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TITEL DER ERFINDUNG
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RAUSCHFILTERVORRICHTUNG UND ELEKTRISCHES ENERGIESYSTEM
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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Rauschfiltervorrichtung, die in eine oder mehrere Stromleitungen eingefügt ist, die mehrere elektrische Vorrichtungen, wie z.B. eine Stromversorgungsvorrichtung und eine Lastvorrichtung, miteinander verbindet. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auch auf ein elektrisches Energiesystem, das mit solchen elektrischen Vorrichtungen und Rauschfiltervorrichtungen ausgestattet ist.
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TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
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Ein Rauschsignal kann in einem elektrischen Energiesystem auftreten, das eine Mehrzahl von elektrischen Vorrichtungen enthält, wie z.B. eine Stromversorgungsvorrichtung und eine Lastvorrichtung. Das Rauschsignal kann andere Vorrichtungen erreichen, die über Stromleitungen mit einer Rauschquelle verbunden sind, oder es kann elektromagnetische Interferenz (EMI) mit anderen Vorrichtungen verursachen, die sich in der Nähe der Rauschquelle befinden. Um ein solches Rauschsignal oder elektromagnetische Interferenz zu reduzieren, kann eine Rauschfiltervorrichtung verwendet werden, die ein aktives Element enthält, das ein invertiertes Signal mit einer Polarität erzeugt, die zu derjenigen des Rauschsignals entgegengesetzt ist (auch als „aktiver Filter“ oder „aktiver EMI-Filter“ bezeichnet).
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So ist z.B. in Patentdokument 1 eine Rauschunterdrückungsvorrichtung offenbart, die ausgestattet ist mit: einem Rauscherfassungsmittel, Verstärkerschaltungen und einem Strominjektions-Rauschunterdrückungsmittel. Das Rauscherfassungsmittel enthält Erfassungseinheiten, die einen Rauschstrom erfassen, der in Verbindungsleitungen fließt, die eine erste und eine zweite elektrische Vorrichtung miteinander verbinden, wobei der Rauschstrom erfasst und als Spannung ausgegeben wird. Die Verstärkerschaltungen verstärken die Ausgänge der Erfassungseinheiten und erzeugen Ausgangsspannungen. Die Ausgangsspannungen der Verstärkerschaltungen werden an das Strominjektions-Rauschunterdrückungsmittel angelegt, von dem ein Ende mit den Verstärkerschaltungen verbunden ist und dessen anderes Ende mit den Verbindungsleitungen an einer Position verbunden ist, die näher an der zweiten elektrischen Vorrichtung liegt als eine Position des Rauscherfassungsmittels, wodurch ein Rauschunterdrückungsstrom in die Verbindungsleitungen eingespeist wird, um den Rauschstrom zu reduzieren und zu beseitigen. Gemäß Patentdokument 1 hat das Rauscherfassungsmittel eine erste und eine zweite Erfassungseinheit mit voneinander verschiedenen Induktivitäten, und die Verstärkerschaltungen umfassen eine erste und eine zweite Verstärkerschaltung mit voneinander verschiedenen Frequenzeigenschaften. Daher kann die Rauschunterdrückungsvorrichtung das Rauschen in einem Frequenzband reduzieren, das breiter als dasjenige des Standes der Technik ist.
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LITERATURVERZEICHNISLISTE
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PA TENTDOKU MENTE
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PATENTDOKUMENT 1: Offengelegtes japanisches Patent mit der Veröffentlichungsnr.
JP 2019-080469 A -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHES PROBLEM
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Ein aktiver Filter, wie er in Patentdokument 1 offenbart ist, enthält ein aktives Element, das aufgrund von Überspannung oder dergleichen leicht kaputtgehen kann. Wenn der aktive Filter ausgefallen ist, kann eine andere Vorrichtung, die über Stromleitungen mit einer Rauschquelle verbunden ist, einem Rauschsignal ausgesetzt sein, oder eine weitere Vorrichtung, die sich in der Nähe einer Rauschquelle befindet, kann elektromagnetischen Interferenzen ausgesetzt sein, was zu Fehlfunktionen oder Ausfällen dieser Vorrichtungen führen kann. Daher ist es notwendig, eine mit einem aktiven Filter versehene Rauschfiltervorrichtung vorzusehen, wobei die Rauschfiltervorrichtung auch dann, wenn sie selbst ausgefallen ist, mit geringerer Wahrscheinlichkeit eine Fehlfunktion oder einen Ausfall anderer Vorrichtungen verursachen wird.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung einer mit einem aktiven Filter versehenen Rauschfiltervorrichtung, wobei die Wahrscheinlichkeit, dass die Rauschfiltervorrichtung eine Fehlfunktion oder einen Ausfall anderer Vorrichtungen verursacht, selbst bei Ausfall der Rauschfiltervorrichtung geringer ist. Darüber hinaus ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung die Bereitstellung eines elektrischen Energiesystems, das mit einer solchen Rauschfiltervorrichtung versehen ist.
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LÖSUNG DES PROBLEMS
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Eine Rauschfiltervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist in eine Stromleitung einzufügen, die eine erste und eine zweite elektrische Vorrichtung miteinander verbindet. Die Rauschfiltervorrichtung ist versehen mit: einer Generatorschaltung für ein invertiertes Signal, die ein durch die Stromleitung fließendes Rauschsignal erfasst, ein invertiertes Signal mit einer Polarität erzeugt, die einer Polarität des Rauschsignals entgegengesetzt ist, und das invertierte Signal in die Stromleitung einspeist; und einer Ausfalldetektorschaltung, die überwacht, ob sich die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet oder ausgefallen ist. Die erste und/oder zweite elektrische Vorrichtung ist mit einer Schaltung mit einem aktiven Element versehen. Die Ausfalldetektorschaltung sendet ein Signal an die erste oder zweite elektrische Vorrichtung, wobei das Signal anzeigt, dass die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, wodurch der Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements gestoppt wird.
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Wenn also die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, stoppt die Ausfalldetektorschaltung den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der ersten oder zweiten elektrischen Vorrichtung, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine Fehlfunktion oder ein Ausfall anderer Vorrichtungen auftritt.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung überwacht die Ausfalldetektorschaltung eine Eingangsspannung der Generatorschaltung für ein invertiertes Signal, in die das Rauschsignal eingeht, und wenn ein Absolutwert der Eingangsspannung über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus ansteigt, gibt die Ausfalldetektorschaltung das Signal aus, das anzeigt, dass die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, basierend auf der Eingangsspannung der Generatorschaltung für ein invertiertes Signal festzustellen, dass die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung überwacht die Ausfalldetektorschaltung eine Eingangsspannung der Generatorschaltung für ein invertiertes Signal, in die das Rauschsignal eingeht, und wenn die Eingangsspannung bei einer vorbestimmten Spannung konstant wird, gibt die Ausfalldetektorschaltung das Signal aus, das anzeigt, dass die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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Auf diese Weise ist es möglich, basierend auf der Eingangsspannung der Generatorschaltung für ein invertiertes Signal zu bestimmen, dass die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Rauschfiltervorrichtung ferner mit einem Induktor versehen, der magnetisch mit der Stromleitung gekoppelt ist, wobei die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal das Rauschsignal durch den Induktor erfasst.
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So ist es möglich, durch den Induktor das durch die Stromleitung fließende Rauschsignal zu erfassen.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Rauschfiltervorrichtung ferner mit einem Kondensator versehen, der mit der Stromleitung verbunden ist, wobei die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal das Rauschsignal durch den Kondensator erfasst.
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So ist es möglich, durch den Kondensator das durch die Stromleitung fließende Rauschsignal zu erfassen.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Rauschfiltervorrichtung ferner mit einem Widerstand versehen, der mit der Stromleitung verbunden ist, wobei die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal das Rauschsignal über den Widerstand erfasst.
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So ist es möglich, durch den Widerstand das durch die Stromleitung fließende Rauschsignal zu erfassen.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die Rauschfiltervorrichtung ferner mit einer Anzeige versehen. Die Ausfalldetektorschaltung sendet das Signal, das anzeigt, dass die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, an die Anzeige, wodurch die Anzeige anzeigt, dass die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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So kann die Anzeige 13 anzeigen, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, und daher kann ein Benutzer eines elektrischen Energiesystems eine defekte Generatorschaltung für ein invertiertes Signal reparieren oder ersetzen.
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Ein elektrisches Energiesystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist versehen mit: einer ersten und einer zweiten elektrischen Vorrichtung, die durch eine Stromleitung miteinander verbunden sind; und der in die Stromleitung eingefügten Rauschfiltervorrichtung.
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Wenn also die Generatorschaltung für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, stoppt die Ausfalldetektorschaltung den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der ersten oder zweiten elektrischen Vorrichtung, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine Fehlfunktion oder ein Ausfall anderer Vorrichtungen auftritt.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung unter dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung stoppt die Ausfalldetektorschaltung bei Ausfall der Generatorschaltung für ein invertiertes Signal den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der ersten oder zweiten elektrischen Vorrichtung, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine Fehlfunktion oder ein Ausfall anderer Vorrichtungen auftritt.
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Figurenliste
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- 1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2 nach einer ersten Ausführungsform zeigt;
- 2 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration der Rauschfiltervorrichtung 2 aus 1 zeigt;
- 3 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal aus 2 zeigt;
- 4 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration der Ausfalldetektorschaltung 12 aus 2 zeigt;
- 5 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration von Schaltungseinstellungen für die Simulation der Rauschfiltervorrichtung 2 nach der ersten Ausführungsform zeigt;
- 6 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Simulation an der Schaltung von 5 zeigt, wobei zeitliche Änderungen eines Eingangssignals Vin und eines Erfassungssignals Vdet angegeben sind;
- 7 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Rauschfiltervorrichtung 2A nach einer ersten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform zeigt;
- 8 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Rauschfiltervorrichtung 2B nach einer zweiten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform zeigt;
- 9 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Rauschfiltervorrichtung 2C nach einer dritten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform zeigt;
- 10 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2 nach einer zweiten Ausführungsform zeigt;
- 11 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2D nach einer dritten Ausführungsform zeigt;
- 12 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2E gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt; und
- 13 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2F gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine Ausführungsform gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung (nachstehend auch als „vorliegende Ausführungsform“ bezeichnet) wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen bezeichnen dieselben Bezugszahlen gleichartige Komponenten.
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BEISPIELHAFTE ANWENDUNG
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1 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2 nach einer ersten Ausführungsform zeigt. Das elektrische Energiesystem von 1 ist beispielsweise mit einer Stromversorgungsvorrichtung 1, einer Rauschfiltervorrichtung 2, einem Gleichrichter 3, einem PFC-Regler 4 (PFC = Power Factor Correction), einem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 und einer Lastvorrichtung 6 ausgestattet. Diese Komponenten sind durch Stromleitungen B1, B2 miteinander verbunden.
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Im Beispiel von 1 wird die Stromversorgungsvorrichtung 1, die an die linke Seite der Rauschfiltervorrichtung 2 angeschlossen ist, auch als „erste elektrische Vorrichtung“ bezeichnet, und andererseits werden der Gleichrichter 3, der PFC-Regler 4, der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 und die Lastvorrichtung 6, die an die rechte Seite der Rauschfiltervorrichtung 2 angeschlossen sind, auch als „zweite elektrische Vorrichtung“ bezeichnet. Mit anderen Worten, das elektrische Energiesystem von 1 ist versehen mit: der ersten und zweiten elektrischen Vorrichtung, die über die Stromleitungen B1, B2 miteinander verbunden sind, und der Rauschfiltervorrichtung 2, die in die Stromleitungen B1, B2 eingefügt ist.
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Die erste und/oder zweite elektrische Vorrichtung ist mit einer oder mehreren Schaltungen versehen, die ein oder mehrere aktive Elemente enthält bzw. enthalten, und am aktiven Element kann ein Rauschsignal auftreten. Im Beispiel von 1 sind zumindest einige der Komponenten, sprich Gleichrichter 3, PFC-Regler 4, Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 und Lastvorrichtung 6 (also die zweite elektrische Vorrichtung), mit der Schaltung einschließlich des aktiven Elements versehen, und diese Komponenten werden zusammen als „Rauschquellenvorrichtung 100“ bezeichnet. Ein Rauschsignal, das an der Rauschquellenvorrichtung 100 auftritt, breitet sich als Normalmodus-Rauschsignal oder Gleichtakt-Rauschsignal durch die Stromleitungen B1, B2 aus. Daher ist die Rauschfiltervorrichtung 2 so konfiguriert, dass sie mindestens eines der beiden Signale, das Normalmodus-Rauschsignal und das Gleichtakt-Rauschsignal, die sich durch die Stromleitungen B1, B2 ausbreiten, reduziert.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2 ist mit einem aktiven Filter versehen, der ein oder mehrere aktive Elemente enthält, die ein invertiertes Signal mit einer Polarität erzeugen, die der Polarität des Rauschsignals entgegengesetzt ist. Die Rauschfiltervorrichtung 2 kann zusätzlich zum aktiven Filter mit einem passiven Filter versehen sein, der aus passiven Elementen, wie einem Kondensator und einer Induktor, besteht.
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2 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration der Rauschfiltervorrichtung 2 aus 1 zeigt. Die Rauschfiltervorrichtung 2 ist versehen mit: mindestens einer Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal und einer Ausfalldetektorschaltung 12.
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Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal erfasst ein Rauschsignal, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt, erzeugt ein invertiertes Signal mit einer Polarität, die der Polarität des Rauschsignals entgegengesetzt ist, und speist das invertierte Signal in die Stromleitungen B1, B2 ein. Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal enthält ein aktives Element, wie z.B. einen Operationsverstärker, um ein invertiertes Signal zu erzeugen.
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Die Ausfalldetektorschaltung 12 überwacht, ob sich die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet oder ausgefallen ist. Die Ausfalldetektorschaltung 12 überwacht z.B. die Eingangsspannung der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal, in die das Rauschsignal eingeht, und bestimmt anhand der Eingangsspannung, ob sich die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet oder ausgefallen ist. Wie oben beschrieben, ist die erste und/oder zweite elektrische Vorrichtung mit einer oder mehreren Schaltungen versehen, die ein oder mehrere aktive Elemente enthalten. Wenn festgestellt wird, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, sendet die Ausfalldetektorschaltung 12 an die erste oder zweite elektrische Vorrichtung (im Beispiel von 1 an die Rauschquellenvorrichtung 100) ein Signal, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, und stoppt so den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements.
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Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal enthält ein oder mehrere aktive Elemente, die aufgrund von Überspannung oder dergleichen leicht kaputtgehen können. Wenn die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, kann eine andere Vorrichtung, die über Stromleitungen mit der Rauschquellenvorrichtung 100 verbunden ist, dem Rauschsignal ausgesetzt sein, oder eine weitere Vorrichtung, die sich in der Nähe der Rauschquellenvorrichtung 100 befindet, kann elektromagnetischen Interferenzen ausgesetzt sein, was zu Fehlfunktionen oder Ausfällen dieser Vorrichtungen führen kann. Gemäß der Ausführungsform des Aspekts der vorliegenden Offenbarung stoppt die Ausfalldetektorschaltung 12 bei Ausfall der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der Rauschquellenvorrichtung 100, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine Fehlfunktion oder ein Ausfall anderer Vorrichtungen auftritt.
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ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 1 bis 9 ein elektrisches Energiesystem mit einer Rauschfiltervorrichtung nach einer ersten Ausführungsform beschrieben.
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BEISPIELHAFTE KONFIGURATION DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Unter Bezugnahme auf 1 werden Komponenten des elektrischen Energiesystems im Folgenden näher beschrieben.
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Die Stromversorgungsvorrichtung 1 liefert Wechselstrom-(AC)-Energie mit einer bestimmten Spannung und einer bestimmten Frequenz. Die Stromversorgungsvorrichtung 1 kann eine Stromversorgungseinrichtung eines kommerziellen Stromnetzes sein oder alternativ z.B. mit einer Gleichstrom-(DC)-Stromversorgungsvorrichtung und einem Wechselrichter ausgestattet sein.
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Wie oben beschrieben, ist im Beispiel von 1 die Rauschfiltervorrichtung 2 in die Stromleitungen B1, B2 zwischen der Stromversorgungsvorrichtung 1 und dem Gleichrichter 3 eingefügt. Die Rauschfiltervorrichtung 2 ist so konfiguriert, dass sie das Normalmodus-Rauschsignal und das Gleichtakt-Rauschsignal, die sich durch die Stromleitungen B1, B2 ausbreiten, reduziert. Die Rauschfiltervorrichtung 2 ist mit einem aktiven Filter und einem passiven Filter ausgestattet.
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Der Gleichrichter 3 wandelt einen Wechselstrom, der von der Stromversorgungsvorrichtung 1 durch die Rauschfiltervorrichtung 2 hindurch geliefert wird, in Gleichstrom um. Der Gleichrichter 3 kann eine mit einer Diodenbrücke versehene Gleichrichterschaltung sein. Darüber hinaus kann der Gleichrichter 3 eine Synchrongleichrichterschaltung sein, die mit Schaltelementen versehen ist, die in Abhängigkeit von der Phase der eingegebenen Wechselspannung oder des eingegebenen Wechselstroms arbeiten.
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Der PFC-Regler4 regelt den Leistungsfaktor des vom Gleichrichter 3 abgegebenen Gleichstroms. Der PFC-Regler 4 kann mit passiven Elementen, wie z.B. einem Induktor und/oder einem Kondensator, und darüber hinaus mit aktiven Elementen, wie z.B. einem Transistor und einer Diode, ausgestattet sein.
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Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 wandelt eine bestimmte Gleichspannung, die vom PFC-Regler4 ausgegeben wird, in eine andere Gleichspannung um. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 ist z.B. mit einer Wechselrichterschaltung, einem Induktor oder einem Transformator, einer Gleichrichterschaltung und einer Glättungsschaltung ausgestattet. Der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 kann z.B. als LLC-Resonanzwandler konfiguriert sein, der mit einem Transformator, einem Induktor und einem Kondensator ausgestattet ist, wobei der Induktor und der Kondensator auf der Primärseite des Transformators vorgesehen sind.
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Die Lastvorrichtung 6 arbeitet so, dass sie einen Teil der Arbeit mithilfe des vom Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 ausgegebenen Gleichstroms durchführt. Die Lastvorrichtung 6 umfasst z.B. einen Motor, eine wiederaufladbare Batterie, einen Sensor, eine Kommunikationsvorrichtung und dergleichen.
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Wie oben beschrieben, enthält der Gleichrichter 3 Dioden oder Schaltelemente als aktive Elemente. Zusätzlich kann, wie oben beschrieben, der PFC-Regler 4 mit einer Diode oder einem Transistor als aktives Element versehen sein. Darüber hinaus enthält der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5, wie oben beschrieben, Schaltelemente einer Wechselrichterschaltung als aktive Elemente. Darüber hinaus enthält die Lastvorrichtung 6, wie oben beschrieben, als aktive Elemente z.B. Komponenten, die einen Motor, eine wiederaufladbare Batterie, einen Sensor oder eine Kommunikationsvorrichtung bilden. Zumindest einige der Komponenten, sprich Gleichrichter 3, PFC-Regler 4, Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 und Lastvorrichtung 6 sind so konfiguriert, dass sie den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements unter der Steuerung der Rauschfiltervorrichtung 2 stoppen.
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Unter Bezugnahme auf 2 bis 4 wird im Folgenden die Rauschfiltervorrichtung 2 näher beschrieben.
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Mit Bezug auf 2 ist die Rauschfiltervorrichtung 2 mit Kondensatoren C1 bis C3, C13, C14, einer Gleichtaktdrosselspule L1, der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal, der Ausfalldetektorschaltung 12 und einer Anzeige 13 versehen.
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Die Kondensatoren C1, C2 sind jeweils zwischen den Stromleitungen B1, B2 und einem Masseleiter angeschlossen. Die Kondensatoren C1, C2 leiten das Gleichtakt-Rauschsignal, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt, zum Masseleiter um und reduzieren so das Gleichtakt-Rauschsignal. Die auf diese Weise verschalteten Kondensatoren C1, C2 werden auch als „Y-Kondensatoren“ bezeichnet.
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Der Kondensator C3 ist auf die Stromleitungen B1, B2 aufgeschaltet und reduziert das durch die Stromleitungen B1, B2 fließende Normalmodus-Rauschsignal. Der auf diese Weise verschaltete Kondensator C3 wird auch als „X-Kondensator“ bezeichnet.
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Die Gleichtaktdrosselspule L1 ist mit einer Wicklung w1, die in die Stromleitung B1 eingefügt ist, und einer Wicklung w2 versehen, die in die Stromleitung B2 eingefügt ist. Die Wicklungen w1, w2 sind magnetisch so miteinander gekoppelt, dass das Gleichtakt-Rauschsignal, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt, aufgehoben wird. Zusätzlich ist die Gleichtaktdrosselspule L1 weiterhin mit einer Wicklung w3 versehen, die magnetisch mit den Wicklungen w1, w2 gekoppelt ist. Mit anderen Worten, die Wicklung w3 stellt einen Induktor dar, der magnetisch mit den Stromleitungen B1, B2 gekoppelt ist.
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Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal erfasst durch die Wicklung w3 das Gleichtakt-Rauschsignal, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt. Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal erfasst beispielsweise eine Spannung, die an einem Ende der Wicklung w3 auftritt, um ein Eingangssignal Vin zu erhalten, das das Gleichtakt-Rauschsignal darstellt. Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal erzeugt ein Ausgangssignal Vout mit einer Polarität, die der Polarität des Gleichtakt-Rauschsignals entgegengesetzt ist (d.h. ein invertiertes Signal). Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal leitet das Ausgangssignal Vout über die Kondensatoren C13 bzw. C14 jeweils in eine der beiden Stromleitungen B1 und B2.
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3 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal aus 2 zeigt. Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ist z.B. eine invertierende Verstärkerschaltung, die mit einem Operationsverstärker 21 und Widerständen R21, R22 versehen ist. Ein invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 21 ist über den Widerstand R21 mit der Wicklung w3 und über den Widerstand R22 auch mit einem Ausgangsanschluss verbunden. Ein nicht-invertierender Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 21 ist mit dem Masseleiter verbunden. Außerdem ist der Operationsverstärker 21 an eine positive Spannungsversorgung V+ und eine negative Spannungsversorgung V- angeschlossen.
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Die Wicklung w3, die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal und die Kondensatoren C13, C14 arbeiten als aktiver Filter zur Reduzierung des Gleichtakt-Rauschsignals, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt. Andererseits arbeiten die Kondensatoren C1 bis C3 und die Wicklungen w1, w2 als passiver Filter zur Reduzierung des Normalmodus-Rauschsignals und des Gleichtakt-Rauschsignals, die durch die Stromleitungen B1, B2 fließen.
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Die Ausfalldetektorschaltung 12 überwacht die Spannung des Eingangssignals Vin, das in die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal eingegeben wird, und bestimmt anhand der Spannung des Eingangssignals Vin, ob sich die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet oder ausgefallen ist. Die Ausfalldetektorschaltung 12 stellt fest, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, z.B. wenn der Absolutwert der Spannung des Eingangssignals Vin über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus ansteigt. Wenn festgestellt wird, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, sendet die Ausfalldetektorschaltung 12 ein Signal, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, an die Rauschquellenvorrichtung 100 und stoppt so den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements. Außerdem sendet die Ausfalldetektorschaltung 12 bei der Feststellung, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, ein Signal, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, an die Anzeige 13, und somit zeigt die Anzeige 13 an, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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4 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration der Ausfalldetektorschaltung 12 aus 2 zeigt. Die Ausfalldetektorschaltung 12 ist z.B. mit einem Verstärker 31, Referenzspannungsquellen 32, 34, Komparatoren 33, 35, einem logischen ODER-Operator 36 und einer Steuerschaltung 37 versehen.
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Der Verstärker 31 verstärkt das Eingangssignal Vin und gibt das verstärkte Signal in einen invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 33 und einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 35 ein.
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Die Referenzspannungsquelle 32 erzeugt eine vorbestimmte Obergrenzen-Referenzspannung und gibt diese in einen nicht-invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 33 ein. Der Komparator 33 bestimmt, ob die Spannung des verstärkten Eingangssignals Vin die Obergrenzen-Referenzspannung überschreitet oder nicht, und gibt ein Signal, das das Ergebnis anzeigt, in den ersten Eingangsanschluss des logischen ODER-Operators 36 ein.
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Die Referenzspannungsquelle 34 erzeugt eine vorbestimmte Untergrenzen-Referenzspannung und gibt diese in einen invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 35 ein. Der Komparator 35 bestimmt, ob die Spannung des verstärkten Eingangssignals Vin die Untergrenzen-Referenzspannung überschreitet oder nicht, und gibt ein Signal, das das Ergebnis anzeigt, in den zweiten Eingangsanschluss des logischen ODER-Operators 36 ein.
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Der logische ODER-Operator 36 bestimmt, ob die Spannung des verstärkten Eingangssignals Vin in einen Bereich zwischen der Obergrenzen-Referenzspannung und der Untergrenzen-Referenzspannung fällt oder nicht, und sendet ein Signal, das das Ergebnis anzeigt, an die Steuerschaltung 37.
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Die Steuerschaltung 37 bestimmt anhand des Ausgangssignals des logischen ODER-Operators 36, ob sich die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet oder ausgefallen ist. So können die Obergrenzen-Referenzspannung und die Untergrenzen-Referenzspannung zum Beispiel positive und negative Spannungen sein, die den gleichen Absolutwert haben. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 37 einen Zustand erfassen, in dem der Absolutwert der Spannung des Eingangssignals Vin aufgrund eines Ausfalls der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal über den vorgegebenen Schwellenwert hinaus angestiegen ist. Wenn festgestellt wird, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, sendet die Steuerschaltung 37 ein Signal, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, an die Rauschquellenvorrichtung 100 und die Anzeige 13.
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Die Anzeige 13 enthält z.B. eine Leuchtdiode. Die Anzeige 13 leuchtet z.B. auf, wenn die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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BEISPIELHAFTER BETRIEB DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 und 6 des Weiteren eine Beschreibung der Ausfalldetektorschaltung 12 angegeben, die anhand der Spannung des Eingangssignals Vin bestimmt, ob sich die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet oder ausgefallen ist.
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5 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration von Schaltungseinstellungen für die Simulation der Rauschfiltervorrichtung 2 gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In der Simulation wird von einer Generatorschaltung 11A für ein invertiertes Signal und einer Ausfalldetektorschaltung 12A von 5 ausgegangen. Eingangsanschlüsse der Generatorschaltung 11A für ein invertiertes Signal und der Ausfalldetektorschaltung 12A (Anschlüsse, an denen das Eingangssignal Vin eingespeist wird) wurden über einen Kondensator C0 und einen Widerstand R0 mit dem Masseleiter verbunden. Die Generatorschaltung 11A für ein invertiertes Signal war mit dem Operationsverstärker 21 und den Widerständen R21, R22 versehen und außerdem mit einem Kondensator C21, mit Dioden D1, D2, Transistoren Q21, Q22 und Widerständen R23 bis R25 ausgestattet. Die Ausfalldetektorschaltung 12A wurde mit einem Operationsverstärker 31A und Widerständen R31 bis R33 versehen. In der Simulation wurde bei der Eingabe des das Gleichtakt-Rauschsignal repräsentierenden Eingangssignals Vin eine zeitliche Änderung eines Erfassungssignal Vdet der Ausfalldetektorschaltung 12A berechnet. Der Operationsverstärker 31A von 5 entspricht dem Verstärker 31 von 4, und das Erfassungssignal Vdet entspricht der Spannung am Ausgangsanschluss des Verstärkers 31 von 4.
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6 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der Simulation an der Schaltung von 5 zeigt und zeitliche Änderungen des Eingangssignals Vin und des Erfassungssignals Vdet angibt. Wenn sich der Operationsverstärker 21 der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet, folgt die Spannung des Erfassungssignals Vdet der Änderung der Spannung des Eingangssignals Vin, das das Gleichtakt-Rauschsignal darstellt, mit einer leichten Verzögerung. Wenn dagegen der Operationsverstärker 21 der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, ändert sich die Spannung des Erfassungssignals Vdet auf eine andere Weise als im Normalbetrieb. So kann im ausgefallenen Zustand beispielsweise die Spitze des Absolutwerts der Spannung des Erfassungssignals Vdet größer sein als im Normalbetrieb. Darüber hinaus kann es vorkommen, dass im ausgefallenen Zustand die Spannung des Erfassungssignals Vdet zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht der Spannung des Eingangssignals Vin folgt, sondern für eine bestimmte Dauer gehalten wird. Daher ist es möglich, einen Fehler in der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal zu erfassen, indem zum Beispiel die Spannung des Erfassungssignals Vdet im Normalbetrieb im Voraus gemessen, diese als Referenzspannung angesetzt und ein Anstieg der Spannung des Erfassungssignals Vdet gegenüber der Referenzspannung festgestellt wird.
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Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal kann aus verschiedenen Gründen defekt sein. Zum Beispiel kann die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal den Defekt haben, dass ihr Ausgangsanschluss mit dem Masseleiter kurzgeschlossen ist. Darüber hinaus kann die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal den Defekt haben, dass die Spannungsquellen V+ und V- des Operationsverstärkers 21 unterbrochen sind oder dass ein Kurzschluss in den Spannungsquellen V+ und V- auftritt. In jedem Fall ist das invertierte Signal, das von der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal in die Stromleitungen B1, B2 eingespeist wird, immer Null. Da das invertierte Signal, das in die Stromleitungen B1, B2 eingespeist wird, ebenfalls Null ist, wird das Rauschsignal nicht getilgt, und die Spannung des Eingangssignals Vin steigt an. Daher kann die Ausfalldetektorschaltung 12 feststellen, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, indem sie einen Zustand erfasst, bei dem der Absolutwert der Spannung des Eingangssignals Vin über den Schwellenwert hinaus angestiegen ist.
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MODIFIZIERTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Während vorstehend eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in jeder Hinsicht ein Beispiel für die vorliegende Offenbarung. Es versteht sich von selbst, dass verschiedene Verbesserungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können die folgenden Änderungen vorgenommen werden. In der folgenden Beschreibung werden für gleichartige Komponenten dieselben Bezugszahlen wie in der obigen Ausführungsform verwendet, und gegebenenfalls werden dieselben Punkte wie in der obigen Ausführungsform weggelassen. Die folgenden modifizierten Ausführungsformen können nach Bedarf kombiniert werden.
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7 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Rauschfiltervorrichtung 2A nach einer ersten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform zeigt. Die Rauschfiltervorrichtung 2A ist anstelle der Gleichtaktdrosselspule L1 und den Kondensatoren C13, C14 aus 2 mit Kondensatoren C11, C12 und einer Gleichtaktdrosselspule L2 versehen.
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Die Kondensatoren C11, C12 sind mit den Stromleitungen B1 bzw. B2 verbunden.
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Die Gleichtaktdrosselspule L2 ist mit einer Wicklung w4, die in die Stromleitung B1 eingefügt ist, und einer Wicklung w5 versehen, die in die Stromleitung B2 eingefügt ist. Die Wicklungen w4, w5 sind magnetisch miteinander gekoppelt, so dass das Gleichtakt-Rauschsignal, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt, aufgehoben wird. Darüber hinaus ist die Gleichtaktdrosselspule L2 auch noch mit einer Wicklung w6 versehen, die magnetisch mit den Wicklungen w4, w5 gekoppelt ist. Mit anderen Worten, die Wicklung w6 ist ein Induktor, der magnetisch mit den Stromleitungen B1, B2 gekoppelt ist.
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Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal erfasst über die Kondensatoren C11, C12 das Gleichtakt-Rauschsignal, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt. Zusätzlich speist die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal das Ausgangssignal Vout durch die Wicklung w6 in die beiden Stromleitungen B1, B2 ein.
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Im Beispiel von 2 wird das Gleichtakt-Rauschsignal durch die Wicklung w3 erfasst, die magnetisch mit den Stromleitungen B1, B2 gekoppelt ist. Alternativ kann das Gleichtakt-Rauschsignal, wie in 7 gezeigt, durch die Kondensatoren C11, C12 erfasst werden. Zusätzlich wird im Beispiel von 2 das invertierte Signal durch die Kondensatoren C13 bzw. C14 in die Stromleitungen B1, B2 eingespeist. Alternativ kann, wie in 7 dargestellt, das invertierte Signal durch die Wicklung w6 in die Stromleitungen B1, B2 eingespeist werden.
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8 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Rauschfiltervorrichtung 2B nach einer zweiten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform zeigt. Die Rauschfiltervorrichtung 2B ist anstelle der Kondensatoren C13, C14 in 2 mit der Gleichtaktdrosselspule L2 versehen.
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9 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Rauschfiltervorrichtung 2C nach einer dritten modifizierten Ausführungsform der ersten Ausführungsform zeigt. Die Rauschfiltervorrichtung 2C ist anstelle der Gleichtaktdrosselspule L1 in 2 mit den Kondensatoren C11, C12 versehen.
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In den Beispielen der 2, 7 und 9 wurde der Fall beschrieben, dass der Eingangsanschluss der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal über die Wicklung w3 (d.h. den Induktor) oder die Kondensatoren C11, C12 mit den Stromleitungen B1, B2 verbunden ist. Wie jedoch unten im Beispiel von 13 beschrieben, kann der Eingangsanschluss der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal über einen oder mehrere Widerstände mit einer Stromleitung verbunden sein.
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Die Ausfalldetektorschaltung 12 kann feststellen, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, wenn z.B. die Spannung des Eingangssignals Vin bei einer vorgegebenen Spannung (z.B. der Spannung des Masseleiters) konstant wird. Zum Beispiel kann die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal den Defekt haben, dass ihr Eingangsanschluss mit dem Masseleiter kurzgeschlossen ist. In diesem Fall wird der Eingangsanschluss der Ausfalldetektorschaltung 12 ebenfalls mit dem Masseleiter kurzgeschlossen. Daher kann die Ausfalldetektorschaltung 12 feststellen, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, indem sie einen Zustand erfasst, bei dem die Spannung des Eingangssignals Vin bei der Spannung des Masseleiters konstant wird. Die Obergrenzen-Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 32 und die Untergrenzen-Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 34 werden auf dieselbe Spannung oder im Wesentlichen gleiche Spannungen (z.B. die Spannung des Masseleiters) eingestellt. In diesem Fall kann die Steuerschaltung 37 einen Zustand erfassen, bei dem die Spannung des Eingangssignals Vin bei der vorgegebenen Spannung (z.B. der Spannung des Masseleiters) aufgrund eines Ausfalls in der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal konstant wird.
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Bei der Rauschfiltervorrichtung 2 kann die Anzeige 13 entfallen. Dadurch ist es möglich, Größe und Kosten zu reduzieren.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2 kann so konfiguriert sein, dass sie kein Signal zum Anhalten des Betriebs der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der Rauschquellenvorrichtung 100 ausgibt. In diesem Fall kann ein Benutzer des elektrischen Energiesystems die Anzeige 13 beobachten, um zu erkennen, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, und den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der Rauschquellenvorrichtung 100 (oder im gesamten elektrischen Energiesystem) stoppen.
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Das elektrische Energiesystem kann anstelle der Wechselstromversorgungsvorrichtung 1 und des Gleichrichters 3 mit einer Gleichstromversorgungsvorrichtung ausgestattet sein. Darüber hinaus kann das elektrische Energiesystem anstelle der Gleichstromlastvorrichtung 6 mit einem Wechselrichter und einer Wechselstromlastvorrichtung ausgestattet sein. Die Rauschfiltervorrichtung 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist auch auf diese Fälle anwendbar, und selbst wenn die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass eine Fehlfunktion oder ein Ausfall anderer Vorrichtungen auftritt.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung 2 der ersten Ausführungsform stoppt die Ausfalldetektorschaltung 12 bei Ausfall der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der Rauschquellenvorrichtung 100, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine Fehlfunktion oder ein Ausfall anderer Vorrichtungen auftritt. Im Allgemeinen sind passive Elemente sehr ausfallsicher, aber aktive Elemente nehmen eher Schaden als passive Elemente. Gemäß der Rauschfiltervorrichtung 2 der ersten Ausführungsform ist es selbst dann, wenn die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal einschließlich aktiver Elemente ausgefallen ist, möglich, den Einfluss der defekten Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal auf andere Vorrichtungen zu verringern.
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Da die Anzeige 13 anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, kann der Benutzer des elektrischen Energiesystems die defekte Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal reparieren oder ersetzen, so wie es die Rauschfiltervorrichtung 2 der ersten Ausführungsform vorsieht.
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An eine gemeinsame Stromversorgungsvorrichtung 1 (z.B. eine Stromversorgungseinrichtung eines kommerziellen Stromnetzes) können mehrere elektrische Energiesysteme angeschlossen sein. Ist in diesem Fall die Rauschfiltervorrichtung 2 nicht vorhanden, dann kann ein in einem elektrischen Energiesystem auftretendes Rauschsignal über die Stromversorgungsvorrichtung 1 in andere elektrische Energiesysteme gelangen, und es kann zu Fehlfunktionen oder Ausfällen von Vorrichtungen in den letztgenannten elektrischen Energiesystemen kommen. Da die Rauschfiltervorrichtung 2 vorgesehen ist, ist es gemäß der Rauschfiltervorrichtung 2 der ersten Ausführungsform möglich, das Rauschsignal zu reduzieren, das sich zu anderen elektrischen Energiesystemen ausbreitet.
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Wenn eine Rauschfiltervorrichtung nur mit einem oder mehreren passiven Filtern statt mit einem oder mehreren aktiven Filtern versehen ist, sollte die Rauschfiltervorrichtung so konfiguriert werden, dass sie einen mehrstufigen Filter (z.B. eine Mehrzahl von Gleichtaktdrosselspulen) enthält, um das Rauschsignal ausreichend zu reduzieren. Andererseits ist es nach der Rauschfiltervorrichtung 2 der ersten Ausführungsform möglich, da der aktive Filter vorgesehen ist, z.B. die Anzahl der Gleichtaktdrosselspulen zu reduzieren und die Größe zu verringern, als wenn nur ein oder mehrere passive Filter vorgesehen sind.
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In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind Energieleitungen als die Stromleitungen beschrieben. Die Rauschfiltervorrichtung gemäß der Ausführungsform ist jedoch auf einen Fall von Signalleitungen als Stromleitungen ähnlich anwendbar.
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ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
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10 ist ein Blockschaltbild, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt. Wie in 10 dargestellt, kann die Rauschfiltervorrichtung 2 in die Stromleitungen B1, B2 zwischen dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 und der Lastvorrichtung 6 eingefügt sein.
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Im Beispiel von 10 werden der Gleichrichter 3, der PFC-Regler 4 und der Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5, die an der linken Seite der Rauschfiltervorrichtung 2 angeschlossen sind, auch als „erste elektrische Vorrichtung“ bezeichnet, und die an der rechten Seite der Rauschfiltervorrichtung 2 angeschlossene Lastvorrichtung 6 wird auch als „zweite elektrische Vorrichtung“ bezeichnet. Mit anderen Worten, das elektrische Energiesystem von 10 ist versehen mit: der ersten und zweiten elektrischen Vorrichtung, die durch die Stromleitungen B1, B2 miteinander verbunden sind, und der in die Stromleitungen B1, B2 eingefügten Rauschfiltervorrichtung 2.
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Mindestens eine der ersten und zweiten elektrischen Vorrichtung ist mit einer oder mehreren Schaltungen versehen, die ein oder mehrere aktive Elemente enthält bzw. enthalten, und am aktiven Element kann ein Rauschsignal auftreten. Im Beispiel von 10 sind zumindest einige Komponenten, sprich Gleichrichter 3, PFC-Regler 4 und Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5 (erste elektrische Vorrichtung) mit der Schaltung einschließlich des aktiven Elements versehen, und diese Komponenten werden zusammen als „Rauschquellenvorrichtung 200“ bezeichnet. Ein Rauschsignal, das an der Rauschquellenvorrichtung 200 auftritt, breitet sich als Normalmodus-Rauschsignal oder als Gleichtakt-Rauschsignal durch die Stromleitungen B1, B2 aus. Daher ist die Rauschfiltervorrichtung 2 so konfiguriert, dass sie mindestens eines der beiden Signale, das Normalmodus-Rauschsignal und das Gleichtakt-Rauschsignal, die sich durch die Stromleitungen B1, B2 ausbreiten, reduziert.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2 in 10 ist ähnlich wie die Rauschfiltervorrichtung 2 in 1 konfiguriert und mindestens mit der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal und der Ausfalldetektorschaltung 12 versehen. Die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal erfasst ein Rauschsignal, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt, erzeugt ein invertiertes Signal mit einer Polarität, die der Polarität des Rauschsignals entgegengesetzt ist, und speist das invertierte Signal in die Stromleitungen B1, B2 ein. Die Ausfalldetektorschaltung 12 überwacht, ob sich die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet oder ausgefallen ist. Wenn festgestellt wird, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, sendet die Ausfalldetektorschaltung 12 ein Signal, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, an die Rauschquellenvorrichtung 200 und stoppt so den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung 2 der zweiten Ausführungsform stoppt die Ausfalldetektorschaltung 12, wenn die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der Rauschquellenvorrichtung 200, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine Fehlfunktion oder ein Ausfall anderer Vorrichtungen (z. B. der Lastvorrichtung 6) auftritt.
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Die Lastvorrichtung 6 enthält auch ein oder mehrere aktive Elemente. Wenn also festgestellt wird, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, kann die Ausfalldetektorschaltung 12 ein Signal, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, an die Lastvorrichtung 6 senden und so den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements stoppen.
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Das elektrische Energiesystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann sowohl mit der Rauschfiltervorrichtung 2 von 1 als auch mit der Rauschfiltervorrichtung 2 von 10 versehen werden. Darüber hinaus kann die Rauschfiltervorrichtung 2 in die Stromleitungen B1, B2 an einer anderen Stelle als in den Beispielen der 1 und 10 eingefügt werden, z.B. zwischen dem Gleichrichter 3 und dem PFC-Regler 4 und/oder zwischen dem PFC-Regler 4 und dem Gleichstrom/Gleichstrom-Wandler 5.
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DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
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11 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems einschließlich der Rauschfiltervorrichtung 2D nach einer dritten Ausführungsform zeigt. Die Rauschfiltervorrichtung 2D gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann in andere Stromleitungen als die der ersten Ausführungsform und zwischen andere elektrische Vorrichtungen als die der ersten Ausführungsform eingefügt werden.
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Das elektrische Energiesystem von 11 ist mit einer Stromversorgungsvorrichtung 1Da, einem Wechselrichter 1 Db, einer Rauschfiltervorrichtung 2D und einem Motor 6D ausgestattet.
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Die Stromversorgungsvorrichtung 1Da liefert Gleichstrom bei einer bestimmten Spannung. Der Wechselrichter 1Db erzeugt dreiphasigen Wechselstrom aus dem von der Stromversorgungsvorrichtung 1Da gelieferten Wechselstrom. Der vom Wechselrichter 1Db erzeugte dreiphasige Wechselstrom wird dem Motor 6D über Stromleitungen B01 bis B03 zugeführt. Die Rauschfiltervorrichtung 2D ist in die Stromleitungen B01 bis B03 zwischen dem Wechselrichter 1Db und dem Motor 6D eingefügt.
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Im Beispiel von 11 werden die Stromversorgungsvorrichtung 1Da und der Wechselrichter 1Db, die an die linke Seite der Rauschfiltervorrichtung 2D angeschlossen sind, auch als „erste elektrische Vorrichtung“ bezeichnet, und der Motor 6D, der an die rechte Seite der Rauschfiltervorrichtung 2D angeschlossen ist, wird auch als „zweite elektrische Vorrichtung“ bezeichnet. Mit anderen Worten, das elektrische Energiesystem von 11 ist versehen mit: der ersten und zweiten elektrischen Vorrichtung, die durch die Stromleitungen B01 bis B03 miteinander verbunden sind, und der Rauschfiltervorrichtung 2D, die in die Stromleitungen B01 bis B03 eingefügt ist.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2D ist mit Kondensatoren C01 bis C06, einem Transformator L3, einer Generatorschaltung 11D für ein invertiertes Signal, der Ausfalldetektorschaltung 12 und der Anzeige 13 versehen.
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Die Kondensatoren C01 bis C03 sind jeweils mit einer der Stromleitungen B01 bis B03 verbunden. Zusätzlich sind auch die Kondensatoren C04 bis C06 jeweils mit einer der Stromleitungen B01 bis B03 verbunden.
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Der Transformator L3 hat eine Primärwicklung und drei Sekundärwicklungen, wobei die drei Sekundärwicklungen jeweils in eine der Stromleitungen B01 bis B03 eingefügt sind.
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Die Generatorschaltung 11D für ein invertiertes Signal erhält über die Kondensatoren C01 bis C03 ein Eingangssignal Vin1, das ein Gleichtakt-Rauschsignal darstellt, welches durch die Stromleitungen B01 bis B03 fließt. Die Generatorschaltung 11D für ein invertiertes Signal erhält über die Kondensatoren C04 bis C06 ein Eingangssignal Vin2, welches das Gleichtakt-Rauschsignal darstellt, das durch die Stromleitungen B01 bis B03 fließt. Die Generatorschaltung 11D für ein invertiertes Signal erzeugt Ausgangssignale Vout1, Vout2 (d.h. invertierte Signale) mit einer Polarität, die der Polarität des Gleichtakt-Rauschsignals entgegengesetzt ist. Die Generatorschaltung 11D für ein invertiertes Signal legt die Ausgangssignale Vout1, Vout2 an beide Enden der Primärwicklung des Transformators L3 an, um die Ausgangssignale Vout1, Vout2 durch den Transformator L3 in die Stromleitungen B01 bis B03 einzuspeisen.
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Die Generatorschaltung 11D für ein invertiertes Signal ist mit einem Operationsverstärker 21, Referenzspannungsquellen 22, 23, Kondensatoren C22, C23, Transistoren Q21 bis Q24 und Widerständen R21, R22 versehen.
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Die Ausfalldetektorschaltung 12 und die Anzeige 13 von 11 sind in ähnlicher Weise konfiguriert wie die Ausfalldetektorschaltung 12 und die Anzeige 13 von 2.
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Da die Rauschfiltervorrichtung 2D wie oben beschrieben konfiguriert ist, arbeitet sie als aktiver Filter zur Reduzierung des Gleichtakt-Rauschsignals, das durch die Stromleitungen B01 bis B03 fließt.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung 2D der dritten Ausführungsform stoppt die Ausfalldetektorschaltung 12 bei Ausfall der Generatorschaltung 11D für ein invertiertes Signal den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements im Wechselrichter 1Db, und somit ist es weniger wahrscheinlich, dass es zu Fehlfunktionen oder Ausfällen anderer Vorrichtungen (z.B. des Motors 6D) kommt.
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VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM
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12 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2E nach einer vierten Ausführungsform zeigt.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2E ist mit einer Generatorschaltung 11E für ein invertiertes Signal, der Ausfalldetektorschaltung 12, der Anzeige 13, den Kondensatoren C1, C2, C11, C12, mit Normalmodus-Drosselspulen L4, L5, einem Transformator L6 und mit Widerständen R1, R2, R11, R12 versehen.
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Die Generatorschaltung 11E für ein invertiertes Signal erfasst über die Kondensatoren C11, C12 ein Normalmodus-Rauschsignal, das durch die Stromleitungen B1, B2 fließt. Die Generatorschaltung 11E für ein invertiertes Signal erzeugt ein Ausgangssignal (d.h. ein invertiertes Signal) mit einer Polarität, die der Polarität des Normalmodus-Rauschsignals entgegengesetzt ist. Die Generatorschaltung 11E für ein invertiertes Signal speist das Ausgangssignal durch den Transformator L6 in die Stromleitungen B1, B2 ein. Die Generatorschaltung 11E für ein invertiertes Signal ist mit dem Operationsverstärker 21, dem Kondensator C21, mit Widerständen R21, R22, R26, R27 und Transformatoren T1, T2 ausgestattet. Die Kondensatoren C11, C12, die Generatorschaltung 11E für ein invertiertes Signal und der Transformator L6 arbeiten als aktiver Filter zur Reduzierung des durch die Stromleitungen B1, B2 fließenden Normalmodus-Rauschsignals.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung 2E der vierten Ausführungsform stoppt die Ausfalldetektorschaltung 12 bei Ausfall der Generatorschaltung 11E für ein invertiertes Signal den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der Rauschquellenvorrichtung 100, und es ist daher weniger wahrscheinlich, dass es zu Fehlfunktionen oder Ausfällen anderer Vorrichtungen kommt.
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FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
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13 ist ein Schaltplan, der schematisch eine beispielhafte Konfiguration eines elektrischen Energiesystems mit einer Rauschfiltervorrichtung 2F gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2F ist mit einer Generatorschaltung 11F für ein invertiertes Signal, der Ausfalldetektorschaltung 12, der Anzeige 13, den Kondensatoren C1, C2, den Normalmodus-Drosselspulen L4, L5 und den Widerständen R1, R2 versehen.
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Die Generatorschaltung 11F für ein invertiertes Signal ist mit Operationsverstärkern 41, 42, Kondensatoren C41 bis C46, einer Normalmodus-Drosselspule L41, einer Zenerdiode Z41, einem Transistor Q41 und Widerständen R41 bis R49 versehen. Der Operationsverstärker 41, der Kondensator C43 und die Widerstände R48, R49 erfassen ein Normalmodus-Rauschsignal, das durch die Stromleitung B1 fließt. Der Operationsverstärker 42, der Kondensator C42, der Transistor Q41 und die Widerstände R44, R45 erzeugen ein invertiertes Signal mit einer Polarität, die der Polarität des Normalmodus-Rauschsignals entgegengesetzt ist. Das invertierte Signal wird über die Widerstände R46, R47 in die Stromleitung B1 eingespeist. Im Beispiel von 13 erfasst die Generatorschaltung 11F für ein invertiertes Signal über den Widerstand R48 ein Normalmodus-Rauschsignal, das durch die Stromleitung B1 fließt.
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Gemäß der Rauschfiltervorrichtung 2F der fünften Ausführungsform stoppt die Ausfalldetektorschaltung 12 bei Ausfall der Generatorschaltung 11F für ein invertiertes Signal den Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements in der Rauschquellenvorrichtung 100, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass eine Fehlfunktion oder ein Ausfall anderer Vorrichtungen auftritt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Rauschfiltervorrichtung und das elektrische Energiesystem nach den Aspekten der vorliegenden Offenbarung können wie folgt dargestellt werden.
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Eine Rauschfiltervorrichtung 2 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist in Stromleitungen B1, B2 einzufügen, die eine erste und eine zweite elektrische Vorrichtung miteinander verbinden. Die Rauschfiltervorrichtung 2 ist versehen mit: einer Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal, die ein durch die Stromleitungen B1, B2 fließendes Rauschsignal erfasst, ein invertiertes Signal mit einer Polarität erzeugt, die einer Polarität des Rauschsignals entgegengesetzt ist, und das invertierte Signal in die Stromleitungen B1, B2 einspeist; und einer Ausfalldetektorschaltung 12, die überwacht, ob sich die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal im Normalbetrieb befindet oder ausgefallen ist. Die erste und/oder zweite elektrische Vorrichtung ist mit einer Schaltung mit einem aktiven Element versehen. Die Ausfalldetektorschaltung 12 sendet ein Signal an die erste oder zweite elektrische Vorrichtung, wobei das Signal anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, wodurch der Betrieb der Schaltung einschließlich des aktiven Elements gestoppt wird.
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In der Rauschfiltervorrichtung 2 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Ausfalldetektorschaltung 12 eine Eingangsspannung der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal überwachen, in die das Rauschsignal eingeht, und wenn ein Absolutwert der Eingangsspannung über einen vorbestimmten Schwellenwert hinaus ansteigt, kann die Ausfalldetektorschaltung 12 das Signal ausgeben, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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In der Rauschfiltervorrichtung 2 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Ausfalldetektorschaltung 12 eine Eingangsspannung der Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal überwachen, in die das Rauschsignal eingeht, und wenn die Eingangsspannung bei einer vorbestimmten Spannung konstant wird, kann die Ausfalldetektorschaltung 12 das Signal ausgeben, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2, 2B gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner mit einem Induktor versehen sein, der magnetisch mit den Stromleitungen B1, B2 gekoppelt ist. In diesem Fall erfasst die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal das Rauschsignal durch den Induktor.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2A, 2C bis 2E gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner mit Kondensatoren C11 bis C12, C01 bis C06 versehen sein, die mit den Stromleitungen B1, B2 verbunden sind. In diesem Fall erfasst die Generatorschaltung 11, 11D, 11E für ein invertiertes Signal das Rauschsignal durch die Kondensatoren C11 bis C12, C01 bis C06.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2F gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner mit einem Widerstand R48 versehen sein, der mit der Stromleitung B1 verbunden ist. In diesem Fall erfasst die Generatorschaltung 11F für ein invertiertes Signal das Rauschsignal über den Widerstand R48.
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Die Rauschfiltervorrichtung 2 nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner mit einer Anzeige 13 versehen sein. In diesem Fall sendet die Ausfalldetektorschaltung 12 das Signal, das anzeigt, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist, an die Anzeige 13, und somit zeigt die Anzeige 13 an, dass die Generatorschaltung 11 für ein invertiertes Signal ausgefallen ist.
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Ein elektrisches Energiesystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist versehen mit: einer ersten und einer zweiten elektrischen Vorrichtung, die durch Stromleitungen B1, B2 miteinander verbunden sind; und der Rauschfiltervorrichtung 2, die in die Stromleitungen B1, B2 eingefügt ist.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Die Rauschfiltervorrichtung nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist beispielsweise auf ein elektrisches Energiesystem anwendbar, das als Stromversorgungssystem betrieben werden kann, in das Wechselstrom eingespeist wird und das eine Gleichstromleistung von etwa 2 kW abgibt.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1Da:
- STROMVERSORGUNGSVORRICHTUNG
- 1Db:
- WECHSELRICHTER
- 2, 2A bis 2F:
- RAUSCHFILTERVORRICHTUNG
- 3:
- GLEICHRICHTER
- 4:
- PFC-REGLER
- 5:
- GLEICHSTROM/GLEICHSTROM-WANDLER
- 6:
- LASTVORRICHTUNG
- 6D:
- MOTOR
- 11, 11A, 11D bis 11F:
- GENERATORSCHALTUNG FÜR EIN INVERTIERTES SIGNAL
- 12, 12A:
- AUSFALLDETEKTORSCHALTUNG
- 13:
- ANZEIGE
- 21:
- OPERATIONSVERSTÄRKER
- 22, 23:
- BEZUGSSPANNUNGSQUELLE
- 31:
- VERSTÄRKER
- 31A:
- OPERATIONSVERSTÄRKER
- 32, 34:
- REFERENZSPANNUNGSQUELLE
- 33, 35:
- KOMPARATOR
- 36:
- LOGISCHER ODER-OPERATOR
- 37:
- STEUERSCHALTUNG
- 41, 42:
- OPERATIONSVERSTÄRKER
- 100, 200:
- RAUSCHQUELLENVORRICHTUNG
- B1 bis B2, B01 bis B03:
- STROMLEITUNG
- C0, C01 bis C06, C1 bis C3, C11 bis C14, C21 bis C23, C41 bis C46:
- KONDENSATOR
- D1, D2:
- DIODE
- L1, L2:
- GLEICHTAKT-DROSSELSPULE
- L3:
- TRANSFORMATOR
- L4, L5, L41:
- NORMALMODUS-DROSSELSPULE
- L6:
- TRANSFORMATOR
- Q21 bis Q24, Q41:
- TRANSISTOR
- R0, R1 bis R2, R11 bis R12, R21 bis R27, R31 bis R33, R41 bis R49:
- WIDERSTAND
- T1, T2:
- TRANSFORMATOR
- Z41:
- ZENER-DIODE
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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