[发明专利]变流器

说明书

技术领域

本发明涉及具有功率因数改善功能的变流器。

背景技术

图1示出相关变流器的电路结构图。图1所示的变流器由进行功率因数改善的PFC部A和利用变压器电绝缘地变换电压的DC-DC变流器部B构成。PFC部A对来自交流电源AC的交流电压进行整流，利用升压斩波电路对开关元件Qp进行导通截止控制，以使成为波形与输入电压相同的输入电流，并且，将PFC部A的输出电压Vp控制为恒定值。DC-DC变流器部B将PFC部A的输出电压Vp向任意的输出电压Vo进行绝缘变换。作为DC-DC变流器部B例如采用半波整流型电流谐振变流器。

上述变流器如下进行动作。交流电源AC的正弦波电压经由滤波电路FL通过桥式整流器DB进行整流，对升压斩波电路提供全波整流波形。升压斩波电路由变压器结构的电抗器L1的绕组N1、MOSFET组成的开关元件Qp以及整流二极管Dp构成。

首先，设置触发器FF，开关元件Qp根据图2所示的栅极波形(信号)而导通，电流顺时针流过沿着AC、FL、DB、L1的N1、Qp、R5、DB、FL、AC延伸的路径，在电抗器L1中积蓄能量。如图2所示，利用开关电流检测用电阻R5检测开关电流作为电压VR5，并通过比较器COMP2与目标值VM进行比较。

当开关电流达到目标值VM时，触发器FF复位，开关元件Qp截止。当开关元件Qp截止时，利用电抗器L1中积蓄的能量与从交流电源AC供给的电压的合成，通过整流二极管Dp对PFC部A的输出电容器Ci进行充电。向PFC部A的输出电容器Ci输出比供给的正弦波电压的峰值高的电压。利用电阻R6、R7检测PFC部A的输出电容器Ci的电压Vp，利用运算放大器OTA比较电压Vp和第2基准电压ES2，向乘法器MUL提供利用电阻R6、R7检测出的电压Vp与第2基准电压ES2的误差信号。乘法器MUL将利用电阻R1、R2检测出的全波整流波形与上述误差信号相乘，将相乘输出作为开关电流的目标值VM提供给比较器COMP2。

当电抗器L1的能量释放结束时，临界检测用绕组N2的电压VN2如图2所示反转。比较器COMP1对电压VN2和第1基准电压ES1进行比较，设置触发器FF。由此，开关元件Qp再次导通。以后通过反复该动作来生成开关元件Qp的控制信号，将PFC部A的输出电容器Ci的电压Vp保持为恒定，同时输入电流成为追随输入电压波形的正弦波电流波形。PFC部A的输出电容器Ci的电压Vp成为DC-DC变流器部B的直流电源。

图3示出DC-DC变流器部B的控制电路1的一例。控制电路1如下进行动作。图4示出DC-DC变流器部B的控制电路1的各部的波形。

首先，从振荡器OSC向由单触发多谐振荡器构成的单触发电路OST输出脉冲(图4所示的OSC输出)。单触发电路OST利用来自振荡器OSC的脉冲来输出固定脉冲宽度的脉冲(图4所示的OST输出)。向死区时间生成器DT1输出该具有固定脉冲宽度的脉冲。因此，在脉冲的上升沿时附加死区时间(图4所示的DT1输出)。

同时，利用反转电路INV来反转单触发电路OST的输出(图4所示的INV输出)，输出至死区时间生成器DT2。死区时间生成器DT1的输出经由缓冲电路BUF1成为低侧开关元件Q1的驱动信号。死区时间生成器DT2的输出(图4所示的DT2输出)利用电平移动电路LES变换成电位不同的电平，经由缓冲电路BUF2成为高侧开关元件Q2的驱动信号。振荡器OSC的振荡频率利用反馈(FB)端子的流出电流进行控制，当反馈端子电流IFB变大时频率上升。

由MOSFET构成的开关元件Q1和开关元件Q2具有规定的死区时间，交替地进行导通截止。图5A、5B示出DC-DC变流器部B的各部的波形。

当开关元件Q2导通时，电流IQ2顺时针流过沿着Ci、Q2、Lr、P、Cri、Ci延伸的路径。此时的电流波形由电流谐振电容器Cri与(Lr+Lp)的谐振频率支配。这里，Lp是变压器Ta的一次侧绕组P的电感。可确认此时的谐振频率比开关频率充分低，且正弦波的一部分为三角波状(参照图5的IQ2)。该电流也是变压器Ta的一次绕组P的励磁电流。

接着，当在开关元件Q2的流过电流的期间开关元件Q2截止时，开关元件Q1与开关元件Q2的两端电压为电压谐振电容器Crv与电流谐振电容器Cri的合成值和变压器Ta的一次绕组P的电感Lp与漏电感Lr的合成值的电压模拟谐振波形。根据Crv＜＜Cri的关系，此时的谐振频率由电压谐振电容器Crv支配。