專利名稱：低泄漏emc濾波器的制作方法
低泄漏EMC濾波器
技術(shù)領(lǐng)'域
本發(fā)明涉及用于限制由EMC濾波器產(chǎn)生的入地漏電流的裝置。本發(fā) 明在相導(dǎo)線之一接地的電力系統(tǒng)中特別有用，并且在大多數(shù)AC和DC供 電系統(tǒng)中是有利的。
背景技術(shù)：
為了獲得共模衰減，電力線EMC濾波器在大多數(shù)情況中包括接地電 容器(所謂的Y電容)以及適當(dāng)?shù)碾姼?。這樣不可避免地產(chǎn)生不希望的 后果電流通過Y電容器流入地-所謂的入地漏電流(ELC)。圖1以單線 圖的形式示出已知的EMC濾波器的例子，Y電容由參考標(biāo)記30表示，36 是相應(yīng)的電感，35是入地漏電流的通路。通常，Y電容器的容量和Y電 容器兩端的電壓越大，ELC越強(qiáng)。
認(rèn)為高電平的ELC對(duì)工作人員是危險(xiǎn)的。除了對(duì)人的危險(xiǎn)外，過高 的ELC能干擾電氣系統(tǒng)的可靠工作。特別地，包含殘留電流檢測(cè)(RCD) 的設(shè)備由于RCD裝置的跳閘而被中斷。因此當(dāng)設(shè)計(jì)EMC濾波器的時(shí)候， 把入地漏電流最小化被認(rèn)為是好的設(shè)計(jì)。
對(duì)于使用星型接地電源的電力系統(tǒng)(即歐洲的TN系統(tǒng))入地泄漏 可能是個(gè)問題，不過因?yàn)橄到y(tǒng)在地電位附近是平衡的，在正常情況下ELC 通常是適中的。然而在高功率濾波器或者需要強(qiáng)共模衰減時(shí)會(huì)出現(xiàn)高 ELC值。
對(duì)于日本的230V德爾塔(delta )電源， 一個(gè)相接地(所謂"角地" (corner earth))。在這種情況下，沒有消除地電流。除非僅使用小 的Y電容器，否則將存在大的ELC。
在日本普遍使用的是RCD裝置。這限制了在RDC裝置沒有跳閘風(fēng)險(xiǎn) 的情況下能夠安全使用的Y電容器的大小。因此需要找到一種方法，其 中能夠使用大的Y電容器同時(shí)保持低的入地漏電流。
類似的問題也存在于IT電力系統(tǒng)中，如在輪船和工廠等中使用的 IT電源系統(tǒng)。在這里，饋電線電源僅經(jīng)由高阻抗不精確地參考到地。這 樣做使得如果發(fā)生一個(gè)相短路接地，該設(shè)備將繼續(xù)相對(duì)安全地工作。但 是在這種短路模式中電力系統(tǒng)實(shí)際上是"角接地"的。如果使用大的Y電容器，那么將存在高的ELC。
因此，存在對(duì)具有低ELC的噪聲抑制濾波器的不斷增長(zhǎng)的需求。傳 統(tǒng)上，為了限制ELC,這樣的濾波器已經(jīng)被構(gòu)造為在地通路中具有減少 的電容。但是，為了保持合適的衰減，濾波器電感必須被相應(yīng)地增加以 補(bǔ)償減少的電容，這可能使濾波器變得更大并且更貴。然而，即便增加 電感值仍不是完整的解決方案，并且對(duì)于降低EMC噪聲，具有小的Y電 容的濾波器通常沒有具有較高的Y電容的濾波器那么有效。此外，該增 加的電感會(huì)導(dǎo)致增加的功率損耗、溫度上升和端到端的電壓降，所有這 些都是不利的狀況。
這里描述的模塊具有這樣的益處能夠在濾波器結(jié)構(gòu)中使用大的Y 電容器，而沒有RCD裝置跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。因此不需要增加電感器的大小， 從而也沒有其相應(yīng)的缺點(diǎn)。該模塊將在接通時(shí)保持低的ELC并且能夠在 任何故障狀況期間和正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀況期間基本上消除所有的入地漏電流。 本發(fā)明同樣能應(yīng)用于用于單線或多線應(yīng)用的單級(jí)和多級(jí)濾波器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，借助所附的權(quán)利要求的目的獲得這些目標(biāo)。


借助于對(duì)實(shí)施例的描述將更好地理解本發(fā)明，實(shí)施例以例子的形式 給出并且由附圖示出，其中
圖1是單線圖，其以簡(jiǎn)化示意圖的方式示出了已知類型的EMC濾波 器和漏電流的通^^。
圖2以簡(jiǎn)化示意圖的方式示出了已知類型的三相EMC濾波器和漏電 流的通^各。
圖3以簡(jiǎn)化示意圖的方式示出了包含插入在"角地，，三相系統(tǒng)中的
本發(fā)明的泄漏抑制結(jié)構(gòu)的EMC濾波器。
圖4以簡(jiǎn)化示意圖的方式示出了包含插入在單相系統(tǒng)中的本發(fā)明的
泄漏抑制特征的EMC濾波器。
圖5示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的調(diào)節(jié)器的可能實(shí)現(xiàn)。
圖6和7示意性地示出了本發(fā)明的調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)的其它變體。
圖8-11示出了在根據(jù)本發(fā)明的一系列EMC濾波器中調(diào)節(jié)器的可選連接。
圖12是在圖11的實(shí)施例中引入的虛旁路節(jié)點(diǎn)的示意性圖示。圖1 3是根據(jù)本發(fā)明的電壓調(diào)節(jié)器的實(shí)現(xiàn)的另外的變體。
圖15以簡(jiǎn)化示意圖的方式示出了包含繼電器電路的本發(fā)明的另一
實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在EMC濾波器中入地泄漏的問題和原因如圖1中所示。為了抑制由 裝置15所產(chǎn)生的并沿著線11傳送的可能的干擾，可以是單相或多相的 電力線11通過濾波器20連接到裝置15。在其最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)中，該濾波 器包含連接在相導(dǎo)線和接地導(dǎo)線之間的"Y"電容器30和串聯(lián)電感36。 任何在"Y"電容器30兩端看到的電位對(duì)入地漏電流36的貢獻(xiàn)4艮大。
圖2示出了在三相電力線的情況中的相同狀況。在這種情況中已知 濾波器使用連接在相L1、 L2、 L3兩端的"X"電容器組331,其有助于 減少差模噪聲。另一方面，共模噪聲由連接在星型點(diǎn)90和地之間的電 容器330抑制。如在所示的角接地的例子中，如果相電位相對(duì)于地電位 并不是平衡的，"Y，，電容器330看到大的電位，并且允許相當(dāng)大的入 J也漏電i化35 ;克動(dòng)。
圖3示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一方面的電磁兼容濾波器(EMC
濾波器)的 一 些特征。打算在三相電力線中使用的該濾波器包含虛地調(diào) 節(jié)器120,虛地調(diào)節(jié)器120具有連接到地電位或等價(jià)地連接到基本為地 電位的導(dǎo)線的參考輸入(Ref )。調(diào)節(jié)器120使它的輸出(Out)節(jié)點(diǎn)100 的電位穩(wěn)定到可感測(cè)為不變的水平，從而迫使其達(dá)到參考(Ref)輸入處 存在的地電位。這樣的調(diào)節(jié)和迫使可以由幾種已知裝置得到，所有這些 裝置均包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)，其中一些將在下面通過例子更好地討 論。
噪聲旁路模塊連接在電壓調(diào)節(jié)器120的輸出100和地參考電位之 間，以吸收在相導(dǎo)線Ll、 L2、 L3上傳送的最終噪聲。在所示的例子中 噪聲旁路模塊是簡(jiǎn)單的"Y，，電容器330,但是可以預(yù)見，在本發(fā)明的范 圍內(nèi)，它可以被包括無(wú)源和/或有源元件的合適的容性網(wǎng)絡(luò)或電路所代 替，其在預(yù)期有噪聲的頻率處呈現(xiàn)低阻抗。
虛地調(diào)節(jié)器120的作用是"Y"電容器330看到的不是完全的線電 位，而是大大減小的電位，其可以根據(jù)所獲得的調(diào)節(jié)精度而被限制到若 干伏或者甚至更低。通過這樣的方式"Y，，電容器330兩端的泄漏被減小到無(wú)關(guān)緊要的水平。相應(yīng)地，"X"電容器331兩端的電壓降由于虛 地調(diào)節(jié)器120的引入而增加。但是相關(guān)的漏電流129由調(diào)節(jié)器120的輸 出引出，并且經(jīng)由調(diào)節(jié)器的饋電線返回到相Ll、 L2、 L3,而不會(huì)對(duì)入地 漏電流估文出貢獻(xiàn)。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到對(duì)于本發(fā)明的運(yùn)行來(lái)說(shuō)電位虛地節(jié)點(diǎn)100應(yīng)當(dāng)被強(qiáng)制到 絕對(duì)恒定的值不是必要的。實(shí)際上，為了將通過"Y"電容器330的入 地漏電流限制到無(wú)害的量，應(yīng)在幅度和/或在速度上充分降低該電位的 變化就足夠了。并且，調(diào)節(jié)應(yīng)當(dāng)為嚴(yán)格線性或在所有頻率上有效也不是 必要的。
虛地調(diào)節(jié)器不需要大的帶寬。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，為了在50或60Hz的 電源頻率(mains frequency)處和高至電源頻率的某個(gè)^氐諧頻處穩(wěn)定 節(jié)點(diǎn)100的虛地電位，同時(shí)在遠(yuǎn)離電源頻率的高頻處(在此頻率處預(yù)期 有噪聲)呈現(xiàn)高輸出阻抗，調(diào)節(jié)器120在低頻處具有低輸出阻抗就足夠 了。因此虛地調(diào)節(jié)器不一定直接對(duì)噪聲抑制做出貢獻(xiàn)，該共模噪聲通常 經(jīng)由電容器330旁路到地。
為了簡(jiǎn)化視圖，圖3和接下來(lái)的幾個(gè)圖并沒有示出EMC濾波器的感 應(yīng)元件。應(yīng)當(dāng)理解這些圖是部分表示，而非完全表示，在這里給出以描 述其各種實(shí)施例中的本發(fā)明。本發(fā)明的濾波器也可以包含未示出的其它
元件，像電感器、共模電感器、電流補(bǔ)償線圏、有源元件、連接器、保 險(xiǎn)絲(fuse)和其它部件；根據(jù)本領(lǐng)域中已知的慣例并視情況而定。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的具有虛地節(jié)點(diǎn)的濾波器的實(shí)現(xiàn)的另 一 例子。 在這種情況下，以未示出感性元件的簡(jiǎn)化形式示出的濾波器被插入具有 火(L)線、零(N)線以及地線的單相線路中，并且該濾波器包括"△" 電容器250、 "X"電容器231和"Y"電容器230。虛地調(diào)節(jié)器120將 虛地節(jié)點(diǎn)100的電壓穩(wěn)定在接近地電位的值。通過這樣的方式，通過"Y" 電容器230的入地漏電流被大大減小，同時(shí)V網(wǎng)絡(luò)"X"電容器231兩 端的泄漏被調(diào)節(jié)器120吸收并總計(jì)為火線和零線上的可忽略的電負(fù)栽， 而不只十入i也泄漏啦文出貢獻(xiàn)。
即使所示出的例子描述的是三相和單相應(yīng)用，但這并不對(duì)本發(fā)明構(gòu) 成限制，本發(fā)明還包括用于具有任意數(shù)目的相和任意種類的接地系統(tǒng)的 DC和AC電力系統(tǒng)的應(yīng)用。
圖5示出了虛地調(diào)節(jié)器120a的一個(gè)可能的電路實(shí)現(xiàn)。由于輸出電
7壓僅被保持在地電位附近(典型地在+/-10V內(nèi))，所以這個(gè)調(diào)節(jié)器120a 被稱作"粗調(diào)節(jié)器"。電力經(jīng)由保險(xiǎn)絲122被饋送到橋式整流器123。 經(jīng)過整流的電壓被饋送到互補(bǔ)的FET對(duì)(Q1和Q2)兩端。FET柵極被連接 在一起并且經(jīng)由高阻抗RC電路124參考到通常為地電位的參考輸入 (Ref)。調(diào)節(jié)器輸出從FET源經(jīng)由源電阻器(2xRs)和低阻抗129饋出。 由齊納二極管(2xDg)和源電阻器(2xRs)提供電流限制以保護(hù)FET。能根 據(jù)電阻器星型網(wǎng)絡(luò)(3xRv)和柵極阻抗(Rg〃Cg)控制輸出電壓。當(dāng)更多地 由Rg和Cb控制時(shí)，輸出將是方波。另一方面，當(dāng)輸出更多地由Rv控 制時(shí)，調(diào)節(jié)器120b的行為為更線性并且輸出接近正弦波。
注意到，輸出阻抗129在高頻處也產(chǎn)生高阻抗并且起阻止RF噪聲 電流通過調(diào)節(jié)器的作用。這保證了大部分RF電流從電力線經(jīng)由電容器 "X"和"Y"傳到地。
應(yīng)當(dāng)注意，由于虛地調(diào)節(jié)器120a參考到地，其部件以及尤其是RC 電路124應(yīng)該被設(shè)計(jì)成合適的尺寸并且應(yīng)該;故證實(shí)可承受電源電壓 (mains voltage)。并且RC電路124的阻抗應(yīng)當(dāng)盡可能地高，以不對(duì) 入地漏電流作出貢獻(xiàn)。
圖6示出了虛地調(diào)節(jié)器(VER)的另一個(gè)可能的電路實(shí)現(xiàn)。該調(diào)節(jié)器 120b是粗調(diào)節(jié)器120a和后調(diào)節(jié)器120d的串聯(lián)連接。后調(diào)節(jié)器120d由 輔助電源128饋電的運(yùn)算放大器126構(gòu)成，該輔助電源被參考到粗調(diào)節(jié) 器的輸出。該運(yùn)算放大器被配置為電壓跟隨器。它的輸入經(jīng)由高阻抗125 參考到地。后調(diào)節(jié)器的輸出因此被非常精確地保持在地電位。因?yàn)檫\(yùn)算 放大器126被粗調(diào)節(jié)器120a保護(hù)免于承受電源電壓，所以粗調(diào)節(jié)器120a 避免了使用高電壓運(yùn)算放大器。供電電壓(supply voltage) 128必須 足夠大以適應(yīng)粗調(diào)節(jié)器輸出的動(dòng)態(tài)擺動(dòng)(+/-10V)。阻抗125應(yīng)該優(yōu)選地 被設(shè)計(jì)成合適的尺寸并且被證實(shí)在粗調(diào)節(jié)器120a或者輔助電源128發(fā) 生故障時(shí)可承受電源電壓。
在圖5的實(shí)施例中，由于FET Q1和Q2的死區(qū)，粗調(diào)節(jié)器120a的 輸出電壓不是正弦的而大致是方形的。"Y"電容器330 (見圖3)對(duì)于快 速變化的信號(hào)具有低阻抗。因此，當(dāng)使用圖5的粗調(diào)節(jié)器時(shí)，漏電流的 峰值流過電容器330,與粗調(diào)節(jié)器120a的輸出過渡相對(duì)應(yīng)，其中斜率 dV/dt是高的。
圖5的粗調(diào)節(jié)器120a是在許多情況下能夠提供可接受的結(jié)果的更簡(jiǎn)單的解決方案。特別地，在配備RDC裝置的電力系統(tǒng)中，這些經(jīng)常應(yīng)
用 一定程度的集成并且對(duì)短的漏電流峰值相對(duì)不敏感。在這樣的情況中 單獨(dú)使用粗調(diào)節(jié)器可能是足夠的。
后調(diào)節(jié)器120d在輸出節(jié)點(diǎn)100提供低幅度和低斜率的電壓，有效 地把旁路模塊330兩端的泄漏最小化。同樣的效果可以通過用由分立部 件構(gòu)成的電路替代用運(yùn)算放大器126實(shí)現(xiàn)的電壓跟隨器來(lái)獲得，從而實(shí) 現(xiàn)同樣的功能。
圖14示出了后調(diào)節(jié)器120f的可能實(shí)現(xiàn)，其能夠代替圖6中的塊 120d。和圖6或者其它圖中的電路相同的部件由相同的參考標(biāo)記表示。 調(diào)節(jié)器120f使用兩個(gè)晶體管Ql和Q2以及單獨(dú)的浮置電源128,浮置電 源128借助于端子Ll和L2連接到合適的AC功率源。
借助于高阻抗網(wǎng)絡(luò)125將后調(diào)節(jié)器的輸入緊密地束縳(tie)到地 電位，并且至少在電源頻率，輸出端子(Out )的電位將非常低。因此 連接到輸出的濾波器電容器(在圖中未示出)的泄漏將非常低。另 一方 面，輸出阻抗網(wǎng)絡(luò)129阻止RF噪聲電流經(jīng)過調(diào)節(jié)器。這確保大部分RF 電流經(jīng)由電容器"X"和"Y"從電力線傳到地。
圖14的分立的后調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)起來(lái)比圖6中的運(yùn)算放大器電路更便 宜，并且為了減少寄生共振和不穩(wěn)定性可以選擇其帶寬。
圖7示出使用開關(guān)技術(shù)的粗調(diào)節(jié)器120c的另一種形式。該電路和 圖5的粗調(diào)節(jié)器120a共用許多部件，并且這些部件用相同的參考標(biāo)記 表示。明顯的差別是晶體管Ql和Q2在這里是由數(shù)字控制電路729驅(qū)動(dòng) 的。這具有高效率優(yōu)勢(shì)。
圖8示出虛地調(diào)節(jié)器120的可選連接，其中虛地節(jié)點(diǎn)插入在兩個(gè)"Y" 電容器333和332之間。當(dāng)使用大的"X"電容器時(shí)，這是有用的。虛 地調(diào)節(jié)器120僅需要從較小的333電容器中提取電流，因此調(diào)節(jié)器的輸 出級(jí)可以使用額定功率更低的部件。
圖9示出連接到代替電容器的有源旁路模塊360的虛地調(diào)節(jié)器120。 有源旁路模塊360是有源阻抗，其執(zhí)行與先前例子的"Y"電容器330 相同的任務(wù)。由于該有源旁路模塊360的卓越性能，該電路是適于結(jié)合 圖5或圖7的粗調(diào)節(jié)器120a或者120c之一使用。
圖10示出虛地母線110的積無(wú)念。 一個(gè)VER才莫塊120可以如在多級(jí) 濾波器中所使用的那樣被用來(lái)限制多個(gè)電容器網(wǎng)絡(luò)的泄漏。任選地，虛地母線110，從一級(jí)到下一級(jí)，穿過共模電感器380,其具有與電力線 U-L3相同的匝數(shù)和繞向。插入噪聲衰減的第二級(jí)，包括電容器341和 340。由于"Y"電容器340被連接到虛地母線110,該虛地母線110通 過虛地調(diào)節(jié)器120被保持在接近地電位，因此"Y，，電容器340不畔入 地漏電流做出明顯的貢獻(xiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)需要，電容器330、 340的 一個(gè)或者兩者可以由容性網(wǎng)絡(luò)或者包含有源旁路模塊的其它旁路裝置 代替。
圖11示出在使用虛旁路節(jié)點(diǎn)技術(shù)的多級(jí)濾波器中的虛地母線，歐 洲專利申請(qǐng)EP161 9768描述了這樣的虛旁路節(jié)點(diǎn)技術(shù)，該專利申請(qǐng)納入 此處作為參考。形成多個(gè)共模級(jí)同時(shí)僅需要一個(gè)VER模塊120。
虛旁路節(jié)點(diǎn)電感器600以這樣的方式實(shí)現(xiàn)在虛地母線110上提供 電壓降，該電壓降等于或成比例于當(dāng)穿越電感器600時(shí)電力線Ll、 L2、 L3上所存在的電壓降。通過這種方式，就噪聲濾除而言，圖11的電路 等價(jià)于如圖12所示的具有兩個(gè)獨(dú)立的"X"電容器組的兩級(jí)濾波器。
圖13示出改進(jìn)的粗調(diào)節(jié)器120e。和圖5的粗調(diào)節(jié)器120a —樣的部 件由相同的參考標(biāo)記表示。使用該變體，F(xiàn)ET的柵極由運(yùn)算放大器226 的輸出驅(qū)動(dòng)。該運(yùn)算放大器被配置為電壓跟隨器使得該調(diào)節(jié)器的輸出被 保持在非常接近地電位。該運(yùn)算放大器的非反相輸入經(jīng)由高阻抗參考到 地并且與來(lái)自FET源的反饋電壓進(jìn)行比較。FET的交叉(cross-over ) 死區(qū)實(shí)際上由運(yùn)算放大器的增益占據(jù)(take up)。通過這種方式，圖 13的布置相比于圖5的布置提供更接近地電位的輸出電壓。在等價(jià)的變 體中，運(yùn)算放大器226能被用分立部件實(shí)現(xiàn)的具有合適的正向增益的放 大器級(jí)代替。
運(yùn)算放大器226需要小的輔助電源228,其具有比FET死區(qū)電壓(約 +/-5V)大的電壓。該電源被參考到FET源的輸出。
注意圖6的調(diào)節(jié)器120b提供最準(zhǔn)確的虛地調(diào)節(jié)。但是，與電路120b 中所要求的相比，圖13的變體120e具有運(yùn)算放大器226的功率和尺寸 更小的優(yōu)勢(shì)。
圖15例示了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中繼電器電路700被添加 到EMC濾波器中，該繼電器電路700包括兩個(gè)鑒別器塊720和730、邏 輯與710、電壓調(diào)節(jié)器740和繼電器裝置750。該EMC濾波器還包括噪 聲旁路模塊850和X電容器網(wǎng)絡(luò)800以及Y電容器網(wǎng)絡(luò)900，該X電容器網(wǎng)絡(luò)800和Y電容器網(wǎng)絡(luò)900均^皮連接在該EMC濾波器內(nèi)的相910、 920和930之間。
X電容器網(wǎng)絡(luò)800導(dǎo)致(由于故障)在開路狀態(tài)下的相不會(huì)變得完 全死掉。在雙故障狀況下(兩相斷開)，這兩個(gè)斷相(open phase)將#皮 激勵(lì)到剩余相的電壓。在單故障(一個(gè)相斷開)下，該斷相將被激勵(lì)到正 常相對(duì)地電壓的一半。在后一情況中，鑒別器塊720和730將在滿電壓 和半電壓之間鑒別以確定是否已經(jīng)發(fā)生故障。注意，該電源內(nèi)的其它部 件在故障期間也影響相電壓。
對(duì)繼電器電路700的控制與地?zé)o關(guān)，故障檢測(cè)與繼電器致動(dòng)完全在 相之間，并且所有繼電器控制和致動(dòng)電路被相關(guān)參考到相Ll。注意，識(shí) 別器(identifier ) Ll、 L2和L3的使用僅為了技術(shù)描述的目的，并且， 實(shí)際上，任何相能被連接到任何端子(即，該系統(tǒng)不是相敏感的)。
鑒別器720和730監(jiān)控相L2和L3分別相對(duì)于相Ll的線電壓。如 果來(lái)自任一相的電壓下降到閾值電壓以下，那么輸出標(biāo)志被設(shè)為低。鑒 別器閾值電壓被設(shè)為最高峰值工作電壓的一半之上和最低峰值工作電 壓之下。繼電器塊由邏輯與輸出控制。僅當(dāng)兩個(gè)鑒別器標(biāo)志都是高時(shí)， 邏輯與提供高輸出標(biāo)志。
繼電器線圈751用場(chǎng)效應(yīng)晶體管752進(jìn)行緩沖。電力經(jīng)由電壓調(diào)節(jié) 器740提供給繼電器線圏。這是有利的，因?yàn)槔^電器線圏電壓小于供電 電壓并且因?yàn)楣╇婋妷簩⒏淖?。電壓調(diào)節(jié)器由浪涌電容器741、整流器 二極管742和限制峰值直流電壓的變阻器743構(gòu)成。根據(jù)未示出的變體， 繼電器裝置7 5 0可以被任何合適的開關(guān)裝置代替，像例如固態(tài)繼電器、 晶體管等等。包括上述繼電器電路的EMC濾波器允許在發(fā)生故障時(shí)使噪 聲旁路模塊絕緣。
在接通時(shí)，旁路沖莫塊850兩端的電壓能夠在零和峰值線電壓之間的 任意位置擺動(dòng)。繼電器750在該時(shí)刻被去激勵(lì)，所以其通常斷開的接觸 阻止任何電流流向地，并且涌入的入地泄漏被最小化。在單模式故障或 者雙模式故障中，繼電器75 0也被去激勵(lì)，并且使旁路模塊850與地絕 緣。
在圖15的電路中，旁路模塊850的一側(cè)借助于繼電器裝置75 0參 考到地，旁路模塊850的另一端子連接到虛地調(diào)節(jié)器(VER) 120g的輸 出。這限制了因電源不平tf而造成的工業(yè)頻率(power frequency) ELC。
ii在正常工作條件下，當(dāng)繼電器裝置750閉合時(shí)，Y電容器網(wǎng)絡(luò)900 連接到電力線L1-L3并且旁路模塊850的Z電容器a被連接在Y電容器 網(wǎng)絡(luò)星型點(diǎn)IOO和地之間。這兩個(gè)模塊的串聯(lián)組合在濾波器內(nèi)提供地通 路電容(earth path capacitance)。
VER電路120g的輸出被連接到Y(jié)星型點(diǎn)100。在工業(yè)頻率處，Y星 型點(diǎn)100通過VER才莫塊120g被保持接近地電位。因此Z電容在兩個(gè)電 極上看到接近地的電位，并且因此在工業(yè)頻率處看到接近零的電流。這 避免了產(chǎn)生ELC的工業(yè)頻率分量。
電力經(jīng)由電壓電源123a提供給VER #莫塊120g。這包括浪涌額定電 容器(surge rated capacitor) 860。這些電容器被設(shè)計(jì)為合適的尺寸 以在將功率限制在電壓跟隨器的功耗能力內(nèi)。當(dāng)負(fù)載阻抗等于等價(jià)電容 器阻抗時(shí)，達(dá)到最大功率。因此電源是自限制的。
X電容器網(wǎng)絡(luò)以通常方式在濾波器內(nèi)提供差模衰減。其還經(jīng)由電容 器860和變阻器S1、 S2為電源123a提供穩(wěn)定的參考點(diǎn)。由于"X"電 容器的值大，星型點(diǎn)呈現(xiàn)出非常低的阻抗，并且通過這樣的方式可以得 到非常低的紋波供電電壓。此外X電容器網(wǎng)絡(luò)為從Y電容器網(wǎng)絡(luò)提取的 電流提供回路，而不是把電流導(dǎo)向地，因此避免了過量的ELC。
高通濾波器866監(jiān)控Y星型點(diǎn)100的電壓Vy并根據(jù)傳遞函數(shù) V乂Vy-B(f)提供運(yùn)算放大器326的非反相輸入電壓的控制電壓V"頻率 行為的電路分析表明VER電路120g在低頻時(shí)對(duì)星型點(diǎn)100呈現(xiàn)出非常 低的輸出阻抗，因此限制了旁路模塊850兩端的電壓降，和VLC。在由 高通濾波器866的傳遞函數(shù)B(f)定義的較高頻率處，VER電路120g的 輸出阻抗增加，并且其能完全忽略噪聲，該噪聲由旁路模塊850旁路到 地。
高通濾波器866的截止頻率可以被設(shè)置為例如大約lkHz。通過這樣 的方式，VER模塊有效地限制了在50-60Hz的入地漏電流并且對(duì)于最強(qiáng) 的線電壓諧波分量有效，雖然VER模塊120g不必處理任何高頻噪聲分 量。這允許使用簡(jiǎn)單的VER模塊，從而具有高穩(wěn)定性和低功耗。在給出 的例子中，VER模塊120g的輸出級(jí)由單個(gè)Q4表示以簡(jiǎn)化視圖，但是優(yōu) 選地其將由如圖13中所示的互補(bǔ)晶體管對(duì)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的獨(dú)立方面，圖15中所示的VER模塊120g和電源單元 123a能夠與前述實(shí)施例的布置之一組合，而省去繼電器保護(hù)電路700。
權(quán)利要求
1. 一種EMC濾波器，可連接在供電網(wǎng)和電操作設(shè)備之間以降低所述供電網(wǎng)和所述設(shè)備之間的傳導(dǎo)噪聲，該EMC濾波器包括一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器(120、120a、120b、120c、120d、120g)和噪聲旁路模塊(330、332、360、340、230、850)，該電壓調(diào)節(jié)器具有輸出端子(100、110)，其電位被強(qiáng)制為該電壓調(diào)節(jié)器的參考輸入的電位，該噪聲旁路模塊的一個(gè)端子連接到該電壓調(diào)節(jié)器(120、120a、120b、120c、120d、120g)的該輸出(100、110)，并且另一個(gè)端子基本在與該電壓調(diào)節(jié)器(120、120a、120b、120c、120d、120g)的參考輸入(Ref)相同的電位。
2. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，借此該電壓調(diào)節(jié)器用于降 低通過噪聲旁路才莫塊(330、 332、 360、 340、 230、 850 )的漏電流。
3. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中該電壓調(diào)節(jié)器的 參考輸入可連接到供電網(wǎng)的地導(dǎo)線。
4. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中噪聲旁路模塊是 電容器(330, 332)或者容性網(wǎng)絡(luò)。
5. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中噪聲旁路模塊是 有源旁路電路(360 )。
6. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中電壓調(diào)節(jié)器(120) 被設(shè)置為將該輸出端子保持在電源頻率處偏離該參考輸入+/-10伏特以 內(nèi)的電壓電平。
7. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中電壓調(diào)節(jié)器(120) 包括一對(duì)互補(bǔ)輸出FET(Ql, Q2)
8. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中電壓調(diào)節(jié)器(120) 包括粗調(diào)節(jié)器(120a)和后調(diào)節(jié)器(120c),該粗調(diào)節(jié)器(120a)被設(shè)置為在 電源頻率處產(chǎn)生偏離該參考輸入+/-10伏特以內(nèi)的電壓電平，該后調(diào)節(jié) 器(120c)具有參考到該粗調(diào)節(jié)器輸出的輔助電源(128)。
9. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中后調(diào)節(jié)器(120c)包括 運(yùn)算放大器(126)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的EMC濾波器，其中電壓調(diào)節(jié)器包括在反 饋布置中位于該對(duì)互補(bǔ)輸出FET(Ql, Q2)之后的放大器(226)。
11. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中電壓調(diào)節(jié)器 (120、 120b)的行為基本是線性的。
12. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中電壓調(diào)節(jié)器 (120、 120b)的輸出基本是方波。
13. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，包括以級(jí)布置的多 個(gè)旁路模塊(330、 340),其中電壓調(diào)節(jié)器(120， 120b)的輸出(IIO)被連 接到該多個(gè)旁路模塊。
14. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中從一級(jí)橫貫到下一 級(jí)的電壓調(diào)節(jié)器(1 20, 1 20b)的輸出(110)通過共模電感器(380、 600)。
15. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中其中一級(jí)包括虛旁 路節(jié)點(diǎn)。
16. 根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器的使用，以降低通過 噪聲旁路模塊(330、 332、 360)的入地漏電流。
17. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的EMC濾波器的使用，用在角接地的三 相線或者單相線中或者在IT三相線中。
18. —種用于降低EMC濾波器中通過噪聲旁路模塊到地導(dǎo)線的電流 泄漏的方法，所述噪聲旁路模塊例如電容器或容性網(wǎng)絡(luò)或有源電路，該 方法包括用包括有源元件的電壓調(diào)節(jié)器強(qiáng)制該噪聲旁路模塊兩端的電 壓降的步驟。
19. 一種EMC濾波器，可連接在供電網(wǎng)和電操作負(fù)載之間以降低所 述供電網(wǎng)和所述負(fù)載之間的傳導(dǎo)噪聲，該EMC濾波器包括一個(gè)噪聲旁路 模塊(460 ),該噪聲旁路模塊(460 )的一個(gè)端子連接到該電壓調(diào)節(jié)器(120、 120a、 120b、 120c、 120d)的輸出(100、 110)，并且另一個(gè) 端子基本在與該電壓調(diào)節(jié)器(120、 120a、 120b、 120c、 120d)的參考 輸入(Ref )相同的電位。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，包括與 所述噪聲旁路模塊連接的繼電器電路(700),用于在發(fā)生故障時(shí)使所述 噪聲旁路模塊—(85 0)絕緣。
21. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的EMC濾波器，其中繼電器電路(700)進(jìn) 一步包括兩個(gè)鑒別器，以監(jiān)控該供電網(wǎng)的其中兩相(L2、 L3)相對(duì)于該 供電網(wǎng)的第三相(Ll)的電壓電平。
全文摘要
一種EMC濾波器，可連接在供電網(wǎng)和電操作設(shè)備之間以降低所述供電網(wǎng)和所述設(shè)備之間的傳導(dǎo)噪聲，該EMC濾波器包括一個(gè)電壓調(diào)節(jié)器(120、120a、120b、120c)，其具有輸出端子(100、110)，為了在電源頻率處降低“Y”電容器(330)或有源旁路模塊(360)兩端的電壓降，該輸出端子(100、110)的電位被保持為接近地電位。通過這樣的方式，到地的漏電流被明顯降低。本發(fā)明的裝置在角接地三相線或與RCD裝置結(jié)合時(shí)特別有用。
文檔編號(hào)H03H1/00GK101507112SQ200780030495
公開日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2007年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者A·C·塔克 申請(qǐng)人:沙夫納Emv股份公司