その一端は端子S1、S2に接続され、他端はスイッチング部13の入力端子に接続される。   Reference numeral 41 denotes a common mode choke coil having a configuration in which three coils L1 to L3 are wound around one core. The coils L1 and L2 are wound in opposite directions, one end of which is connected to the terminals S1 and S2, and the other end is connected to the input terminal of the switching unit 13.

コモンモードチョークコイル41は、コモンモードチョークコイル14にコイルL3を付加した構成を有している。コイルL1とL2は同じ巻数を有しており、互いに逆方向に巻かれている。コイルL3はコイルL1、L2と同じコアに巻かれている。コイルL3の巻数および巻く方向は任意であるが、例えばコイルL1、L2の巻数をNとすると、コイルL3の巻数は2Nとされる。   The common mode choke coil 41 has a configuration in which a coil L3 is added to the common mode choke coil 14. Coils L1 and L2 have the same number of turns and are wound in opposite directions. The coil L3 is wound around the same core as the coils L1 and L2. The number of turns and the winding direction of the coil L3 are arbitrary. For example, when the number of turns of the coils L1 and L2 is N, the number of turns of the coil L3 is 2N.

コイルL3は、図8従来例の構成要素であるコモンモードトランスT1内の、抵抗R1が接続されているコイルと同様の働きを有しており、コイルL1とL2にコモンモード電流が流れると、コイルL3の両端にコモンモード電流に比例する電圧が誘起される。   The coil L3 has the same function as the coil to which the resistor R1 is connected in the common mode transformer T1, which is a component of the conventional example of FIG. 8, and when a common mode current flows through the coils L1 and L2, A voltage proportional to the common mode current is induced across the coil L3.

42は抵抗であり、その一端はコイルL3の一端に接続される。43はダイオード部であり、4つのダイオードD1〜D4で構成される。ダイオードD1とD2は第1のダイオードに相当し、ダイオードD3とD4は第2のダイオードに相当する。また、直流電源10の正側出力電圧は第1の定電圧に相当し、直流電源11の負側出力電圧は第2の定電圧に相当する。   Reference numeral 42 denotes a resistor, one end of which is connected to one end of the coil L3. Reference numeral 43 denotes a diode portion, which includes four diodes D1 to D4. Diodes D1 and D2 correspond to the first diode, and diodes D3 and D4 correspond to the second diode. The positive output voltage of the DC power supply 10 corresponds to a first constant voltage, and the negative output voltage of the DC power supply 11 corresponds to a second constant voltage.

ダイオードD1とD2のカソードは端子S1に接続され、ダイオードD3とD4のアノードは端子S2に接続される。ダイオードD1のアノードとダイオードD3のカソードはコイルL3の他端に接続され、ダイオードD2のアノードとダイオードD4のカソードは抵抗42の他端に接続される。   The cathodes of the diodes D1 and D2 are connected to the terminal S1, and the anodes of the diodes D3 and D4 are connected to the terminal S2. The anode of the diode D1 and the cathode of the diode D3 are connected to the other end of the coil L3, and the anode of the diode D2 and the cathode of the diode D4 are connected to the other end of the resistor 42.

このような構成において、コイルL3に誘起された電圧が直流電源10、11の出力電圧±Vsより小さいと、ダイオードD1〜D4は全てオフになり、抵抗42には電流が流れない。   In such a configuration, when the voltage induced in the coil L3 is smaller than the output voltage ± Vs of the DC power supplies 10 and 11, all of the diodes D1 to D4 are turned off and no current flows through the resistor 42.

コイルL3に誘起される電圧が±Vsを越えると、ダイオードD1とD3、あるいはD2とD4がオンになり、抵抗42に電流が流れる。抵抗42で電力が消費されるとコモンモードチョークコイル41のインピーダンスが高くなり、コモンモード電流が抑制される。このため、コモンモードチョークコイル41内のコアが磁気飽和することはなくなる。   When the voltage induced in the coil L3 exceeds ± Vs, the diodes D1 and D3 or D2 and D4 are turned on, and a current flows through the resistor 42. When power is consumed by the resistor 42, the impedance of the common mode choke coil 41 increases and the common mode current is suppressed. For this reason, the core in the common mode choke coil 41 is not magnetically saturated.

すなわち、ダイオードD1〜D4はコモンモード電流が大きくなったときのみ、コモンモード電流をクランプするダイオードクランプとして機能する。クランプされるコモンモード電流の値は、コイルL3の巻き数を変えることにより、調整できる。   That is, the diodes D1 to D4 function as diode clamps that clamp the common mode current only when the common mode current increases. The value of the common mode current to be clamped can be adjusted by changing the number of turns of the coil L3.

図8従来例では、3次巻線に誘起される電圧の大小に関わらず抵抗R1に電流が流れる。すなわち、3次巻線に誘起された電力は全て抵抗R1で消費される。このため、大きな損失が発生し、R1が発熱するという課題があった。   In the conventional example of FIG. 8, current flows through the resistor R1 regardless of the magnitude of the voltage induced in the tertiary winding. That is, all the electric power induced in the tertiary winding is consumed by the resistor R1. Therefore, there is a problem that a large loss occurs and R1 generates heat.

本実施例は、コイルL3に誘起される電圧が直流電源10、11の出力電圧を越えたときのみ抵抗42に電流が流れる。コイルL3に誘起される電圧はコイルL3の巻き数で調整することができるので、高周波ノイズが外部に漏れるときのみ、抵抗42に電流を流すようにすることができる。このため、抵抗42で消費される電力は僅かであり、抵抗42として形状が小さな抵抗器を用いても、発熱することはない。   In this embodiment, a current flows through the resistor 42 only when the voltage induced in the coil L3 exceeds the output voltage of the DC power supplies 10 and 11. Since the voltage induced in the coil L3 can be adjusted by the number of turns of the coil L3, the current can be passed through the resistor 42 only when high-frequency noise leaks to the outside. For this reason, the power consumed by the resistor 42 is very small, and even if a resistor having a small shape is used as the resistor 42, no heat is generated.

図2に、図1実施例のコモンモード成分に対する等価回路を示す。なお、図1と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図2において、50はフレームグランドFGに対する浮遊容量、51はスイッチング電源40とモータを結ぶケーブルの抵抗、52は同ケーブルのインダクタンス、53は同ケーブルの容量、54はモータの容量である。   FIG. 2 shows an equivalent circuit for the common mode component of the embodiment of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same element as FIG. 1, and description is abbreviate | omitted. In FIG. 2, 50 is the stray capacitance with respect to the frame ground FG, 51 is the resistance of the cable connecting the switching power supply 40 and the motor, 52 is the inductance of the cable, 53 is the capacitance of the cable, and 54 is the capacitance of the motor.

図2(A)はダイオードD1〜D4がオンになり、抵抗42に電流が流れたときの等価回路であり、コモンモードチョークコイル41の2次側に抵抗42が接続されている。   FIG. 2A is an equivalent circuit when the diodes D <b> 1 to D <b> 4 are turned on and a current flows through the resistor 42, and the resistor 42 is connected to the secondary side of the common mode choke coil 41.

同図(B)はコモンモードチョークコイル41の2次側に接続された抵抗42を抵抗成分55で表したものである。この抵抗成分55の値は、コモンモードチョークコイル41内のコイルL3の巻き数を変えることによって、調整することができる。   FIG. 2B shows the resistance 42 connected to the secondary side of the common mode choke coil 41 as a resistance component 55. The value of the resistance component 55 can be adjusted by changing the number of turns of the coil L3 in the common mode choke coil 41.

図2からわかるように、コモンモード成分は基本的にインダクタンスやコンデンサで構成されるので共振点を持ち易いという特性がある。図2(B)からわかるように、コモンモードチョークコイル41のコイルL3に接続された抵抗42は、コモンモードチョークコイル15、41、あるいはケーブルのインダクタンスに直列に挿入された抵抗成分55として表すことができる。この抵抗成分55がダンピング要素として働き、共振点を抑えることができる。   As can be seen from FIG. 2, since the common mode component is basically composed of an inductance and a capacitor, it has a characteristic of easily having a resonance point. As can be seen from FIG. 2B, the resistor 42 connected to the coil L3 of the common mode choke coil 41 is represented as a resistance component 55 inserted in series with the common mode choke coils 15 and 41 or the inductance of the cable. Can do. The resistance component 55 functions as a damping element, and the resonance point can be suppressed.

図3は図2(B)に示した等価回路から計算したインピーダンス特性を示したグラフであり、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。   FIG. 3 is a graph showing impedance characteristics calculated from the equivalent circuit shown in FIG. 2B, where the horizontal axis represents frequency and the vertical axis represents impedance.

図3(A)は抵抗成分55がある場合とない場合のインピーダンス特性の変化を表したグラフであり、60は抵抗成分55がある場合、61はない(短絡した)場合の特性である。抵抗成分55がない61は62のように極端にインピーダンスが低い点が存在し、この点で高周波漏れ電流が発生するが、抵抗成分55がある60はこのような極端にインピーダンスが低い点は見られず、全周波数帯域で安定したインピーダンス特性が得られる。このため、高周波漏れ電流は発生しない。   FIG. 3A is a graph showing a change in impedance characteristics with and without the resistance component 55, and 60 is a characteristic when the resistance component 55 is present and 61 is not (short-circuited). 61 having no resistance component 55 has a point with extremely low impedance, as in 62, and high-frequency leakage current is generated at this point. However, 60 having resistance component 55 has a point with extremely low impedance. Therefore, stable impedance characteristics can be obtained in the entire frequency band. For this reason, high frequency leakage current does not occur.

前述したように、抵抗成分55の値はコイルL3の巻き数によって可変することができる。図2に示した等価回路のインピーダンス特性が60のように平坦な特性を有するようにコイルL3の巻き数を調整することにより、スイッチング電源とモータ間のケーブル長が長くなっても、安定したインピーダンス特性を実現することができる。   As described above, the value of the resistance component 55 can be varied depending on the number of turns of the coil L3. By adjusting the number of turns of the coil L3 so that the impedance characteristic of the equivalent circuit shown in FIG. 2 has a flat characteristic such as 60, a stable impedance can be achieved even when the cable length between the switching power supply and the motor becomes long. Characteristics can be realized.

図3(B)はスイッチング電源40とモータ間のケーブル長を変えたときのインピーダンス特性であり、63はケーブル長が短い場合、64はケーブル長が中程度、65はケーブル長が長いときのインピーダンス特性である。ケーブルの長さ、すなわちケーブル容量に関わらず、安定したインピーダンス特性が得られている。   FIG. 3B shows impedance characteristics when the cable length between the switching power supply 40 and the motor is changed. 63 is an impedance when the cable length is short, 64 is an intermediate cable length, and 65 is an impedance when the cable length is long. It is a characteristic. A stable impedance characteristic is obtained regardless of the length of the cable, that is, the cable capacity.

図4はスイッチング電源40からモータなどの負荷に流れるコモンモード電流の波形であり、横軸は時間、縦軸は電流である。(A)は抵抗成分55がないときの電流波形であり、高周波成分が顕著に表れている。(B)は抵抗成分55がある場合の電流波形であり、高周波成分が除去され、スイッチング成分のみの波形になっている。   FIG. 4 is a waveform of a common mode current flowing from the switching power supply 40 to a load such as a motor, where the horizontal axis represents time and the vertical axis represents current. (A) is a current waveform when there is no resistance component 55, and a high-frequency component appears remarkably. (B) is a current waveform in the case where there is a resistance component 55, in which a high-frequency component is removed and only a switching component is obtained.

このように、コモンモードチョークコイル41にコイルL3を設け、このコイルL3に抵抗42を接続することによって、共振点を除去し、出力電流の高周波成分を大幅に少なくすることができる。また、ダイオード部43によってコモンモード電流が大きいときのみ抵抗42に電流を流すようにすることによって、抵抗42の消費電力を削減することができる。   Thus, by providing the common mode choke coil 41 with the coil L3 and connecting the resistor 42 to the coil L3, the resonance point can be removed and the high frequency component of the output current can be greatly reduced. Further, the power consumption of the resistor 42 can be reduced by causing the current to flow through the resistor 42 only when the common mode current is large by the diode portion 43.

なお、図1実施例では入力側のコモンモードチョークコイル41にコイルL3を設け、このコイルL3に抵抗42を接続する構成としたが、出力側コモンモードチョークコイル15に適用することもできる。すなわち、状況に応じて入力側と出力側のコモンモードチョークコイルのいずれか、または両方に本発明を適用することができる。   Although the coil L3 is provided in the input-side common mode choke coil 41 and the resistor 42 is connected to the coil L3 in the embodiment of FIG. 1, the present invention can also be applied to the output-side common mode choke coil 15. That is, the present invention can be applied to either or both of the input-side and output-side common mode choke coils depending on the situation.

また、モータを駆動する三相交流を発生するスイッチング電源として説明したが、単相交流、あるいは直流を出力する電源であってもよい。また、入力電源が交流であってもよい。要は、スイッチング素子を内蔵し、このスイッチング素子のオンオフを制御して、所望の電力を取り出す構成の電源であればよい。   In addition, the switching power supply that generates the three-phase alternating current that drives the motor has been described, but a single-phase alternating current or a power supply that outputs direct current may be used. The input power supply may be an alternating current. In short, any power source may be used as long as it has a built-in switching element and controls on / off of the switching element to extract desired power.

さらに、ダイオード部43はスイッチング電源40に電力を供給する直流電源10、11に接続するようにしたが、安定した電圧であれば他の電源に接続してもよい。   Furthermore, the diode unit 43 is connected to the DC power sources 10 and 11 that supply power to the switching power source 40, but may be connected to other power sources as long as the voltage is stable.

10、11 直流電源
13 スイッチング部
40 スイッチング電源
15、41 コモンモードチョークコイル
42 抵抗
43 ダイオード部
51 ケーブル抵抗
52 ケーブルインダクタンス
53 ケーブル容量
54 モータ容量
55 抵抗成分
S1、S2、U、V、W 端子
L1〜L3 コイル
D1〜D4 ダイオード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 11 DC power supply 13 Switching part 40 Switching power supply 15, 41 Common mode choke coil 42 Resistance 43 Diode part 51 Cable resistance 52 Cable inductance 53 Cable capacity 54 Motor capacity 55 Resistance component S1, S2, U, V, W Terminal L1- L3 Coil D1-D4 Diode

Claims (6)

スイッチング素子を具備し、このスイッチング素子のオン、オフを制御して入力された電圧を加工して出力するスイッチング部と、
前記スイッチング部の入力側および/または出力側に配置され、コモンモード電流を抑制すると共に、このコモンモード電流に関連する電圧を出力する第3の巻線を有するコモンモードチョークコイルと、
前記第3の巻線に直列に接続される抵抗と、
前記第3の巻線の出力電圧がその一端に入力され、他端に所定の定電圧が入力されて、前記第3の巻線の出力電圧が前記所定の定電圧より大きくなったときにオンになるダイオード部と、
を具備したことを特徴とするスイッチング電源。
A switching unit that includes a switching element, processes the input voltage by controlling on and off of the switching element, and outputs the voltage;
A common mode choke coil that is disposed on the input side and / or output side of the switching unit and has a third winding that suppresses the common mode current and outputs a voltage related to the common mode current;
A resistor connected in series with the third winding;
Turns on when the output voltage of the third winding is input to one end and a predetermined constant voltage is input to the other end and the output voltage of the third winding becomes larger than the predetermined constant voltage. And the diode part
A switching power supply comprising:
コモンモード電流のインピーダンス特性に応じて、前記第3の巻線の巻数を変化させるようにしたことを特徴とする請求項1記載のスイッチング電源。   2. The switching power supply according to claim 1, wherein the number of turns of the third winding is changed in accordance with impedance characteristics of a common mode current. 前記ダイオード部は、
そのカソードに第1の定電圧が印加される第1のダイオードと、
前記第1のダイオードのアノードにそのカソードが接続され、そのアノードに第2の定電圧が印可されると共に、前記第1のダイオードとの接続点に前記第3の巻線の出力電圧が入力される第2のダイオードと、
を具備したことを特徴とする請求項1または請求項2記載のスイッチング電源。
The diode part is
A first diode to which a first constant voltage is applied to the cathode;
The cathode is connected to the anode of the first diode, the second constant voltage is applied to the anode, and the output voltage of the third winding is input to the connection point with the first diode. A second diode
The switching power supply according to claim 1 or 2, further comprising:
前記所定の定電圧は、前記スイッチング部に電力を供給する直流電源の出力電圧であることを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれかに記載のスイッチング電源。   The switching power supply according to any one of claims 1 to 3, wherein the predetermined constant voltage is an output voltage of a DC power supply that supplies power to the switching unit. 前記スイッチング部には直流が入力され、この直流から交流を生成するようにしたことを特徴とする請求項1乃至請求項4いずれかに記載のスイッチング電源。   5. The switching power supply according to claim 1, wherein a direct current is input to the switching unit, and an alternating current is generated from the direct current. 6. 請求項1乃至請求項5いずれかに記載のスイッチング電源と、
前記スイッチング電源から電力が供給されるモータと、
前記スイッチング電源と前記モータを接続するケーブルと、
を具備したことを特徴とするモータシステム。
A switching power supply according to any one of claims 1 to 5,
A motor supplied with electric power from the switching power supply;
A cable connecting the switching power supply and the motor;
A motor system comprising:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012135199A (en) * 2010-12-23 2012-07-12 General Electric Co <Ge> Electric motor structure against electromagnetic interference
CN105743339A (en) * 2016-04-14 2016-07-06 西安许继电力电子技术有限公司 Common-mode interference suppression circuit for three-phase EMI filter
WO2023127445A1 (en) * 2021-12-28 2023-07-06 株式会社豊田自動織機 Power supply device
DE102022200958A1 (en) 2022-01-28 2023-08-03 Brose Fahrzeugteile SE & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Device for protecting an electronic circuit

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012135199A (en) * 2010-12-23 2012-07-12 General Electric Co <Ge> Electric motor structure against electromagnetic interference
CN105743339A (en) * 2016-04-14 2016-07-06 西安许继电力电子技术有限公司 Common-mode interference suppression circuit for three-phase EMI filter
WO2023127445A1 (en) * 2021-12-28 2023-07-06 株式会社豊田自動織機 Power supply device
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