CN102334269A - 具有过电流保护的功率因数校正电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于开关DC电源装置的电路。该电路在通过感应元件(2)从AC电压源(1)供给的AC电压的半周期内，至少一次地利用开关装置(4)使AC电压短路和开路，以便把从AC电压源(1)供给的AC电压转换成DC电压。在接通电源之后，在开关装置(4)开始开关操作之前，持续预定时期使开关装置(4)短路，并且电流检测装置(3)检测流经感应元件(2)和开关装置(4)之一的电流。如果检测电流值的大小大于预定电流水平，则不开始开关操作，从而在感应元件(2)处于异常短路状态时保护装置。

Description

具有过电流保护的功率因数校正电路

技术领域

本发明涉及根据权利要求1所述的开关DC电源的电路，根据权利要求13所述的把从AC电压源供给的AC电压转换成DC电压的DC电源装置，和根据权利要求14所述的相应的方法。

背景技术

已知一种DC电源装置，其中在通过感应元件从AC电压源供给的AC电压的半周期内至少一次地利用开关器件使AC电压短路和开路，把从AC电压源供给的AC电压转换成DC电压。在这种DC电源装置中，当感应元件或电路的电感值例如因电感绕组经历感应元件的回路或层之间的短路而显著减小时，流经开关器件的电流的峰值的增大和/或流经感应元件的纹波电流的增大导致发热的增加。因此，必须使用提供足够设计余量的开关器件，或者以某种方式检测异常状态以防止开关器件和/或感应元件(例如，感应线圈)处于异常过热状态。

日本特开2007-300697号公报公开了一种防止当感应元件处于异常短路状态时发生的异常过热的方法。根据该现有技术，已知一种如图10中所示的电源电路控制器，其包括：信号输出部101，用于输出控制开关装置106的PAM(脉冲幅度调制)控制信号；过电流检测部，用于检测流经开关装置106的电流，并且当所检测电流的瞬时值大于预定水平时输出过电流检测信号；和短路确定部104，用于当检测到在预定时期(例如，T＝3s)内过电流检测信号的次数大于预定次数(例如，X＝100次)时，确定感应元件2被短路；其中当短路确定部104确定感应元件2被短路时，电源电路控制器校正输入电流并控制输入电流值，从而抑制流过例如AC-DC转换器的DC电源装置的输入电流的增大。

[引用文献列表]

[专利文献]

专利文献1：日本特开2007-300697号公报

发明内容

技术问题

然而，如上所述的常规DC电源装置只有在实际开始用于功率因数校正的开关操作之后，才可检测感应元件是否被短路。

因此，必须允许其中流经开关器件的电流的峰值临时增大的状态，以致必须使用其中最大额定电流值大于当感应元件具有正常电感值时实际流过的电流值的开关器件，以便提供足够的余量。

本发明至少在一定程度上解决了上述问题，并且特别地，本发明的目的在于实现一种简化的结构，其中在接通电源之后，在开始用于功率因数校正的开关操作之前，对感应元件检测短路。当检测到异常短路状态时，进行保护操作以便防止进行开关操作。因此，即使当感应元件短路时，也防止过大的电流流经开关器件，从而可靠地防止过热状态。因此，能够利用最大额定电流减小的开关器件，以简化的结构实现用以保护装置的保护操作。

解决问题的手段

为了至少部分地解决上述现有技术的问题，提出了一种根据权利要求1所述的电路。另外，提出了根据权利要求13所述的DC电源装置和根据权利要求14所述的相应的方法。本发明的电路特别可用在DC电源装置中，其中DC电源装置在通过感应元件从AC电压源供给的AC电压的半周期内至少一次地利用开关装置使AC电压短路和开路，以便把从AC电压源供给的AC电压转换成DC电压。该DC电源装置包括：用于AC电压源的相位检测装置；和电流检测装置，用于检测流经感应元件和开关装置之一的电流；其中在接通电源之后，在由开关装置开始的开关操作之前，持续预定时期进行使开关装置短路的短路操作。如果在短路操作期间，流经感应元件和开关装置之一的电流值的大小大于预定电流水平，则不进行开关操作。

以下，在DC电源装置的技术环境内说明根据本发明的电路。然而，显然本发明的电路可配置成能够与其它组件组装形成DC电源的独立电路。

此外，在根据本发明的DC电源装置中，在开始开关操作之后，还以预定时间间隔并以从AC电压源供给的AC电压的预定电压相位，持续预定短路时期进行使开关装置短路的短路操作，并且检测在短路操作期间流经感应元件和开关装置所述之一的电流值，而且当所检测的电流值的大小大于预定电流水平时停止开关操作。

本发明的一个特别有利的效果在于，在根据本发明的DC电源装置中，能够使用最大额定电流减小的开关器件。因而，在接通电源之后在开始开关操作之前，即使当感应元件短路时，也能够进行保护停止操作而不允许大电流流过开关装置。因而能够防止由开关操作引起过热状态并且防止对开关装置施加热应力。因而能够利用简单并且廉价的结构保护装置。

附图说明

图1是示出根据本发明的第一实施例的DC电源装置的结构的图。

图2A是示出根据本发明在DC电源装置中使用的相位检测装置的实例结构和由相位检测装置进行的相位检测的图。

图2B是示出根据本发明由相位检测装置进行的相位检测的实例的图。

图3是示出根据本发明的第一实施例在正常工作状态下检测到的输入电流波形的图。

图4A是示出根据本发明的第一实施例当对处于正常状态的感应元件检测短路时所检测到的各个部分的波形的图。

图4B是示出根据本发明的第一实施例当对其中电感值小于正常值的感应元件检测短路时所检测到的各个部分的波形的图。

图5是示出根据本发明的第二实施例的DC电源装置的结构的图。

图6是示出根据本发明的第二实施例在正常工作状态下检测到的输入电流波形的图。

图7A是示出根据本发明的第二实施例当对处于正常状态的感应元件检测短路时所检测到的各个部分的波形的图。

图7B是示出根据本发明的第二实施例当对其中电感值小于正常值的感应元件检测短路时所检测到的各个部分的波形的图。

图8是示出根据本发明的第三实施例的DC电源装置的结构的图。

图9是示出根据本发明的第三实施例当对感应元件检测到短路时所检测到的各个部分的波形的图。

图10是示出常规的DC电源装置的结构的图。

具体实施方式

本发明的第一实施例涉及一种DC电源装置，该DC电源装置在通过感应元件(以下称为线圈)从AC电压源供给的AC电压的半周期内至少一次地利用开关装置使AC电压短路和开路，以便把从AC电压源供给的AC电压转换成DC电压。该DC电源装置包括：用于AC电压源的相位检测装置；和电流检测装置，用于检测流经线圈和开关装置之一的电流；其中在接通电源之后，在由开关装置开始的开关操作之前，持续预定时期进行使开关装置短路的短路操作。如果在短路操作期间，由电流检测装置检测到的电流值的大小大于预定电流水平，则不进行或者中断开关操作。

因而能够在实际开始开关操作之前，检测线圈的电感值是否减小。因此，能够检测线圈是否处于异常短路状态，而不允许过大的电流流过开关装置。

当电流检测装置检测到流过开关装置的电流时，不必确定由电流检测装置检测到的电流是否是在开关装置被短路(接通)时检测到的电流。因而，与其中检测到流过线圈的电流的情形相比，能够利用简化的结构检测线圈的短路。

根据基于本发明的第一实施例的本发明的第二实施例，多次进行短路操作。因此，当在短路操作之一中发生瞬时电源故障时，能够减小不能检测到异常短路的风险。

根据基于第二实施例的本发明的第三实施例，当在短路操作期间，由电流检测装置检测到的电流值至少预定次数和/或可预先调整次数(例如两次)地变得大于预定电流水平时，不进行开关操作。因而能够减小由于在电路中生成的噪声而错误检测异常短路的风险。

根据基于第二或第三实施例的第四实施例，进行短路操作的电压相位被确定为使得进行短路操作的次数越多，从AC电压源供给的瞬时电压的绝对值越大。因此，线圈的电感值越小，为了检测异常状态而进行短路操作的次数越少，并且通过显著减小当线圈异常短路时流过开关装置的电流，实现与第二或第三实施例相同的效果。

根据基于第二或第三实施例的第五实施例，进行短路操作使得进行短路操作的次数越多，预定短路时期越长。因此，以与第四实施例类似的方式，通过显著减小当线圈异常短路时流过开关装置的电流，实现与第二或第三实施例相同的效果。

在基于第二或第三实施例的第六实施例中，分别在由从AC电压源供给的AC电压表现的正极性和负极性，至少一次执行短路操作。因此，即使DC电源装置具有不对称的电路结构，或者例如由于DC电源装置的两个开关器件之一处于异常状态而使电路对称性在AC电压源的正极性与负极性之间失衡，也能够检测线圈(或互感器)的异常短路状态。

在基于第五实施例的第七实施例中，进行短路操作的次数越多，预定电流水平越高。因而能够在从AC电压源供给的瞬时电压的绝对值降低的相位下，检测线圈是否具有异常的电感值，从而显著减小当线圈处于异常短路状态时流过开关装置的电流。

在基于第六实施例的第八实施例中，进行短路操作的次数越多，预定电流水平越高。因而能够通过在缩短的短路时期内进行短路操作，检测线圈是否具有异常的电感值，从而显著减小当线圈处于异常短路状态时流过开关装置的电流。

基于第二或第三实施例的第九实施例的特征在于AC电压源的电压检测装置，并且短路操作期间的AC电压的瞬时电压的绝对值越大，预定电流水平越高。因此，能够减轻或降低AC电压的变化的影响，从而提高检测线圈(或互感器)的电感值的精度。

根据基于第一至第三实施例中的任一个的本发明的第十实施例，至少用于首次进行时的短路操作的预定短路时期被设定成小于或等于与开关装置的开关器件的短路能力相对应的时期。因此，即使当线圈处于完全短路状态时，即使不使用能够高速操作的过电流保护电路，也可靠地防止开关装置被破坏。

在基于第一至第三实施例中的任一个的第十一实施例中，利用光电耦合器构成相位检测装置。因而实现了廉价的结构。

在基于第一至第三实施例中的任一个的本发明的第十二实施例中，预定电流水平被设定成低于在正常工作状态下流过开关装置的最大电流值。因此，流过开关装置的用于检测线圈中的短路的电流被减小为处于正常工作状态下检测到的数值的范围内，从而利用必需的最大额定电流被降至最小的器件实现开关装置。

根据基于第一至第三实施例中的任一个的本发明的第十三实施例，通过在预定短路时期内进行一次AD转换，在短路操作期间检测电流。因此，能够抑制对AD转换和控制装置的负载，从而实现简化并且廉价的结构。

在正常工作状态下，以PWM(脉冲宽度调制)控制来控制输入电流的DC电源装置，还产生通过短路操作使得AD转换与PWM控制的载波周期同步地进行，能够容易地实现同步的效果。

在基于第二或第三实施例的第十四实施例中，在短路操作的一些或全部处理步骤中，当开始短路操作时从AC电压源供给的瞬时电压的绝对值相同，并且预定短路时期相同。因此，即使由于瞬时电源故障或者噪声，使得在一些处理步骤中一度检测出线圈未处于异常短路状态而尽管线圈实际上处于异常短路状态，也不必增大开始短路操作的AC电压源的AC电压的电压相位或者延长短路时期。因此，能够减小当线圈处于异常短路状态时流过开关装置的电流值。

此外，在基于第一至第三实施例中的任一个的本发明的第十五实施例中，在结束短路操作后开始开关操作之后，在预定时期内至少一次，以从AC电压源供给的AC电压的预定电压相位，或者以从AC电压源供给的瞬时电压呈现预定绝对值的电压相位，持续预定时期进行使开关装置短路的短路操作，并且当在短路操作期间由电流检测装置检测到的电流值的大小变得大于预定电流水平时停止开关操作。因此，在正常工作期间，检测线圈(或互感器)的电感值是否减小，从而使得能够立即为保护目的停止开关操作。

在基于第十五实施例的第十六实施例中，在从AC电压源供给的AC电压的零交叉点附近进行短路操作。因而能够显著减小正常工作状态下的输入电流波形的失真和/或对功率因数的影响。

以下参照附图说明本发明的实施例。应当注意的是本发明并不局限于以下说明的实施例。此外，不同实施例的相应的电气和/或电子元件或部件或者功能配置可与其它实施例的电气和/或电子元件或部件或者功能配置组合，以便实现可比的效果或者至少部分解决本发明的至少一个目的的电路。特别是一个实施例中的元件可用其它实施例的具有相同附图标记的相应元件替换。

[实例1]

图1是示出根据本发明的第一实施例的DC电源装置的结构的图。

如图1中所示，根据本实施例的DC(直流)电源装置包括：感应元件，例如线圈或线圈配置，以下是指连接于出自AC(交流)电压源1的AC线路之一的线圈2；用于检测流经线圈2的电流的电流检测装置3；使经过线圈2从AC电压源1供给的AC电压短路和开路的双向型开关装置4；整流电路5，其中AC输入端子之一连接于开关装置4与线圈2之间的连接部；连接于整流电路5的DC输出端子之间的平滑电容器6；以及分别连接于DC输出端子与另一个AC输入端子之间，从而构成倍压整流电路的电容器7a和7b。DC电压被提供给负载8。

根据本实施例的DC电源装置还包括：连接于出自AC电压源1的两条AC线路的相位检测装置9，用于检测从AC电压源1供给的AC电压的电压相位；和控制装置10，用于控制双向型开关装置4的接通和断开状态，使得从AC电压源1供给的输入电流呈现几乎正弦电流波形，该双向型开关装置4由二极管桥和一个IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的组合构成，或者由被连接成沿相反方向定向的两个功率MOSFET构成。

图2是示出相位检测装置9的实例结构的图。

尽管相位检测装置9可利用检测电压的电压互感器(PT)构成，然而优选地，相位检测装置9被构成为如图2A中所示的包括光电耦合器、电阻器等的电路。在这种情况下，如图2B中所示，相位检测装置9检测从AC电压源1供给的AC电压的零交叉点，并基于所检测的零交叉点估算从AC电压源1供给的AC电压的电压相位。因而能够实现廉价的结构。

图3是示出当根据本实施例的DC电源装置处于正常工作状态时所检测的输入电流波形的图。

如图3中所示，根据本实施例的DC电源装置的控制装置10基于利用对应于非可听频率范围的约20kHz作为载波频率的PWM(脉冲宽度调制)控制，来控制开关装置4的接通和断开状态，并且把输入电流波形整流成几乎正弦波形，以便升压并进行PFC(功率因数校正)。

根据本实施例的DC电源装置基于用于功率因数校正的PWM控制，在接通电源之后开始的开关操作之前检测线圈或线圈配置2中的短路。当确定电感值小于正常值时，进行保护操作使得不进行随后的开关操作。

根据本实施例，电流检测装置3与线圈2串联连接。电流检测装置3被设置用于检测流过线圈2的电流。因此，取代如图1中所示的与线圈2串联连接的电流检测装置3，可使电流检测装置3连接到与线圈2连接到的AC线路相反的另一条AC线路。

现在将详细说明线圈2的短路检测。

图4A和图4B是示出当对根据本实施例的DC电源装置的线圈2检测短路时所检测到的各个部分的波形的图。

图4A示出当线圈或者绕组配置处于正常状态时检测到的来自AC电压源1的AC电压，流经线圈2的电流，和来自控制部的短路信号。

如图4A中所示，控制装置10中的控制信号生成部10a生成控制信号，用于以从AC电压源1供给的AC电压的预定短路相位(例如，如图4A中所示的A1(＝10°)和A2(＝190°))并且持续短路时期(例如，5微秒)强制开关装置4短路，以便强制开关装置4短路，并且电流检测装置3检测在短路操作中流经线圈2的电流。应当注意的是以上说明的短路时期和预定短路相位预先存储在存储部10c中。

利用线圈短路检测部10b，控制装置10比较检测电流值的大小与预先存储在存储部10c中的确定的电流水平，当检测电流值大于确定的电流水平时，控制装置10确定线圈2处于其中线圈2的电感值小于正常值的异常状态，并且进行保护操作，使得随后开关装置4保持在断开状态，且不进行用于功率因数校正的开关操作，从而防止大电流流经开关装置4。

确定的电流水平是充分考虑电流值的变化而设定的，该电流值是基于强制短路时期与梯度dI/dt的乘积确定的。梯度dI/dt代表电流的增大，并且通过把从AC电压源1供给的AC电压的大小除以线圈2的正常电感值而获得。因此，确定的电流水平对应于小于或等于线圈2的正常电感值的约1/2的值。

电流是利用诸如CT(电流互感器)的电流传感器和微型计算机中的AD(模-数)转换器来检测的。然而，可利用检测最大值的峰值保持电路，或者利用多个检测电流值中的最大值来检测电流。

也可与PWM控制的载波周期同步地进行短路操作和AD转换，可使用仅基于在短路时期内检测的中心值的AD转换的结果，并且确定的电流水平可被设定成小于基于强制短路时期与梯度dI/dt的乘积所确定的电流值的值，从而利用简化的结构使短路操作与电流检测同步。

此外，当光电耦合器被用于相位检测装置9时，在接通电源之后，需要大于或等于从AC电压源1供给的AC电压的至少一个周期的时期，以便精确地估算从AC电压源1供给的AC电压的电压相位。因此，当在接通电源之后经过了从AC电压源1供给的AC电压的数个周期时，对线圈2检测短路，从而使得能够可靠地估算从AC电压源1供给的AC电压的电压相位。

在图4A的实例中，为了进行对线圈2的短路检测，在由从AC电压源1供给的AC电压表现的正极性，强制开关装置4短路一次，并且在由从AC电压源1供给的AC电压表现的负极性，强制开关装置4短路一次。然而，在任意一种情况下，检测电流值均小于确定的电流水平，使得线圈2被确定为处于正常状态。

结果，控制装置10开始用于功率因数校正的开关操作(未示出)，并进行获得如图3中所示的输入电流波形的开关操作，从而继续工作。

如图4A中所示，由于当从AC电压源1供给的AC电压表现正极性时，并且当从AC电压源1供给的AC电压表现负极性时进行该确定，因此除了对线圈2进行短路检测之外，还能够检查电路所表现的对称性。

即，当包括在开关装置4中的二极管和开关器件一部分处于异常状态时，在短路操作中检测到的电流，在从AC电压源1供给的AC电压表现正极性的情形与从AC电压源1供给的AC电压表现负极性的情形之间是不同的。因此，当检查不均衡度时，也可在开关操作之前检查如上所述的异常状态。

此外，当检测电流时，多次进行短路操作，并且每次持续相同的短路时期进行短路操作，从而抑制了瞬时电源故障和噪声的影响。

图4B示出当线圈2的电感值小于正常值时检测到的各个部分的波形。

在图4B中所示的实例中，在两次执行的强制短路操作(图4B中的B1和B2)中，均检测到显示出大于存储在存储部10c中的确定电流水平的值的电流，因而确定线圈2处于异常短路状态，使得不执行随后的开关操作。

如图4中所示，由于多次进行短路操作，因此即使在强制短路操作中发生瞬时电源故障，也能够减小不能检测电流且因此不能检测线圈的异常短路状态的风险。

此外，当在持续相同短路时期进行的多个短路操作中的一些短路操作中检测到的电流显示出大于确定的电流水平的值时，电流检测可能受到噪声影响(未示出)。因此，只有当检测电流预定次数(至少两次)地显示出大于确定电流水平的值时，才确定线圈2处于异常短路状态，并且进行保护操作，使得停止开关操作，从而使得能够减小由噪声引起的错误检测的风险。

用于检测异常状态的确定电流水平被设定为小于在正常工作状态下流经开关装置4的最大电流值的值。短路时期被设定成缩短的时期，以便防止当线圈2的电感值处于正常范围内时，流经开关装置4的电流值的大小达到确定的电流水平。

结果，进行保护操作使得在后续开关操作中不进行功率因数校正操作，从而即使当线圈或线圈配置2的电感值异常小时，也能够防止过大的电流流过开关装置4。

此外，短路时期被设定为短于或等于与开关装置4的开关器件的短路能力相应的时期(即，短于容许短路时间)的时期。

通常，当线圈2几乎处于完全短路状态时，表示流经开关装置4的电流的增大的梯度dI/dt显著增大。因此，必须在控制梯度dI/dt的同时，提供以高响应速度工作的过电流保护电路，使得在断开状态下的dI/dt不被增大，以便可靠地保护开关装置4的开关器件，从而防止开关器件被破坏。

然而，在根据本实施例的DC电源装置中，短路时期被设定成短于或者等于与开关器件的短路能力相应的时期。因此，器件能够不被损坏，并且即使线圈2几乎处于完全短路状态，也不需要以高响应速度进行的过电流保护来保护开关装置4。

如上所述，根据本实施例的DC电源装置在用于功率因数校正的开关操作之前，使经过线圈2从AC电压源1供给的AC电压短时期强制短路，并且当流过的电流显示出大于确定电流水平的值时，进行保护操作使得不进行用于功率因素校正的开关操作。因此，即使线圈2处于异常状态，例如处于层间短路状态，也可防止过大的电流流过开关装置4，因而能够利用最大额定电流减小的开关器件构成开关装置4。

此外，在根据本实施例的DC电源装置中，在开关装置4开始用于功率因数校正的开关操作之后，也在从AC电压源1供给的AC电压的预定电压相位下进行强制短路操作，并且在短路检测中比较检测电流值和确定的电流水平，从而也能够在工作期间检测线圈2是否具有异常的电感值(未示出)。

即，在范围从约为AC电压源1供给的AC电压的半周期到约数十秒的预定时期内，至少一次地进行如上所述的检测控制。因而即使当在工作期间线圈2的电感值减小时，也能够为保护目的立即停止装置，而不会在大于或等于上述预定时期的时期内，继续发生大量纹波电流的异常状态。

此外，上述强制短路操作是在从AC电压源1供给的AC电压的零交叉点附近进行的。因此，从图3和图4中所示的电流波形中能够看出，输入电流的失真和功率因数的减小的影响几乎可被忽视。在对线圈不断进行短路检测的同时能够继续工作，从而即使当工作期间线圈的电感值减小时，也能够立即并可靠地为保护目的停止装置。

[实例2]

图5是示出根据本发明的另一实施例的DC电源装置的结构的图。

如图5中所示，根据本实施例的DC电源装置包括：连接于出自AC电压源1的AC线路之一的线圈2；使经过线圈2从AC电压源1供给的AC电压短路和开路的双向型开关装置4；用于检测流经开关装置4的电流的电流检测装置3；整流电路5，其中AC输入端子之一连接于开关装置4与线圈2之间的连接部；和连接于整流电路5的DC输出端子之间的平滑电容器6。DC电压被提供给负载8。

根据本实施例的DC电源装置还包括：与AC电压源1的两条AC线路连接的相位检测装置9，用于检测从AC电压源1供给的AC电压的电压相位；和控制装置10，用于控制双向型开关装置4的接通和断开状态，该双向型开关装置4例如由连接成彼此相对并沿相反方向定向的两个IGBT构成。例如也可使用这些电气元件代替其它实施例中的相应部件。

图6示出当根据本实施例的DC电源装置处于正常工作状态时检测到的输入电流波形实例。

如图6中所示，根据本实施例的DC电源装置中的控制装置10在从AC电压源1供给的AC电压的半周期内，一次或数次地使开关装置4短路和开路，以便把从AC电压源1供给的AC电压转换成DC电压，并进行功率因数校正。

图7A和图7B示出当对根据本实施例的DC电源装置中的线圈检测短路时所检测到的各个部分的波形。

图7A示出当线圈处于正常状态时检测到的各个部分的波形。

如图7A中所示，根据本实施例的DC电源装置中的控制装置10，在接通电源之后允许从AC电压源1供给的AC电压的电压相位的检测之后，在预先存储在存储部10c中的从AC电压源1供给的AC电压的电压相位下，持续预先存储在存储部10c中的短时期，强制开关装置4短路。

此外，在强制短路操作中检测流经开关装置4的电流值，并且当检测的电流值大于存储在存储部10c中的确定的电流水平时，执行保护操作以便不执行随后的开关操作。

此外，在第一实施例的结构中，即使当开关装置4断开时，也在从AC电压源1供给的AC电压的瞬时电压高于平滑电容器6的DC电压的电压相位下，有输入电流流过负载8，因而即使开关装置4断开，电流也持续一定时期流过电流检测装置3。然而，在本实施例的结构中，如图7A中所示，仅当开关装置4接通时，电流才流过电流检测装置3。

因此，在第一实施例的DC电源装置中，当用于检测异常状态的确定电流水平不能对于短路检测设定成充分大于通常估计的输入电流值时，必须基于例如从AC电压源1供给的AC电压的电压相位信息和/或来自控制装置10的表示开关装置4是接通还是断开的信息，检查由电流检测装置3检测到的电流是否是当开关装置4短路(接通)时检测到的电流。然而，在根据本实施例的DC电源装置中，不必确定由电流检测装置3检测到的电流是否是当开关装置4短路(接通)时检测到的电流。

即，根据本实施例，能够以任意电压相位进行强制短路，从而使得能够更自由地设计装置，并且能够利用简化的结构检测线圈2中的短路。

在图7A中，在从AC电压源1供给的AC电压的瞬时电压的绝对值相同的电压相位下两次(如图7A中所示的A1和A2)进行强制短路操作。然而，第二次检测的短路时期长于第一次检测的短路时期，从而逐渐增大电流值。

然而，在任一时间点流过开关装置4的电流均显示出充分小的值，因而确定线圈2处于正常状态，并且开始用于功率因数校正的开关操作(未示出)，从而继续工作以便获得图6中所示的输入电流波形。

图7B示出当线圈的电感值小于正常值时检测到的各个部分的波形。

在从AC电压源1供给的AC电压的瞬时电压的绝对值相同的电压相位下两次(如图7B中所示的B1和B2)进行强制短路操作。然而，第二次检测的短路时期长于第一次检测的短路时期，从而逐渐增大电流值。此外，在第二次检测中，检测到的电流显示出大于确定电流水平的值。因而，确定线圈2具有减小的电感值，并且执行保护停止操作，以便不执行随后的开关操作(未示出)。

此外，在两次进行的强制短路操作中，第一次检测的短路时期被设定成短于或等于与开关装置4的短路能力相应的时期。因此，即使线圈2处于完全短路状态，也不会破坏开关装置4。

此外，当第二次检测的短路时期与第一次检测的短路时期的比值例如被设定成小于或等于可流过开关装置4的峰值电流的最大电流值Ipmax与电流检测装置3所检测的电流值的大小的比值时，流经开关装置4的电流的大小可被抑制成小于或等于Ipmax。因而，第二次检测的短路时期可被设定为长于或等于与开关装置4的短路能力相应的时期的时期。

如上所述，当在根据本实施例的DC电源装置中多次进行强制短路操作时，短路时期被逐渐增加。因此，线圈2越接近完全短路状态，用于检测线圈是否具有异常电感值的短路时期可越短。因而，可以防止过大的电流流过开关装置4的方式进行保护操作。结果，开关装置4可以是最大额定电流显著减小的开关器件。

此外，以与根据第一实施例的DC电源装置类似的方式，在根据本实施例的DC电源装置中，在开关装置4开始用于功率因数校正的开关操作之后，也在从AC电压源1供给的AC电压的预定电压相位下，以预定的时间间隔，进行强制短路操作，并且在短路检测中比较检测电流值与确定的电流水平，从而能够在工作期间继续检测线圈2是否具有异常的电感值。

[实例3]

图8是示出根据本发明的第三实施例的DC电源装置的结构的图。

如图8中所示，根据本实施例的DC电源装置包括：与AC电压源1串联连接的整流电路5；连接于整流电路5的正极DC输出端子的线圈2；连接于线圈2的另一端与整流电路5的负极DC输出端子之间的开关装置4，用于使经过线圈或线圈配置(例如，互感器)2从AC电压源1供给的AC电压短路和开路；用于检测流经开关装置4的电流的电流检测装置3；连接于整流电路5的DC输出端子之间的AC电压检测装置13，用于检测从AC电压源1供给的瞬时电压；阳极连接于线圈2的另一端的二极管12；和连接于二极管12的阴极与整流电路5的负极DC输出端子之间的平滑电容器6。DC电压被提供给负载8。

图9示出当对根据本实施例的DC电源装置中的线圈2检测短路时所检测到的各个部分的波形。

如图9中所示，根据本实施例的DC电源装置中的控制装置10，在接通电源之后在由开关装置4进行的用于功率因数校正的开关操作之前，在从AC电压源1供给的AC电压的多个电压相位下，持续预定时期强制开关装置4短路，并使电流检测装置3检测流过开关装置4的电流，从而检测线圈2的状态。应当注意的是以上说明的预定时期和多个电压相位预先存储在存储部10c中。

图9示出其中线圈2的电感值小于正常值，并且在第三次强制短路检测(如图9中所示的A3)中检测到大于确定电流水平的电流值的情形的实例。因此，停止强制短路操作并且执行保护操作，以便不开始用于功率因数校正的开关操作。

确定的电流水平取决于从AC电压源1供给的电压而被校正。

例如，确定的电流水平被调整为与从AC电压源1供给的电源电压成比例，使得当在具有100V的AC最大额定电压的物品中检测到相应于110V的有效值的AC电压时，通过把存储在存储部10c中的确定电流水平乘以1.1而获得的值被用作校正后的确定电流水平。

利用上述控制，当在对线圈2的强制短路操作中检测到电流时，能够消除从AC电压源1供给的电压的变化的影响，从而提高对线圈2检测短路的精度。

根据本实施例，确定的电流水平是恒定的，与短路操作中的AC电压相位无关。然而，电压相位被确定为使得从AC电压源1供给的瞬时电压的绝对值越小，则确定的电流水平越低，并且从AC电压源1供给的瞬时电压的绝对值越大，则确定的电流水平越高。因而能够在从AC电压源1供给的瞬时电压具有减小的绝对值的电压相位下，检测线圈2是否具有异常的电感值，使得当在线圈2中发生层间短路时，能够抑制流过开关装置4的电流值。

如上所述，当在根据本实施例的DC电源装置中多次强制开关装置4短路时，强制开关装置4短路的电压相位被确定为使得强制开关装置4短路的次数越多，从AC电压源1供给的瞬时电压的绝对值越大。因此，能够充分抑制当线圈2具有异常电感值时流经开关装置4的电流，从而保护装置。

此外，以与分别根据第一和第二实施例的DC电源装置类似的方式，在根据本实施例的DC电源装置中，在开关装置4开始用于功率因数校正的开关操作之后，也在从AC电压源1供给的AC电压的预定电压相位下，以预定的时间间隔，进行强制短路操作，并且在短路检测中比较检测电流值与确定的电流水平，从而能够在工作期间继续检测线圈2是否具有异常的电感值。

工业适用性

如上所述，根据本发明的DC电源装置能够在接通电源之后进行的开关操作之前，检测感应元件是否具有归因于层间短路的异常电感值，并且即使在已开始开关操作之后，也能够利用简化的结构，为保护目的停止装置，而不会对开关装置施加负载。根据本发明的DC电源装置适用于例如空调器、电冰箱和洗衣机等使用从AC电压源供给的电力的几乎所有电器。

附图标记列表

1AC电压源

2感应元件，在各实例中被称为线圈

3电流检测装置

4开关装置

5整流电路

6平滑电容器

7电容器

8负载

9AC相位检测装置

10控制部

10a控制信号生成部

10b感应元件的短路检测部

10c存储部

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种电路，用于借助所述电路的开关装置开关DC电源装置，所述开关装置使通过感应元件供给的AC电压短路和开路，所述AC电压在所述AC电压的半周期内被开关至少一次以便转换成DC电压，所述电路被配置用于功率因数校正并且包括：

从检测所述AC电压的相位的检测装置接收相位信号的第一输入；

从检测流经所述感应元件和所述开关装置之一的电流的检测装置接收电流相关信号的第二输入；

其中所述电路被配置成使得在接通电源之后，在由所述开关装置开始的将AC电压转换成DC电压的开关操作之前，持续预定短路时期进行至少一次使所述开关装置短路的短路操作，并且使得如果所述电流相关信号的大小至少一次大于预定电流电平，则不进行将AC电压转换成DC电压的所述开关操作，并且其中如果所述电流相关信号小于和/或等于所述预定电流水平，则进行将AC电压转换成DC电压的所述开关操作。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路被配置成使得如果所述电流相关信号的大小大于所述预定电流水平的次数达到预定次数n，则不进行所述开关操作，所述预定次数n大于1，并且其中如果所述电流相关信号小于和/或等于所述预定电流水平的次数少于所述预定次数n，则进行所述开关操作。

3.根据权利要求1或2所述的电路，其中所述电路还被配置成使得在由从AC电压源供给的所述AC电压表现的正极性和负极性各自至少一次执行所述短路操作。

4.根据权利要求2或3所述的电路，其中所述电路还被配置成使得进行所述短路操作的次数越多，所述预定电流水平就越高。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电路，还包括所述AC电压源的电压检测装置，其中所述电路还被配置成使得所述短路操作期间的AC电压的瞬时电压的绝对值越大，所述预定电流水平就越高。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得至少用于首次进行时的短路操作的预定短路时期被设定成小于或等于与所述开关装置的开关器件的短路能力相应的时期。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得利用光电耦合器构成所述相位检测装置。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得所述预定电流水平被设定成低于在正常工作状态下流过所述开关装置的最大电流值。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得通过在所述预定短路时期内进行一次AD转换，在所述短路操作期间检测电流。

10.根据权利要求2或3所述的电路，其中所述电路还被配置成使得在所述短路操作的一些或全部处理步骤中，当开始所述短路操作时从所述AC电压源供给的瞬时电压的绝对值相同，并且所述预定短路时期相同。

11.根据权利要求1至10中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得在结束所述短路操作后开始所述开关操作之后，在预定时期内至少一次，在从所述AC电压源供给的AC电压的预定电压相位下，或者在从所述AC电压源供给的瞬时电压呈现预定绝对值的电压相位下，持续预定短路时期进行使所述开关装置短路的所述短路操作，并且当在所述短路操作期间由所述电流检测装置检测到的电流值的大小变得大于所述预定电流水平时停止所述开关操作。

12.根据权利要求1所述的电路，其中所述电路还被配置成使得在从所述AC电压源供给的AC电压的零交叉点附近进行所述短路操作。

13.一种用于使通过感应元件从AC电压源供给的AC电压短路和开路的DC电源装置，包括：

所述AC电压源的相位检测装置，其中所述电路还被配置成生成相位信号；

生成电流相关信号的电流检测装置；和

根据权利要求1至12中的至少一项所述的电路。

14.一种基于通过感应元件从AC电压源供给的AC电压生成DC电压以便实现功率因数校正的方法，包括以下步骤：

a)借助开关装置，在所述AC电压源的半周期内开关所述AC电压至少一次；

b)生成与所述AC电压的AC相位相关的相位检测信号；

c)生成与流经所述感应元件和所述开关装置之一的电流相关的电流相关信号；

d)在接通所述AC电压之后，在开始开关操作之前，借助所述开关装置使所述AC电压短路；

e)如果检测到的所述电流相关信号的大小大于预定电流水平，则不进行所述开关操作；和

f)如果所述电流相关信号小于和/或等于所述预定电流水平，则进行所述开关操作。

Claims (14)

1. 一种电路，用于借助所述电路的开关装置开关DC电源装置，所述开关装置使通过感应元件供给的AC电压短路和开路，所述AC电压在所述AC电压的半周期内被开关至少一次以便转换成DC电压，所述电路被配置用于功率因数校正并且包括：

   从检测所述AC电压的相位的检测装置接收相位信号的第一输入；

   从检测流经所述感应元件和所述开关装置之一的电流的检测装置接收电流相关信号的第二输入；

   其中所述电路被配置成使得在接通电源之后，在由所述开关装置开始的将AC电压转换成DC电压的开关操作之前，持续预定短路时期进行至少一次使所述开关装置短路的短路操作，并且使得如果所述电流相关信号的大小至少一次大于预定电流电平，则不进行将AC电压转换成DC电压的所述开关操作，并且其中如果所述电流相关信号小于和/或等于所述预定电流水平，则进行将AC电压转换成DC电压的所述开关操作。
2. 根据权利要求1所述的电路，其中所述电路被配置成使得如果所述电流相关信号的大小大于所述预定电流水平的次数达到预定次数n，则不进行所述开关操作，所述预定次数n大于1，并且其中如果所述电流相关信号小于和/或等于所述预定电流水平的次数少于所述预定次数n，则进行所述开关操作。
3. 根据权利要求1或2所述的电路，其中所述电路还被配置成使得在由从AC电压源供给的所述AC电压表现的正极性和负极性各自至少一次执行所述短路操作。
4. 根据权利要求2或3所述的电路，其中所述电路还被配置成使得进行所述短路操作的次数越多，所述预定电流水平就越高。
5. 根据权利要求1至4中的任一项所述的电路，还包括所述AC电压源的电压检测装置，其中所述电路还被配置成使得所述短路操作期间的AC电压的瞬时电压的绝对值越大，所述预定电流水平就越高。
6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得至少用于首次进行时的短路操作的预定短路时期被设定成小于或等于与所述开关装置的开关器件的短路能力相应的时期。
7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得利用光电耦合器构成所述相位检测装置。
8. 根据权利要求1至7中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得所述预定电流水平被设定成低于在正常工作状态下流过所述开关装置的最大电流值。
9. 根据权利要求1至8中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得通过在所述预定短路时期内进行一次AD转换，在所述短路操作期间检测电流。
10. 根据权利要求2或3所述的电路，其中所述电路还被配置成使得在所述短路操作的一些或全部处理步骤中，当开始所述短路操作时从所述AC电压源供给的瞬时电压的绝对值相同，并且所述预定短路时期相同。
11. 根据权利要求1至10中的任一项所述的电路，其中所述电路还被配置成使得在结束所述短路操作后开始所述开关操作之后，在预定时期内至少一次，在从所述AC电压源供给的AC电压的预定电压相位下，或者在从所述AC电压源供给的瞬时电压呈现预定绝对值的电压相位下，持续预定短路时期进行使所述开关装置短路的所述短路操作，并且当在所述短路操作期间由所述电流检测装置检测到的电流值的大小变得大于所述预定电流水平时停止所述开关操作。
12. 根据权利要求1所述的电路，其中所述电路还被配置成使得在从所述AC电压源供给的AC电压的零交叉点附近进行所述短路操作。
13. 一种用于使通过感应元件从AC电压源供给的AC电压短路和开路的DC电源装置，包括：

    所述AC电压源的相位检测装置，其中所述电路还被配置成生成相位信号；

    生成电流相关信号的电流检测装置；和

    根据权利要求1至12中的至少一项所述的电路。
14. 一种基于通过感应元件从AC电压源供给的AC电压生成DC电压以便实现功率因数校正的方法，包括以下步骤：

    a)借助开关装置，在所述AC电压源的半周期内开关所述AC电压至少一次；

    b)生成与所述AC电压的AC相位相关的相位检测信号；

    c)生成与流经所述感应元件和所述开关装置之一的电流相关的电流相关信号；

    d)在接通所述AC电压之后，在开始开关操作之前，借助所述开关装置使所述AC电压短路；

    e)如果检测到的所述电流相关信号的大小大于预定电流水平，则不进行所述开关操作；和

    f)如果所述电流相关信号小于和/或等于所述预定电流水平，则进行所述开关操作。

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