JP2020065409A - Leakage current reduction circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電源もしくは発電機から供給された電力を、負荷機器を駆動もしくは系統連系する為の電力変換回路を備えた電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device including a power conversion circuit for driving a load device or system interconnection of power supplied from a power source or a generator.
従来よりインバータなどの電力変換回路では、半導体スイッチング時にモータやコンプレッサ等の寄生容量及び、EMC対策用フィルタ回路のYコンデンサにより漏洩電流が発生する。その為、対策として負荷漏洩インピーダンス等価インピーダンスに電圧を与えるスイッチング部と、前記スイッチング部をドライブする駆動部と、スイッチングパターンを生成する制御部を有して、インバータの発生する交流電圧と同期させ逆位相の電圧を発生させて漏洩電流を低減するものがあった。 Conventionally, in a power conversion circuit such as an inverter, a leakage current is generated due to a parasitic capacitance of a motor or a compressor and a Y capacitor of an EMC countermeasure filter circuit during semiconductor switching. Therefore, as a countermeasure, a switching unit that applies a voltage to the load leakage impedance equivalent impedance, a driving unit that drives the switching unit, and a control unit that generates a switching pattern are provided, and are synchronized with the AC voltage generated by the inverter and reverse. There has been one that generates a phase voltage to reduce the leakage current.
しかしながら、前記従来の構成では、逆位相の波形を生成するのに、複雑な制御部を余計に有する必要があり、装置の高価格化・大型化につながってしまっていた。 However, in the above-mentioned conventional configuration, it is necessary to additionally have a complicated control unit in order to generate the waveform of the opposite phase, which leads to an increase in cost and size of the device.
また、漏洩電流を低減する為、Yコンデンサ容量を減らすと、雑音端子電圧等のEMC特性が悪化する為、コモンモードフィルタのインダクタンス値を上げなければならず、回路体積の拡大やコストが増加してしまう課題があった。 Further, if the Y capacitor capacity is reduced to reduce the leakage current, the EMC characteristics such as the noise terminal voltage are deteriorated, so the inductance value of the common mode filter must be increased, which increases the circuit volume and increases the cost. There was a problem that caused it.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、インバータノイズを検出し、漏洩電流と逆相のキャンセル電流をアクティブに流すことで、EMC対策用のYコンデンサ容量を減らすことなく、漏洩電流の低減のみを可能とするものである。 The present invention is to solve the above-mentioned conventional problems. By detecting inverter noise and actively flowing a cancellation current having a reverse phase to the leakage current, the leakage current of the leakage current can be reduced without reducing the Y capacitor capacity for EMC countermeasures. Only reduction is possible.
フィルタ回路と整流用コンバータ間に3相コモンモードコイルを挿入し、電源ラインに接続していない1相でインバータノイズを検出し、ノイズ電流によりデバイスを駆動させて、漏洩電流と逆相のキャンセル電流を挿入して漏洩電流を低減する。スイッチング素子はインバータのPN電圧をバイアスし、また極性の異なる素子を上下に配置する。これにより、3相コモンモードフィルタで検出したインバータノイズのタイミングでスイッチング素子が駆動し、漏洩電流と逆向きのキャンセル電流を流すことが可能となり、漏洩電流を低減することができる。スイッチング素子に並行して還流用のダイオードを接続し、またスイッチング素子から出力されるラインにはDCカット用のコンデンサを配置し、基準電圧の安定化を図る。 Insert a 3-phase common mode coil between the filter circuit and the converter for rectification, detect inverter noise in the 1-phase that is not connected to the power supply line, drive the device by the noise current, and cancel the leakage current and the opposite phase. To reduce leakage current. The switching element biases the PN voltage of the inverter, and elements having different polarities are arranged above and below. As a result, the switching element is driven at the timing of the inverter noise detected by the three-phase common mode filter, and the cancel current in the opposite direction to the leak current can flow, and the leak current can be reduced. A freewheeling diode is connected in parallel with the switching element, and a DC cut capacitor is arranged on the line output from the switching element to stabilize the reference voltage.
漏洩電流と逆相のキャンセル電流をアクティブに流すことで、EMC対策用のYコンデンサ容量を減らすことなく、漏洩電流の低減のみを可能とする。 By actively flowing the leakage current and the cancel current having a phase opposite to the leakage current, it is possible to reduce only the leakage current without reducing the Y capacitor capacity for EMC countermeasures.
第1の発明は、漏洩電流の要因であるインバータノイズを検出し、極性の異なる素子を上下に配置し、漏洩電流と逆相のキャンセル電流を注入することで、漏洩電流を低減することができる。 The first aspect of the present invention can reduce the leakage current by detecting the inverter noise that is a factor of the leakage current, arranging the elements having different polarities vertically and injecting the cancel current having the opposite phase to the leakage current. .
第2の発明は、電源フィルタ回路をLCLフィルタの回路構成とし、前段のコモンモードコイルより、後段のコモンモードコイルの相数を1相増やし、その相でインバータノイズを検出する。これにより漏洩電流低減の効果と併せて、一般的に適用されるLCフィルタに比べて、LCLフィルタ構成にすることにより、更なるEMCフィルタ性能の向上が可能となる。 According to a second aspect of the present invention, the power supply filter circuit has a circuit configuration of an LCL filter, the number of phases of the common mode coil of the subsequent stage is increased by one phase from the common mode coil of the previous stage, and the inverter noise is detected in that phase. With this, in addition to the effect of reducing the leakage current, the EMC filter performance can be further improved by using the LCL filter configuration as compared with the commonly applied LC filter.
第3の発明は、漏洩電流値によって、選択回路によるゲート抵抗の切り替えをすることにより、漏洩電流値が低い時の電力変換効率を向上させることができる。 The third aspect of the present invention can improve the power conversion efficiency when the leakage current value is low by switching the gate resistance by the selection circuit according to the leakage current value.
第4の発明は、漏洩電流値によって、スイッチング素子の駆動パターンを切り替えることにより、漏洩電流値が低い時の電力変換効率を向上させることができる。 The fourth aspect of the present invention can improve the power conversion efficiency when the leakage current value is low by switching the drive pattern of the switching element according to the leakage current value.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment.
(実施の形態1)
図1は従来の一般的な電力変換の回路構成を示す図である。
漏洩電流は4に示すインバータのスイッチングノイズが要因であり、6に示すノイズ低減を目的に挿入されるフィルタ回路のY コンデンサ及び、7に示すモータやコンプレッサ等の負荷の寄生容量から8に示す電気機器の筐体へ電流が流れ込む。
この漏洩電流を低減する為の本発明の回路構成を図2に示す。
本発明は、図2に示すように、2のフィルタ回路と3のコンバータの間に9である3相コモンモードコイルを挿入する。この3相コモンモードコイルの内、電源ラインに接続していない1相でインバータノイズを検出し、ノイズ電流によりデバイスを駆動させて、漏洩電流と逆相のキャンセル電流を挿入して漏洩電流を低減する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a conventional general power conversion circuit configuration.
The leakage current is caused by the switching noise of the inverter shown in 4. The Y capacitor of the filter circuit inserted for the purpose of noise reduction shown in 6 and the parasitic capacitance of the load such as the motor and the compressor shown in 7 indicate the electric current shown in 8 Electric current flows into the equipment casing.
A circuit configuration of the present invention for reducing this leakage current is shown in FIG.
In the present invention, as shown in FIG. 2, a three-phase common mode coil, which is 9, is inserted between the filter circuit of 2 and the converter of 3. Inverter noise is detected in one phase of the three-phase common mode coil that is not connected to the power supply line, the device is driven by the noise current, and the leakage current and the opposite phase cancel current are inserted to reduce the leakage current. To do.
(実施の形態2)
図2において、本発明の回路構成を単相電源の場合で示しているが、単相電源に限定するものではない。3相電源の場合では、9に示す3相コモンモードコイルが4相コモンモードコイルの構成となる。
(Embodiment 2)
Although the circuit configuration of the present invention is shown in FIG. 2 in the case of a single-phase power supply, it is not limited to the single-phase power supply. In the case of a 3-phase power source, the 3-phase common mode coil shown in 9 has a 4-phase common mode coil configuration.
(実施の形態3)
実施の形態1において、図2の10で示すアクティブキャンセル回路の回路結線図が図3である。18及び19に示すスイッチング素子はインバータのPN電圧をバイアスし、極性の異なる素子を上下に配置する。またスイッチング素子に並行して20及び21に示す還流用ダイオードを接続し、スイッチング素子及び還流用ダイオードの耐圧はインバータのPN電圧以上を確保する。スイッチング素子から出力されるラインには22に示すDCカット用のコンデンサを配置し、基準電圧の安定化を図る。ただしこの22に示すコン
デンサは必ず設置しなければならないわけではなく、本発明を適用する電気機器によっては取り外しても構わない。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a circuit diagram of the active cancel circuit shown in FIG. 2 according to the first embodiment. The
(実施の形態4)
実施の形態3における18及び19に示すスイッチング素子は図3に示すようにバイポーラトランジスタに限定しない。また、14に示す3相コモンモードコイルは巻線のターン数、コア材、コア形状は特に指定しない。
(Embodiment 4)
The
(実施の形態5)
図4は本発明の実施の形態1における漏洩電流と18及び19のスイッチング素子が発生する損失と、ゲート抵抗の切り替えの関係を示す図である。
漏洩電流の最大値が発生する条件にてスイッチング素子に付随するゲート抵抗値を設定するが、漏洩電流値が十分に小さい条件ではゲート抵抗値を大きくし、スイッチング素子流す電流値を抑制することで損失を低減することが可能となる。
図4に示す抵抗1より、抵抗2の方が大きい抵抗値であり、またゲート抵抗の切り替え時には漏洩電流の瞬間的な変動に対応する為、ヒステリシスを設定する。
(Embodiment 5)
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the leakage current, the losses generated by the
The gate resistance value associated with the switching element is set under the condition that the maximum value of the leakage current occurs, but under the condition that the leakage current value is sufficiently small, the gate resistance value is increased to suppress the current value flowing through the switching element. It is possible to reduce the loss.
Since the resistance of the
(実施の形態6)
実施の形態5で設定するゲート抵抗の切り替えは、図4のように2種類の抵抗値に限定はしない。場合によっては何種類の抵抗値で切り替えを設定することも可能である。
(Embodiment 6)
Switching of the gate resistance set in the fifth embodiment is not limited to two types of resistance values as shown in FIG. Depending on the case, it is possible to set switching with any number of resistance values.
(実施の形態7)
実施の形態5で設定するゲート抵抗の切り替えは図3で示す18及び19のスイッチング素子それぞれのゲート抵抗値を設定する方式、及び共通でゲート抵抗を設定する方式の両方の場合で適用することが可能である。
(Embodiment 7)
The switching of the gate resistance set in the fifth embodiment can be applied to both the method of setting the gate resistance value of each of the
(実施の形態8)
図5は本発明の実施の形態1における漏洩電流と18及び19のスイッチング素子が発生する損失と、18及び19のスイッチング素子の駆動パターンの関係を示す図である。漏洩電流の最大値が発生する条件では、18及び19の両方のスイッチング素子を駆動させるが、漏洩電流値が十分に小さい条件では一方のスイッチング素子のみを駆動させて、損失を低減する。
(Embodiment 8)
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the leakage current, the loss generated by the
(実施の形態9)
図3で設定する18及び19のスイッチング素子はどちらか一方の素子のみで回路構成することも可能であり、また、18及び19どちらか一方のスイッチング素子をダイオードに置換えることも可能である。
(Embodiment 9)
The
以上のように、本発明における漏洩電流低減回路は、電力変換機器を使用している民生や産業分野のあらゆる商品に適用できる。 As described above, the leakage current reduction circuit according to the present invention can be applied to all products in the consumer and industrial fields that use power conversion equipment.
1 交流電源もしくは発電機
2 フィルタ回路
3 コンバータもしくは整流器
4 インバータ
5 負荷機器もしくは系統
6 フィルタ回路Yコンデンサ
7 負荷機器の寄生容量
8 電気機器のフレーム及び筐体部
9 3相コモンモードコイル
10 アクティブキャンセル回路
11 フィルタ回路のチョークコイル
12 フィルタ回路のXコンデンサ
13 フィルタ回路のYコンデンサ
14 3相コモンモードコイル
15 整流ダイオード
16 インバータ部スイッチング素子
17 インバータ部還流ダイオード
18 アクティブキャンセル回路部 上側スイッチング素子
19 アクティブキャンセル回路部 下側スイッチング素子
20 アクティブキャンセル回路部 上側還流ダイオード
21 アクティブキャンセル回路部 下側還流ダイオード
22 DCカット用コンデンサ
1 AC power supply or
Claims (4)
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WO2021234760A1 (en) * | 2020-05-18 | 2021-11-25 | 三菱電機株式会社 | Power conversion device |
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2018
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