CN105529943B

CN105529943B - Ac-dc转换器

Info

Publication number: CN105529943B
Application number: CN201410520795.9A
Authority: CN
Inventors: 铃木常俊
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: CN105529943A

Abstract

本发明提供一种AC‑DC转换器。在由功率因数改善电路和DC‑DC转换器构成的AC‑DC转换器中，该AC‑DC转换器的特征是，利用根据输出电压生成的PWM信号，使上述DC‑DC转换器的开关元件进行接通/关断，上述功率因数改善电路利用具有比上述PWM信号短规定的延迟时间的接通期间的PWM信号，使上述功率因数改善电路的开关元件进行接通/关断，在输入的交流电压低时，缩短上述规定的延迟时间，而且，根据对DC‑DC转换器的输出电压与基准电压进行比较而获得的误差信号来调整上述规定的延迟时间。

Description

AC-DC转换器

技术领域

本发明涉及具备PFC(功率因数改善)电路的电源装置，尤其涉及PFC电路的控制方法。

背景技术

AC-DC转换器大多组合PFC电路和DC-DC转换器而使用。PFC电路改善利用升压转换器输入的交流电源的功率因数，并抑制高次谐波噪声。利用DC-DC转换器，将PFC电路的输出变换为期望的直流电压。但是，因为使用两个转换器，所以电路变得复杂。

另外，近年来各国根据针对外部电源的负荷条件来规定效率，并推进每个工作模式下的低功耗化。

因此，作为抑制高次谐波噪声且改善效率的方法提出了图1的AC-DC转换器(专利文献1)。在图1中具备PFC电路1和DC-DC转换器2。DC-DC转换器2利用VAMP30检测输出电压Vo，利用光耦合器PC1向DC-DC控制电路20传递与基准电压进行比较而获得的误差信号。DC-DC控制电路20生成与误差信号相应的PWM信号，对开关元件Q2进行接通/关断。PFC电路经由延迟电路12，生成使PWM信号的开关元件Q2的接通时间变短规定的延迟时间的PFC-PWM信号，利用PFC-PWM信号使开关元件Q1进行接通/关断。延迟电路12利用晶体管Q8来比较由电容C5以及电阻R13构成的微分电路所生成的微分电压与在电阻R11、电阻R12生成的延迟基准电压，仅在微分电压小于延迟基准电压与晶体管Q8的基极发射极之间的电压之和时，生成阻止信号传递的延迟时间，使PWM信号的接通期间变短延迟时间。因此，DC-DC转换器的负荷变轻，当PWM信号的接通期间短于延迟时间时，不输出PFC-PWM信号，停止PFC电路。即，当AC-DC转换器的负荷变轻时，PFC电路停止，轻负荷下的效率提高。

但是，因为PFC电路的开关元件Q1的接通期间始终短延迟时间，所以在输入电压Vin低时不能进行充分的升压，有可能无法输出必要的电力。因为输入电压Vin是交流，所以电压周期性地成为零伏特。在电压是零伏特附近时需要较大的升压比，但因为只是短了延迟时间所以不能进行充分的升压，在作为PFC电路的平滑电容的C2中产生较大的脉动电压。因此，图1的AC-DC转换器利用电阻R1以及电阻R2来检测输入电压Vin，在输入电压Vin低时使晶体管Q7接通，在输入电压Vin低时使延迟时间变短。因此，通过利用简易的方法，即使在输入电压低时，也不会在电容C2中产生较大的脉动电压。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2009-303330号公报(CN101604910B)

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在图1的现有例中预先设定延迟时间。如果延迟时间长，则在重负荷时PFC电路不进行充分的升压动作，因此，不会出现延迟时间变长的情况。另外，当延迟时间变短时，在轻负荷下不停止PFC电路。这样，在预先设定延迟时间的情况下，即使在重负荷下，也进行充分的升压动作，从而难以进行在任意的负荷下停止PFC电路的设定。

用于解决问题的手段

因此，本发明的特征是，在由功率因数改善电路和DC-DC转换器构成的AC-DC转换器中，上述DC-DC转换器利用与对输出电压和基准电压进行比较而生成的误差信号相应的PWM信号，使上述DC-DC转换器的开关元件进行接通/关断，上述功率因数改善电路利用具有比上述PWM信号短规定的延迟时间的接通期间的PWM信号，使上述功率因数改善电路的开关元件进行接通/关断，根据上述交流电压的瞬时值来调整上述规定的延迟时间，并且根据上述输出电压来调整上述规定的延迟时间。

发明效果

本发明根据对DC-DC转换器的输出电压与基准电压进行比较而生成的误差信号来调整延迟电路的延迟时间，所以能够在任意的负荷下容易地设定为在轻负荷时停止PFC电路。

附图说明

图1是现有的AC-DC转换器的电路结构图。

图2是示出本发明第1实施例的概要的框图。

图3是示出本发明第1实施例的具体例的电路结构图。

标号说明

1 PFC电路

2 DC-DC转换器

10 PFC控制电路

11 输入电压校正电路

12 延迟电路

20 DC-DC控制电路

30 输出电压检测电路(VAMP)

51 输出电压校正电路

Vin 交流电源

DB 整流器

Q1、Q2 开关元件

T1 变压器

PC1-1、PC1-2 光耦合器

具体实施方式

【实施例1】

图2是示出本发明的第1实施例的概念的框图。利用整流器DB对交流电源Vin进行整流。在整流器DB的输出上串联连接电抗器L1和开关元件Q1，与开关元件Q1并联地连接由二极管D1和电容C2的串联电路形成的整流平滑电路。PFC控制电路10生成使开关元件Q1进行接通/关断的PFC-PWM信号。由电抗器L1、开关元件Q1、二极管Q1、电容C2、PFC控制电路10构成功率因数改善电路1。在电容C2的两端连接变压器T1的一次绕组P1与开关元件Q2的串联电路。在变压器T1的二次绕组S1的两端连接由二极管Ds和电容Cs构成的整流平滑电路，从电容Cs的两端取出输出。将VAMP30与输出进行连接，并向DC-DC控制电路20传递对输出电压与基准电压进行比较而获得的误差信号。DC-DC控制电路根据误差信号来生成使开关元件Q2进行接通/关断的PWM信号。由变压器T1、开关元件Q2、二极管Ds、电容Cs、VAMP30、DC-DC控制电路构成DC-DC转换器2。

首先，说明DC-DC转换器2的动作。利用VAMP30，将DC-DC转换器2的输出电压与基准电压进行比较，利用光耦合器PC1-1、PC1-2向DC-DC控制电路20传递其误差信号。DC-DC控制电路20根据误差信号来生成PWM信号，并使开关元件Q2进行接通/关断。由此改变电容C2的电压，使电容Cs产生输出电压Vo。这是一般的DC-DC转换器的动作。

接着，说明PFC电路1的动作。将由DC-DC控制电路20输出的驱动开关元件Q2的PWM信号输入至PFC控制电路10的延迟电路12。延迟电路12由微分电路、分压电路以及比较器CO5构成，该微分电路由电容C52以及电阻R54构成，并在电阻R54中生成微分信号，该分压电路由电阻R55以及电阻R56构成，并对PWM信号进行电压分割，生成延迟基准电压，比较器CO5对微分信号与延迟基准电压进行比较。因此，当对延迟电路12输入使开关元件Q2接通的PWM信号时，在电阻R54中产生与开关元件Q2的接通信号相同的电压，然后根据电容C52与电阻R54的时间常数来降低电压。当电阻R54的电压降低到电阻R56的延迟基准电压时，在比较器CO5中输出反转到低电平，晶体管Q6导通。从而PFC电路1的开关元件Q1接通。接着，当对延迟电路12输入使开关元件Q2关断的PWM信号时，延迟电路12的电容C52经由二极管D51进行放电。此时，比较器Co5输出高电平并使晶体管Q6截止，开关元件Q1关断。即，相对于开关元件Q2的接通期间，仅短了由延迟电路12生成的延迟时间的期间开关元件Q1接通。

电阻R1、R2以及二极管D3在从整流器DB输出的脉动电压的瞬时值低时，减少延迟电路的延迟。即，当脉流电压的瞬时值低时，电阻R2的电压变低，所以延迟电路12的电容C52的放电经由二极管D3而变快，延迟时间变短。

以上的动作虽然与专利文献1相同，但本发明的第1实施例还具有延迟时间校正电路51。延迟时间校正电路51具备：电阻R57以及电阻R58的串联电路，其与传递DC-DC转换器2的误差信号的光耦合器PC1-2的两端进行连接；电阻R61与电阻R64的串联电路，其分割PWM信号；MOSFET Q52，其在电阻R57与电阻R58的连接点上连接控制端子，主端子与电阻R61并联连接；和MOSFET Q51，其与分压电路的电阻R56并联连接，并在电阻R61与电阻R64的连接点上连接控制端子。关于向光耦合器PC1-2传递的误差信号，当DC-DC转换器的负荷减少时，信号电压降低。这样，MOSFET Q52的控制端子的电压降低，所以主端子间的电压上升。因此，MOSFET Q51的控制端子的电压上升。从而，MOSFET Q51的主端子间的电压降低即分压电路的延迟基准电压降低，所以延迟时间延长。相反当误差信号降低时，MOSFET Q51的控制端子的电压上升，主端子间的电压上升。因此，MOSFET Q51的控制端子的电压降低。从而，MOSFETQ51的主端子间的电压上升、即分压电路的延迟基准电压上升，所以可缩短延迟时间。即，根据DC-DC转换器的误差信号，延迟基准电压发生变化，能够调整延迟时间。可通过改变电阻R57、R58、R61或R64的设定来调整基于负荷变动的延迟时间。因此，可任意地调整延迟时间，另外，能够在任意的负荷下使PFC电路停止。

图3是本发明的第1实施例的具体例。在图3中，由分立部件构成PFC控制电路10的延迟电路。即，利用晶体管Q53来比较微分信号和延迟基准电压。因此，将由电阻R57以及R58进行分压的误差信号输入到MOSFET Q52的控制端子，并将MOSFET Q52的主端子与MOSFETQ51的控制端子连接。而且，MOSFET Q51的控制端子利用由电阻R64以及R61进行分压而得到的电压来使PWM信号进行偏压。通过这样的结构，能够廉价且可靠地实现本发明。

此外，在图3的实施例1的具体例中，在微分电路12的电阻R54上串联地追加电阻R59。然后在电阻R59的两端连接晶体管Q54。在晶体管Q54的基极与发射极之间连接电阻R60。另外，晶体管Q54的基极经由串联连接的电阻R63、R62与提供用于驱动控制电路的电源的电容C3进行连接。另外，电阻R63和R62的连接点与二极管D52和电容C4的连接点连接。二极管D52和电容C4的串联电路与变压器T1的辅助绕组P2连接。二极管D52在开关元件Q2接通的时刻进行导通，所以在电容C4中产生与输入电压Vin成比例的负的直流电压。因此，在输入电压Vin高时晶体管Q54截止，微分电路12的时间常数变大，并延长延迟时间。另外，在输入电压Vin低时晶体管Q54导通，微分电路12的时间常数变小，并缩短延迟时间。在需要高升压比的输入电压Vin低时，缩短延迟时间，所以可获得较高的升压比。

此外，在图3的实施例1的具体例中，追加由晶体管Q3以及Q4构成的开关元件Q1的驱动电路，追加由电阻R4、R5以及晶体管Q5构成的过电流保护电路。

工业上的可利用性

对于具备功率因数改善电路、尤其在轻负荷时效率高的AC-DC转换器是有效的。

Claims

1.一种AC-DC转换器，其由功率因数改善电路和DC-DC转换器构成，并将所输入的交流电压变换为直流电压，该AC-DC转换器的特征在于，

利用根据所述DC-DC转换器输出的输出电压而生成的PWM信号，使所述DC-DC转换器的开关元件进行接通/关断，

所述功率因数改善电路利用具有比所述PWM信号的接通期间短规定的延迟时间的接通期间的PFC-PWM信号，使所述功率因数改善电路的开关元件进行接通/关断，

根据所述交流电压的瞬时值来调整所述规定的延迟时间，并且根据所述输出电压来调整所述规定的延迟时间。

2.根据权利要求1所述的AC-DC转换器，其特征在于，

所述AC-DC转换器具有对所述PWM信号进行微分的微分电路，将该微分电路输出的电压与规定的延迟基准电压进行比较而生成所述规定的延迟时间，

根据对所述输出电压与基准电压进行比较而生成的误差信号来调整所述规定的延迟基准电压。

3.根据权利要求2所述的AC-DC转换器，其特征在于，

所述微分电路根据对所述输入的交流电压进行整流平滑后的电压来调整时间常数。