开关电源电路及功率因数校正电路改善在交流输入波形的高相位角的部分峰值电流因电流连续控制而变大所导致的电流波形的失真及功率因数的恶化。相位角检测电路(60)基于电流连续控制设定电路(30)输出的、对与电感器电流检测电压的每一开关周期的峰值电流值相当的电压值进行保持的峰值保持信号(S9)和峰值保持时的单触发脉冲(S5)，检测出预先指定的相位角，在该检测时刻，输出判断电流连续控制设定电路(30)所设定的第2置位脉冲(S8)的有效或无效的信号(S11)。选择器电路(70)在输入有表示第2置位脉冲(S8)的无效的信号(S11)时，仅以在ZCD比较器(16)检测出电感器电流变成零之后将开关元件(4)接通的电流临界控制方式进行控制，因此，峰值电流不会变大。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及将交流输入电压转换成规定的直流输出电压并将其提供给负载的开关电源电路及功率因数校正电路，特别涉及可切换电流临界控制方式和电流连续控制方式的开关电源电路及功率因数校正电路。
技术介绍
在被提供有商用交流电源(AC100V～240V)的大多电子设备中，为了获得驱动内部的电子电路的直流电源，使用开关电源电路。因此，在开关电源电路中，需要将商用交流电源转换成直流的整流电路。整流电路中，在其后级所连接的平滑电容器仅在输入电压超过平滑电容器的电压的峰值附近时有电流流过，因此，存在如下问题：产生高频率的电流分量，成为高频噪声源，并且功率因数下降。功率因数是将交流电路中的输入有效功率除以视在功率后得到的值，该输入有效功率为输入电压与输入电流之积的时间平均，该视在功率为输入电压的有效值与输入电流的有效值之积，有效功率为将视在功率乘以由负载决定的系数(功率因数)后得到的值。在将交流100伏特(V)与单纯的电阻负载连接的情况下，电压波形与电流波形为同相，功率因数为1。然而，在开关电源中，由于电阻以外的电容器、扼流线圈等负载原因，电流相位相对于电压相位有偏差。在此情况下，为了对功率因数与该偏差量相应地减少这一情况进行补偿，需要增大输入电流，这会导致至整流电路为止的输入线的功耗增大。因此，需要使用功率因数校正(PFC：Power FactorCorrection)电路，防止功率因数的下降，抑制功耗，并抑制上述高频噪声。在功率因数校正电路的控制方式中，大致分为电流连续控制方式和电流临界控制方式这两种。电流临界控制方式是检测出流过电感器的电感器电流变成零的时刻，在该时刻使开关元件导通的控制方式。电流临界控制方式中，由于检测出电感器电流变成零这一情况，并使开关元件导通，因此，可实现软开关，与作为硬开关的电流连续控制方式相比，接通损耗较小，效率较佳。另一方面，电流临界控制方式中，电感器电流的峰值比电流连续控制方式的情况下的峰值要高，需要提高电感器的电流容量。因此，具有如下特性：可用于功耗较小、例如250瓦特(W)程度以下的开关电源电路的功率因数校正电路，而不适用于更大容量的开关电源电路的功率因数校正电路。功率因数校正电路是在开关电源电路中，通过使交流输入电流波形与由整流电路进行整流后的交流输入电压波形同相，从而将功率因数校正成接近1的电路。功率因数校正电路还抑制有害的EMI(Electro-MagneticInterference：电磁干扰)的产生、会导致设备损坏的高频电流、电压。上述电流连续控制方式及电流临界控制方式各自具有特征，但已知有通过将它们组合来对应上述问题的功率因数校正电路(例如，参照专利文献1)。该专利文献1所示的功率因数校正电路在重负载时切换电流临界控制方式和电流连续控制方式来进行动作。图8是表示利用了能切换电流临界控制方式和电流连续控制方式的功率因数校正电路的开关电源电路的电路图。另外，在以下的说明中，端子名和该端子的电压、信号等有时会使用相同标号。在图8的开关电源电路中，利用全波整流电路1对交流输入电压进行全波整流，在全波整流电路1的输出端连接有电容器2的一端，利用电容器2去除后述的开关元件4的开关动作所引起的高频分量。在全波整流电路1的输
出端还连接有包含电感器3、由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)构成的开关元件4、二极管5及电容器6的升压电路。通过利用该升压电路对从全波整流电路1输出的整流电压进行升压整流，可对连接在电源输出端子7与接地之间的负载(未图示)提供例如约400V的直流输出电压。功率因数校正电路100由将各种功能一体化的集成电路构成，通过使升压电路中的电感器电流和输入电压的相位一致，从而对功率因数进行校正。功率因数校正电路100具有FB端子、IS端子、OUT端子、RT端子、及COMP端子，作为外部连接端子。FB端子是将输出电压反馈的反馈信号输入用的端子，IS端子是与接地之间连接有电流检测电阻R3，用于将开关元件4中流过的电流转换成负电压，并检测电感器3中流过的电流的端子。OUT端子是构成开关元件4的MOSFET的栅极驱动输出用的端子，控制MOSFET的接通、关断。RT端子是决定振荡波形的电阻连接用的端子，连接有一端接地的定时电阻R1，是用于生成斜率与该定时电阻R1的电阻值对应的锯齿状振荡输出的端子。COMP端子是用于连接相位补偿元件的端子，经由电容器C1接地，对该电容器C1并联连接有电阻R6和电容器C2的串联电路。电容器C1、C2及电阻R6构成相位补偿电路。另外，除此之外，功率因数校正电路100还包括未图示的电源电压输入用的VCC端子、接地用的GND端子等。在功率因数校正电路100的内部设置有将输入到FB端子的输出电压的检测值与基准电压Vref之差放大输出的误差放大器11、及PWM(脉冲宽度调制：Pulse Width Modulation)比较器12。功率因数校正电路100还具有振荡器13、电平转换电路20、电流连续控制设定电路30、ZCD(Zero CurrentDetection：零电流检测)比较器16、或电路14a、14b及RS触发器15。功率因数校正电路100还具有过电压保护用的OVP(Over Voltage Protection：过电压保护)比较器18、及用于检测过电流的OCP(Over Current Protection：过电流保护)比较器19。
开关元件4的漏极端子连接到电感器3与二极管5的连接点，源极端子连接到功率因数校正电路100的接地端。电源输出端子7经由串联连接的电阻R4、R5接地，电阻R4、R5的连接点连接到FB端子。在以上结构的开关电源电路中，功率因数校正电路100通过使升压电路中的电感器电流与输入电压的相位一致，来对功率因数进行校正。以下，说明该开关电源电路的动作的详细情况。功率因素校正电路100中，误差放大器11由跨导放大器构成，其非反相输入端子接收基准电压Vref，反相输入端子连接有FB端子。由此，功率因数校正电路100控制成使得FB端子的电压与基准电压Vref相等。FB端子输入有利用电阻R4、R5对电源输出端子7进行分压后得到的电压。误差放大器11的输出连接到COMP端子及PWM比较器12的反相输入端子。在COMP端子连接有用于构成相位补偿电路的电容器C1、电阻R6及电容器C2，对交流输入电压的变化所对应的脉动分量进行平滑。在PWM比较器12的非反相输入中输入有振荡器13的输出波形。振荡器13经由输出固定电压的RT端子与外部的定时电阻R1连接，以根据定时电阻R1的电阻值而流过的电流值为基准对内置的电容器进行充电，从而生成斜率与定时电阻R1对应的锯齿状的振荡输出。若振荡器13的输出波形超过COMP端子的电压，则PWM比较器12的输出经由或电路14a向RS触发器15输出复位信号。由此，RS触发器15的OUT端子成为L(低)电平，使开关元件4处于关断状态。此外，或电路14a连接有过电压保护用的OVP比较器18、过电流保护用的OCP比较器19的输出。过电压保护用的OVP比较器18在反相输入端子侧接收基准电压Vovp，在非反相输入端子侧连接有FB端子。过电压保护用的OVP比较器18在反映
电源输出电压本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开关电源电路，该开关电源电路具有对交流电源进行全波整流以得到脉动电流输出的整流电路、与该整流电路连接的电感器、开关元件及输出电容器，根据所述交流电源，生成规定大小的直流输出电压并将其提供给负载，其特征在于，包括：相位角检测电路，该相位角检测电路检测出所述交流电源的相位角；电感器电流检测电路，该电感器电流检测电路检测所述电感器中流过的电流，并输出电感器电流检测电压；电平转换电路，该电平转换电路将所述电感器电流检测电压转换成电压电平互不相同的第1、第2电流电平信号；连续控制设定电路，该连续控制设定电路根据所述第1电流电平信号，生成与经全波整流后的交流输入电压波形基本同相地进行变化的基准电压信号，将其与所述第2电流电平信号的电压电平进行比较，从而生成规定所述开关元件的导通时刻的置位脉冲；零电流检测电路，该零电流检测电路检测出所述电感器中流过的电流成为零这一情况；及导通时刻选择电路，该导通时刻选择电路判定由所述连续控制设定电路规定的所述开关元件的导通时刻和所述零电流检测电路检测出所述电感器中流过的电流成为零这一情况的时刻中的哪一个时刻的信号较早，利用该判定结果，选择由所述连续控制设定电路规定的所述开关元件的导通时刻和所述零电流检测电路检测出所述电感器中流过的电流成为零这一情况的时刻中的某一个，所述相位角检测电路基于在预先指定的相位角的时刻所述导通时刻选择电路的所述判定的结果，设定所述连续控制设定电路所规定的导通时刻为有效或无效，所述导通时刻选择电路仅在所述相位角检测电路设定所述连续控制设定电路所规定的导通时刻为有效时，利用所述连续控制设定电路所生成的规定导通时刻的所述置位脉冲，将所述开关元件切换到导通。...
【技术特征摘要】
2015.02.17 JP 2015-0285201.一种开关电源电路，该开关电源电路具有对交流电源进行全波整流以得到脉动电流输出的整流电路、与该整流电路连接的电感器、开关元件及输出电容器，根据所述交流电源，生成规定大小的直流输出电压并将其提供给负载，其特征在于，包括：相位角检测电路，该相位角检测电路检测出所述交流电源的相位角；电感器电流检测电路，该电感器电流检测电路检测所述电感器中流过的电流，并输出电感器电流检测电压；电平转换电路，该电平转换电路将所述电感器电流检测电压转换成电压电平互不相同的第1、第2电流电平信号；连续控制设定电路，该连续控制设定电路根据所述第1电流电平信号，生成与经全波整流后的交流输入电压波形基本同相地进行变化的基准电压信号，将其与所述第2电流电平信号的电压电平进行比较，从而生成规定所述开关元件的导通时刻的置位脉冲；零电流检测电路，该零电流检测电路检测出所述电感器中流过的电流成为零这一情况；及导通时刻选择电路，该导通时刻选择电路判定由所述连续控制设定电路规定的所述开关元件的导通时刻和所述零电流检测电路检测出所述电感器中流过的电流成为零这一情况的时刻中的哪一个时刻的信号较早，利用该判定结果，选择由所述连续控制设定电路规定的所述开关元件的导通时刻和所述零电流检测电路检测出所述电感器中流过的电流成为零这一情况的时刻中的某一个，所述相位角检测电路基于在预先指定的相位角的时刻所述导通时刻选择电路的所述判定的结果，设定所述连续控制设定电路所规定的导通时刻为有效或无效，所述导通时刻选择电路仅在所述相位角检测电路设定所述连续控制设定电路所规定的导通时刻为有效时，利用所述连续控制设定电路所生成的规定导通时刻的所述置位脉冲，将所述开关元件切换到导通。2.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述相位角检测电路保持与所述电感器电流检测电压的每一开关周期的峰值电流值相当的电压值，根据该保持值的变化，检测所述相位角。3.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述连续控制设定电路具有：峰值保持电路，该峰值保持电路对所述开关元件的每一截止时刻保持所述第1电流电平信号的电压电平，生成峰值电平信号；及置位脉冲生成电路，该置位脉冲生成电路将所述峰值电平信号的电压电平进行转换，生成所述基准电压信号，并将所述基准电压信号与所述第2电流电平信号的电压电平进行比较，从而生成规定所述开关元件的导通时刻的置位脉冲。4.如权利要求1所述的开关电源电路，其特征在于，所述导通时刻选择电路具有：...
【专利技术属性】
技术研发人员：丸山宏志，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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