[发明专利]PFC变换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种输入交流电源而输出直流电压的AC-DC变换器，特别涉及一种用于改善功率因数的PFC变换器。

背景技术

在日本和欧洲等正在进行根据用途或者输入功率等而分类的高次谐波电流限制标准。为了与此相对应，采用下述办法：在与限制标准相符合的一般家电产品的电源中，附加被称为PFC(功率因数改善电路)变换器的电路，从而抑制高次谐波电流。

将商用交流电源设为输入电源的一般的开关电源装置，在对商用交流电源进行整流平滑而变换成直流电压之后，由于用DC-DC变换器对此进行开关，因此输入电流变得不连续，距正弦波产生大的变形。该情况是高次谐波电流的原因。

因此，将抑制该高次谐波电流作为目的，在全波整流电路的后级且在由平滑电容器实现的平滑电路的前面设置PFC变换器。

该PFC变换器由斩波器电路构成，并且工作使得输入电流波形变成与输入电压波形相似的波形，即成为同相位的正弦波形状。因此，高次谐波电流被抑制到一定电平以下。

这里，以图1为基础说明专利文献1所示的PFC变换器的构成例子。

在图1所示的功率因数改善电路中，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、由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变成通过控制电路10的PWM控制来进行导通/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包括误差放大器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求得平滑电容器C1的电压和基准电压E1之间的误差。乘法器112将误差电压信号和由二极管桥B1产生的整流电压相乘。误差放大器113生成由乘法器112产生的相乘结果和流过二极管桥B1的电流信号之间的误差，输出到PWM比较器116。

VCO115生成与交流电源电压整流后的电压值相应的频率的三角波信号。

对于PWM比较器116，其-端子上输入来自VCO115的三角波信号，其+端子上输入来自误差放大器113的信号。即，PWM比较器116将与流过二极管桥B1的电流和输出电压相应的占空比脉冲施与开关元件Q1。该占空比脉冲是相对于交流电源电压和直流负载电压的变动在一定周期上连续地进行补偿的脉冲宽度控制信号。通过这样的构成，控制使得交流电源电流波形与交流电源电压波形一致，从而使功率因数改善。

另一方面，专利文献2公开了作为数字控制的PFC变换器。

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

专利文献1：日本特开2004-282958号公报

专利文献2：日本特开平7-177746号公报。

如上述，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波形，基本上需要对流过电感器的电流(以下为“电感器电流”)进行检测。为此，典型地，具有下述方法：

(a)对流过电感器的电流直接地进行检测。

(b)检测流过开关元件的电流，将此等价地看作电感器电流。

(c)检测流过输出侧上所设置的二极管的电流，将此等价地看作电感器电流。

作为电流检测机构，具有下述方法：

(1)将电流检测用电阻串联插入到电流通路，检测在电阻的两端所产生的下降电压。

(2)将电流互感器插入电流通路，或者使用将电感器设为初级侧的电流互感器，来进行检测。

(3)将霍尔传感器设置在电流通路上，检测其输出电压。

在使用上述(1)的电流检测用电阻的方法中，由于在该电流检测用电阻上的电力消耗变成按原样损失，因此在低损失化上变成问题。在使用(2)的电流互感器的方法中，由于在设为检测的电流当中直流成分被切掉，因此只检测到电流的交流成分，而不能够检测电流的直流成分(DC偏移量)。用电流互感器检测上述(b)和(c)中的各自的电流，如果对信号进行合成，则电感器电流的检测变成可能，但是，在该情况下，必需2个电流互感器。在使用(3)的霍尔传感器的方法中，尽管不会产生上述(1)(2)的问题，但是，由于传感器是价格高的，因此具有整体上变成高成本之类的缺点。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种低成本的PFC变换器，其通过包含直流成分而检测电感器电流，从而以低损失来进行合适的功率因数改善。