JP2022075359A - 集積回路、電源回路 - Google Patents

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Abstract

【課題】入力コンデンサを充電するための入力電流を適切に変化させ、力率を改善する集積回路を提供する。【解決手段】AC-DCコンバータの力率改善IC26aは、該コンバータのトランスの主コイルに流れるインダクタ電流が第1所定値より小さくなると、第1電圧Vramplから所定の傾きで上昇する発振電圧Vrを出力する発振回路と、出力電圧に応じた帰還電圧Vfbと、基準電圧VREF1との差に応じた誤差電圧Vcompを出力する誤差電圧出力回路と、インダクタ電流が第1所定値より小さくなると、端子OUTにゲート電極が接続されたトランジスタをオンし、発振電圧が誤差電圧に基づいた第2電圧(Vcomp)となると、オフする駆動回路と、交流電圧を全波整流した整流電圧のレベルが高くなるとトランジスタのオン時間が短くなるよう、整流電圧に基づき、第1及び第2電圧のうち少なくとも何れか一方を変化させて出力する出力回路と、を備える。【選択図】図2

Description

本発明は、集積回路及び電源回路に関する。
一般に、交流電圧の波形と、入力電流の波形と、を相似形にして力率を改善する集積回路がある(例えば、特許文献1~9)。
米国特許第7538525号明細書 米国特許出願公開第2019/0305664号明細書 国際公開第2018/087960号 米国特許第6946819号明細書 米国特許第6984963号明細書 米国特許第5689176号明細書 米国特許第5592128号明細書 特開2015-039261号公報 特開2006-094697号公報
ところで、AC-DCコンバータの入力コンデンサに交流電圧が印加されると、入力電流には、歪みが生じることがあるため、力率は悪化する。
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、入力電流を適切に変化させ、力率を改善する集積回路を提供することにある。
前述した課題を解決する本発明にかかる集積回路の第1の態様は、交流電圧に応じた電圧が印加される第1コンデンサ及びインダクタと、前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、を備え、前記交流電圧から出力電圧を生成する電源回路の前記トランジスタをスイッチングする集積回路であって、前記インダクタ電流が第1所定値より小さくなると、第1電圧から所定の傾きで上昇する発振電圧を出力する発振回路と、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧との差に応じた誤差電圧を出力する誤差電圧出力回路と、前記インダクタ電流が前記第1所定値より小さくなると、前記トランジスタをオンし、前記発振電圧が前記誤差電圧に基づいた第2電圧となると、前記トランジスタをオフする駆動回路と、前記交流電圧を全波整流した整流電圧のレベルが高くなると前記トランジスタのオン時間が短くなるよう、前記整流電圧に基づいて、前記第1及び第2電圧のうち少なくとも何れか一方を変化させて出力する出力回路と、を備える。
前述した課題を解決する本発明にかかる集積回路の第2の態様は、交流電圧に応じた電圧が印加される第1コンデンサ及びインダクタと、前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、を備え、前記交流電圧から出力電圧を生成する電源回路の前記トランジスタをスイッチングする集積回路であって、前記インダクタ電流が所定値より小さくなると、上昇する発振電圧を出力する発振回路と、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧との差に応じた誤差電圧を出力する誤差電圧出力回路と、前記インダクタ電流が所定値より小さくなると、前記トランジスタをオンし、前記発振電圧が前記誤差電圧となると、前記トランジスタをオフする駆動回路と、を備え、前記発振回路は、前記交流電圧を全波整流した整流電圧のレベルが高くなると前記トランジスタのオン時間が短くなり、前記出力電圧が低下すると前記トランジスタのオン時間が長くなるよう、前記発振電圧の傾きを変化させて出力する。
前述した課題を解決する本発明にかかる電源回路は、交流電圧から出力電圧を生成する電源回路であって、前記交流電圧に応じた電圧が印加される第1コンデンサ及びインダクタと、前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、前記トランジスタをスイッチングする集積回路と、を備え、前記集積回路は、前記インダクタ電流が所定値より小さくなると、第1電圧から所定の傾きで上昇する発振電圧を出力する発振回路と、前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧との差に応じた誤差電圧を出力する誤差電圧出力回路と、前記インダクタ電流が前記所定値より小さくなると、前記トランジスタをオンし、前記発振電圧が前記誤差電圧に基づいた第2電圧となると、前記トランジスタをオフする駆動回路と、前記交流電圧を全波整流した整流電圧のレベルが高くなると前記トランジスタのオン時間が短くなるよう、前記整流電圧に基づいて、前記第1及び第2電圧のうち少なくとも何れか一方を変化させて出力する出力回路と、を備える。
本発明によれば、入力電流を適切に変化させ、力率を改善する集積回路を提供することができる。
AC-DCコンバータ10aの一例を示す図である。 力率改善IC26aの一例を示す図である。 交流電圧Vacと整流電圧Vhと分圧電圧Vhdivとの関係を示す図である。 発振回路40及び出力回路60の一例を示す図である。 力率改善IC26aの動作を示す図である。 発振回路40及び出力回路61の一例を示す図である。 分圧電圧Vhdivと出力回路61のゲインGとの関係を示す図である。 負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26aの動作を示す図である。 力率改善IC26cの一例を示す図である。 出力回路62の一例を示す図である。 負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26cの動作を示す図である。 AC-DCコンバータ10bの一例を示す図である。 力率改善IC26dの一例を示す図である。 ピーク電圧Vpeakと検出電圧Vloadの関係を示す図である。 出力回路63の一例を示す図である。 負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26dの動作を示す図である。 力率改善IC26eの一例を示す図である。 出力回路64の一例を示す図である。 力率改善IC26eの動作を示す図である。 力率改善IC26fの一例を示す図である。 発振回路41の一例を示す図である。 負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26fの動作の一例を示す図である。 力率改善IC26gの一例を示す図である。 発振回路42の一例を示す図である。 負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26gの動作の一例を示す図である。 力率改善IC26hの一例を示す図である。 交流成分検出回路200の一例を示す図である。 ノイズ成分を有する電圧Vcompと、発振電圧Vrとに基づく駆動信号Vp1の変動を示す図である。
本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
=====本実施形態=====
図1は、本発明の一実施形態であるAC-DCコンバータ10aの構成の一例を示す図である。AC-DCコンバータ10aは、商用電源の交流電圧Vacから目的レベルの出力電圧Voutを生成する昇圧チョッパー型の電源回路である。
負荷11は、例えば、DC-DCコンバータや直流電圧で動作する電子機器である。
<<<AC-DCコンバータ10aの概要>>>
AC-DCコンバータ10aは、入力ラインフィルタ20、全波整流回路21、コンデンサ22,25,33,34、トランス23、ダイオード24,28,29、力率改善IC26、NMOSトランジスタ27、及び抵抗30~32を含んで構成される。
入力ラインフィルタ20は、交流電圧Vacが印加されるノードN1,N2と、全波整流回路21(後述)と、の間に設けられ、商用電源からAC-DCコンバータ10aへのノイズを除去する回路である。なお、本実施形態では、交流電圧Vacが印加されるノードN1,N2における電流を入力電流Iinとする。また、ここで、交流電圧Vacは、例えば、100~240V、周波数が50~60Hzの電圧である。
全波整流回路21は、ノイズが除去された所定の交流電圧Vacを全波整流し、整流電圧Vrecとして、コンデンサ22と、トランス23の主コイルL1とに印加する。
なお、整流電圧Vrecは、主コイルL1に直接印加されているが、例えば、抵抗(不図示)等の素子を介して主コイルL1に印加されても良い。また、本実施形態において、「印加」とは、所定のノードに直接的に電圧が供給されることのみならず、抵抗(不図示)等の素子を介して間接的に電圧が供給されること、及び分圧された電圧が供給されることも含む。
コンデンサ22は、整流電圧Vrecを平滑化する素子であり、トランス23は、主コイルL1と、主コイルL1に磁気的に結合された補助コイルL2とを有する。ここで、本実施形態では、補助コイルL2に生じる電圧が、主コイルL1に生じる電圧とは極性が逆になるよう、補助コイルL2は巻かれている。そして、力率改善IC26(後述)の端子ZCDには、補助コイルL2で発生する電圧Vzcdが印加される。
また、主コイルL1は、ダイオード24、コンデンサ25、及びNMOSトランジスタ27とともに昇圧チョッパー回路を構成する。このため、コンデンサ25の充電電圧が直流の出力電圧Voutとなる。なお、出力電圧Voutは、例えば、400Vである。
力率改善IC26は、AC-DCコンバータ10aの力率を改善しつつ、出力電圧Voutのレベルが目的レベル(例えば、400V)となるよう、NMOSトランジスタ27のスイッチングを制御する集積回路である。具体的には、力率改善IC26は、主コイルL1に流れるインダクタ電流IL、及び出力電圧Voutに基づいて、NMOSトランジスタ27を駆動する。
力率改善IC26の詳細については後述するが、力率改善IC26には、端子FB,ZCD,COMP,OUT,VHが設けられている。なお、力率改善IC26には、上述した5つの端子FB,ZCD,COMP,OUT,VH以外にも端子が設けられているが、ここでは便宜上省略されている。
NMOSトランジスタ27は、AC-DCコンバータ10aの負荷11への電力を制御するためのトランジスタである。なお、本実施形態では、NMOSトランジスタ27は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタであることとしたがこれに限られない。NMOSトランジスタ27は、電力を制御できるトランジスタであれば、例えば、バイポーラトランジスタであっても良い。また、NMOSトランジスタ27のゲート電極は、端子OUTからの信号により駆動されるように接続されている。
抵抗30,31は、出力電圧Voutを分圧する分圧回路を構成し、NMOSトランジスタ27をスイッチングする際に用いられる帰還電圧Vfbを生成する。なお、抵抗30,31が接続されるノードに生成される帰還電圧Vfbは、端子FBに印加される。
抵抗32及びコンデンサ33,34は、フィードバック制御される力率改善IC26の位相補償用の素子である。端子COMPと、接地との間に、抵抗32及びコンデンサ33が直列に設けられ、これらに対し並列にコンデンサ34が設けられている。
ダイオード28,29は、全波整流回路を構成し、全波整流回路21の前段に接続され、力率改善IC26の端子VHに交流電圧Vacに応じた電圧Vhを印加する回路である。電圧Vhは、全波整流回路21の前段のノードから取った交流電圧Vacを整流することで得られる。これにより、コンデンサ22の影響を受けることがなく、より正確な電圧Vhの位相角の検出を可能にする。具体的には、ダイオード28は、全波整流回路21の前段の非接地側のラインにアノードが接続される。一方、ダイオード29は、全波整流回路21の前段の接地側のラインにアノードが接続される。ダイオード28,29のカソードは接続され、力率改善IC26の端子VHに接続される。なお、ダイオード28,29のカソードの電圧を分圧した分圧電圧を力率改善IC26の端子VHに印加するようにしてもよい。
<<<AC-DCコンバータ10aの動作>>>
以下、AC-DCコンバータ10aの動作を力率改善IC26の動作と伴に説明し、一般的な力率改善IC26がどのようにAC-DCコンバータ10aの力率を改善するかを説明する。
まず、交流電圧VacがノードN1,N2に印加されると、入力ラインフィルタ20を介して交流電圧Vacが全波整流回路21に印加される。全波整流回路21は、交流電圧Vacを全波整流し、整流電圧Vrecを出力する。コンデンサ22は、整流電圧Vrecを平滑化し、平滑化された整流電圧Vrecは、主コイルL1に印加される。
つぎに、力率改善IC26は、主コイルL1に流れるインダクタ電流ILがほぼゼロになると、NMOSトランジスタ27をオンする。この時、インダクタ電流ILは、NMOSトランジスタ27を介して接地に流れる。
そして、力率改善IC26は、帰還電圧Vfbに応じた期間が経過すると、NMOSトランジスタ27をオフする。この時、主コイルL1は、NMOSトランジスタがオンされている際に流れたインダクタ電流ILを流し続けようとするエネルギーを蓄積している。
このエネルギーに基づいて、ダイオード24のアノードの電圧がコンデンサ25に生じる電圧Voutより順方向電圧Vf分だけ高くなると、主コイルL1は、ダイオード24を介してインダクタ電流ILに応じた電流を流し、コンデンサ25を充電する。そして、コンデンサ25に生じる電圧は、出力電圧Voutとなる。
さらに、力率改善IC26は、主コイルL1がエネルギーを放出し、インダクタ電流ILがほぼゼロとなると、再度、NMOSトランジスタ27をオンする。このように、力率改善IC26は、インダクタ電流ILがほぼゼロになると、NMOSトランジスタ27をオンし、帰還電圧Vfbに応じた期間が経過すると、NMOSトランジスタ27をオフする。以降、力率改善IC26は、NMOSトランジスタ27をオンオフし続ける。
このように動作することによって、力率改善IC26は、インダクタ電流ILの平均値(すなわち、入力電流Iin)の波形を交流電圧Vacの波形と相似形とし、AC-DCコンバータ10aの力率を改善する。
しかしながら、交流電圧Vacの電圧の絶対値と、コンデンサ22の電圧の電圧値との差が、全波整流回路21を構成するダイオードブリッジのダイオード(不図示)の順方向電圧Vfより小さい場合、ダイオード(不図示)には電流が流れない。
すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近において、コンデンサ22を充電するための電流が流れなくなり、その結果、入力電流Iinが流れなくなる(以降、この現象を「デッドアングル」と称する)。この場合、入力電流Iinの波形が交流電圧Vacの波形と相似形とならず、力率や全高周波歪み(以降、「THD(Total Harmonic Distortion)」とする。)が悪化する原因となる。なお、「交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい」は、交流電圧Vacのレベルが正の場合、交流電圧Vacのレベルが低いことを意味する。
このため、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近において、コンデンサ22を放電させ、コンデンサ22の電圧の電圧値を低下させるため、インダクタ電流ILを流す必要がある。そして、後述の力率改善IC26は、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近において、インダクタ電流ILを多く流し、デッドアングルを解消することによりAC-DCコンバータ10a等の力率等を改善することができるものである。なお、コンデンサ22は、「第1コンデンサ」に相当し、主コイルL1は、「インダクタ」に相当する。また、主コイルL1に流れる電流は、「インダクタ電流IL」である。
=====力率改善IC26aの構成=====
図2は、力率改善IC26の第1実施形態である力率改善IC26aの一例を示す図である。力率改善IC26aは、発振回路40、駆動回路50、出力回路60、分圧回路70及び誤差電圧出力回路71を含んで構成される。なお、図2において、便宜上、図1と異なる位置に端子を描いているが、夫々の端子に接続される配線、素子等は、図1及び図2で同じである。
発振回路40は、NMOSトランジスタ27をオンオフする際に必要となる発振電圧Vrを生成する回路である。具体的には、発振回路40は、インダクタ電流ILがほぼゼロより小さくなり、“H”レベルの駆動信号Vp1が入力されると、出力回路60(後述)が出力するバイアス電圧Vrampl(後述)から所定の傾きで振幅が徐々に大きくなる発振電圧Vrを出力する。発振回路40の詳細は後述する。
駆動回路50は、駆動信号Vdrを出力し、NMOSトランジスタ27を駆動する回路である。具体的には、駆動回路50は、インダクタ電流ILがほぼゼロより小さくなると、NMOSトランジスタ27をオンし、発振電圧Vrが帰還電圧Vfbに応じた電圧となると、NMOSトランジスタ27をオフする。そして、駆動回路50は、ゼロ電流検出回路80、遅延回路81、OR回路82、SRフリップフロップ83、ターンオンタイマ回路84、コンパレータ85、バッファ86を含んで構成される。
ゼロ電流検出回路80は、端子ZCDの電圧Vzcdに基づいて、インダクタ電流ILの電流値が、ほぼゼロを示す“電流値Ia”(以下、便宜上、「ほぼゼロ」を単にゼロと称する。)であるかを検出する回路である。なお、本実施形態のゼロ電流検出回路80は、インダクタ電流ILの電流値が、“ゼロ”である“電流値Ia”であることを検出すると、ハイレベル(以下、「“H”レベル」とする。)の信号Vzを出力する。なお、ゼロ電流検出回路80は、インダクタ電流ILが“電流値Ia”となる際の補助コイルL2の所定電圧と、電圧Vzcdとを比較するコンパレータ(不図示)を含んで構成される。
遅延回路81は、ゼロ電流検出回路80から“H”レベルの信号Vzが出力されると、所定時間だけ遅延させてパルス信号Vp2を出力する。
OR回路82は、パルス信号Vp2,Vp3の論理和を演算して出力する。具体的には、OR回路82は、遅延回路81が“H”レベルのパルス信号Vp2を出力するか又は、ターンオンタイマ回路84(後述)が“H”レベルのパルス信号Vp3を出力すると、“H”レベルのセット信号Ssを出力する。このため、本実施形態では、OR回路82からは、パルス信号Vp2または、パルス信号Vp3が、セット信号Ssとして出力される。
SRフリップフロップ83は、OR回路が“H”レベルのセット信号Ssを出力すると、“H”レベルの駆動信号Vp1を出力する。一方、SRフリップフロップ83は、コンパレータ85(後述)が“H”レベルのリセット信号Srを出力すると、ローレベル(以下、「“L”レベル」とする。)の駆動信号Vp1を出力する。
ターンオンタイマ回路84は、力率改善IC26aの起動時や、交流電圧Vacが供給されなくなり、パルス信号Vp2が出力されない場合に、NMOSトランジスタ27をオンするためのパルス信号Vp3を出力する。具体的には、パルス信号Vp2が所定期間出力されない場合、“H”レベルのパルス信号Vp3を所定周期毎に出力する。
コンパレータ85は、帰還電圧Vfbに応じて誤差電圧出力回路71(後述)によって出力される電圧Vcompと、発信信号Vrとを比較する回路である。具体的には、電圧Vcompがコンパレータ85の反転入力端子に印加され、発振電圧Vrがコンパレータ85の非反転入力端子に印加されている。このため、コンパレータ85は、発振電圧Vrのレベルが電圧Vcompのレベルより低い場合、“L”レベルのリセット信号Srを出力し、発振電圧Vrのレベルが電圧Vcompのレベルより高くなると、“H”レベルのリセット信号Srを出力する。
バッファ86は、駆動信号Vp1に基づいてNMOSトランジスタ27を駆動する回路である。具体的には、バッファ86は、入力される信号と同じ論理レベルの信号Vdrで、ゲート容量等の大きいNMOSトランジスタ27を駆動する。また、バッファ86は、“H”レベルの駆動信号Vp1に基づいて、NMOSトランジスタ27をオンし、“L”レベルの駆動信号Vp1に基づいて、NMOSトランジスタ27をオフする。
出力回路60は、発振回路40にバイアス電圧Vramplを出力する回路である。具体的には、出力回路60は、分圧回路70(後述)が出力する分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなるよう、分圧電圧Vhdivに基づいて、バイアス電圧Vramplを出力する回路であり、詳細は後述する。
分圧回路70は、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivを生成する回路であり、図3を参照して以下に説明する。ここで、図3は、交流電圧Vacと、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhと、分圧回路70によって生成される分圧電圧Vhdivと、の関係を示す図である。
分圧回路70は、抵抗87,88を含む。具体的には、抵抗87の一端は、端子VHに接続され、他端は、抵抗88の一端と直列に接続される。また、抵抗88の他端は、接地される。この結果、抵抗87,88が接続されたノードには、電圧Vhdivが生成される。
また、交流電圧Vacは、位相角に応じて周期的に電圧レベルが変化し、電圧Vh及び分圧電圧Vhdivもまた、同様に位相角に応じて周期的に電圧レベルが変化する。具体的には、交流電圧Vacのレベルは、位相角が0度から90度となる場合、上昇し、位相角が90度から270度となる場合、降下する。そして、交流電圧Vacのレベルは、位相角が270度から360度となる場合、上昇する。一方、電圧Vhのレベルは、位相角が0度から90度となる場合、上昇し、位相角が90度から180度となる場合、降下する。電圧Vhのレベルは、位相角が180度から360度となる場合、同様に変化する。分圧電圧Vhdivは、電圧Vhを分圧した電圧であるので、電圧Vhと同様に、位相角に応じて周期的に変化する。
なお、分圧回路70が力率改善IC26a内に設けられる例を説明するが、力率改善IC26aの外部に分圧回路があり、交流電圧Vacをダイオード28,29により整流し、分圧回路により分圧した電圧が、端子VHに印加されていることとしてもよい。また、分圧回路70内の抵抗を、抵抗87,88として説明したが、これに限られることはなく、どのような抵抗の数の組み合わせであってもよい。
図2に戻り、誤差電圧出力回路71について説明する。誤差電圧出力回路71は、トランスコンダクタンスアンプ89である。そして、トランスコンダクタンスアンプ89は、目的レベルの出力電圧Voutに応じた基準電圧VREF1と、帰還電圧Vfbとの誤差に応じて誤差電流Ieを生成し、端子COMPを介してコンデンサ33,34を充電し、電圧Vcompを生成する。また、誤差電圧出力回路71は、電圧Vcompを出力する。なお、電圧Vcompは、「誤差電圧」に相当し、“電流値Ia”は、「第1所定値」に相当する。
<<<発振回路40及び出力回路60の一例>>>
図4は、発振回路40及び出力回路60の一例を示す図である。出力回路60は、分圧電圧Vhdivをバイアス電圧Vramplとして発振回路40に出力するバッファ回路100である。
発振回路40は、発信電圧Vrを出力する回路であり、コンデンサ110,111、充放電回路90を含む。また、充放電回路90は、コンデンサ110を充放電して所定の傾きの発振電圧Vrを生成する回路であり、定電流Iramp0を出力する定電流源112、インバータ113、NMOSトランジスタ114を含む。
コンデンサ110は、インダクタ電流ILがほぼゼロになり、“H”レベルの駆動信号Vp1が入力されると、NMOSトランジスタ114がオフされ、定電流源112からの定電流Iramp0で充電される。また、コンデンサ111は、出力回路60からのバイアス電圧Vramplを保持するように充電される。
そのため、発振電圧Vrは、コンデンサ111の電圧(すなわち、バイアス電圧Vrampl)にコンデンサ110の電圧を加算した電圧となる。また、発振電圧Vrは、“H”レベルの駆動信号Vp1が入力されると、コンデンサ110の電圧が所定の傾きで徐々に上昇することで、バイアス電圧Vramplから所定の傾きで徐々に上昇する。
一方、コンデンサ110は、“L”レベルの駆動信号Vp1が入力されると、NMOSトランジスタ114がオンされ、放電される。この時、コンデンサ110に蓄積された電荷は、バッファ回路100の出力段のトランジスタ(不図示)及びNMOSトランジスタ114等を介して接地に引き抜かれる。コンデンサ110が放電されることで、発振電圧Vrは、バイアス電圧Vramplとなる。なお、コンデンサ110は、「第2コンデンサ」に相当する。
<<<力率改善IC26aの動作>>>
図5は、力率改善IC26aの動作を示す図である。時刻t0において、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhの位相角は0度であり、電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivのレベルは最も低い。そして、出力回路60は、分圧電圧Vhdivをバイアス電圧Vramplとして出力する。そのため、バイアス電圧Vramplは、分圧電圧Vhdivの上昇に応じて上昇し始める。
時刻t1において、インダクタ電流ILがほぼゼロより小さくなると、遅延回路81は、“H”レベルのパルス信号Vp2を出力する。そして、SRフリップフロップ83が、“H”レベルの駆動信号Vp1を出力し、その結果、力率改善IC26aは、NMOSトランジスタ27をオンする。この時、バイアス電圧Vramplは、時刻t0の時よりも高くなっている。
NMOSトランジスタ27がオンすると、充放電回路90は、コンデンサ110を定電流Iramp0で充電し始める。そして、発振電圧Vrは、出力回路60が出力するバイアス電圧Vramplと、コンデンサ110の電圧とを加算した電圧となる。この時、発振電圧Vrは、コンデンサ110が定電流Iramp0で充電されるため、所定の傾きで徐々に上昇する。
時刻t2において、発振電圧Vrが電圧Vcompとなると、コンパレータ85は、“H”レベルのリセット信号Srを出力する。これにより、SRフリップフロップ83は、“L”レベルの駆動信号Vp1を出力し、その結果、力率改善IC26aは、NMOSトランジスタ27をオフする。
NMOSトランジスタがオフすると、充放電回路90は、コンデンサ110を放電し、発振電圧Vrは、バイアス電圧Vramplとなる。そして、時刻t2から時刻t3までにおいて、力率改善IC26aは、同様にNMOSトランジスタの駆動を繰り返す。また、時刻t2から時刻t3までにおいて、バイアス電圧Vramplは、分圧電圧Vhdivの上昇に応じて上昇する。このため、NMOSトランジスタ27のオン時間は、徐々に短くなる。
時刻t3において、力率改善IC26aは、NMOSトランジスタ27をオンし、時刻t4において、力率改善IC26aは、NMOSトランジスタ27をオフする。なお、時刻t3から時刻t4までのNMOSトランジスタ27のオン時間は、時刻t1から時刻t2までのNMOSトランジスタ27のオン時間より短い。これは、時刻t3から時刻t4までの期間において、電圧Vhのレベルに応じて変化するバイアス電圧Vrampl(すなわち、分圧電圧Vhdiv)の電圧レベルが、時刻t1から時刻t2までの期間より高くなっているためである。
これにより、力率改善IC26aは、電圧Vhのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間を短くすることができる。時刻t4から時刻t5までにおいて、力率改善IC26aは、同様にNMOSトランジスタの駆動を繰り返す。また、時刻t4から時刻t5までにおいて、バイアス電圧Vramplは、分圧電圧Vhdivの低下に応じて低下する。そのため、時刻t4以降において、NMOSトランジスタ27のオン時間は徐々に長くなる。
時刻t5において、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhの位相角は180度であり、電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivのレベルは最も低い。なお、バイアス電圧Vramplは、「第1電圧」に相当し、電圧Vcompは、「第2電圧」に相当する。
以上の動作から、力率改善IC26aは、電圧Vhのレベルが低い、すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなる。したがって、力率改善IC26aは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近、つまり、低位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができるため、デッドアングルを低減することができる。この結果、力率改善IC26aは、力率及びTHDを改善することができる。また、出力回路60がバイアス電圧Vramplを変化させることにより、NMOSトランジスタ27のスイッチングノイズ等による電圧Vcompのノイズ成分の影響に関わらず、NMOSトランジスタ27のオン時間を変化させることができる。
なお、図5において、図2の実施形態の力率改善IC26aの動作への理解を助けるため、駆動信号Vp1は数パルス分のみ描かれている。しかしながら、NMOSトランジスタ27のスイッチング周波数は、例えば数kHzであり、交流電圧Vacの周波数である50~60Hzよりも十分高い周波数である。このため、実際には、交流電圧Vacの一周期の期間において、非常に多くの駆動信号Vp1が含まれることになる。
=====力率改善IC26bの構成=====
力率改善IC26の第2実施形態である力率改善IC26bは、出力回路として出力回路61を用いている点が、力率改善IC26aと相違する。なお、同じ参照符号が付されている対象は、図2の力率改善IC26aと同様である。
<<<出力回路61の構成>>>
図6は、発振回路40及び出力回路61の一例を示す図である。出力回路61は、分圧電圧Vhdivを、分圧電圧Vhdivのレベルに応じたゲインGで増幅し、バイアス電圧Vramplとして出力する増幅回路である。具体的には、出力回路61は、図7に示すように、分圧電圧Vhdivのレベルが上昇すると、ゲインGを低下させ、バイアス電圧Vramplの上昇を低減させる。
出力回路61は、オペアンプ120、抵抗121、可変抵抗122を含んで構成される。分圧電圧Vhdivと、バイアス電圧Vramplとは、以下の式で示される関係となる。
Vrampl=(R1+R2)/R1×Vhdiv ・・・(1)
=G×Vhdiv ・・・(2)
ここで、抵抗値R1は、抵抗121の抵抗値であり、抵抗値R2は、可変抵抗122の抵抗値である。そして、分圧電圧Vhidvのレベルが上昇すると、抵抗値R2が低下し、出力回路61のゲインGが低下するよう、出力回路61は構成されている。
これにより、力率改善IC26bは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近、つまり、低位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができるため、デッドアングルを低減することができる。この結果、力率改善IC26bは、力率及びTHDを改善することができる。
<<<重負荷時の力率改善IC26aの動作>>>
図8は、負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26aの動作を示す図である。ここで、負荷11が“重負荷”となる状態は、負荷11が“軽負荷”の状態と比較して、負荷11の消費電力が増加し、AC-DCコンバータ10aの入力電流Iinが増加する状態を指す。なお、本実施形態で、「重負荷」とは、例えば、負荷11に流れる電流が、所定の電流値(例えば、5A)以上となることを指し、「軽負荷」とは、負荷11に流れる電流が、所定の電流値未満となることを指す。
図8において、力率改善IC26aは、図5の場合と同様にNMOSトランジスタ27を駆動し、図8の時刻t10から時刻t15は、図5の時刻t0から時刻t5に相当する。しかしながら、負荷11が“重負荷”となるため、入力電流Iinは、図5の場合より多く流れる。そして、力率改善IC26aは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間を長くしてインダクタ電流ILを多く流す。一方、力率改善IC26aは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間を短くする。これにより、力率改善IC26aは、負荷11が“重負荷”となる場合、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近において、インダクタ電流ILを十分に流せなくなる。この結果、力率改善IC26aは、インダクタ電流ILの平均値(すなわち、入力電流Iin)の波形を交流電圧Vacの波形と相似形とすることができなくなる。
そのため、負荷11が“重負荷”となっても、インダクタ電流ILの平均値(すなわち、入力電流Iin)の波形を交流電圧Vacの波形と相似形とすることができる力率改善IC26c及び26dの実施形態を以下に説明する。
=====力率改善IC26cの構成=====
図9は、力率改善IC26cの一例を示す図である。力率改善IC26の第3実施形態である力率改善IC26cは、出力回路として出力回路62を用いる点が力率改善IC26aと相違する。なお、同じ参照符号が付されている対象は、図2の力率改善IC26aと同様である。
<<<出力回路62の構成>>>
図10は、出力回路62の一例を示す図である。出力回路62は、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとの差に応じた電圧を、バイアス電圧Vramplとして発振回路40に出力する回路である。具体的には、出力回路62は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間を短くするよう、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompと、に基づいてバイアス電圧Vramplを変化させて出力する。そして、出力回路62は、帰還電圧Vfbが低下するとNMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるよう、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompと、に基づいてバイアス電圧Vramplを変化させて出力する。また、出力回路62は、電流生成回路130、電圧生成回路150を含んで構成される。
電流生成回路130は、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとの差に基づいて電流I1を生成する回路である。電流生成回路130は、オペアンプ140,141,144,145、抵抗142,143,147、NMOSトランジスタ146、PMOSトランジスタ148,149を含んで構成される。
オペアンプ140は、電圧Vcompを出力するバッファ回路を構成し、オペアンプ144は、分圧電圧Vhdivを出力するバッファ回路を構成する。
オペアンプ141、抵抗142,143は、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとの差を増幅する差動増幅回路を構成する。オペアンプ141の出力電圧を電圧Vxとすると、電圧Vxは、以下の式で表される。
Vx=(R3+R4)/R3×(Vhdiv-R4/(R3+R4)×Vcomp) ・・・(3)
ここで、抵抗値R3は、抵抗142の抵抗値であり、抵抗値R4は、抵抗143の抵抗値である。
オペアンプ145は、電流I0が流れることによって抵抗147に生じる電圧と、分圧電圧Vhdivとを加算した電圧が、電圧Vxとなるよう、NMOSトランジスタ146に流れる電流I0を制御する回路である。そのため、電流I0は、以下の式で表される。
I0=(Vx-Vhdiv)/R5 ・・・(4)
ここで、抵抗値R5は、抵抗147の抵抗値である。
そして、式(4)に、式(3)の電圧Vxを代入すると、電流I0は、以下の式で表される。
I0=(Vhdiv-Vcomp)×R4/R3/R5 ・・・(5)
PMOSトランジスタ148,149は、カレントミラー回路を構成し、電流I0に応じた電流I1を出力する回路である。電流I0とI1との比K0は、PMOSトランジスタ148,149のサイズの比で決定される比である。そして、電流I1は、電流I0を用いて、以下の式で表される。
I1=K0×I0
=K0×(Vhdiv-Vcomp)×R4/R3/R5 ・・・(6)
電圧生成回路150は、電流I1が抵抗151に流れることによって生じる電圧を、バイアス電圧Vramplとして出力するバッファ回路である。電圧生成回路150は、抵抗151、オペアンプ152を含んで構成される。
電流生成回路130からの電流I1が抵抗151に流れると、電圧Vyが生じるとすると、電圧Vyは、式(6)を用いて以下の式で表される。
Vy=R6×I1
=K0×(Vhdiv-Vcomp)×R4/R3/R5×R6 ・・・(7)
ここで、抵抗値R6は、抵抗151の抵抗値である。
オペアンプ152は、非反転入力端子に入力された電圧Vyを、バイアス電圧Vramplとして出力するバッファ回路を構成するため、電圧Vramplは、電圧Vyに等しく、電圧Vramplは、以下の式で表される。
Vrampl=Vy
=K0×(Vhdiv-Vcomp)×R4/R3/R5×R6 ・・・(8)
<<<力率改善IC26cの動作>>>
図11は、負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26cの動作を示す図である。時刻t20において、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhの位相角は0度であり、電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivのレベルは最も低い。そして、出力回路62は、式(8)で示されるバイアス電圧Vramplを出力する。
ここで、本実施形態では、分圧電圧Vhdivの位相角が低位相角である場合に、分圧電圧Vhdivが、電圧Vcompより小さくなるよう、分圧回路70の抵抗87,88の抵抗値が設定されている。したがって、時刻t20において、分圧電圧Vhdivが電圧Vcompより小さいため、バイアス電圧Vramplは、例えば、ほぼ接地の電圧レベルとなる。
時刻t21において、インダクタ電流ILがほぼゼロより小さくなると、力率改善IC26cは、NMOSトランジスタ27をオンする。そして、発振電圧Vrは、所定の傾きで徐々に上昇する。また、時刻t21において、バイアス電圧Vramplは、まだほぼ接地の電圧レベルである。
時刻t22において、発振電圧Vrが、電圧Vcompより大きくなると、力率改善IC26cは、NMOSトランジスタ27をオフする。なお、時刻t20から時刻t22までにおいて、バイアス電圧Vramplは、電流生成回路130の電流I1が流れないことにより、ほぼ一定値となる。また、時刻t22から時刻t23において、力率改善IC26cは、同様にNMOSトランジスタの駆動を繰り返す。
時刻t23において、力率改善IC26cは、NMOSトランジスタ27をオンし、時刻t24において、力率改善IC26cは、NMOSトランジスタ27をオフする。なお、時刻t23から時刻t24までのNMOSトランジスタ27のオン時間は、時刻t21から時刻t22までのNMOMSトランジスタのオン時間より短い。これは、時刻t23から時刻t24までにおいて、分圧電圧Vhdivが電圧Vcompより大きくなり、バイアス電圧Vramplがほぼ接地の電圧レベルより高くなるためである。また、時刻t20から時刻t23までにおいて、分圧電圧Vhdivが上昇するため、NMOSトランジスタ27のオン時間は、徐々に短くなる。
しかしながら、力率改善IC26aの場合と比較して、負荷11が“重負荷”となる場合、バイアス電圧Vramplが低下している。このため、入力電流Iinは、時刻t20から時刻t25までにおいて、力率改善IC26aの場合より多く流れる。また、時刻t24から時刻t25において、力率改善IC26cは、同様にNMOSトランジスタの駆動を繰り返す。また、時刻t24から時刻t25までにおいて、バイアス電圧Vramplは、分圧電圧Vhdivの低下に応じて低下した後、ほぼ接地の電圧レベルとなる。そのため、時刻t24以降において、NMOSトランジスタ27のオン時間は徐々に長くなる。
時刻t25において、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhの位相角は180度であり、電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivのレベルは最も低い。
以上の動作から、力率改善IC26cは、電圧Vhのレベルが高い、すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近において、力率改善IC26aのバイアス電圧Vramplより、力率改善IC26cのバイアス電圧Vramplは低下する。このため、力率改善IC26aよりもNMOSトランジスタ27のオン時間が長くなる。したがって、力率改善IC26cは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近、つまり、高位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができる。このため、力率改善IC26cは、負荷11が“重負荷”となっても、入力電流Iinの波形を交流電圧Vacの波形と相似形とすることができる。この結果、力率改善IC26cは、力率及びTHDを改善することができる。
なお、図11において、図9の実施形態の力率改善IC26cの動作への理解を助けるため、駆動信号Vp1は数パルス分のみ描かれている。しかしながら、NMOSトランジスタ27のスイッチング周波数は、例えば数kHzであり、交流電圧Vacの周波数である50~60Hzよりも十分高い周波数である。このため、実際には、交流電圧Vacの一周期の期間において、非常に多くの駆動信号Vp1が含まれることになる。
図9の力率改善IC26cの実施形態においては、電圧Vcompに基づいて、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近、つまり、高位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すようにした。しかしながら、NMOSトランジスタ27がオンする際のインダクタ電流ILの測定値に基づいて負荷11の状態を推定し、AC-DCコンバータ10bを制御することで、負荷11が“重負荷”となる際の力率の悪化を低減することもできる。そのため、AC-DCコンバータ10bにおいて用いられ、次に説明される力率改善IC26dは、この方法で、負荷11が“重負荷”となっても、インダクタ電流ILの平均値(すなわち、入力電流Iin)の波形を交流電圧Vacの波形と相似形とする。
<<<AC-DCコンバータ10bの構成>>>
図12は、AC-DCコンバータ10bの一例を示す図である。AC-DCコンバータ10bは、NMOSトランジスタ27がオンする際のインダクタ電流ILを測定するための抵抗35がある点が、AC-DCコンバータ10aと相違する。
=====力率改善IC26dの構成=====
図13は、力率改善IC26dの一例を示す図である。力率改善IC26の第4実施形態である力率改善IC26dは、NMOSトランジスタ27がオンされる際にインダクタ電流ILが流れることによって抵抗35に生じる電圧が印加される端子Aを有している。そして、力率改善IC26dは、出力回路として出力回路63を有し、更に、端子Aの電圧に基づいて負荷11の状態を検出する負荷検出回路72を含んでいる点が、力率改善IC26aと相違する。なお、同じ参照符号が付されている対象は、図2の力率改善IC26aと同様である。
負荷検出回路72は、負荷11の状態を検出する回路である。具体的には、負荷検出回路72は、端子Aの電圧に基づいて、負荷11に流れる負荷電流Iloadに応じた検出電圧Vloadを出力する。
図14は、ピーク電圧Vpeakと検出電圧Vloadの関係を示す図である。ここで、ピーク電圧Vpeakは、NMOSトランジスタ27がオンされる際にインダクタ電流ILが抵抗35に流れると、端子Aに印加される電圧のピーク電圧を示す電圧である。
そして、図14に示されるように、負荷検出回路72は、ピーク電圧Vpeakが電圧値Vpeak0を超えると、ピーク電圧Vpeakの電圧値から電圧値Vpeak0を引いた電圧値に比例した検出電圧Vloadを出力する。一方、ピーク電圧Vpeakが、電圧値Vpeak0を超えない場合、検出電圧Vloadは、ゼロとなる。なお、電圧値Vpeak0が「第2所定値」に相当する。
<<<出力回路63の構成>>>
図15は、出力回路63の一例を示す図である。出力回路63は、出力回路62の場合の電圧Vcompの代わりに、分圧電圧Vhdivと、検出電圧Vloadとの差に応じた電圧を、バイアス電圧Vramplとして発振回路40に出力する回路である。出力回路63は、電流生成回路130、電圧生成回路150を含んで構成される。
電流生成回路130と、電圧生成回路150とは、出力回路62と同じである。したがって、出力回路63は、以下の式で表されるバイアス電圧Vramplを出力する。
Vrampl=K0×(Vhdiv-Vload)×R4/R3/R5×R6 ・・・(9)
<<<力率改善IC26dの動作>>>
図16は、負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26dの動作を示す図である。力率改善IC26dの動作は、バイアス電圧Vramplが、分圧電圧Vhdivと、検出電圧Vloadとから生成される点で、図11に示される力率改善IC26cの動作とは相違する。しかしながら、バイアス電圧VramplとNMOSトランジスタ27のオン時間の関係は同様である。また、力率改善IC26dの動作は、力率改善IC26cの動作と同じであるため、説明を割愛する。なお、図16の時刻t30から時刻t35は、図11の時刻t20から時刻t25に対応する。
以上の動作から、力率改善IC26dは、電圧Vhのレベルが高い、すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近において、力率改善IC26aよりもNMOSトランジスタ27のオン時間が長くなる。したがって、力率改善IC26dは、力率改善IC26cと同様に、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近、つまり、高位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができる。このため、力率改善IC26dは、負荷11が“重負荷”となっても、入力電流Iinの波形を交流電圧Vacの波形と相似形とすることができる。この結果、力率改善IC26dは、力率及びTHDを改善することができる。
なお、図16において、図13の実施形態の力率改善IC26dの動作への理解を助けるため、駆動信号Vp1は数パルス分のみ描かれている。しかしながら、NMOSトランジスタ27のスイッチング周波数は、例えば数kHzであり、交流電圧Vacの周波数である50~60Hzよりも十分高い周波数である。このため、実際には、交流電圧Vacの一周期の期間において、非常に多くの駆動信号Vp1が含まれることになる。
=====力率改善IC26eの構成=====
図17は、力率改善IC26eの一例を示す図である。力率改善IC26の第5実施形態である力率改善IC26eは、出力回路として出力回路64を設け、発振回路40のバイアス電圧Vramplが所定の電圧である点が、力率改善IC26aと相違する。なお、同じ参照符号が付されている対象は、図2の力率改善IC26aと同様である。
<<<出力回路64の構成>>>
図18は、出力回路64の一例を示す図である。出力回路64は、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとの差に応じた電圧Vcompxをコンパレータ85に出力する回路である。具体的には、出力回路64は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなると、電圧Vcompから低下された電圧Vcompxを出力し、分圧電圧Vhdivのレベルが低くなると、電圧Vcompを上昇させた電圧Vcompxを出力する。
出力回路64は、バッファ回路160、反転増幅回路170を含んで構成される。バッファ回路160は、オペアンプ161を含んで構成される。また、オペアンプ161は、非反転入力端子に印加される分圧電圧Vhdivを出力するバッファ回路を構成する。
反転増幅回路170は、オペアンプ161の出力電圧を反転させて増幅する回路である。反転増幅回路170は、抵抗171,173、オペアンプ172を含んで構成される。反転増幅回路170の出力電圧、すなわち、電圧Vcompxは、以下の式で表される。
Vcompx=-R8/R7×(Vhdiv-Vcomp)+Vcomp ・・・(10)
<<<力率改善IC26eの動作>>>
図19は、力率改善IC26eの動作を示す図である。時刻t40において、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhの位相角は0度であり、電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivのレベルは最も低い。そして、出力回路64は、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとに基づいて電圧Vcompxを出力する。そして、電圧Vcompxは、時刻t40から時刻t43までにおいて、徐々に低下する。これにより、NMOSトランジスタ27のオン時間は、徐々に短くなる。
時刻t41において、インダクタ電流ILがほぼゼロより小さくなると、遅延回路81は、“H”レベルのパルス信号Vp2を出力する。そして、SRフリップフロップ83が、“H”レベルの駆動信号Vp1を出力し、その結果、力率改善IC26eは、NMOSトランジスタ27をオンする。
NMOSトランジスタ27がオンすると、充放電回路90は、コンデンサ110を定電流Iramp0で充電し始める。そして、発振電圧Vrは、所定の電圧であるバイアス電圧Vramplと、コンデンサ110の電圧とを加算した電圧となる。この時、発振電圧Vrは、コンデンサ110が定電流Iramp0で充電されるため、所定の傾きで徐々に上昇する。
時刻t42において、発振電圧Vrが電圧Vcompxとなると、コンパレータ85は、“H”レベルのリセット信号Srを出力する。これにより、SRフリップフロップ83は、“L”レベルの駆動信号Vp1を出力し、その結果、力率改善IC26eは、NMOSトランジスタ27をオフする。
NMOSトランジスタ27がオフすると、充放電回路90は、コンデンサ110を放電し、発振電圧Vrは、所定の電圧であるバイアス電圧Vramplとなる。そして、時刻t42から時刻t43までにおいて、力率改善IC26eは、同様にNMOSトランジスタ27の駆動を繰り返す。
時刻t43において、力率改善IC26eは、NMOSトランジスタ27をオンし、時刻t44において、力率改善IC26eは、NMOSトランジスタ27をオフする。なお、時刻t43から時刻t44までのNMOSトランジスタ27のオン時間は、時刻t41から時刻t42までのNMOSトランジスタ27のオン時間より短い。これは、時刻t43から時刻t44の期間において、電圧Vhのレベルに応じて変化する電圧Vcompxの電圧レベルが、時刻t41から時刻t42までの期間より低くなっているためである。これにより、力率改善IC26eは、電圧Vhのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間を短くすることができる。時刻t44から時刻t45において、力率改善IC26eは、同様にNMOSトランジスタ27の駆動を繰り返す。また、時刻t44以降、分圧電圧Vhdivが低下するため、電圧Vcompxは、徐々に上昇する。これにより、NMOSトランジスタ27のオン時間は、徐々に長くなる。
時刻t45において、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhの位相角は180度であり、電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivのレベルは最も低い。なお、図17の力率改善IC26eでは、電圧Vcompxが「第2電圧」に相当する。
以上の動作から、力率改善IC26eは、電圧Vhのレベルが低い、すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなる。したがって、力率改善IC26eは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近、つまり、低位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができるため、デッドアングルを低減することができる。この結果、力率改善IC26eは、力率及びTHDを改善することができる。
なお、図19において、図17の実施形態の力率改善IC26eの動作への理解を助けるため、駆動信号Vp1は数パルス分のみ描かれている。しかしながら、NMOSトランジスタ27のスイッチング周波数は、例えば数kHzであり、交流電圧Vacの周波数である50~60Hzよりも十分高い周波数である。このため、実際には、交流電圧Vacの一周期の期間において、非常に多くの駆動信号Vp1が含まれることになる。
=====力率改善IC26fの構成=====
図20は、力率改善IC26fの一例を示す図である。力率改善IC26の第6実施形態である力率改善IC26fは、出力回路がなく、発振回路41を含む点が、力率改善IC26aと相違する。なお、同じ参照符号が付されている対象は、図2の力率改善IC26aと同様である。
<<<発振回路41の構成>>>
図21は、発振回路41の一例を示す図である。発振回路41は、発振電圧Vrを出力する回路であり、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとに基づいて、発振電圧Vrの傾きを変化させる回路である。具体的には、発振回路41は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなり、帰還電圧Vfbが低下するとNMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるよう、発振電圧Vrの傾きを変化させて出力する。
発振回路41は、電流生成回路131、充放電回路91、コンデンサ110,111、定電圧源190、オペアンプ191を含んで構成される。電流生成回路131は、電流生成回路130と概略同一であり、電流生成回路130のPMOSトランジスタ149の代わりのPMOSトランジスタ180は、充放電回路91に含まれている。
また、充放電回路91は、電流Iramp1でコンデンサ110を充放電し、電流Iramp1に応じて傾きが変化する発振電圧Vrを生成する回路であり、インバータ113、NMOSトランジスタ114、PMOSトランジスタ180を含んで構成される。
コンデンサ110は、インダクタ電流ILがほぼゼロになり、“H”レベルの駆動信号Vp1が入力されると、NMOSトランジスタ114がオフされ、PMOSトランジスタ180からの電流Iramp1で充電される。また、コンデンサ111は、オペアンプ191からのバイアス電圧Vramplを保持するように充電される。ここで、バイアス電圧Vramplは、電圧Vramplを出力する定電圧源190と、オペアンプ191とで構成されるバッファ回路が出力する電圧である。
そのため、発振電圧Vrは、コンデンサ111の電圧(すなわち、バイアス電圧Vrampl)にコンデンサ110の電圧を加算した電圧となる。また、発振電圧Vrは、“H”レベルの駆動信号Vp1が入力されると、電流Iramp1で充電されるコンデンサ110の電圧が徐々に上昇することで、バイアス電圧Vramplから、電流Iramp1に応じた傾きで徐々に上昇する。
一方、コンデンサ110は、“L”レベルの駆動信号Vp1が入力されると、NMOSトランジスタ114がオンされ、放電される。この時、コンデンサ110に蓄積された電荷は、オペアンプ191の出力段のトランジスタ(不図示)及びNMOSトランジスタ114等を介して接地に引き抜かれる。コンデンサ110が放電されることで、発振電圧Vrは、バイアス電圧Vramplとなる。
また、電流Iramp1は、図10の電流生成回路130と同様に考えると、式(6)から、以下のように表される。
Iramp1=K1×(Vhdiv-Vcomp)×R4/R3/R5 ・・・(11)
ここで、比K1は、PMOSトランジスタ148,180のサイズの比に応じた比である。なお、電流Iramp1は、「整流電圧に応じた電圧と、誤差電圧とに応じた充電電流」に相当する。
<<<力率改善IC26fの動作>>>
図22は、負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26fの動作の一例を示す図である。時刻t50において、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhの位相角は0度であり、電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivのレベルは最も低い。また、時刻t50において、電流Iramp1は、分圧電圧Vhdivが電圧Vcompより小さいため、一定の電流値となっている。
時刻t51において、インダクタ電流ILがほぼゼロより小さくなると、遅延回路81は、“H”レベルのパルス信号Vp2を出力する。そして、SRフリップフロップ83が、“H”レベルの駆動信号Vp1を出力し、その結果、力率改善IC26fは、NMOSトランジスタ27をオンする。
NMOSトランジスタ27がオンすると、充放電回路91は、コンデンサ110を電流Iramp1で充電し始める。そして、発振電圧Vrは、所定の電圧であるバイアス電圧Vramplと、コンデンサ110の電圧とを加算した電圧となる。この時、発振電圧Vrは、コンデンサ110が電流Iramp1で充電されるため、電流Iramp1に応じた傾きで徐々に上昇する。
時刻t52において、発振電圧Vrが電圧Vcompとなると、コンパレータ85は、“H”レベルのリセット信号Srを出力する。これにより、SRフリップフロップ83は、“L”レベルの駆動信号Vp1を出力し、その結果、力率改善IC26fは、NMOSトランジスタ27をオフする。
NMOSトランジスタ27がオフすると、充放電回路91は、コンデンサ110を放電し、発振電圧Vrは、所定の電圧であるバイアス電圧Vramplとなる。そして、時刻t52から時刻t53までにおいて、力率改善IC26fは、同様にNMOSトランジスタ27の駆動を繰り返す。また、時刻t52以降、分圧電圧Vhdivは、電圧Vcompより大きくなるため、電流Iramp1は、分圧電圧Vhdivの上昇に応じて大きくなる。これにより、NMOSトランジスタ27のオン時間は、徐々に短くなる。
時刻t53において、力率改善IC26fは、NMOSトランジスタ27をオンし、時刻t54において、力率改善IC26fは、NMOSトランジスタ27をオフする。なお、時刻t53から時刻t54までのNMOSトランジスタ27のオン時間は、時刻t51から時刻t52までのNMOSトランジスタ27のオン時間より短い。
しかしながら、負荷11が“軽負荷”である場合より、電圧Vcompは上昇しており、電流Iramp1は小さい。このため、時刻t50から時刻t55までの間のNMOSトランジスタ27のオン時間は、負荷11が“軽負荷”である場合より長い。これにより、力率改善IC26fは、負荷11が“重負荷”となる場合に、負荷11が“軽負荷”である場合より入力電流Iinを多く流すようになる。
これにより、力率改善IC26fは、負荷11が“重負荷”となっても、インダクタ電流ILの平均値(すなわち、入力電流Iin)の波形を交流電圧Vacの波形と相似形とすることができる。時刻t54から時刻t55において、力率改善IC26fは、同様にNMOSトランジスタ27の駆動を繰り返す。また、時刻t54以降、電流Iramp1は、分圧電圧Vhdivの低下に応じて小さくなる。これにより、NMOSトランジスタ27のオン時間は、徐々に長くなる。
時刻t55において、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhの位相角は180度であり、電圧Vhを分圧した分圧電圧Vhdivのレベルは最も低い。
以上の動作から、力率改善IC26fは、電圧Vhのレベルが低い、すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなる。したがって、力率改善IC26fは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近、つまり、低位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができるため、デッドアングルを低減することができる。また、コンデンサ111がバイアス電圧Vramplを保持することにより、発振電圧Vrは、接地に生じるノイズからの影響を受けにくくなる。
また、力率改善IC26fは、負荷11が“重負荷”となると、電圧Vhのレベルが高い、すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなる。したがって、力率改善IC26fは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近、つまり、高位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができる。このため、力率改善IC26fは、負荷11が“重負荷”となっても、入力電流Iinの波形を交流電圧Vacの波形と相似形とすることができる。この結果、力率改善IC26fは、力率及びTHDを改善することができる。
なお、図22において、図20の実施形態の力率改善IC26fの動作への理解を助けるため、駆動信号Vp1は数パルス分のみ描かれている。しかしながら、NMOSトランジスタ27のスイッチング周波数は、例えば数kHzであり、交流電圧Vacの周波数である50~60Hzよりも十分高い周波数である。このため、実際には、交流電圧Vacの一周期の期間において、非常に多くの駆動信号Vp1が含まれることになる。
=====力率改善IC26gの構成=====
図23は、力率改善IC26gの一例を示す図である。力率改善IC26の第7実施形態である力率改善IC26gは、出力回路がなく、発振回路42を含む点が、力率改善IC26dと相違する。なお、同じ参照符号が付されている対象は、図2の力率改善IC26aと同様である。
<<<発振回路42の構成>>>
図24は、発振回路42の一例を示す図である。発振回路42は、発振回路41の場合の電圧Vcompの代わりに、分圧電圧Vhdivと、検出電圧Vloadとの差に応じた電流Iramp2でコンデンサ110を充電し、発振電圧Vrを出力する回路である。発振回路42は、発振回路41と同様の回路で構成されている。
したがって、電流Iramp2は、図21の電流生成回路131と同様に考えると、式(11)から、以下のように表される。
Iramp2=K1×(Vhdiv-Vload)×R4/R3/R5 ・・・(12)
なお、電流Iramp2は、「整流電圧に応じた電圧と、検出電圧とに応じた充電電流」に相当する。
<<<力率改善IC26gの動作>>>
図25は、負荷11が重負荷となる場合の力率改善IC26gの動作の一例を示す図である。力率改善IC26gの動作は、電流Iramp2が、分圧電圧Vhdivと、検出電圧Vloadとから生成される点で、図20に示される力率改善IC26fの動作とは相違する。しかしながら、電流Iramp2とNMOSトランジスタ27のオン時間の関係は同様である。また、力率改善IC26gの動作は、力率改善IC26fの動作と同じであるため、説明を割愛する。なお、図25の時刻t60から時刻t65は、図22の時刻t50から時刻t55に対応する。
以上の動作から、力率改善IC26gは、電圧Vhのレベルが低い、すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなる。したがって、力率改善IC26gは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が小さい付近、つまり、低位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができるため、デッドアングルを低減することができる。
また、力率改善IC26gは、負荷11が“重負荷”となると、電圧Vhのレベルが高い、すなわち、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなる。したがって、力率改善IC26gは、交流電圧Vacの電圧の絶対値が大きい付近、つまり、高位相角の領域においてインダクタ電流ILを多く流すことができる。このため、力率改善IC26fは、負荷11が“重負荷”となっても、入力電流Iinの波形を交流電圧Vacの波形と相似形とすることができる。この結果、力率改善IC26fは、力率及びTHDを改善することができる。
なお、図25において、図23の実施形態の力率改善IC26gの動作への理解を助けるため、駆動信号Vp1は数パルス分のみ描かれている。しかしながら、NMOSトランジスタ27のスイッチング周波数は、例えば数kHzであり、交流電圧Vacの周波数である50~60Hzよりも十分高い周波数である。このため、実際には、交流電圧Vacの一周期の期間において、非常に多くの駆動信号Vp1が含まれることになる。
===変形例===
本実施形態では、力率改善IC26aにおいて、分圧電圧Vhdivのレベルに応じてバイアス電圧Vramplを変化させる例について説明した。また、力率改善IC26eにおいて、分圧電圧Vhdivのレベルに応じて電圧Vcompxを変化させる例について説明した。しかしながら、図26の力率改善IC26hの第8実施形態に示すように、出力回路65が、分圧電圧Vhdivのレベルに応じてバイアス電圧Vrampl及び電圧Vcompxを変化させるようにしてもよい。なお、出力回路65は、発振回路40、出力回路60、バッファ回路160、反転増幅回路170を含んで構成される。
また、本実施形態では、分圧回路70で、交流電圧Vacを全波整流した電圧Vhを分圧することで、電圧Vhの交流成分を有する分圧電圧Vhdivを生成している。しかしながら、図27に示す交流成分検出回路200が、補助コイルL2からの電圧Vzcdに基づいて電圧Vhの交流成分を有する電圧Vh_compoを生成し、力率改善IC26が分圧電圧Vhdivの代わりに電圧Vh_compoを用いてもよい。
具体的には、図27に示すように、交流成分検出回路200は、包絡線検出回路201、反転回路202を含んで構成される。そして、包絡線検出回路201は、主コイルL1に生じる電圧とは極性が逆になる電圧Vzcdの負電圧のピークを検出する。また、反転回路202は、検出されたピークを反転して電圧Vh_compoとして出力する。これにより、交流成分検出回路200は、電圧Vzcdに基づいて、主コイルL1に生じる電圧と同極性の電圧Vh_compoを出力する。
===まとめ===
以上、本実施形態のAC-DCコンバータ10a,10bについて説明した。発振回路40は、バイアス電圧Vramplから、定電流Iramp0に応じた所定の傾きで上昇する発振電圧Vrを出力する。これにより、詳細は後述するが、例えば、力率改善IC26aは、電圧Vcompのノイズ成分によるNMOSトランジスタ27のオン時間のスイッチング周期ごとの変動を低減する。そして、例えば、出力回路60は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなるよう、分圧電圧Vhdivに基づいて、バイアス電圧Vramplを変化させて出力する。また、出力回路64は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなるよう、分圧電圧Vhdivに基づいて、電圧Vcompxを変化させて出力する。更に、出力回路65は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなるよう、分圧電圧Vhdivに基づいて、バイアス電圧Vrampl及び電圧Vcompxを変化させて出力する。これにより、分圧電圧Vhdivのレベルが低い付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなり、インダクタ電流ILが多く流れるようになる。インダクタ電流ILが多く流れることにより、コンデンサ22の電圧が低下し、交流電圧Vacの電圧の絶対値と、コンデンサ22の電圧の電圧値との差が、大きくなり、全波整流回路21を構成するダイオードブリッジのダイオード(不図示)に電流が流れる。このため、分圧電圧Vhdivのレベルが低い付近におけるデッドアングルが低減される。この結果、入力電流を適切に変化させ、力率を改善する集積回路を提供することができる。
なお、図28は、ノイズ成分を有する電圧Vcompと、発振電圧Vrとに基づく駆動信号Vp1の変動を示す図である。時刻t70において、インダクタ電流ILがほぼゼロとなり、NMOSトランジスタ27がオンすると、発振電圧Vrは、第1の傾きで徐々に上昇する。そして、時刻t71において、発振電圧Vrが電圧Vcompのノイズの電圧レベルとなると、NMOSトランジスタ27はオフする。しかしながら、電圧Vcompのノイズがない場合、NMOSトランジスタ27は、時刻t72においてオフされる。また、時刻t73において、インダクタ電流ILがほぼゼロとなり、NMOSトランジスタ27がオンすると、発振電圧Vrは、第1の傾きより大きい第2の傾きで徐々に上昇する。そして、時刻t74において、発振電圧Vrが電圧Vcompのノイズの電圧レベルとなると、NMOSトランジスタ27はオフする。しかしながら、電圧Vcompのノイズがない場合、NMOSトランジスタ27は、時刻t75においてオフされる。ここで、時刻t71と時刻t72の間の期間と、時刻t74と時刻t75の間の期間とを比較すると、発振電圧Vrの傾きが小さいほど、電圧VcompのノイズによるNMOSトランジスタ27のオン時間の変動が大きくなることが理解される。すなわち、発振電圧Vrの傾きが変動すると、NMOSトランジスタのオン時間のスイッチング周期ごとの変動が大きくなる。一方、発振回路40は、定電流Iramp0を用いて、一定の傾きで徐々に上昇する発振電圧Vrを出力する。そのため、例えば、力率改善IC26aは、電圧Vcompのノイズ成分によるNMOSトランジスタ27のオン時間のスイッチング周期ごとの変動を低減することができる。
また、例えば、出力回路60は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなるよう、分圧電圧Vhdivに基づいて、バイアス電圧Vramplを変化させて出力する。これにより、ノイズ成分がより少ないバイアス電圧Vramplを変化させることになり、電圧Vcompのノイズ成分の影響が低減される。
また、発振回路40は、バイアス電圧Vramplを保持するコンデンサ111と接続されるコンデンサ110と、充放電回路90とを備える。これにより、仮に、コンデンサ111がない場合、接地がスイッチングノイズの影響を受け変動すると、発振電圧Vrも変動する。しかしながら、コンデンサ111には安定したバイアス電圧Vramplが印加されているため、発振電圧Vrは、ノイズ成分を有する接地からの影響が低減される。
また、出力回路60は、分圧電圧Vhdivをバイアス電圧Vramplとして出力するバッファ回路である。これにより、力率改善IC26aは、分圧電圧Vhdivに応じてNMOSトランジスタ27のオン時間を変化させ、デッドアングルを低減できる。
また、出力回路61は、分圧電圧Vhdivを、分圧電圧Vhdivのレベルに応じたゲインGで増幅して、バイアス電圧Vramplとして出力する増幅回路である。これにより、力率改善IC26bは、分圧電圧Vhdivのレベルが低い場合に、より一層、NMOSトランジスタ27のオン時間を長くでき、デッドアングルを低減できる。
また、出力回路62は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなるよう、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompと、に基づいてバイアス電圧Vramplを変化させて出力する。また、出力回路62は、帰還電圧Vfbが低下するとNMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるよう、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompと、に基づいてバイアス電圧Vramplを変化させて出力する。これにより、負荷11が“重負荷”となり、帰還電圧Vfbが低下すると、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるので、負荷11が“重負荷”となっても、交流電圧Vacの波形と、入力電流Iinの波形とが相似形となる。
また、出力回路62は、電流生成回路130と、電圧生成回路150とを含む。これにより、出力回路62は、簡易な回路で、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとに基づいて、バイアス電圧Vramplを出力することができる。
また、出力回路63は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなるよう、分圧電圧Vhdivと、検出電圧Vloadと、に基づいてバイアス電圧Vramplを変化させて出力する。また、出力回路63は、負荷電流Iloadが増加するとNMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるよう、分圧電圧Vhdivと、電圧Vloadと、に基づいてバイアス電圧Vramplを変化させて出力する。これにより、負荷11が“重負荷”となり、負荷電流Iloadが増加すると、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるので、負荷11が“重負荷”となっても、交流電圧Vacの波形と、入力電流Iinの波形とが相似形となる。
また、出力回路63は、電流生成回路130と、電圧生成回路150とを含む。これにより、出力回路63は、簡易な回路で、分圧電圧Vhdivと、検出電圧Vloadとに基づいて、バイアス電圧Vramplを出力することができる。
また、出力回路64は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなるよう、分圧電圧Vhdivに基づいて、電圧Vcompxを変化させて出力する。これにより、分圧電圧Vhdivのレベルが低い付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなり、インダクタ電流ILが多く流れるようになる。インダクタ電流ILが多く流れることにより、コンデンサ22の電圧が低下し、交流電圧Vacの電圧の絶対値と、コンデンサ22の電圧の電圧値との差が、大きくなり、全波整流回路21を構成するダイオードブリッジのダイオード(不図示)に電流が流れる。このため、分圧電圧Vhdivのレベルが低い付近におけるデッドアングルが低減される。
また、発振回路40は、バイアス電圧Vramplを保持するコンデンサ111と接続されるコンデンサ110と、充放電回路90とを備える。これにより、仮に、コンデンサ111がない場合、接地がスイッチングノイズの影響を受け変動すると、発振電圧Vrも変動する。しかしながら、コンデンサ111には安定したバイアス電圧Vramplが印加されているため、発振電圧Vrは、ノイズ成分を有する接地からの影響が低減される。
また、出力回路64は、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとの差に応じた電圧Vcompxをコンパレータ85に出力する。これにより、分圧電圧Vhdivのレベルが低い付近において、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなり、インダクタ電流ILが多く流れるようになる。インダクタ電流ILが多く流れることにより、コンデンサ22の電圧が低下し、交流電圧Vacの電圧の絶対値と、コンデンサ22の電圧の電圧値との差が、大きくなり、全波整流回路21を構成するダイオードブリッジのダイオード(不図示)に電流が流れる。このため、分圧電圧Vhdivのレベルが低い付近におけるデッドアングルが低減される。
また、出力回路64は、バッファ回路160と、反転増幅回路170とを含む。これにより、力率改善IC26eは、簡易な回路で、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとの差に応じた電圧Vcompxをコンパレータ85に出力することができる。
また、発振回路41は、分圧電圧Vhdivのレベルが高くなるとNMOSトランジスタ27のオン時間が短くなり、帰還電圧Vfbが低下するとNMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるよう、発振電圧Vrの傾きを変化させて出力する。これにより、負荷11が“重負荷”となり、帰還電圧Vfbが低下すると、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるので、負荷11が“重負荷”となっても、交流電圧Vacの波形と、入力電流Iinの波形とが相似形となる。
また、発振回路41は、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとに基づいて、発振電圧Vrの傾きを変化させる。これにより、負荷11が“重負荷”となっても、交流電圧Vacの波形と、入力電流Iinの波形とが相似形となる。
また、発振回路41は、所定のバイアス電圧Vramplを保持するコンデンサ111と接続されるコンデンサ110と、充放電回路91とを備える。これにより、簡易な回路で、分圧電圧Vhdivと、電圧Vcompとに基づいて、発振電圧Vrの傾きを変化させることできる。また、仮に、コンデンサ111がない場合、接地がスイッチングノイズの影響を受け変動すると、発振電圧Vrも変動する。しかしながら、コンデンサ111には安定したバイアス電圧Vramplが印加されているため、発振電圧Vrは、ノイズ成分を有する接地からの影響が低減される。
また、発振回路42は、分圧電圧Vhdivと、検出電圧Vloadと、に基づいて発振電圧Vrの傾きを変化させる。これにより、負荷11が“重負荷”となり、検出電圧Vloadが上昇すると、NMOSトランジスタ27のオン時間が長くなるので、負荷11が“重負荷”となっても、交流電圧Vacの波形と、入力電流Iinの波形とが相似形となる。
また、発振回路42は、所定のバイアス電圧Vramplを保持するコンデンサ111と接続されるコンデンサ110と、充放電回路91とを備える。これにより、簡易な回路で、分圧電圧Vhdivと、検出電圧Vloadと、に基づいて発振電圧Vrの傾きを変化させることができる。また、仮に、コンデンサ111がない場合、接地がスイッチングノイズの影響を受け変動すると、発振電圧Vrも変動する。しかしながら、コンデンサ111には安定したバイアス電圧Vramplが印加されているため、発振電圧Vrは、ノイズ成分を有する接地からの影響が低減される。
上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。
10a,10b AC-DCコンバータ
11 負荷
20 入力ラインフィルタ
21 全波整流回路
22,25,33,34,110,111 コンデンサ
23 トランス
24,28,29 ダイオード
27,114,146 NMOSトランジスタ
30,31,32,35,87,88,121,142,143,147,151,171,173 抵抗
40,41,42 発振回路
50 駆動回路
60,61,62,63,64,65 出力回路
70 分圧回路
71 誤差電圧出力回路
72 負荷検出回路
80 ゼロ電流検出回路
81 遅延回路
82 OR回路
83 SRフリップフロップ
84 ターンオンタイマ回路
85 コンパレータ
86 バッファ
89 トランスコンダクタンスアンプ
90,91 充放電回路
100,160 バッファ回路
112 定電流源
113 インバータ
120,140,141,144,145,152,161,172,191 オペアンプ
122 可変抵抗
130,131 電流生成回路
148,149,180 PMOSトランジスタ
150 電圧生成回路
170 反転増幅回路
190 定電圧源
200 交流成分検出回路
201 包絡線検出回路
202 反転回路

Claims (19)

  1. 交流電圧に応じた電圧が印加される第1コンデンサ及びインダクタと、前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、を備え、前記交流電圧から出力電圧を生成する電源回路の前記トランジスタをスイッチングする集積回路であって、
    前記インダクタ電流が第1所定値より小さくなると、第1電圧から所定の傾きで上昇する発振電圧を出力する発振回路と、
    前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧との差に応じた誤差電圧を出力する誤差電圧出力回路と、
    前記インダクタ電流が前記第1所定値より小さくなると、前記トランジスタをオンし、前記発振電圧が前記誤差電圧に基づいた第2電圧となると、前記トランジスタをオフする駆動回路と、
    前記交流電圧を全波整流した整流電圧のレベルが高くなると前記トランジスタのオン時間が短くなるよう、前記整流電圧に基づいて、前記第1及び第2電圧のうち少なくとも何れか一方を変化させて出力する出力回路と、
    を備える集積回路。
  2. 請求項1に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、前記整流電圧に基づいて、前記第1及び第2電圧のうち前記第1電圧を変化させて出力する、
    集積回路。
  3. 請求項2に記載の集積回路であって、
    前記発振回路は、
    前記第1電圧が一端に印加される第2コンデンサと、
    前記第2コンデンサの他端に接続され、前記第2コンデンサを充放電して前記発振電圧を生成する充放電回路と、
    を備える集積回路。
  4. 請求項3に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、前記整流電圧に応じた電圧を、前記第1電圧として出力するバッファ回路である、
    集積回路。
  5. 請求項3に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、前記整流電圧に応じた電圧を、前記整流電圧のレベルに応じたゲインで増幅して前記第1電圧として出力する増幅回路である、
    集積回路。
  6. 請求項1~請求項3の何れか一項に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、
    前記整流電圧のレベルが高くなると前記トランジスタのオン時間が短くなり、前記出力電圧が低下すると前記トランジスタのオン時間が長くなるよう、前記整流電圧に応じた電圧と、前記第2電圧と、に基づいて前記第1電圧を変化させて出力する、
    集積回路。
  7. 請求項6に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、
    前記整流電圧に応じた電圧と、前記第2電圧との差に応じた電流を生成する電流生成回路と、
    前記電流に基づいて、前記第1電圧を生成する電圧生成回路と、
    を含む集積回路。
  8. 請求項1~請求項3の何れか一項に記載の集積回路であって、
    前記電源回路の負荷に流れる負荷電流に応じた検出電圧を出力する負荷検出回路を更に備え、
    前記出力回路は、
    前記整流電圧のレベルが高くなると前記トランジスタのオン時間が短くなり、前記負荷電流が増加すると前記トランジスタのオン時間が長くなるよう、前記整流電圧に応じた電圧と、前記検出電圧と、に基づいて前記第1電圧を変化させて出力する、
    集積回路。
  9. 請求項8に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、
    前記整流電圧に応じた電圧と、前記検出電圧との差に応じた電流を、前記検出電圧が第2所定値より大きくなると生成する電流生成回路と、
    前記電流に基づいて、前記第1電圧を生成する電圧生成回路と、
    を含む集積回路。
  10. 請求項1に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、前記整流電圧に基づいて、前記第1及び第2電圧のうち前記第2電圧を変化させて出力する、
    集積回路。
  11. 請求項10に記載の集積回路であって、
    前記発振回路は、
    前記第1電圧が一端に印加される第2コンデンサと、
    前記第2コンデンサの他端に接続され、前記第2コンデンサを充放電して前記発振電圧を生成する充放電回路と、
    を備える集積回路。
  12. 請求項11に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、
    前記整流電圧に応じた電圧と、前記誤差電圧との差に応じた電圧を前記第2電圧として出力する、
    集積回路。
  13. 請求項12に記載の集積回路であって、
    前記出力回路は、
    前記整流電圧に応じた電圧を出力するバッファ回路と、
    前記バッファ回路からの出力と、前記誤差電圧との差に応じた前記第2電圧を出力する反転増幅回路と、
    を含む集積回路。
  14. 交流電圧に応じた電圧が印加される第1コンデンサ及びインダクタと、前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、を備え、前記交流電圧から出力電圧を生成する電源回路の前記トランジスタをスイッチングする集積回路であって、
    前記インダクタ電流が所定値より小さくなると、上昇する発振電圧を出力する発振回路と、
    前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧との差に応じた誤差電圧を出力する誤差電圧出力回路と、
    前記インダクタ電流が所定値より小さくなると、前記トランジスタをオンし、前記発振電圧が前記誤差電圧となると、前記トランジスタをオフする駆動回路と、
    を備え、
    前記発振回路は、
    前記交流電圧を全波整流した整流電圧のレベルが高くなると前記トランジスタのオン時間が短くなり、前記出力電圧が低下すると前記トランジスタのオン時間が長くなるよう、前記発振電圧の傾きを変化させて出力する、
    集積回路。
  15. 請求項14に記載の集積回路であって、
    前記発振回路は、前記整流電圧に応じた電圧と、前記誤差電圧とに基づいて、前記発振電圧の傾きを変化させる、
    集積回路。
  16. 請求項15に記載の集積回路であって、
    前記発振回路は、
    第2コンデンサと、
    前記インダクタ電流が所定値より小さくなると、前記整流電圧に応じた電圧と、前記誤差電圧とに応じた充電電流で前記第2コンデンサを充電し、前記発振電圧が前記誤差電圧となると、前記第2コンデンサを放電して前記発振電圧を生成する充放電回路と、
    を備える集積回路。
  17. 請求項14に記載の集積回路であって、
    前記電源回路の負荷に流れる負荷電流に応じた検出電圧を出力する負荷検出回路を更に備え、
    前記発振回路は、
    前記整流電圧に応じた電圧と、前記検出電圧と、に基づいて前記発振電圧の傾きを変化させる、
    集積回路。
  18. 請求項17に記載の集積回路であって、
    前記発振回路は、
    第2コンデンサと、
    前記インダクタ電流が所定値より小さくなると、前記整流電圧に応じた電圧と、前記検出電圧とに応じた充電電流で前記第2コンデンサを充電し、前記発振電圧が前記誤差電圧となると、前記第2コンデンサを放電して前記発振電圧を生成する充放電回路と、
    を備える集積回路。
  19. 交流電圧から出力電圧を生成する電源回路であって、
    前記交流電圧に応じた電圧が印加される第1コンデンサ及びインダクタと、
    前記インダクタに流れるインダクタ電流を制御するトランジスタと、
    前記トランジスタをスイッチングする集積回路と、
    を備え、
    前記集積回路は、
    前記インダクタ電流が所定値より小さくなると、第1電圧から所定の傾きで上昇する発振電圧を出力する発振回路と、
    前記出力電圧に応じた帰還電圧と、基準電圧との差に応じた誤差電圧を出力する誤差電圧出力回路と、
    前記インダクタ電流が前記所定値より小さくなると、前記トランジスタをオンし、前記発振電圧が前記誤差電圧に基づいた第2電圧となると、前記トランジスタをオフする駆動回路と、
    前記交流電圧を全波整流した整流電圧のレベルが高くなると前記トランジスタのオン時間が短くなるよう、前記整流電圧に基づいて、前記第1及び第2電圧のうち少なくとも何れか一方を変化させて出力する出力回路と、
    を備える電源回路。
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