[发明专利]开关电源电路

说明书

技术领域

本发明涉及用作各种电子装置的电源的开关电源电路。

背景技术

相关专利申请的交叉引用

本发明包含与于2006年3月3日在日本专利局提交的日本专利申请JP 2006-057756相关的主题，其全部内容于此引入作为参考。

对商业交流电进行整流并提供期望的直流电压的大多数电源电路最近已经采用开关型电源电路。开关电源电路具有变压器和通过提高开关频率而微型化的其他装置，并用作作为高功率直流-直流转换器的各种电子装置的电源。

商业交流电为正弦交变电压。当使用整流元件和平滑电容器的平滑和整流电路对商业交流电进行整流和平滑时，由于该平滑和整流电路的峰值保持效应，仅仅在该交变电压的峰值电压附近的短时间段内电流才从该商业交流电源流到开关电源电路，且从商业交流电源流到开关电源电路的电流具有与正弦波相差甚远的失真波形。于是，反映电源使用效率的功率因数恶化。此外，需要采取措施以抑制商业交流电的周期的谐波，其中该谐波是由于这种失真的电流波形引起的。已知使用所谓的有源滤波器以解决这些问题的方法是用于改善功率因数的传统技术(例如日本专利公开No.Hei 6-327246)。

图24示出了这种有源滤波器的基本配置。在图24中，形成为桥式整流器的初级侧整流元件Di连接到商业交流电源AC。升压型转换器连接到初级侧整流元件Di的正电极/负电极线。平滑电容器Cout与该转换器的输出并联连接。得到为平滑电容器Cout两端电压的直流电压Vout。直流电压Vout作为输入电压被施加到负载110，负载110例如为后一级中的直流-直流转换器。

用于功率因数改善的配置包括：由电感器L、快速恢复型快速开关二极管D、以及开关元件Q组成的升压型转换器；以及用于该升压型转换器的控制部，该控制部具有作为主元件的乘法器111。电感器L和快速开关二极管D相互串联地插置于初级侧整流元件Di的正电极输出端子与平滑电容器Cout的正电极端子之间。电阻Ri插置于初级侧整流元件Di的负电极输出端子(初级侧接地)与平滑电容器Cout的负电极端子之间。开关元件Q为例如MOS-FET。开关元件Q插置于电感器L和快速开关二极管D以及初级侧接地之间的连接点之间。

乘法器111连接电流检测线路LI、波形输入线路Lw、以及电压检测线路Lv。乘法器111跨过电阻Ri检测与从流过初级侧整流元件Di的负电极输出端子的整流电流Iin相对应的信号，其中从电流检测线路LI输入该信号。此外，乘法器111检测与初级侧整流元件Di的正电极输出端子的整流电压Vin相对应的信号，其中从波形输入线路Lw输入该信号。通过将来自商业交流电源AC的交变输入电压VAC的波形转换成绝对值，得到该整流电压Vin。此外，乘法器111基于从电压检测线路Lv输入的平滑电容器Cout的直流电压Vout，检测直流输入电压的变化差(通过放大预定参考电压和直流电压Vout之间的差值而得到的信号，将被称为变化差值，下文中将类似地使用该名称)。随后从乘法器111输出用于驱动开关元件Q的驱动信号。

乘法器111将与整流电流Iin相对应的信号和该直流输入电压的变化差乘在一起，其中从电流检测线路LI检测与整流电流Iin相对应的信号，从电压检测线路Lv检测该变化差值。乘法器111检测该乘法结果与对应于整流电压Vin的信号之间的误差，其中从波形输入线路Lw检测与整流电压Vin相对应的信号。在放大该误差信号之后，乘法器111执行PWM(脉宽调制)转换，并使用具有高电平和低电平的二进制信号控制该开关元件Q。因此，形成双输入反馈系统，直流电压Vout的值变得具有预定值，且整流电流Iin变成为具有与整流电压Vin相似的波形。结果，从商业交流电源AC施加到初级侧整流元件Di的交变电压的波形与流入初级侧整流元件Di的交变电流的波形也彼此相似，使得功率因数基本上接近一。因此实现了功率因数的改善。