本发明专利技术公开了一种开关电源电路，包括：整流平滑部分、转换器部分以及功率因数改进部分。该整流平滑部分包括初级侧整流元件和平滑电容器。该转换器部分包括：扼流圈；换流变压器；主开关元件；振荡驱动电路；初级侧串联谐振电容器；初级侧并联谐振电容器；以及有源箝位电路。该功率因数改进部分经初级侧整流元件而添加和导通对应于初级侧串联谐振电容器中产生的电压的电流到平滑电容器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及用作多种电子装置的电源的开关电源电路。
技术介绍
对市电交流功率进行整流并且提供所需直流电压的大多数电源电路现在都变成开关型电源电路。开关电源电路具有变压器以及通过增加开关频率而微型化的其他装置，以及用作多种电子装置的电源，例如高功率直流-直流转换器。市电交流功率是正弦交流电压。当采用整流元件和平滑电容器的平滑整流电路对市电交流功率进行整流和平滑处理时，因平滑整流电路的峰值保持效应，在交流电压峰值附近的短时间段内，电流从市电交流功率电源流到开关电源电路，并且从市电交流功率电源流到开关电源电路的电流具有和正弦波大不相同的失真波形。则表示电源的利用率的功率因数会恶化。此外，需要采取手段来抑制谐波，其中该谐波源自市电交流功率周期的这种失真电流波形。在日本专利特开平No.6-327246中公开了一种利用所谓的有源滤波器的方法以解决这些问题，这是现有技术中用于改进功率因数的一种公知技术。图20示出这种有源滤波器的基本结构。在图20中，形成为桥式整流器的初级侧整流元件Di连接到市电交流电源线AC。升压型转换器连接到初级侧整流元件Di的正极/负极线。平滑电容器Cout并联连接到转换器的输出端。在平滑电容器Cout两端获得直流电压Vout。将该直流电压Vout作为输入电压供给到负载110，该负载例如是下一级的直流-直流转换器。用于改进功率因数的结构包括升压型转换器，其由电感器L、快速复原型快速开关二极管D以及开关元件Q组成；以及用于控制升压型转换器的控制部分。该控制部分具有乘法器111作为主要元件。电感器L和快速开关二极管D以相互串联连接的方式插入到初级侧整流元件Di的正极输出端和平滑电容器Cout的正极端之间。电阻Ri插入到初级侧整流元件Di的负极输出端(初级侧接地端)和平滑电容器Cout的负极端之间。开关元件Q例如是MOS-FET。开关元件Q插入到电感器L和快速开关二极管D之间的连接点和初级侧接地端之间。乘法器111连接到电流检测线LI、波形输入线Lw以及电压检测线Lv。乘法器111检测对应于整流电流Iin的信号，该整流电路从电阻Ri流过初级侧整流元件Di的负极输出端。该信号从电流检测线Li输入。此外，乘法器111检测对应于初级侧整流元件Di的正极输出端的整流电压Vin的信号。该信号从波形输入线Lw输入。通过将交流电压VAC的波形从市电交流电源功率AC转换成绝对值，从而获得该整流电压Vin。而且，乘法器111基于平滑电容器Cout的直流电压Vout检测直流输入电压的变差(通过放大预定参考电压和直流电压Vout之间的差值获得的信号被称为变差，下面将类似的采用该概念)。该直流电压Vout从电压检测线Lv输入。然后，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将对应于整流电流Iin并且从电流检测线LI检测到的信号和从电压检测线Lv检测到的该直流输入电压的变差相乘。乘法器111检测乘法结果和对应于整流电压Vin并且从波形输入线Lw检测到的该信号之间的误差。在放大该误差信号之后，乘法器111执行PWM(脉宽调制)转换，以及通过具有高电平和低电平的二进制信号来控制该开关元件Q。因此，形成双输入反馈系统，直流电压Vout的值作为预定值，整流电流Iin具有类似于整流电压Vin的波形。因此，从市电交流电源AC供给到初级侧整流元件Di的交流电压的波形和流入初级侧整流元件Di的交流波形也彼此类似，从而功率因数基本接近1。因此，实现了功率因数的改进。图21A示出当正确运行图20所示的有源滤波器电路时的整流电压Vin和整流电流Iin。图21B示出输入到平滑电容器Cout和从平滑电容器Cout输出的能量(功率)之间的变化值Pchg。虚线表示输入和输出能量(功率)的平均值Pin。也就是，当整流电压Vin高时，平滑电容器Cout储存能量，当整流电压Vin低时，平滑电容器Cout释放能量。从而平滑电容器Cout保持输出功率流。图21C示出平滑电容器Cout的充电和放电电流Ichg的波形。图21D示出平滑电容器Cout两端的直流电压Vout。该直流电压Vout是叠加了脉动电压的直流电压(例如，375伏的直流电压)，其中该脉动电压包括整流电压Vin周期的第二谐波成分作为主要成分。图22示出了通过在基于图20所示结构的有源滤波器的下一级连接电流谐振转换器而形成的电源电路的结构示例。图22所示的电源电路的结构能够处理当交流输入电压VAC的值处于85伏至264伏范围内时位于300瓦至0瓦范围内的负载功率Po。电流谐振转换器采用外部激励型半桥耦合系统的结构。下面将从交流输入侧按序描述图22所示的电源电路。提供由两个线滤波变压器LFT和三个跨接电容器CL形成的共模噪声滤波器。在该共模噪声滤波器的下一级连接初级侧整流元件Di。将通过连接电感器LN和滤波电容器(薄膜电容器)CN形成的pi结构共模噪声滤波器125连接到初级侧整流元件Di的整流输出线。经电感器LN、扼流圈PCC(用作电感器Lpc)和快速复原型快速开关二极管D20的串联连接，初级侧整流元件Di的正极输出端连接到平滑电容器Ci的正极端。平滑电容器Ci的功能和图20所示的平滑电容器Cout相同。扼流圈PCC的电感器Lpc和快速开关二极管D20的功能分别和图20所示的电感器L和快速开关二极管D相同。此外，图22中，通过相互串联连接电容器Csn和电阻Rsn形成的RC缓冲电路并联连接到快速开关二极管D20。开关元件Q103对应于图20中的开关元件Q。这种情况下功率因数和输出电压控制IC120是控制有源滤波器的运行用来改进功率因数以使得功率因数接近1的集成电路(IC)。功率因数和输出电压控制IC120包括例如乘法器、除法器、误差电压放大器、PWM控制电路以及用于输出驱动信号来驱动开关元件Q103的驱动电路。通过利用分压电阻R5和分压电阻R6将平滑电容器Ci两端的电压(直流输入电压Ei)分压而获得的电压被输入到功率因数和输出电压控制IC120的接线端T1，以使得形成第一反馈控制电路，用于将直流输入电压Ei保持在预定值。此外，在初级侧整流元件Di的正极输出端和初级侧接地端之间串联连接分压电阻R101和分压电阻R102。分压电阻R101和分压电阻R102的连接点连接到接线端T5。从而初级侧整流元件Di整流的电压得以分压然后输入到接线端T5。电阻103的电压也就是相应于开关元件Q103的源电流的电压被输入到接线端T2。开关元件Q103的源电流是有助于储存流过扼流圈PCC的电流I101的磁能的电流。然后，形成第二反馈控制电路，该第二反馈控制电路使得输入到功率因数和输出电压控制IC120的接线端T5且相应于整流电压的信号具有与相应于输入到接线端T2的电压包络面(也就是，电流I101的包络面)的信号相似的波形。此外，接线端T4被供以用于功率因数和输出电压控制IC120的运行功率。通过图26所示的整流器二极管D11和串联谐振电容器C11形成的半波整流器电路将绕组N5中感应的交流电压转换成低直流电压，然后将该低直流电压供给到接线端T4，其中该绕组N5与扼流圈PCC中的电感器Lpc变压器耦合。此外，接线端T4经启动电阻Rs连接到初级侧整流元件Di的正极输出端。在绕组N5中感应电压之前接通本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开关电源电路包括：整流平滑部分，该整流平滑部分将来自交流电源的交流输入电压转换成初级侧直流电压；转换器部分，该转换器部分将来自该整流平滑部分的该初级侧直流电压转换成交流电压，然后还将该交流电压转换成二次侧直流电压；以及功率因数改进部分，该功率因数改进部分用于改进功率因数；其中所述整流平滑部分包括用于整流所述交流输入电压的初级侧整流元件和用于平滑来自所述初级侧整流元件的整流输出的平滑电容器，并且供给所述初级侧直流电压，所述转换器部分包括：扼流圈，该扼流圈一端连接到所述平滑电容器；换流变压器，该换流变压器在初级侧具有初级绕组，在二次侧具有二次绕组，该初级绕组连接到所述扼流圈的另一端，而该二次绕组磁性松散地耦合到该初级绕组；主开关元件，该主开关元件用于开关切换经所述换流变压器的初级绕组供给的所述初级侧直流电压；振荡驱动电路，该振荡驱动电路用于通断驱动所述主开关元件；初级侧串联谐振电容器，该初级侧串联谐振电容器具有预定电容并且一端连接到所述扼流圈和所述初级绕组之间的连接点，从而初级侧串联谐振电容器串联连接到所述扼流圈和所述初级绕组之一，设置所述预定电容，以使得初级侧第一串联谐振电路的由所述扼流圈的电感和所述预定电容决定的初级侧第一串联谐振频率基本上是初级侧第二串联谐振电路的初级侧第二串联谐振频率的两倍，其中该初级侧第二串联谐振频率由所述初级绕组上发生的漏电感和所述预定电容决定，初级侧并联谐振电容器，初级侧并联谐振电容器具有预定电容并且并联连接到所述主开关元件，设置所述预定电容，以使得由所述扼流圈的电感、所述初级绕组上发生的漏电感以及所述预定电容决定的初级侧并联谐振频率基本上是初级侧第一串联谐振频率的两倍，以及有源箝位电路，该有源箝位电路包括电压箝位电容器和串联连接到该电压箝位电容器的辅助开关元件，该辅助开关元件和主开关元件互补地导通和断开，从而箝位施加到主开关元件的电压，以及所述功率因数改进部分经所述初级侧整流元件添加和导通对应于初级侧串联谐振电容器中产生的电压的电流到所述平滑电容器。...
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：安村昌之，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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