JP5964072B2 - 力率改善回路 - Google Patents
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Description
力率改善回路(請求項3)。
図1は、本発明の第1の実施形態における力率改善回路1を備えた電源装置10を示す回路構成図である。電源装置10において、力率改善回路1は、交流電源Vacの交流電圧を整流、昇圧、及び力率改善し、負荷回路3に印加する機能を担うものである。負荷回路3は、典型的には、DC−DCコンバータ回路またはDC−ACコンバータ回路から構成され、力率改善回路1は、全体としてAC−DCコンバータまたはAC−ACコンバータをなす電源装置10の入力段を構成する。但し、本発明は、負荷回路3の具体的構成によって限定されるものではなく、任意の適切な回路とすることができる。
力率改善回路1は、交流電源VacとリアクトルL1の接続点に一端が接続され、他端がコモンラインに接続されたコンデンサC1を備えている。
図2に示す各波形は、(a)が、交流電源Vacの両端間の電圧波形、(b)が、リアクトルL1(一次巻線WL1p)に流れるリアクトル電流IL1、(c)が、二次巻線WL1sに発生する誘導電圧Vwls、(d)が、交流電源VacのL側の入力電圧Vsl、(e)が、交流電源VacのN側の入力電圧Vsn、(f)は、後述するゼロ電流検出電圧Vzdである。
そして、図2(b)には、リアクトル電流IL1について、図2(c)、(f)と同様の塗潰された領域に加えて、臨界モードでのリアクトル電流IL1の振動波形が模式的に示されている。
但し、本発明に係る力率改善回路において、正の半周期における第1のスイッチング素子Q1のオン・オフ動作、及び、負の半周期における第2のスイッチング素子Q2のオン・オフ動作は、上述したように実施される限り、駆動制御回路2は、第1のスイッチング素子Q1のゲート駆動信号と、第2のスイッチング素子Q2のゲート駆動信号とを、それぞれ独立に生成、出力するものであってもよい。
力率改善回路1aは、次の点で、図1に示す力率改善回路1と相違する。すなわち、力率改善回路1aは、トランスTraを有する電流検出部5aを有しており、トランスTraは、リアクトルL1を構成する一次巻線Wlpと、一次巻線Wlpに磁気結合する第1及び第2の二次巻線Wls1、Wls2を含んでいる。ここで、第1及び第2の二次巻線Wls1、Wls2の一端はコモンラインに接続されており、第1の二次巻線Wls1の他端は、抵抗R3を介して駆動制御回路2aの第1の入力電流検出端子Si1に接続され、第2の二次巻線Wls2の他端は、抵抗R4を介して駆動制御回路2aの第2の入力電流検出端子Si2に接続されている。
力率改善回路1bは、図3に示す力率改善回路1aと比較して、上述した切替部が、切替回路6として駆動制御回路2bの外部に設けられている点で相違する。また、力率改善回路1bは、その入力電圧検出部4aを、交流電源VacのN側の端子の入力電圧のみを検出するように構成した例ともなっている。
図7に示す切替回路6は、第3及び第4のスイッチング素子SW1、SW2を含んでいる。第3及び第4のスイッチング素子SW1、SW2の一端は、それぞれ抵抗R5を介して直流電源Vdcに接続され、他端は、それぞれ抵抗R6を介して接地されており、抵抗R6の接地されていない側の一端は、切替回路6の出力端子に接続されている。さらに、切替回路6は、一端が出力端子に接続され、他端が接地された出力コンデンサC3を備えており、駆動制御回路2bの入力電流検出端子Si3には、この出力コンデンサC3の電圧が出力される。尚、切替回路6のグランドは、力率改善回路1bの出力のグランド(したがって、上述したコモンライン)と共通であり、その接地電位は、すなわち、コモンラインの電位である。
本実施形態では、第3〜第6のスイッチング素子SW1〜SW4は、MOS−FETにより構成され、各スイッチング素子SW1〜SW4は、ゲート駆動信号が所定のHighレベルの場合にターンオン(図7に示すスイッチが閉じた状態)、所定のLowレベルの場合にターンオフ(図7に示すスイッチが開いた状態)されるとともに、切替回路6に入力される第1及び第2の電流検出信号、及び、電圧検出信号は、それぞれ各スイッチング素子SW1〜SW4を駆動するために必要なHigh及びLowレベルを出力可能なものとする。
ここで、図7は、交流電源Vacの負の半周期において、第2のスイッチング素子Q2がターンオフされ、リアクトル電流L1に流れる負方向のリアクトル電流IL1が、ピーク値から減少している時点の切替回路6の状態を示している。このとき、トランスTraの第1の二次巻線Wls1には正の第1の誘導電圧Vwls1が発生している。
一方、第5のスイッチング素子SW3は、そのゲート駆動信号が入力電圧VsnのHighレベルから論理反転されてLowレベルとなるため、オフ(開)状態となり、これによって、第3のスイッチング素子SW1は、第1の入力端子Si1から入力される第1の誘導電圧Vws1をそのゲート駆動信号として、オン・オフ制御されることになる。
上述した実施形態において、力率改善回路1における電流検出部5は、入力電流検出信号として誘導電圧Vwls自体を出力するものとしたが、本発明に係る力率改善回路において、入力電流検出信号は、誘導電圧Vwlsに基づいて生成される信号であって、その信号に基づいて第1及び第2のスイッチング素子Q1、Q2を制御して、所望の直流電圧を負荷回路3に供給することが可能である限り、任意の適切な信号とすることができる。このことは、力率改善回路1a、1bの電流検出部5aにおける、第1及び第2の入力電流検出信号についても同様である。
また、力率改善回路1は、駆動制御回路2が備える判別部及び反転部と同等の機能を少なくとも有する反転回路を、駆動制御回路2の外部に備えるものであってもよい。駆動制御回路2の外部に備える回路は、反転回路と、上述した切替回路6、6a〜6dの両方を備えており、力率改善回路の構成に応じていずれかの回路を選択して使用可能なものであってもよい。
Claims (6)
- 第1の整流素子(D1)と第1のスイッチング素子(Q1)からなる第1の直列回路と、第2の整流素子(D2)と第2のスイッチング素子(Q2)からなり、前記第1の直列回路に並列接続される第2の直列回路と、前記第1及び第2の直列回路並びに負荷回路に並列接続される平滑コンデンサ(C2)と、第1の整流素子(D1)と第1のスイッチング素子(Q1)の接続点または第2の整流素子(D2)と第2のスイッチング素子(Q2)の接続点のうちのいずれか一方に一端が接続され、他端が交流電源(Vac)の一端に接続されるリアクトル(L1)と、を備え、前記交流電源(Vac)の他端は、前記第1の整流素子(D1)と第1のスイッチング素子(Q1)の接続点または前記第2の整流素子(D2)と第2のスイッチング素子(Q2)の接続点のうちのいずれか他方に接続された力率改善回路であって、
前記交流電源(Vac)の少なくとも一端の入力電圧を、前記平滑コンデンサ(C2)の低圧側の一端を基準として検出する入力電圧検出部と、前記交流電源(Vac)からの入力電流を検出する電流検出部と、前記交流電源(Vac)の正の半周期と負の半周期とを判別する判別部とをさらに備え、前記電流検出部は、前記リアクトル(L1)を一次側とするトランス(Tr)を有しており、
前記トランス(Tr)の二次側から前記入力電流に応じて出力される入力電流検出信号と前記判別部の判別結果とから、前記入力電流がゼロとなる時点を判別することに少なくとも部分的に基づいて前記第1及び第2のスイッチング素子(Q1、Q2)を臨界モードで制御して、所望の直流電圧を前記負荷回路に供給することを特徴とする力率改善回路。 - 前記入力電流検出信号は、前記トランス(Tr)の二次側に発生する1以上の誘導電圧に基づいて生成され、それぞれの誘導電圧は、前記交流電源(Vac)の正の半周期の間に発生する場合の極性と、前記交流電源(Vac)の負の半周期の間に発生する場合の極性が、互いに逆極性であることを特徴とする請求項1に記載の力率改善回路。
- 前記判別部は、前記入力電圧検出部から出力される電圧検出信号に基づいて、前記交流電源(Vac)の正の半周期及び負の半周期を判別することを特徴とする請求項2に記載の力率改善回路。
- 前記トランス(Tr)の二次側に発生する誘導電圧は第1及び第2の誘導電圧を含み、前記入力電流検出信号は、それぞれ前記第1及び第2の誘導電圧に基づいて生成される第1及び第2の入力電流検出信号を含んでおり、前記交流電源(Vac)の正の半周期の間に発生する前記第1の誘導電圧の極性と、前記交流電源(Vac)の負の半周期の間に発生する前記第2の誘導電圧の極性は一致し、かつ、前記交流電源(Vac)の負の半周期の間に発生する前記第1の誘導電圧の極性と、前記交流電源(Vac)の正の半周期の間に発生する前記第2の誘導電圧の極性は一致することを特徴とする請求項2または3に記載の力率改善回路。
- 前記第1の入力電流検出信号、前記第2の入力電流検出信号、及び前記入力電圧検出部から出力される電圧検出信号が入力され、前記交流電源(Vac)の正の半周期及び負の半周期に応じて、前記第1の入力電流検出信号及び前記第2の入力電流検出信号のいずれか一方に基づいて生成される信号を出力する切替部をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の力率改善回路。
- 前記交流電源(Vac)と前記リアクトル(L1)の接続点に一端が接続され、他端が前記平滑コンデンサ(C2)の低圧側の一端に接続されたコンデンサ(C1)をさらに備えることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の力率改善回路。
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