功率因数改善电路的控制系统技术方案

本发明专利技术提供一种功率因数改善电路的控制系统。为了将升压后的直流输出电压（Ｖｏ）控制为一定电压，控制电路设置有对直流输出电压（Ｖｏ）和直流输出电压指令值（Ｖｒｅｆ）之差进行放大的电压误差放大器（１１），用乘法器（１２）计算电压误差放大器（１１）的输出信号和整流桥（３）的输出电压（Ｖｄ）的检测电压之积，生成用于将输入电流（Ｉｉｎ）控制为正弦波状的电流指令值（Ｖｉ）。此外，设置有对检测流过开关元件（６）的感应电流的电流检测电阻（９）的产生电压和乘法器（１２）的输出信号（Ｖｉ）的大小进行比较的比较器（１３）、和在由根据电压（Ｖｄ）设定开关元件（６）的断开期间的定时器电路（１５）设定的断开期间结束后，设定开关元件（６）的断开定时的Ｒ－Ｓ？ＦＦ电路（１４）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于从交流电源得到稳定的直流输出的开关电源，特别涉及抑制流向 交流电源的高次谐波电流的功率因数改善(PFC :PowerFactor Correction)电路的控制方 式。
技术介绍
在开关电源中，为了抑制流向交流电源的高次谐波电流，广泛地应用功率因数改 善电路，该功率因数改善电路使用具备整流桥、电感器(inductor)、开关元件、二极管或同 步整流用开关元件、电容器的升压斩波器(chopper)。特别是，在数百瓦级别的开关电源中， 一般采用如下方式，即，控制开关元件的接通(on)断开(off)定时，使得在流过电感器的电 流极性总为正的连续模式下动作的方式。在历来的连续模式动作的功率因数改善电路中， 主要进行利用平均电流控制方式、峰值电流控制方式等的控制。 图4表示历来的平均电流控制方式的控制电路。在该方式中，为了在使直流输出 电压Vo稳定的同时将流向交流电源l侧的电流控制为正弦波状，利用电压误差放大器11 生成直流输出电压Vo和电压指令值Vref的电压误差放大信号，令利用乘法器12将该电压 误差放大信号和整流桥的输出电压Vd相乘而得到的信号为电流指令值Vi。 此外，利用电流误差放大器17生成由电流检测电阻9检测电感器电流IL得到的 电感器电流信号和电流指令值Vi的电流误差放大信号，利用比较器18比较该电流误差放 大信号与载波信号生成电路19生成、输出的频率一定的锯齿状或三角波的载波信号的大 小关系，生成施加在开关元件6的栅极上的控制信号Vg，由此控制开关元件6的接通断开定 时。此外，在图4的电压误差放大器11和电流误差放大器17上在其输入输出之间连接有 反馈常数设定电路，但是在图4中省略了反馈常数设定电路的记载。 接着，图5表示现有的峰值电流控制方式的控制电路。此外，作为与图5所示的峰 值电流控制方式的控制电路相当的公知的例子，能够举出下面所示的专利文献l。图4所示 的平均电流控制方式与图5所示的峰值电流控制方式的结构的不同之处在于前者(图4 所示的平均电流控制方式)通过电流误差放大信号和作为载波信号生成电路19的输出的 载波信号的大小比较，决定开关元件6的接通断开定时；与此相对，后者(图5所示的峰值 电流控制方式)利用一定频率的脉冲产生电路20的输出信号使开关元件6接通，利用比较 器13检测出由电流检测电阻9检测电感器电流IL而得到的电感器电流信号已达到电流指 令值Vi的情况，使开关元件6断开，在图5所示的峰值电流控制方式中，不需要图4所示的 电流误差放大器17。此外，在图5所示的峰值电流控制方式中，与电压误差放大器11连接 的反馈常数设定电路与图4同样地省略了其记载。 在上述的图5所示的峰值电流控制方式的控制电路中，令脉冲产生电路20的输出 信号为一定频率的情况下，存在发生称为次谐波振荡的不稳定振荡动作这样的问题，在专 利文献2中作为其对策进行与输入电压相应的斜率补偿。 另一方面，在专利文献3中，公开了通过固定开关元件的断开时间，不进行斜率补偿就能够进行稳定的振荡动作的控制方式。在该方式中，检测电感器电流信号超过电流指令值的时刻，在该时刻利用单稳态多谐振荡器生成固定时间宽度的微小断开时间。 此外，在专利文献4中公开了一种AC-DC变换器，其提高功率因数，并且使开关的断开时间在交流输入电压的整流电压大时较长，在整流电压小时较短。该AC-DC变换器是在交流电源频率的l个周期内时时刻刻改变开关的断开时间的器件，实时地测定整流电压，与其对应地变更开关的断开时间。 专利文献1 :日本特开2001-28877号公报 专利文献2 :日本实开平5-9187号公报(图1) 专利文献3 :日本特公平8-32182号公报(图1) 专利文献4 :日本特开平8-168248号公报 在上述图4所示的现有的平均电流控制方式中，需要2个误差放大器，存在控制电 路的规模大、以及反馈常数的调整复杂这样的问题。 此外，在图5所示的现有的峰值电流控制方式中，误差放大器为1个，能够减小控 制电路的规模，但是在连续模式下动作的情况下，为了使得进行稳定的振荡动作，必须根据 交流电源的电压改变斜率补偿值，存在电路变得复杂这样的问题。 此外，在上述专利文献3的控制方式中，开关频率根据交流电源的相位e变化。在 电流连续模式下，在令交流电源的电压有效值为Vac，直流输出电压为Vo，开关元件接通时 的接通期间为Ton，开关元件断开时的断开期间为Toff的情况下，在电感器电流总为零以 上的连续模式下，当忽视1个开关周期中的输入电压Vin、输出电压Vo的变化时，接通期间 Ton的电感器电流增加的量与断开期间Toff的电感器电流减少的量一致，因此以下式(1)、 (2)成立。此外，以下V^指的是2的平方根。 Ton Vin = Toff (Vo-Vin) (1) 此外，Vin=Vac sin0 (2) 另一方面，开关频率fs成为以下式(3)。 fs = 1/(Ton+Toff) (3) 于是，如果将式(1)、 (2)代入式(3)中，则开关频率fs如下式(4)那样表示。fs= (V^ Vac sin6/Vo) X (1/Toff) (4) 根据上述式(4)可知，当相位(e )为0°时fs为最小，当相位为90°时fs为最大。 特别是，因为断开期间Toff固定，所以存在交流电源电压越高，则最大开关频率越增大，变换 效率降低的问题。为了提高变换效率，希望无论对于怎样的交流电源电压(例如ioov系统或 200V系统)，最大频率均不变，但是利用上述专利文献3的控制方式不能实现这个目标。 此外，在上述专利文献4中，完全没有阐述在交流电源的电压为100V的系统或 200V的系统中，即使进一步由于某些干扰(trouble)，交流电源的电压发生变动，也能够使 得最高频率不变的方法，以及为了使得最高频率不变而对供给的交流电源的峰值和平均值 进行检测的必要性。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种功率因数改善电路的控制系统，该方式能够使振4荡动作稳定，并且抑制开关频率的变动，特别是抑制由交流电源的有效值的变化引起的变 动。 本专利技术提供一种功率因数改善电路的控制系统，该功率因数改善电路在对交流电 源电压进行全波整流的整流桥的输出端连接有包括电感器、开关元件、二极管或同步整流 用开关元件、和电容器的升压电路，通过上述开关元件、或上述开关元件和上述同步整流用 开关元件的接通断开将来自交流电源侧的输入电流控制为正弦波状，该功率因数改善电路 的控制系统的特征在于，包括 电压误差放大器，其输出将上述升压电路的直流输出电压或其分压与基准电压之 差放大而得到的电压误差信号； 电流指令值生成电路，其根据上述电压误差信号和上述整流桥的输出电压输出用 于将上述输入电流控制为正弦波状的信号； 比较器，其对检测流过上述电感器的电流得到的电感器电流信号与上述电流指令 值生成电路的输出信号的大小进行比较； 定时器电路(timer circuit)，其设定上述开关元件的断开期间；禾口 RS触发器(reset-set type (复位-置位型)flip-flop)电路，其在由该定时器电路设定的断开期间结束后设定上述开关元件的接通定时，当根据上述比较器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率因数改善电路的控制系统，该功率因数改善电路在对交流电源电压进行全波整流的整流桥的输出端连接有包括电感器、开关元件、二极管或同步整流用开关元件、和电容器的升压电路，通过所述开关元件、或所述开关元件和所述同步整流用开关元件的接通断开将来自交流电源侧的输入电流控制为正弦波状，该功率因数改善电路的控制系统的特征在于，包括：电压误差放大器，其输出将所述升压电路的直流输出电压或其分压与基准电压之差放大而得到的电压误差信号；电流指令值生成电路，其根据所述电压误差信号和所述整流桥的输出电压输出用于将所述输入电流控制为正弦波状的信号；比较器，其对检测流过所述电感器的电流得到的电感器电流信号与所述电流指令值生成电路的输出信号的大小进行比较；定时器电路，其设定所述开关元件的断开期间；和ＲＳ触发器电路，其在由该定时器电路设定的断开期间结束后设置所述开关元件的接通定时，当根据所述比较器的输出信号检测出所述电感器电流信号已达到所述电流指令值生成电路的输出信号的情况时，设置所述开关元件的断开定时，其中，所述定时器电路生成与所述整流桥的输出电压的峰值、平均值、和所述交流电源的有效值中的任一个成比例的断开期间。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：西川幸广，
申请(专利权)人：富士电机系统株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]