[發明專利]PFC變換器

有效

• 申請號: 201080019085.8
• 申請日: 2010-01-21
• 公開（公告）號: CN102422519A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 鵜野良之
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12;H02M3/155
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張遠

技術領域

本發明涉及一種以交流電源為輸入并輸出直流電壓的AC-DC變換器，尤其涉及一種改善功率因數的PFC變換器。

背景技術

在日本以及歐洲等，根據用途或輸入電力等來進行分級的高次諧波電流限制。為了應對于此，設法在要進行限制的一般家電產品的電源中附加被稱為PFC(功率因數校正電路)變換器的電路，抑制高次諧波電流。

以商用交流電源為輸入電源的一般的開關電源裝置，對商用交流電源進行整流平滑從而變換為直流電壓后，利用DC-DC變換器對其進行開關，所以輸入電流變得不連續，從正弦波產生較大的失真。這是導致高次諧波電流的原因。

因此，以抑制該高次諧波電流為目的，在全波整流電路的后級并且基于平滑電容器的平滑電路之前設置了PFC變換器。

該PFC變換器由斬波電路構成，進行動作，使得輸入電流波形成為與輸入電壓波形相似的形狀，即成為同相位的正弦波狀。因此，高次諧波電流被抑制在一定水平以下。

這里，基于圖1來說明專利文獻1所示的PFC變換器的構成例。

在圖1所示的功率因數校正電路中，在對交流輸入電源Vac的交流電源電壓進行整流的二極管橋B1的輸出兩端，連接了由升壓電抗器L1、MOSFET構成的開關元件Q1和電流檢測電阻R構成的串聯電路。在開關元件Q1的兩端連接了由二極管D1和平滑電容器C1構成的串聯電路，在平滑電容器C1的兩端連接了負載RL。開關元件Q1通過控制電路10的PWM(脈寬調制)控制而進行導通/截止。電流檢測電阻R檢測流過二極管橋B1的輸入電流。

控制電路10具備誤差放大器111、乘法器112、誤差放大器113、電壓控制振蕩器(VCO)115、以及PWM比較器116。

誤差放大器111求出平滑電容器C1的電壓與基準電壓E1的誤差。乘法器112將誤差電壓信號和二極管橋B1的整流電壓相乘。誤差放大器113生成乘法器112的乘法結果與流過二極管橋B1的電流信號的誤差并輸出給PWM比較器116。

VCO115生成與交流電源電壓的整流后的電壓值相應的頻率的三角波信號。

PWM比較器116的(-)端子中輸入來自VCO115的三角波信號，(+)端子中輸入來自誤差放大器113的信號。即，PWM比較器116給予開關元件Q1與流過二極管橋B1的電流和輸出電壓相應的占空脈沖。該占空脈沖是對交流電源電壓以及直流負載電壓的變動以一定周期連續地進行補償的脈沖寬度控制信號。根據這種構成，交流電源電流波形被控制為與交流電源電壓波形一致，功率因數被改善。

另一方面，專利文獻2公開了一種數字控制的PFC變換器。

在數字控制的情況下，也檢測流過電感器的電流，通過與該電流值相應的PWM控制，使開關元件進行開關。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開2004-282958號公報

專利文獻2：JP特開平7-177746號公報

發明的概要

發明要解決的課題

如上所述，在PFC變換器中，為了使輸入電流成為與輸入電壓波形相似的形狀，基本上需要檢測流過電感器的電流(以下稱為“電感器電流”)。

此外，作為一般的電流檢測手段，有如下方法：

(1)在電流路徑中串聯插入電流檢測用電阻，檢測在電阻的兩端產生的下降電壓。

(2)在電流路徑中插入電流互感器，使用以電感器為一次側的電流互感器進行檢測。

(3)在電流路徑中設置霍爾傳感器，檢測其輸出電壓。

在上述(1)的使用電流檢測用電阻的方法中，因為在該電流檢測用電阻的電力消費直接成為損失，所以在低損失化上成為問題。在(2)的使用電流互感器的方法中，因為要檢測的電流中的直流成分被截除，所以僅能檢測電流的交流成分，不能檢測電流的直流成分(DC偏移)。雖然若利用電流互感器檢測上述(b)以及(c)中各自的電流，并將信號合成，則可以進行電感器電流的檢測，但是在該情況下，需要兩個電流互感器。在(3)的使用霍爾傳感器的方法中，雖然不產生上述(1)(2)的問題，但是因為傳感器昂貴，所以存在整體上成本變高這樣的缺點。

尤其，如專利文獻2的PFC變換器那樣，在數字控制的PFC中，使用AD變換器進行電流檢測時，通過時鐘、取樣保持時間、寄存器的數量等，難以連續地持續取得值。因此，難以從具有紋波的電感器電流取得其平均值。此外，若使用濾波器去除紋波，則要在控制循環系統中插入濾波器，所以導致響應性的劣化。

發明內容