[发明专利]PFC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种以交流电源为输入并输出直流电压的AC-DC变换器，尤其涉及一种改善功率因数的PFC变换器。

背景技术

在日本以及欧洲等，根据用途或输入电力等来进行分级的高次谐波电流限制。为了应对于此，设法在要进行限制的一般家电产品的电源中附加被称为PFC(功率因数校正电路)变换器的电路，抑制高次谐波电流。

以商用交流电源为输入电源的一般的开关电源装置，对商用交流电源进行整流平滑从而变换为直流电压后，利用DC-DC变换器对其进行开关，所以输入电流变得不连续，从正弦波产生较大的失真。这是导致高次谐波电流的原因。

因此，以抑制该高次谐波电流为目的，在全波整流电路的后级并且基于平滑电容器的平滑电路之前设置了PFC变换器。

该PFC变换器由斩波电路构成，进行动作，使得输入电流波形成为与输入电压波形相似的形状，即成为同相位的正弦波状。因此，高次谐波电流被抑制在一定水平以下。

这里，基于图1来说明专利文献1所示的PFC变换器的构成例。

在图1所示的功率因数校正电路中，在对交流输入电源Vac的交流电源电压进行整流的二极管桥B1的输出两端，连接了由升压电抗器L1、MOSFET构成的开关元件Q1和电流检测电阻R构成的串联电路。在开关元件Q1的两端连接了由二极管D1和平滑电容器C1构成的串联电路，在平滑电容器C1的两端连接了负载RL。开关元件Q1通过控制电路10的PWM(脉宽调制)控制而进行导通/截止。电流检测电阻R检测流过二极管桥B1的输入电流。

控制电路10具备误差放大器111、乘法器112、误差放大器113、电压控制振荡器(VCO)115、以及PWM比较器116。

误差放大器111求出平滑电容器C1的电压与基准电压E1的误差。乘法器112将误差电压信号和二极管桥B1的整流电压相乘。误差放大器113生成乘法器112的乘法结果与流过二极管桥B1的电流信号的误差并输出给PWM比较器116。

VCO115生成与交流电源电压的整流后的电压值相应的频率的三角波信号。

PWM比较器116的(-)端子中输入来自VCO115的三角波信号，(+)端子中输入来自误差放大器113的信号。即，PWM比较器116给予开关元件Q1与流过二极管桥B1的电流和输出电压相应的占空脉冲。该占空脉冲是对交流电源电压以及直流负载电压的变动以一定周期连续地进行补偿的脉冲宽度控制信号。根据这种构成，交流电源电流波形被控制为与交流电源电压波形一致，功率因数被改善。

另一方面，专利文献2公开了一种数字控制的PFC变换器。

在数字控制的情况下，也检测流过电感器的电流，通过与该电流值相应的PWM控制，使开关元件进行开关。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2004-282958号公报

专利文献2：JP特开平7-177746号公报

发明的概要

发明要解决的课题

如上所述，在PFC变换器中，为了使输入电流成为与输入电压波形相似的形状，基本上需要检测流过电感器的电流(以下称为“电感器电流”)。

此外，作为一般的电流检测手段，有如下方法：

(1)在电流路径中串联插入电流检测用电阻，检测在电阻的两端产生的下降电压。

(2)在电流路径中插入电流互感器，使用以电感器为一次侧的电流互感器进行检测。

(3)在电流路径中设置霍尔传感器，检测其输出电压。

在上述(1)的使用电流检测用电阻的方法中，因为在该电流检测用电阻的电力消费直接成为损失，所以在低损失化上成为问题。在(2)的使用电流互感器的方法中，因为要检测的电流中的直流成分被截除，所以仅能检测电流的交流成分，不能检测电流的直流成分(DC偏移)。虽然若利用电流互感器检测上述(b)以及(c)中各自的电流，并将信号合成，则可以进行电感器电流的检测，但是在该情况下，需要两个电流互感器。在(3)的使用霍尔传感器的方法中，虽然不产生上述(1)(2)的问题，但是因为传感器昂贵，所以存在整体上成本变高这样的缺点。

尤其，如专利文献2的PFC变换器那样，在数字控制的PFC中，使用AD变换器进行电流检测时，通过时钟、取样保持时间、寄存器的数量等，难以连续地持续取得值。因此，难以从具有纹波的电感器电流取得其平均值。此外，若使用滤波器去除纹波，则要在控制循环系统中插入滤波器，所以导致响应性的劣化。

发明内容