CN100391091C - 电源电路及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于能够用未特别设置功率因数改进电路，以简单的结构来改进功率因数，同时，具有高效率。为此，将能获得脉动电流的直流电源12的一端通过轭流圈13连接到构成变频变压器14的辅助线圈14c的一端，将此辅助线圈14c的另一端通过二极管15与电容器16的串联电路连接到此直流电源12的另一端，将此二极管15与电容器16的连接中点连接到此变频变压器14的一次线圈14a的一端，将此一次线圈14a的另一端通过开关元件17连接到此直流电源12的另一端，将此变频变压器14的二次线圈14b通过整流电路18连接到直流电压输出端子19a，19b，该直流电压输出端子19a连接到脉冲宽度调制控制电路20的输入侧，将此脉冲宽度调制控制电路20的输出端子连接到该开关元件17的控制电极。

Description

电源电路及电子设备
技术领域
本发明涉及一种可以提供较大功率的电源电路以及一种使用较大功率的电子设备。
背景技术
近来，提出了如图7所示的可以提供较大功率如70W的开关方式的电源电路。此图7的电源电路对应于高次谐波标准附加功率因数改进电路。
在图7中，1表示例如100V，50Hz的商用电源，将该商用电源1的一端以及另一端通过高频率衰减用的滤波器2连接在由二极管桥接构成的整流电路3的输入侧的一端及另一端。
在该整流电路3的输出侧的正极端以及负极端得到对应于商用电源1的频率的正方向的脉动电流。将该整流电路3的输出侧的正极端通过构成功率因数改进电路4的轭流圈4a及二极管4b的串联电路连接到变频变压器(convertertrans)5的一次线圈5a的一端，将此一次线圈5a的另一端连接到构成开关元件的场效应晶体管6的漏极，将该场效应晶体管6的源极连接到整流电路3的输出侧的负极端。
将该轭流圈4a以及二极管4b的连接中点连接到构成功率因数改进电路4的场效应晶体管4c的漏极，将该场效应晶体管4c的源极连接到整流电路3的负极端，如此，将来自控制电路4d的开关信号提供给此场效应晶体管4c的栅极。还有，将二极管4b及一次线圈5a的一端的连接中点通过构成功率因数改进电路4的电容器4e连接到整流电路3的负极端。
如此，此功率因数改进电路4使从整流电路3的输出侧得到的脉动电流成为正弦波形状，并供给到该变频变压器5的一次线圈5a。
还有，将与变频变压器5的一次线圈5a反相缠绕的二次线圈5b的一端通过构成整流电路7的二极管7a连接到一个直流电压的输出端8a，将该二极管7a以及一个直流电压的输出端8a的连接中点通过构成整流电路7的平滑用电容器7b连接到该二次线圈5b的另一端，将该二次线圈5b的另一端连接到另一个直流电压输出端8b。
该一个直流电压的输出端8a连接到由半导体集成电路构成的脉冲宽度调制控制电路9的输入侧，将从该脉冲宽度调制控制电路9的输出侧得到的脉冲宽度调制信号的开关信号供给场效应晶体管6的栅极，利用该脉冲宽度调制信号的开关信号对该场效应晶体管6进行开关，如此从该一个和另一个直流电压的输出端8a和输出端8b得到固定的直流电压V0。
如此，在如图7所示的电源电路中，通过功率因数改进电路4，改善来进行使来自整流电路3的输入波动电流成为正弦波形状控制的功率。
对于这种情况的功率，在输入电能为|W|，输入电流为|A|，输入电压为|V|时的功率
Figure C20038010027600041
是
Figure C20038010027600042
在如图7所示设置功率因数改进电路4时功率
Figure C20038010027600043
可以改善到0.8～0.99，输入电流的波形与输入电压的波形近似。
发明概述
然而，在现有的开关方式的电源电路中设置此功率因数改进电路4时，该功率因数改进电路4的效率为该电源电路的效率乘积，由此其效率降低。例如，现有的开关方式的电源电路的效率为90％，即使该功率因数改进电路4的变换效率为90％，那么总的效率也就为81％。
此外，由于该功率因数改进电路4通过场效应晶体管4c对大电流进行开关，所以存在成为噪音的发生源的不利因素。
特别是，由于设有该功率因数改进电路4，该功率因数改进电路4的部分、电路复杂化的同时，有必要要配置该功率因数改进电路4的空间，相应的存在高成本的不适合。
本发明针对这一点的，其目的在于能够在未特别设置功率因数的改进电路，以简单的结构改进功率因数，同时具有高效率。
本发明的电源电路为：将获得脉动电流的直流电源的一端通过轭流圈连接到构成变频变压器的辅助线圈的一端，将该辅助线圈的另一端通过二极管与电容器的串联电路连接到该直流电源的另一端，将此二极管和电容器的连接中点连接到该变频变压器一次线圈的一端，将该一次线圈的另一端通过开关元件连接到该直流电源的另一端，将该变频变压器的二次线圈通过整流电路连接到直流电压的输出端子，将该直流电压的输出端子连接到脉冲宽度调制控制电路的输入侧，将该脉冲宽度调制控制电路的输出端连接到开关元件的控制电极。
如此，根据本发明，利用变频变压器的辅助线圈的电压和轭流圈的感应电压与输入电压的差态在使二极管正向偏置时流过脉动的输入电流，其波形成为与此脉动的输入电压相对应的状，导通角变大为正弦波形状，因此自动地进行功率因数改进。
还有，根据本发明，由于利用没有使效率降低的结构，因此可以得到高效率的开关方式的电源电路。
附图说明
图1是表示本发明电源电路的实施例的结构图。
图2是用于图1的说明的电路图。
图3是用于图1的说明的电路图。
图4是表示本发明的其它实施例的电路图。
图5是用于本发明的说明的曲线图。
图6是本说明的的说明的曲线图。
图7是表示现有的电源电路的结构图。
具体实施方式
下面，将参照附图对本发明的电源电路的实施例进行说明。
图1表示根据本实施例的电源电路，在图1中，10表示100V、50Hz的商用电源，该商用电源10的一端以及另一端通过高频率衰减用滤波器11连接到二极管桥构成的整流电路12的输入侧的一端以及另一端。
在该整流电路12的输出侧的正极端以及负极端得到与商用电源10的频率对应的正方向的脉动电流。该整流电路1的输出侧的正极端通过轭流圈连接到与构成变频变压器14的一次线圈14a反相缠绕(卷装)的辅助线圈14c的一端，该辅助线圈14c的另一端连接到二极管15的阳极，该二极管15的阴极连接到电解电容器16的正极，该电解电容器16的负极连接到整流电路12的输出侧的负极端。
将该二极管15的阴极和电解电容器16的正极的连接中点连接到该变频变压器14的一次线圈14a的一端，该一次线圈14a的另一端连接到构成开关元件的场效应晶体管17的漏极，该场效应晶体管17的源极连接到整流电路12的负极端。
此外，与变频变压器14的一次线圈14a反相缠绕的二次线圈14b的一端连接到构成整流电路18的二极管18a的阳极，该二极管18a的阴极连接到一个直流电压输出端子19a，该二极管18a以及一个直流电压输出端子19a的连接中点通过构成整流电流18的平滑用电容器18b连接到该二次线圈14b的另一端，该二次线圈14b的另一端连接到另一个直流电压输出端子19b。
将该一个直流电压输出端子19a连接到由半导体集成电路构成的脉冲宽度调制控制电路20的输入侧，将对应于从该脉冲宽度调制控制电路20得到的输出直流电压V0的脉冲宽度调制信号的开关信号供给到场效应晶体管17的栅极，利用该脉冲宽度调制信号的开关信号对该场效应晶体管17进行开关，如此在该一个及另一个直流电压输出端子19a，19b得到固定的直流电压V0。
在如此图1所示的电源电路中，场效应晶体管17导通时的电路如图2所示，当此场效应晶体管17开始导通时，流进由整流电路12的正极端及负极端的输入脉动电压V1和轭流圈13的电感值L1决定的电流I1＝V1/L1×t，一边减少变频变压器14的辅助线圈14c的感应电压V2，一边在二极管15正向偏置期间流过此电流I1。
因此，由于脉冲宽度调制控制电路20使得输出直流电压固定，在该场效应晶体管17中流过与输入脉动电压相对应的电流，对正弦波变化进行控制。
即，变频变压器14的磁通补偿反偏置辅助线圈14c的分量。在检测此输入脉动电流时，该场效应晶体管17的电流变化使得在轭流圈中蓄积的能量发生变化。
还有，该场效应晶体管17截止时的电路如图3所示，在场效应晶体管17开始截止时，轭流圈13的感应电压(逆起)V3重叠在输入脉动电压V1上。由此轭流圈13和辅助线圈14c的连接点A的电位变为重叠了对应于在开始导通时在轭流圈13中蓄积的能量的开关电位的脉动电流。
另一方面，在变频变压器14的辅助线圈14c中产生在其开始截止时产生的感应电压V4。此连接点A的电位和该感应电压V4的电位是反相电位，该辅助线圈14c和二极管15的连接点B的电位变为其差值电位。
即V1+V3＞V4时，二极管15导通，有电流I3流过，V1+V3＜V4时，二极管15截止，没有电流I3流过。该电压V3与检测在先的脉动电流的开始导通时的场效应晶体管17的电流成正比例。
由于对场效应晶体管17的导通·截止的占空比进行控制，对应于输入脉动电压V1、负载电流I4，由于加在轭流圈13的反相反相感应电压V3、导通时的辅助线圈14c的感应电压V2、截止时的辅助线圈14c的反相感应电压也发生变化，相对于输入脉动电压V1与负载电流I4，根据辅助线圈14c的设定本实施例的电源电路可以很容易地对应。
如上所述，利用变频变压器14的辅助线圈14c的电压和轭流圈13的反相感应电压V3与输入脉动电压V1的差的部分使二极管15正向偏置时，流过如上所述的脉动电流的输入电流I1，其波形成为与脉动输入电压相对应的状态，成为导通角变大的正弦波，进行功率因数的改进。
因此，根据本实施例的电源电路，通过如此控制得到固定的输出直流电压V0，具有可以自动进行功率因数改进的优点。
此外，根据本实施例，由于与现有技术相比没有特别地设置功率因数改进电路，可以得到效率不会降低的高效率的电源电路，可以实现省电化。
顺便提一下，在图5和图6中示出了作为本实施例的商用电源10供给AC100V、50Hz以及AC240V、50Hz时的功率和效率的例子。
图5表示商用电源10为AC100V、50Hz时的例子的功率因数曲线a以及效率曲线b。此种情况下，功率因数在输出电流IO为1A时为95.44％，2A时为94.97％，4A时为93.89％，5A时为92.66％。还有效率在输出电流为IO为1A时为88.97％，2A时为88.4％，4A时为87.3％，5A时为86.8％。
图6表示商用电源10为AC240V、50Hz时的例子的功率因数曲线c以及效率曲线d。此种情况下，功率因数在输出电流IO为1A时为87.05％，2A时为92.15％，4A时为92.21％，5A时为93.12％。还有效率在输出电流为IO为1A时为83.26％，2A时为86.62％，4A时为87.75％，5A时为87.55％。
图4表示本发明的另一个实施例。该图4的实施例表示实现比图1的例子更高效率化的例子。在针对本图4进行说明时，在该图4中与图1相对应的部分使用相同的附图标记表示，省略对其的重复说明。
在图4的例子中，将整流电路12的输出侧的正极端通过轭流圈13连接到与构成变频变压器14的一次线圈14a反相缠绕的辅助线圈14c的一端，将该辅助线圈14c的另一端连接到二极管15的阳极，将该二极管15的阴极连接到电解电容器16的正极，将该电解电容器16的负极连接到整流电路12的输出侧的负极。
将该二极管15的阴极与电解电容器16的正极的连接中点连接到该变频变压器14的一次线圈14a的一端，将该一次线圈14a的另一端连接到构成开关元件的场效应晶体管17的漏极，将该场效应晶体管17的源极连接到整流电路12的负极端。
在该图4的例子中，将该一次线圈14a的另一端与场效应晶体管17的漏极的连接中点通过电容器21连接到与轭流圈13同相缠绕的第二辅助线圈13a的一端，将该第二辅助线圈13a的另一端连接到二极管22的阴极，将该二极管22的阳极连接到整流电路12的负极端。
还有，将电容器21与第二辅助线圈13a的一端的连接点连接到二极管23的阳极，将该二极管23的阴极连接到二极管15与电解电容器16的连接中点，还有将场效应晶体管17的栅极通过电阻24连接到整流电路12的负极端。其它的结构与图1的结构相同。
如此，在该图4的例子中，在得到与图1的例子相同的作用效果的同时，在场效应晶体管17截止时，由一次线圈14a的感应电能产生的电流按一次线圈14a→电容器21→二极管23→电解电容器16流过并对电容器21充电，此场效应晶体管17的电压和电流相交部分的电压的慢慢上升，如此减少该场效应晶体管17的开关损失。在该电容器21充电的电荷，在该场效应晶体管17导通时按电容器21→场效应晶体管17→二极管22→第二辅助线圈13a→电容器21流过，电容器21放电，恢复到初始状态，减少接下来的开始截止时的开关损失。
还有，在本实施例中，将如图1和图4所示的电源电路使用在较大电功率例如70W或以上的电子设备中。由于此种情况下的此电源电路的效率好，可以实现该电子设备的省电化。
对于如上所述，根据本发明，在变频变压器的辅助线圈的电压和轭流圈的感应电压与输入电压的差使二极管正向偏置时，流过脉动的输入电流，其波形与该脉动输入电压相对应的状态，导通角变大的正弦波，自动地进行功率因数的改进。
即，根据本发明的电源电路，由于如此控制得到一定的输出直流电压，具有可以自动进行功率因数改进的优点。
还有，对于本发明，与现有技术相比，由于没有特别地设置功率因数改进电路，可以得到不降低效率的高效率的电源电路，可以实现省电化。
还有在使用本发明的电源电路的电子设备中，由于该电源电路是高效率的，因此可以实现该电子设备的省电化。
还有，上述的例子是针对使用100V、50Hz作为商用电源的例子进行描述的，不用说也可以使用90～264V、50Hz等的其它的商用电源。
还有，本发明并不局限于上述的实施例，只要是在不脱离本发明的精神的情况下，采用其它各种结构都可以。

Claims (2)

1.一种电源电路，其特征在于，包括：
能获得脉动电流的直流电源，
一端连接在上述直流电源一端的轭流圈，
具有一次线圈、二次线圈以及第一辅助线圈的变频变压器，
对上述变频变压器的电流进行开关的开关元件，
对上述开关元件进行导通截止控制的脉冲宽度调制控制电路，
将上述轭流圈的另一端连接到上述变频变压器的上述第一辅助线圈的一端，将上述第一辅助线圈的另一端通过第一二极管与第一电容器的串联电路连接到上述直流电源的另一端的第一连接装置，
将上述第一二极管与第一电容器的连接中点连接到上述变频变压器的一次线圈的一端，将上述一次线圈的另一端通过开关元件连接到上述直流电源的另一端的第二连接装置，
将上述变频变压器的二次线圈通过整流电路连接到直流电压输出端子的第三连接装置，以及
将上述直流电压输出端子连接到上述脉冲宽度调制控制电路的输入侧，将该脉冲宽度调制控制电路的输出端子连接到上述开关元件的控制电极的第四连接装置，
其中，在将上述一次线圈与开关元件的连接点通过第二电容器与第二二极管的串联电路连接到上述第一二极管与第一电容器的连接点的同时，将上述第二电容器与第二二极管的连接点通过与上述轭流圈同相缠绕的第二辅助线圈和第三二极管的串联电路连接到上述开关元件和上述直流电源的另一端的连接点。
2.一种使用较大功率的电子设备，其特征在于：在该电子设备中设有如权利要求1记载的电源电路。
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