JP4279937B2 - Power factor correction circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流100V/200V電源から略同電位の出力電圧を得るスイッチング電源用の力率改善回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
図6に、第1の従来例として、特開平7−194124号公報に開示されているスイッチング電源の力率改善回路の構成を示す。同図に示すように、本例の力率改善回路は、ローパスフィルタLF、昇圧用のインダクタL1、整流ブリッジD1、ダイオードD7,D8、昇圧用のスイッチング素子MOS形FET(以下、単にスイッチング素子と呼ぶ。)Q4,Q5、昇圧用の出力コンデンサC1,C2、トランスT4、および切替えスイッチSW1から構成される。切替えスイッチSW1はAC100V/AC200Vを切替えるためのスイッチである。
【0003】
この力率改善回路のAC100V入力時の動作について説明する。商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高い場合で、スイッチング素子Q4がオンしたとき、入力電流は活性線側L→インダクタL1→整流ブリッジD1→スイッチング素子Q4→切替えスイッチSW1→トランスT4→中性線側Nの経路で流れ、スイッチング素子Q4がオフしたとき入力電流は活性線側L→インダクタL1→整流ブリッジD1→ダイオードD7→出力コンデンサC1→切替えスイッチSW1→トランスT4→中性線側Nの経路で流れる。
【0004】
また、中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高い場合で、スイッチング素子Q5がオンしたとき、入力電流は中性線側N→トランスT4→切替えスイッチSW1→スイッチング素子Q5→整流ブリッジD1→インダクタL1→活性線側Lの経路で流れ、スイッチング素子Q5がオフしたとき入力電流は中性線側N→トランスT4→切替えスイッチSW1→出力コンデンサC2→ダイオードD8→整流ブリッジD1→インダクタL1→活性線側Lの経路で流れる。
【0005】
次に、AC200V入力時の動作について説明する。商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高い場合で、スイッチング素子Q4がオンしたとき、入力電流は活性線側L→インダクタL1→整流ブリッジD1→スイッチング素子Q4→スイッチング素子Q5→整流ブリッジD1→トランスT4→中性線側Nの経路で流れ、スイッチング素子Q4がオフしたとき、入力電流はL→活性線側L1→整流ブリッジD1→ダイオードD7→出力コンデンサC1→出力コンデンサC2→ダイオードD8→整流ブリッジD1→トランスT4→中性線側Nの経路で流れる。
【0006】
また、中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高い場合で、スイッチング素子Q5がオンしたとき、入力電流は中性線側N→トランスT4→整流ブリッジD1→スイッチング素子Q4→スイッチング素子Q5→整流ブリッジD1→インダクタL1→活性線側Lの経路で流れ、スイッチング素子Q5がオフしたとき入力電流は、中性線側N→トランスT4→整流ブリッジD1→ダイオードD7→出力コンデンサC1→出力コンデンサC2→ダイオードD8→整流ブリッジD1→インダクタL1→活性線側Lの経路で流れる。
【0007】
この力率改善回路は、各スイッチング素子Q4,Q5のスイッチング制御を行う制御回路7を備えている。この制御回路7は、ロ−パスフィルタLFと整流ブリッジD1との間の中性線上に一次巻線が介挿されたトランスT4の二次巻線の誘起電圧を昇圧用インダクタL1のチョ−ク電流の検出信号として監視する。制御回路7は、この検出信号に基づき、出力コンデンサC1,C2間の直列電圧が一定となるように、かつ入力電流波形が正弦波となるように各スイッチング素子Q4,Q5のオン/オフの時間幅を制御する。
【0008】
なお、1は当該力率改善回路の負荷に相当する第1のDC/DCコンバータであり、内部の制御回路によって単独に定電圧制御を行っている。
【0009】
次に図7を参照して、第2の従来例として特開平7−298611号公報に開示された力率改善回路について説明する。
【0010】
同図に示すように、この力率改善回路は、整流ブリッジD1と、昇圧用スイッチング用インダクタL4,L5と、制御巻線50,51、一次巻線52、二次巻線53および三次巻線54を有するトランスT5と、ダイオードD9と、ダイオードD10,D11、インダクタL2、出力コンデンサC5からなる整流平滑回路9と、昇圧用のスイッチング素子MOS形FET(以下、単にスイッチング素子と呼ぶ。)Q6と、平滑コンデンサC1,C2と、切替えスイッチSW2とから構成される。切替えスイッチSW2によりAC100V/AC200Vの切替えが行われる。また、11はスイッチング素子Q6を制御する制御回路、10は負荷である。
【0011】
次に、この力率改善回路のAC100V入力時の動作について説明する。スイッチイング素子Q6がオンの場合で、商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高い場合、入力電流は活性線側L→整流ブリッジD1→昇圧用スイッチング用インダクタL4→制御巻線50→平滑コンデンサC1→切替えスイッチSW2→中性線側Nの経路で流れる。中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高い場合は、入力電流は中性線側N→切替えスイッチSW2→平滑コンデンサC2→制御巻線51→昇圧用スイッチング用インダクタL5→整流ブリッジD1→活性線側Lの経路で流れる。
【0012】
AC200V入力時は、スイッチング素子Q6がオンの場合で、商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高い場合に、入力電流は活性線側L→整流ブリッジD1→昇圧用スイッチング用インダクタL4→制御巻線50→平滑コンデンサC1→平滑コンデンサC2→制御巻線51→昇圧用スイッチング用インダクタL5→整流ブリッジD1→中性線側Nの経路で流れ、中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高い場合に、入力電流は中性線側N→整流ブリッジD1→昇圧用スイッチング用インダクタL4→制御巻線50→平滑コンデンサC1→平滑コンデンサC2→制御巻線51→昇圧用スイッチング用インダクタL5→整流ブリッジD1→活性線側Lの経路で流れる。
【0013】
スイッチング素子Q6がオンしたとき、トランスT5の制御巻線50のI点の電圧はJ点の電圧よりも低くなり、他方、トランスT5の制御巻線51のK点の電圧はL点の電圧よりも高くなる。したがって、先の図6に示した従来例の回路のスイッチング素子Q4,Q5がオンしたときと同様にインダクタL4,L5の昇圧動作が行われる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図6に示した力率改善回路はスイッチング素子Q4,Q5が2つ必要になるなど、全体として回路構成が複雑になるという問題がある。これに対して、図7に示した回路は構成は比較的簡単ではあるが、軽負荷時に入力コンデンサC1、C2の電圧が大きく変動しやすいという問題がある。
【0015】
本発明はこのような課題を解決するもので、回路構成を簡単化できるとともに、入力コンデンサの電圧を負荷電流に左右されずに一定化することのできる、動作信頼性の高いスイッチング電源用の力率改善回路を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項1の発明は、交流電源に接続された整流ブリッジと、前記整流ブリッジの出力側の一端に接続され昇圧を行うインダクタと、前記インダクタの一端に負荷に対して直列に接続された一の巻線と、前記一の巻線の一端に前記負荷に対して並列に接続された他の巻線を有するトランスと、前記トランスの一の巻線の一端に前記負荷に対して並列に接続されたコンデンサと、前記整流ブリッジからの入力電圧を検出する手段と、前記検出する手段によって検出された前記入力電圧と、基準電圧とを比較する比較手段と、前記コンデンサの電圧が前記入力電圧にほぼ比例するように、前記比較手段の比較結果に基づいてスイッチング素子を切り替えて、前記トランスの他の巻線に印加する交流電圧を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【0017】
請求項2の発明は、交流電源に接続された整流ブリッジと、前記整流ブリッジの出力側の一端に互いに並列に接続され、昇圧を行う第1、第2の巻線を有するインダクタと、前記インダクタの第1の巻線の一端に負荷に対して直列に接続された第3の巻線と、前記インダクタの第2の巻線の一端に前記負荷に対して直列に接続された第4の巻線と、前記第3の巻線の一端に前記負荷に対して並列に接続された第5の巻線とを有するトランスと、前記トランスの第3の巻線に対して並列にかつ互いに第1中点を挟んで接続された第1のコンデンサおよび第2のコンデンサと、前記整流ブリッジからの正極側または負極側の入力電圧を検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された前記入力電圧の正極側の電圧と基準電圧を比較する第1の比較手段と、前記検出手段によって検出された前記入力電圧の負極側の電圧と基準電圧を比較する第2の比較手段と、前記第1、第2のコンデンサの電圧が前記入力電圧にほぼ比例するように、前記第1、第2の比較手段の比較結果に基づいてスイッチング素子を切り替えて、前記トランスの第5の巻線に印加する交流電圧を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【0018】
以上、請求項1及び請求項2の発明によれば、トランスの他の巻線に印加する交流電圧の制御により、一の巻線の両端に印加するコンデンサの電圧並びにインダクタに流れる電流を制御して、コンデンサの電圧を入力電流にほぼ比例させるようにしたので、回路構成を簡単化できるとともに、入力コンデンサの電圧を負荷電流に左右されず一定化することができる。
【0020】
請求項3の発明は、前記トランスの他の巻線または第5の巻線に対して直列に接続される一端を備えた第2のインダクタをさらに有し、前記制御手段が、前記スイッチング素子をオンまたはオフすることにより前記第2のインダクタの磁束を制御して、前記トランスの他の巻線または第5の巻線に印加される交流電圧を得ることを特徴とする。
【0021】
請求項4の発明は、前記トランスの他の巻線より漏れたインダクタンスを、昇圧を行う前記インダクタとして用いることを特徴とする。
【0022】
すなわち、この発明によれば、トランスの漏れインダクタンスを、昇圧インダクタとして使用すれば、部品の点数を削減でき回路構成を簡単にすることができる。
【0024】
この発明によれば、制御信号を生成する制御手段を比較的簡単な回路構成で実現することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【0026】
図1に、本発明の第1の実施形態である力率改善回路の構成を示す。
【0027】
同図に示すように、この力率改善回路は、整流ブリッジD1、昇圧用インダクタL1、巻線n1,n2,nrからなるトランスT2、スイッチング素子SW1、入力コンデンサC1、ダイオードD3、そしてスイッチング素子SW1のスイッチング制御を行う制御部2から構成される。制御部2は、ダイオードD2、抵抗R1〜R4、コンデンサC3、コンパレ−タCMP1,CMP2、および三角波発生器20から構成される。
【0028】
1は力率改善回路の負荷に相当するDC/DCコンバータであり、内部の制御回路によって力率改善回路とは独立に定電圧制御を行っている。なお、本力率改善回路には入力電源の切替用スイッチは存在せず、商用交流電源100Vまたは同200Vのいずれか一方で使用される。
【0029】
次に、本実施形態の力率改善回路の動作について説明する。
【0030】
まず、スイッチング素子SW1をスイッチングする信号の生成過程について説明する。商用交流電源からの入力電圧のピーク値VpがダイオードD2、抵抗R1,R2、コンデンサC3により検出される。検出されたピーク値Vpはコンパレ−タCMP1で、コンデンサC3の端子電圧Vcを抵抗R3,R4により分割して生成される基準電圧値と比較され、その比較結果である誤差信号はコンパレ−タCMP2で三角波発生器20より発生された三角波と比較される。この比較結果がスイッチング素子SW1に供給されるオン/オフ信号として生成される。このように生成されたオン/オフ信号に基づいてスイッチング素子SW1がスイッチングされることで、入力コンデンサC1の端子電圧Vcが商用交流電源の入力電圧のピーク値Vpに比例するように制御される。
【0031】
次に、このようなスイッチング素子SW1のスイッチング制御により力率が改善される原理について説明する。なお、n1、n2、nrは各巻線の巻数を表わすものとする。
【0032】
スイッチング素子SW1がオンになると、トランスT2の巻線n1に入力コンデンサC1の端子電圧Vcが印加され、トランスT2の巻線n2にVc×n2/n1の電圧が発生する。この巻線n2の両端のA点の電圧とB点の電圧との関係はA点<B点となり、昇圧用インダクタL1に流れる電流IL が増大する。したがって、商用交流電源の入力電圧がVc×(1−n2/n1)より高ければ入力電流が流入することとなり、力率改善効果が得られる。
【0033】
一方、スイッチング素子SW1がオフになるとトランスT2の巻線nrに入力コンデンサC1の端子電圧Vcが印加され、トランスT2の巻線n2には−Vc×n2/nrの負電圧が発生する。したがって、A点の電圧はB点の電圧よりも高くなり、昇圧用インダクタL1に流れる電流IL は減少する。
【0034】
したがって、本実施形態の力率改善回路によれば、回路構成を簡単化できるとともに、DC/DCコンバータ1の負荷電流に影響されず、入力コンデンサC1に発生する電圧を一定にすることができる。また、トランスT2の漏れインダクタンスを昇圧インダクタL1として使用すれば部品の点数をさらに削減することができる。
【0035】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【0036】
図2に、本発明の第2の実施形態である力率改善回路の構成を示す。
【0037】
同図に示すように、この力率改善回路は、整流ブリッジD1、昇圧用インダクタL1、巻数n1,n2からなるトランスT2、入力コンデンサC1、ダイオードD4,D5、過飽和インダクタLm、そしてこの過飽和インダクタLmに印加される電圧を制御する制御部3から構成される。制御部3は、ダイオードD2、抵抗R1〜R4、コンデンサC3、コンパレ−タCMP3およびトランジスタQ1から構成される。
【0038】
4は力率改善回路の負荷に相当するDC/DCコンバータであり、内部の制御回路によってスイッチング素子SWのオン/オフ時間を可変することによって定電圧制御を行っている。なお、本実施形態の力率改善回路には商用交流電源100V/200Vの切替えスイッチは存在しない。
【0039】
次に、本実施形態の力率改善回路の動作について説明する。
【0040】
まず、商用交流電源の入力電圧のピーク値VpがダイオードD2、抵抗R1,R2、コンデンサC3で検出される。検出されたピーク値Vpはコンパレ−タCMP3で、コンデンサC3の端子電圧Vcを抵抗R3,R4により分割して生成される基準電圧値と比較される。この比較の結果得られた誤差信号はトランジスタQ1で増幅され、過飽和インダクタLmの制御巻線に制御電圧として印加される。
【0041】
ここで制御部3は、入力コンデンサC1の端子電圧Vcが商用交流電源の入力電圧のピーク値Vpにほぼ比例するように、過飽和インダクタLmの補助巻線へ制御電圧を印加する時間を制御する。このような制御により、DC/DCコンバータ4の負荷電流に影響されず、入力コンデンサC1の端子電圧Vcを一定にすることができる。
【0042】
次に、図5を参照して、この力率改善回路の動作を説明する。
【0043】
商用交流電源が整流ブリッジD1に印加されると入力コンデンサC1に電荷が蓄積されて行き、入力コンデンサC1の端子間に電圧が発生する。DC/DCコンバータ4内のスイッチング素子SWがオンになると(図5(A)VSW) 、トランスT1の補助巻線naに−Vc×na/n(但し、na、nは巻線na、nの巻数)の負電圧が発生する。スイッチング素子SWがオンの期間Tm、トランスT1の補助巻線naに発生した電圧は過飽和インダクタLmの両端に印加される(図5(B)Vm)。スイッチング素子SWのオン期間Tmが経過した後、過飽和インダクタLmが飽和し、−Vc×na/nの負電圧がトランスT2の巻線n1に発生するとともに、トランスT2の巻線n2にVc×n2/n1の電圧が発生し(図5(C)VT2)、昇圧用インダクタL1の印加電圧が降下する(図5(D)VL )。この結果、図2のC点の電圧はD点の電圧よりも低くなり、昇圧用インダクタL1に流れる電流IL が増大する(図5(E)IL :tLon)。したがって、商用交流電源からの入力電圧がVc×(1−n2/n1)より高ければ、商用交流電源の入力電流IL が流れ込むことになり、力率改善効果が得られる。
【0044】
続いてDC/DCコンバータ4内のスイッチング素子SWがオフになると(図5(A)VSW)、制御部3のダイオードD2がオンし、トランスT2の巻線n1に入力コンデンサC1の端子電圧Vcが印加され、トランスT2の巻線n2には−Vc×n2/n1の負電圧が発生する(図5(C)VT2)。したがって、図2のC点の電圧はD点の電圧よりも高くなり、昇圧用インダクタL1を流れる電流は減少する(図5(E)IL :tLoff )。
【0045】
また、トランスT2の漏れインダクタンスを、昇圧用インダクタL1として使用すれば、部品の点数を削減でき、回路構成を簡単にすることができる。
【0046】
図3に、本発明の第3の実施形態における力率改善回路の構成を示す。
【0047】
同図に示すように、この力率改善回路は、整流ブリッジD1、巻線nL1,nL2からなる昇圧用インダクタL3、巻線n1,n2,n3,nrからなるトランスT3、スイッチング素子SW1、入力コンデンサC1,C2、ダイオードD3、切替えスイッチC−SW、そしてスイッチング素子SW1のスイッチングを制御する制御部5から構成される。切替えスイッチC−SWは商用交流電源100V/200Vの切替えを行うスイッチである。
【0048】
制御部5は、ダイオードD2,D6、抵抗R1〜R8、コンデンサC3,C4、コンパレ−タCMP4〜CMP6、トランジスタQ2,Q3、フォトカップラPC1、三角波発生器20により構成されている。なお、1は本力率改善回路の負荷に相当するDC/DCコンバータであり、内部の制御回路によって力率改善回路に対して独立に定電圧制御を行っている。
【0049】
次に、この力率改善回路の動作について説明する。
【0050】
まず、スイッチング素子SW1をスイッチングするためのオン/オフ信号の生成過程について説明する。
【0051】
商用交流電源の入力電圧の正極側のピーク値VpはダイオードD2、抵抗R1,R2、コンデンサC3で検出されるとともに、負極側のピーク値VpはダイオードD6、抵抗R5,R6、コンデンサC4で検出される。検出された正極側のピーク値Vpはコンパレ−タCMP4において、入力コンデンサC1の端子電圧を抵抗R3,R4で分割して生成された基準電圧値と比較される一方、検出された負極側のピーク値Vpはコンパレ−タCMP5において、入力コンデンサC2の端子電圧を抵抗R7,R8で分割して生成された基準電圧値と比較される。各コンパレ−タCMP4、CMP5で得られた比較結果である誤差信号は、それぞれトランジスタQ2,Q3で反転され、ワイヤードオアされる。
【0052】
ワイヤードオアされた信号によりフォトカップラPC1のフォトダイオードがドライブされ、フォトトランジスタの出力信号と三角波発生器20より発生された三角波とがコンパレ−タCMP6によって比較される。この比較の結果得られた誤差信号がスイッチング素子SW1にオン/オフ信号として供給される。すなわち、本実施形態では、スイッチング素子SW1に供給されるオン/オフ信号のオン/オフ幅を可変することで、各入力コンデンサC1、C2それぞれの端子電圧が商用交流電源の正負それぞれのピーク値Vpにほぼ比例するように制御される。これにより、DC/DCコンバータ1の負荷電流には影響されず、各入力コンデンサC1,C2それぞれの端子電圧を一定に保つことができる。
【0053】
次に、切替えスイッチC−SWをショートさせてAC100Vを入力する時の動作を説明する。
【0054】
商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高いとき、入力電流は中性線側L→ダイオードD1→トランスT3の巻線nL1→トランスT3の巻線n2の順に流れて入力コンデンサC1を充電する。さらに、入力コンデンサC1に蓄積された電荷は電流となって切替えスイッチC−SW1を通じて中性線側Nに帰還する。また、中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高いとき、入力電流は中性線側N→切替えスイッチC−SW1を流れることで入力コンデンサC2が充電され、入力コンデンサC2に蓄積された電荷はトランスT3の巻線n3→トランスT3の巻線nL2→ダイオードD1→中性線側Lの順に流れる電流となって放出される。
【0055】
続いて、スイッチング素子SW1の制御により力率が改善される過程について説明する。なお、n1、n2、n3、nrは各巻線の巻数を表わすものとする。
【0056】
商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高い場合で、スイッチング素子SW1がオンのとき、トランスT3の巻線n1に入力コンデンサC1,C2間の電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n2にVc×n2/n1の電圧が誘起される。したがって、E点の電圧はF点の電圧よりも低くなり、昇圧用インダクタL3に流れる電流は増大する。このため、入力電圧ViがVc/2×(1−n2/n1)(ただし、n2=n3)より高ければ入力電流が流入することになり、力率改善効果が得られる。
【0057】
スイッチング素子SW1がオフするとトランスT3の巻線nrに入力コンデンサC1の端子電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n2の両端に−Vc×n2/nrの電圧が発生する。このため、E点の電圧はF点の電圧よりも高くなり、昇圧用インダクタL3に流れる電流は減少する。
【0058】
商用交流電源の中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高く、スイッチング素子SW1がオンした場合は、トランスT3の巻線n1に各入力コンデンサC1,C2間の電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n3にVc×n3/n1の電圧が発生する。よって、G点の電圧はH点の電圧よりも高くなり、昇圧用インダクタL1に流れる電流は増大する。このため、入力電圧ViがVc/2×(1−n2/n1)(ただし、n2=n3)より高ければ入力電流が流入することになり、力率改善効果が得られる。
【0059】
スイッチング素子SW1がオフするとトランスT3の巻線nrに入力コンデンサC1の端子電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n3に−Vc×n3/nrの負電圧が発生する。このため、G点の電圧はH点の電圧よりも低くなり、昇圧用インダクタL3に流れる電流は減少する。
【0060】
続いて、切替えスイッチC−SWをオープンさせることによってAC200Vが入力された場合の動作について説明する。
【0061】
商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高い場合は、入力電流は活性線側L→ダイオードD1→昇圧用インダクタL3の巻線nL1→トランスT3の巻線n2の経路で流れ、各入力コンデンサC1及びC2を充電する。各入力コンデンサC1,C2に蓄積された電荷は、トランスT3の巻線n3→昇圧用インダクタL3の巻線nL2→ダイオードD1→中性線側Nの経路を電流となって流れることで放出される。
【0062】
また、商用交流電源の中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高い場合は、入力電流は中性線側N→ダイオードD1→昇圧用インダクタL3の巻線nL2→トランスT3の巻線n3を流れて各入力コンデンサC1及びC2を充電する。各入力コンデンサC1,C2に蓄積された電荷はトランスT3の巻線n2→昇圧用インダクタL3の巻線nL1→ダイオードD1→活性線側Lの経路を電流となって流れることで放出される。
【0063】
続いて、この実施形態により力率が改善される過程について説明する。
【0064】
スイッチング素子SW1がオンのとき、トランスT3の巻線n1に入力コンデンサC1,C2間の電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n2にはVc×n2/n1の電圧が発生し、同じくトランスT3の巻線n3にはVc×n3/n1の電圧が発生する。よって、E点の電圧はF点の電圧よりも低くなり、またG点の電圧はH点の電圧よりも高くなり昇圧用インダクタL3に流れる電流は増大する。このため、入力電圧ViがVc/2×(1−n2/n1)(ただし、n2=n3)より高ければ入力電流が流入することになり、力率改善効果が得られる。スイッチング素子SW1がオフするとトランスT3の巻線nrに入力コンデンサC1の端子電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n2,n3にそれぞれ−Vc×n2/nrの電圧が発生する。このため、E点の電圧はF点の電圧よりも高くなり、またG点の電圧はH点の電圧よりも低くなり昇圧用インダクタL3に流れる電流は減少する。
【0065】
以上詳述したように、本実施形態によれば、トランスT3の巻線n1に印加する交流を制御して昇圧用インダクタL3に流れる電流を可変し、各コンデンサC1,C2の電圧を入力電流にほぼ比例させるようにしたので、回路構成を簡単化できるとともに、入力コンデンサC1,C2の電圧を負荷電流に左右されず一定化することができる。
【0066】
次に、本発明の第4の実施形態である力率改善回路について説明する。
【0067】
図4に、この第4の実施形態である力率改善回路の構成を示す。
【0068】
同図に示すように、この力率改善回路は、整流ブリッジD1、巻線L1,nL2からなる昇圧用インダクタL3、巻線n1,n2,n3からなるトランスT3、過飽和インダクタLm、入力コンデンサC1,C2、ダイオードD4,D5、切替えスイッチC−SW、過飽和インダクタLmを制御する制御部6から構成される。切替えスイッチC−SWは商用交流電源100V/200V切替えのためのスイッチである。制御部6は、ダイオードD2,D6、抵抗R1〜R8、コンデンサC3,C4、コンパレ−タCMP4,CMP5、トランジスタQ2,Q3から構成される。4は本力率改善回路の負荷に相当するDC/DCコンバータであり、内部の制御回路によりスイッチング素子SWのオン/オフ時間を可変することによって定電圧制御を行っている。
【0069】
次に、本実施形態の力率改善回路の動作について説明する。
【0070】
商用交流電源の入力電圧の正極側のピーク値Vpは、ダイオードD2、抵抗R1,R2、コンデンサC3で検出される。検出された入力電圧のピーク値Vpは、コンパレ−タCMP4で、入力コンデンサC1の端子電圧を抵抗R3,R4により分割することで得られた基準電圧値と比較される。一方、入力電圧の負極側のピーク値Vpのピーク値Vpについても、正極側と同様に、ダイオードD6、抵抗R5,R6、コンデンサC4で検出され、検出された入力電圧のピーク値Vpは、コンパレ−タCMP5で、入力コンデンサC4の端子電圧を抵抗R7,R8により分割することで得られた基準電圧値と比較される。
【0071】
各コンパレ−タCMP4,CMP5より比較結果として得られた2つの誤差信号は、それぞれトランジスタQ2,Q3で反転され、ワイヤードオアされる。ワイヤードオアされた信号は過飽和インダクタLmの補助巻線に制御信号として供給される。
【0072】
ここで、制御部6は、各入力コンデンサC1,C2それぞれの端子電圧が商用交流電源からの入力電圧のピーク値Vpにほぼ比例するように、過飽和インダクタLmの補助巻線に印加する制御電圧の時間を制御する。このような制御により、DC/DCコンバータ4の負荷電流に影響されず、各入力コンデンサC1,C2それぞれの端子電圧を一定にすることができる。
【0073】
続いて、かかる制御により力率が改善される過程について説明する。
【0074】
切替えスイッチC−SWをショートしてAC100Vが入力された場合の動作について説明する。
【0075】
商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高い場合で、DC/DCコンバータ4内のスイッチング素子SWがオン状態のとき、トランスT1の補助巻線naに−Vc×na/nの負電圧が発生し、この電圧は過飽和インダクタLmに印加される。スイッチング素子SWのオン期間後、過飽和インダクタLmが飽和し、−Vc×na/nの負電圧がトランスT2の巻線n1に発生し、トランスT3の巻線n2にはVc×n2/n1の電圧が発生する。したがって、E点の電圧はF点の電圧よりも低くなり、昇圧用インダクタL3の巻線nL1に流れる電流が増大する。よって、商用交流電源の入力電圧がVc×(1−n2/n1)(ただし、n2=n3)より高いときに商用交流電源の入力電流が流入することになり、力率改善効果が得られる。
【0076】
この後、スイッチング素子SWがオフになると、ダイオードD2がオンし、トランスT3の巻線n1に入力コンデンサC1,C2の間の電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n2には−Vc×n2/n1の電圧が発生する。したがって、E点の電圧はF点の電圧よりも高くなり、昇圧用インダクタL3の巻線nL2に流れる電流は減少する。
【0077】
商用交流電源の中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高く、スイッチング素子SWがオンのときは、トランスT1の補助巻線naにVc×na/nの電圧が発生する。スイッチング素子SWのオン期間、その電圧は過飽和インダクタLmに印加される。スイッチング素子SWのオン期間後、過飽和インダクタLmは飽和し、トランスT3の巻線n1にVc×na/nの電圧が発生し、トランスT3の巻線n3にVc×n3/n1の電圧が発生する。したがって、G点の電圧はH点の電圧よりも高くなり、昇圧用インダクタL3の巻線nL2に流れる電流が増大する。よって、商用交流電源の入力電圧がVc×(1−n2/n1)(ただし、n2=n3)より高いときに商用交流電源の入力電流が流入することになり、力率改善効果が得られる。
【0078】
この後、スイッチング素子SWがオフになると、ダイオードD2がオンし、トランスT3の巻線n1に入力コンデンサC1,C2の端子電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n3には−Vc×n3/n1の電圧が発生する。したがって、G点の電圧はH点の電圧よりも低くなり、昇圧用インダクタL3の巻線nL2に流れる電流が減少する。
【0079】
次に、切替えスイッチC−SWをオープンさせてAC200Vが入力された場合の動作について説明する。
【0080】
DC/DCコンバータ4内のスイッチング素子SWはオフ状態にあるものとする。商用交流電源の活性線側Lの電圧が中性線側Nの電圧より高い場合は、入力電流は活性線側L→整流ブリッジD1→昇圧用インダクタL3の巻線nL1→トランスT3の巻線n2→入力コンデンサC1及びC2→トランスT3の巻線n3→昇圧用インダクタL3の巻線nL2→整流ブリッジD1→中性線側Nの経路で流れる。中性線側Nの電圧が活性線側Lの電圧より高い場合は、入力電流は中性線側N→整流ブリッジD1→昇圧用インダクタL3の巻線nL2→トランスT3の巻線n3→入力コンデンサC2及びC1→トランスT3の巻線n2→昇圧用インダクタL3の巻線nL1→整流ブリッジD1→活性線側Lの経路で流れる。
【0081】
スイッチング素子SWがオンになると、トランスT1の補助巻線naに−Vc×na/nの負電圧が発生する。スイッチング素子SWのオン期間、その電圧は過飽和インダクタLmに印加される。スイッチング素子SWのオン期間後、過飽和インダクタLmは飽和し、このトランスT3の巻線n1に−Vc×na/nの負電圧が発生する。トランスT3の巻線n2にVc×n2/n1の電圧が、トランスT3の巻線n3に−Vc×n3/n1の負電圧がそれぞれ発生する。そして、昇圧用インダクタL3の巻線nL1に印加される電圧は降下する一方、巻線nL2に印加される電圧は上昇する。
【0082】
したがって、E点の電圧はF点の電圧よりも低くなるとともにG点の電圧はH点の電圧よりも高くなり、昇圧用インダクタL3に流れる電流は増大する。このため、商用交流電源の入力電圧がVc×(1−n2/n1)(ただし、n2=n3)より高いときに入力電流が流入することになり、力率改善効果が得られる。
【0083】
この後、スイッチング素子SWがオフになると、ダイオードD2がオンし、トランスT3の巻線n1に入力コンデンサC1,C2の端子電圧Vcが印加され、トランスT3の巻線n2に−Vc×n2/n1の負電圧が、巻線n3にはVc×n3/n1の電圧が発生する。そして、昇圧用インダクタL3の巻線nL1の印加電圧が上昇する一方、巻線nL2の印加電圧が降下する。したがって、E点の電圧はF点の電圧よりも高くなるとともにG点の電圧はH点の電圧よりも低くなり、昇圧用インダクタL3に流れる電流は減少する。
【0084】
かくして本実施形態によっても、入力コンデンサC1,C2の電圧を負荷電流に拠らず一定化することのできる力率改善回路を提供することができる。
【0085】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、トランスの他の巻線に印加する交流電圧の制御により、一の巻線の両端に印加するコンデンサの電圧並びにインダクタに流れる電流を制御して、コンデンサの電圧を入力電流にほぼ比例させるようにしたことで、負荷電流に影響されずコンデンサの端子電圧を一定にすることのできる力率改善回路を提供することができる。また、トランスの漏れインダクタンスを、昇圧インダクタとして使用することで、部品の点数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態である力率改善回路の構成を示す回路図である。
【図2】本発明の第2の実施形態である力率改善回路の構成を示す回路図である。
【図3】本発明の第3の実施形態である力率改善回路の構成を示す回路図である。
【図4】本発明の第4の実施形態である力率改善回路の構成を示す回路図である。
【図5】図2の力率改善回路における各部の動作波形を示す図である。
【図6】従来の力率改善回路の構成を示す回路図である。
【図7】従来の他の力率改善回路の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
LF・・・ローパスフィルター
D1・・・整流ブリッジ
L1〜L5, Lm・・・インダクタ
D2〜D11・・・ダイオード
C1〜C5・・・コンデンサ
Q1〜Q3・・・トランジスタ
R1〜R11・・・抵抗
CMP1〜CMP6・・・コンパレ−タ
PC1・・・フォトカプラ
A〜L・・・電圧監視点
1,4・・・DC/DCコンバータ
2,3,5,6・・・制御部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power factor correction circuit for a switching power supply that obtains an output voltage having substantially the same potential from an AC 100V / 200V power supply.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 shows the configuration of a power factor correction circuit for a switching power supply disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-194124 as a first conventional example. As shown in the figure, the power factor correction circuit of this example includes a low-pass filter LF, a boosting inductor L1, a rectifier bridge D1, diodes D7 and D8, a boosting switching element MOS FET (hereinafter simply referred to as a switching element). Q4, Q5, boosting output capacitors C1, C2, a transformer T4, and a changeover switch SW1. The changeover switch SW1 is a switch for switching between AC100V / AC200V.
[0003]
The operation of the power factor correction circuit when AC 100 V is input will be described. When the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N and the switching element Q4 is turned on, the input current is the active line side L → inductor L1 → rectifier bridge D1 → switching element Q4 → When the switching element Q4 is turned off and the switching element Q4 is turned off, the input current flows from the active line L → inductor L1 → rectifier bridge D1 → diode D7 → output capacitor C1 → switch SW1 → It flows along the route from the transformer T4 to the neutral wire side N.
[0004]
Further, when the voltage on the neutral line side N is higher than the voltage on the active line side L and the switching element Q5 is turned on, the input current is neutral line side N → transformer T4 → switching switch SW1 → switching element Q5 → rectifier. When the switching element Q5 is turned off and the switching element Q5 is turned off, the input current flows through the path of the bridge D1 → inductor L1 → active line side L. It flows through the path of L1 → active line side L.
[0005]
Next, the operation at the time of AC200V input will be described. When the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N and the switching element Q4 is turned on, the input current is the active line side L → inductor L1 → rectifier bridge D1 → switching element Q4 → When switching element Q5 → rectifier bridge D1 → transformer T4 → neutral line side N flows and switching element Q4 is turned off, the input current is L → active line side L1 → rectifier bridge D1 → diode D7 → output capacitor C1 → It flows through the path of the output capacitor C2, the diode D8, the rectification bridge D1, the transformer T4, and the neutral line side N.
[0006]
When the voltage on the neutral line side N is higher than the voltage on the active line side L and the switching element Q5 is turned on, the input current is neutral line side N → transformer T4 → rectifier bridge D1 → switching element Q4 → switching. When the element Q5 → rectifier bridge D1 → inductor L1 → active line side L flows and the switching element Q5 is turned off, the input current is neutral line side N → transformer T4 → rectifier bridge D1 → diode D7 → output capacitor C1 → It flows through the path of the output capacitor C2, the diode D8, the rectification bridge D1, the inductor L1, and the active line side L.
[0007]
The power factor correction circuit includes a control circuit 7 that performs switching control of the switching elements Q4 and Q5. The control circuit 7 converts the induced voltage of the secondary winding of the transformer T4, in which the primary winding is inserted on the neutral line between the low-pass filter LF and the rectifier bridge D1, to the choke of the boosting inductor L1. Monitor as current detection signal. Based on this detection signal, the control circuit 7 turns on / off the switching elements Q4 and Q5 so that the series voltage between the output capacitors C1 and C2 is constant and the input current waveform is a sine wave. Control the width.
[0008]
Reference numeral 1 denotes a first DC / DC converter corresponding to the load of the power factor correction circuit, and performs constant voltage control independently by an internal control circuit.
[0009]
Next, a power factor correction circuit disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-298611 will be described as a second conventional example with reference to FIG.
[0010]
As shown in the figure, this power factor correction circuit includes a rectifier bridge D1, step-up switching inductors L4 and L5, control windings 50 and 51, a primary winding 52, a secondary winding 53, and a tertiary winding. 54, a transformer D5, a diode D9, a rectifying and smoothing circuit 9 including diodes D10 and D11, an inductor L2, and an output capacitor C5, and a boosting switching element MOS FET (hereinafter simply referred to as a switching element) Q6. , Smoothing capacitors C1 and C2 and a changeover switch SW2. Switching of AC100V / AC200V is performed by the changeover switch SW2. Further, 11 is a control circuit for controlling the switching element Q6, and 10 is a load.
[0011]
Next, the operation of the power factor correction circuit when AC 100 V is input will be described. When the switching element Q6 is on and the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N, the input current is the active line side L → rectifier bridge D1 → step-up switching inductor L4. → Control winding 50 → Smoothing capacitor C1 → Changeover switch SW2 → Neutral line N When the voltage on the neutral line side N is higher than the voltage on the active line side L, the input current is neutral line N → selection switch SW2 → smoothing capacitor C2 → control winding 51 → step-up switching inductor L5 → rectifier bridge. It flows along the route of D1 → active line side L.
[0012]
At the time of AC200V input, when the switching element Q6 is on and the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N, the input current is the active line side L → rectifier bridge D1 → boost Switching inductor L4 → control winding 50 → smoothing capacitor C1 → smoothing capacitor C2 → control winding 51 → step-up switching inductor L5 → rectifier bridge D1 → neutral line side N path, neutral line side N Is higher than the voltage on the active line side L, the input current is neutral side N → rectifier bridge D1 → step-up switching inductor L4 → control winding 50 → smoothing capacitor C1 → smoothing capacitor C2 → control winding. The current flows through a path 51 → step-up switching inductor L5 → rectifier bridge D1 → active line side L.
[0013]
When switching element Q6 is turned on, the voltage at point I of control winding 50 of transformer T5 is lower than the voltage at point J, while the voltage at point K of control winding 51 of transformer T5 is lower than the voltage at point L. Also gets higher. Therefore, boosting operation of inductors L4 and L5 is performed in the same manner as when switching elements Q4 and Q5 of the conventional circuit shown in FIG. 6 are turned on.
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the power factor correction circuit shown in FIG. 6 has a problem that the circuit configuration is complicated as a whole, such as requiring two switching elements Q4 and Q5. In contrast, the circuit shown in FIG. 7 has a relatively simple configuration, but has a problem that the voltages of the input capacitors C1 and C2 are likely to fluctuate greatly at light loads.
[0015]
The present invention solves such a problem, and can simplify the circuit configuration and can make the voltage of the input capacitor constant regardless of the load current. It is to provide a rate improvement circuit.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a rectifier bridge connected to an AC power supply, an inductor connected to one end on the output side of the rectifier bridge, and a load at one end of the inductor. for A transformer having one winding connected in series, another winding connected in parallel to the load at one end of the one winding, and the load at one end of one winding of the transformer Against A capacitor connected in parallel; Above Input from rectifier bridge Voltage Means for detecting and said detection Comparing means for comparing the input voltage detected by the means for comparing with a reference voltage; The capacitor voltage is the input To voltage Almost proportional , Switching the switching element based on the comparison result of the comparison means, Control means for controlling an AC voltage applied to the other winding of the transformer.
[0017]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a rectifier bridge connected to an AC power source and one end on the output side of the rectifier bridge. Parallel to each other Followed by boosting Volume 1 and 2 An inductor having a line and the inductor A third winding connected in series to the load at one end of the first winding, and a fourth winding connected in series to the load at one end of the second winding of the inductor A transformer having a fifth winding connected in parallel to the load at one end of the third winding, and a third of the transformer A first capacitor and a second capacitor connected in parallel to the winding and across the first midpoint; Above From the rectifier bridge Input voltage on the positive or negative side Detecting means for detecting, and the input detected by the detecting means A first comparison unit that compares a voltage on the positive side of the voltage with a reference voltage; a second comparison unit that compares a voltage on the negative side of the input voltage detected by the detection unit with a reference voltage; The second The voltage of the capacitor is the input To voltage Almost proportional , Switching the switching element based on the comparison result of the first and second comparison means, Of trance 5th And a control means for controlling an AC voltage applied to the winding.
[0018]
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, the voltage of the capacitor applied to both ends of one winding and the current flowing through the inductor are controlled by controlling the AC voltage applied to the other winding of the transformer. Since the capacitor voltage is made substantially proportional to the input current, the circuit configuration can be simplified and the input capacitor voltage can be made constant regardless of the load current.
[0020]
Claim Three The invention provides another winding of the transformer Or directly to the fifth winding Connected to the column With one end Second inductor And the control means turns on or off the switching element. More control the magnetic flux of the second inductor, the other winding of the transformer Or on the fifth winding It is characterized in that an AC voltage to be applied is obtained.
[0021]
Claim Four The invention is characterized in that an inductance leaking from another winding of the transformer is used as the inductor for boosting.
[0022]
That is, according to the present invention, if the leakage inductance of the transformer is used as a boost inductor, the number of parts can be reduced and the circuit configuration can be simplified.
[0024]
According to this invention, the control means for generating the control signal can be realized with a relatively simple circuit configuration.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
FIG. 1 shows a configuration of a power factor correction circuit according to the first embodiment of the present invention.
[0027]
As shown in the figure, this power factor correction circuit includes a rectifier bridge D1, a boosting inductor L1, a transformer T2 including windings n1, n2, and nr, a switching element SW1, an input capacitor C1, a diode D3, and a switching element SW1. It is comprised from the control part 2 which performs switching control. The control unit 2 includes a diode D2, resistors R1 to R4, a capacitor C3, comparators CMP1 and CMP2, and a triangular wave generator 20.
[0028]
Reference numeral 1 denotes a DC / DC converter corresponding to a load of the power factor correction circuit, and constant voltage control is performed independently of the power factor correction circuit by an internal control circuit. In this power factor correction circuit, there is no switch for switching the input power supply, and either one of the commercial AC power supply 100V or 200V is used.
[0029]
Next, the operation of the power factor correction circuit of this embodiment will be described.
[0030]
First, a process of generating a signal for switching the switching element SW1 will be described. The peak value Vp of the input voltage from the commercial AC power supply is detected by the diode D2, the resistors R1 and R2, and the capacitor C3. The detected peak value Vp is compared with the reference voltage value generated by dividing the terminal voltage Vc of the capacitor C3 by the resistors R3 and R4 by the comparator CMP1, and the error signal as the comparison result is the comparator CMP2. Is compared with the triangular wave generated by the triangular wave generator 20. This comparison result is generated as an on / off signal supplied to the switching element SW1. By switching the switching element SW1 based on the on / off signal generated in this way, the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 is controlled to be proportional to the peak value Vp of the input voltage of the commercial AC power supply.
[0031]
Next, the principle that the power factor is improved by the switching control of the switching element SW1 will be described. Note that n1, n2, and nr represent the number of turns of each winding.
[0032]
When the switching element SW1 is turned on, the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 is applied to the winding n1 of the transformer T2, and a voltage of Vc × n2 / n1 is generated in the winding n2 of the transformer T2. The relationship between the voltage at point A and the voltage at point B at both ends of the winding n2 is point A <point B, and the current IL flowing through the boosting inductor L1 increases. Therefore, if the input voltage of the commercial AC power supply is higher than Vc × (1−n2 / n1), the input current flows, and the power factor improvement effect is obtained.
[0033]
On the other hand, when the switching element SW1 is turned off, the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 is applied to the winding nr of the transformer T2, and a negative voltage of −Vc × n2 / nr is generated in the winding n2 of the transformer T2. Therefore, the voltage at the point A becomes higher than the voltage at the point B, and the current IL flowing through the boosting inductor L1 decreases.
[0034]
Therefore, according to the power factor correction circuit of the present embodiment, the circuit configuration can be simplified, and the voltage generated in the input capacitor C1 can be made constant without being affected by the load current of the DC / DC converter 1. Further, if the leakage inductance of the transformer T2 is used as the step-up inductor L1, the number of parts can be further reduced.
[0035]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
[0036]
FIG. 2 shows a configuration of a power factor correction circuit according to the second embodiment of the present invention.
[0037]
As shown in the figure, the power factor correction circuit includes a rectifier bridge D1, a boosting inductor L1, a transformer T2 having turns n1 and n2, an input capacitor C1, diodes D4 and D5, a supersaturated inductor Lm, and the supersaturated inductor Lm. It is comprised from the control part 3 which controls the voltage applied to. The control unit 3 includes a diode D2, resistors R1 to R4, a capacitor C3, a comparator CMP3, and a transistor Q1.
[0038]
Reference numeral 4 denotes a DC / DC converter corresponding to the load of the power factor correction circuit, which performs constant voltage control by varying the on / off time of the switching element SW by an internal control circuit. Note that the power factor correction circuit of this embodiment does not have a changeover switch for commercial AC power supply 100V / 200V.
[0039]
Next, the operation of the power factor correction circuit of this embodiment will be described.
[0040]
First, the peak value Vp of the input voltage of the commercial AC power supply is detected by the diode D2, the resistors R1 and R2, and the capacitor C3. The detected peak value Vp is compared by a comparator CMP3 with a reference voltage value generated by dividing the terminal voltage Vc of the capacitor C3 by resistors R3 and R4. The error signal obtained as a result of this comparison is amplified by the transistor Q1 and applied as a control voltage to the control winding of the supersaturated inductor Lm.
[0041]
Here, the control unit 3 controls the time for applying the control voltage to the auxiliary winding of the supersaturated inductor Lm so that the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 is substantially proportional to the peak value Vp of the input voltage of the commercial AC power supply. By such control, the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 can be made constant without being affected by the load current of the DC / DC converter 4.
[0042]
Next, the operation of this power factor correction circuit will be described with reference to FIG.
[0043]
When the commercial AC power supply is applied to the rectifying bridge D1, charges are accumulated in the input capacitor C1, and a voltage is generated between the terminals of the input capacitor C1. When the switching element SW in the DC / DC converter 4 is turned on (FIG. 5 (A) VSW), −Vc × na / n is applied to the auxiliary winding na of the transformer T1 (where na and n are the windings na and n). Negative number of turns). During the period Tm when the switching element SW is on, the voltage generated in the auxiliary winding na of the transformer T1 is applied to both ends of the supersaturated inductor Lm (FIG. 5 (B) Vm). After the on-period Tm of the switching element SW elapses, the supersaturated inductor Lm is saturated, a negative voltage of −Vc × na / n is generated in the winding n1 of the transformer T2, and Vc × n2 is applied to the winding n2 of the transformer T2. / N1 voltage is generated (FIG. 5C, VT2), and the voltage applied to the boosting inductor L1 drops (FIG. 5D) VL. As a result, the voltage at the point C in FIG. 2 becomes lower than the voltage at the point D, and the current IL flowing through the boosting inductor L1 increases (FIG. 5 (E) IL: tLon). Therefore, if the input voltage from the commercial AC power source is higher than Vc × (1-n2 / n1), the input current IL of the commercial AC power source flows, and the power factor improvement effect is obtained.
[0044]
Subsequently, when the switching element SW in the DC / DC converter 4 is turned off (VSW in FIG. 5A), the diode D2 of the control unit 3 is turned on, and the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 is applied to the winding n1 of the transformer T2. The negative voltage of −Vc × n2 / n1 is generated in the winding n2 of the transformer T2 (FIG. 5 (C) VT2). Accordingly, the voltage at the point C in FIG. 2 becomes higher than the voltage at the point D, and the current flowing through the boosting inductor L1 decreases (FIG. 5 (E) IL: tLoff).
[0045]
If the leakage inductance of the transformer T2 is used as the boosting inductor L1, the number of parts can be reduced and the circuit configuration can be simplified.
[0046]
FIG. 3 shows the configuration of the power factor correction circuit according to the third embodiment of the present invention.
[0047]
As shown in the figure, this power factor correction circuit includes a rectifier bridge D1, a boosting inductor L3 composed of windings nL1 and nL2, a transformer T3 composed of windings n1, n2, n3 and nr, a switching element SW1, and an input capacitor. C1, C2, a diode D3, a changeover switch C-SW, and a control unit 5 that controls switching of the switching element SW1. The changeover switch C-SW is a switch for switching between commercial AC power supplies 100V / 200V.
[0048]
The controller 5 includes diodes D2 and D6, resistors R1 to R8, capacitors C3 and C4, comparators CMP4 to CMP6, transistors Q2 and Q3, a photocoupler PC1, and a triangular wave generator 20. Reference numeral 1 denotes a DC / DC converter corresponding to the load of the power factor correction circuit, and the constant voltage control is independently performed on the power factor correction circuit by an internal control circuit.
[0049]
Next, the operation of this power factor correction circuit will be described.
[0050]
First, a process of generating an on / off signal for switching the switching element SW1 will be described.
[0051]
The peak value Vp on the positive side of the input voltage of the commercial AC power supply is detected by a diode D2, resistors R1, R2, and a capacitor C3, and the peak value Vp on the negative side is detected by a diode D6, resistors R5, R6, and a capacitor C4. The The detected positive-side peak value Vp is compared with a reference voltage value generated by dividing the terminal voltage of the input capacitor C1 by resistors R3 and R4 in the comparator CMP4, while the detected negative-side peak value Vp is detected. The value Vp is compared in the comparator CMP5 with a reference voltage value generated by dividing the terminal voltage of the input capacitor C2 by the resistors R7 and R8. The error signals, which are the comparison results obtained by the comparators CMP4 and CMP5, are inverted and wired-ORed by the transistors Q2 and Q3, respectively.
[0052]
The photodiode of the photocoupler PC1 is driven by the wired-or signal, and the output signal of the phototransistor and the triangular wave generated by the triangular wave generator 20 are compared by the comparator CMP6. An error signal obtained as a result of this comparison is supplied to the switching element SW1 as an on / off signal. That is, in the present embodiment, by varying the on / off width of the on / off signal supplied to the switching element SW1, the terminal voltages of the input capacitors C1 and C2 are respectively the positive and negative peak values Vp of the commercial AC power supply. Is controlled to be approximately proportional to Thereby, the terminal voltage of each of the input capacitors C1 and C2 can be kept constant without being influenced by the load current of the DC / DC converter 1.
[0053]
Next, the operation when inputting AC 100 V by shorting the changeover switch C-SW will be described.
[0054]
When the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N, the input current flows in the order of the neutral line side L → the diode D1 → the winding nL1 of the transformer T3 → the winding n2 of the transformer T3. To charge the input capacitor C1. Furthermore, the electric charge accumulated in the input capacitor C1 becomes a current and returns to the neutral line side N through the changeover switch C-SW1. Further, when the voltage on the neutral line side N is higher than the voltage on the active line side L, the input current flows through the neutral line side N → the changeover switch C-SW1, whereby the input capacitor C2 is charged and accumulated in the input capacitor C2. The generated electric charge is discharged as a current that flows in the order of the winding n3 of the transformer T3 → the winding nL2 of the transformer T3 → the diode D1 → the neutral line side L.
[0055]
Next, a process in which the power factor is improved by controlling the switching element SW1 will be described. Note that n1, n2, n3, and nr represent the number of turns of each winding.
[0056]
When the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N and the switching element SW1 is on, the voltage Vc between the input capacitors C1 and C2 is applied to the winding n1 of the transformer T3. A voltage of Vc × n2 / n1 is induced in the winding n2 of the transformer T3. Therefore, the voltage at the point E becomes lower than the voltage at the point F, and the current flowing through the boosting inductor L3 increases. For this reason, if the input voltage Vi is higher than Vc / 2 × (1−n2 / n1) (where n2 = n3), the input current flows, and the power factor improvement effect is obtained.
[0057]
When the switching element SW1 is turned off, the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 is applied to the winding nr of the transformer T3, and a voltage of −Vc × n2 / nr is generated across the winding n2 of the transformer T3. For this reason, the voltage at the point E becomes higher than the voltage at the point F, and the current flowing through the boosting inductor L3 decreases.
[0058]
When the voltage on the neutral line side N of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the active line side L and the switching element SW1 is turned on, the voltage Vc between the input capacitors C1 and C2 is applied to the winding n1 of the transformer T3. A voltage of Vc × n3 / n1 is generated in the winding n3 of the transformer T3. Therefore, the voltage at the point G becomes higher than the voltage at the point H, and the current flowing through the boosting inductor L1 increases. For this reason, if the input voltage Vi is higher than Vc / 2 × (1−n2 / n1) (where n2 = n3), the input current flows, and the power factor improvement effect is obtained.
[0059]
When the switching element SW1 is turned off, the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 is applied to the winding nr of the transformer T3, and a negative voltage of −Vc × n3 / nr is generated in the winding n3 of the transformer T3. For this reason, the voltage at the point G becomes lower than the voltage at the point H, and the current flowing through the boosting inductor L3 decreases.
[0060]
Subsequently, an operation when AC 200 V is input by opening the changeover switch C-SW will be described.
[0061]
When the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N, the input current is from the active line side L → the diode D1 → the winding nL1 of the boosting inductor L3 → the winding n2 of the transformer T3. The path flows and charges each input capacitor C1 and C2. The electric charge accumulated in each of the input capacitors C1 and C2 is discharged by flowing as a current through a path from winding n3 of transformer T3 → winding nL2 of boosting inductor L3 → diode D1 → neutral side N. .
[0062]
When the voltage on the neutral line side N of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the active line side L, the input current is from the neutral line side N → the diode D1 → the winding nL2 of the boosting inductor L3 → the winding of the transformer T3. The input capacitors C1 and C2 are charged through the line n3. The electric charge accumulated in each of the input capacitors C1 and C2 is released by flowing as a current through the path of the winding n2 of the transformer T3 → the winding nL1 of the boosting inductor L3 → the diode D1 → the active line side L.
[0063]
Next, the process by which the power factor is improved by this embodiment will be described.
[0064]
When the switching element SW1 is on, the voltage Vc between the input capacitors C1 and C2 is applied to the winding n1 of the transformer T3, and a voltage of Vc × n2 / n1 is generated in the winding n2 of the transformer T3. A voltage of Vc × n3 / n1 is generated in the winding n3. Therefore, the voltage at the point E becomes lower than the voltage at the point F, the voltage at the point G becomes higher than the voltage at the point H, and the current flowing through the boosting inductor L3 increases. For this reason, if the input voltage Vi is higher than Vc / 2 × (1−n2 / n1) (where n2 = n3), the input current flows, and the power factor improvement effect is obtained. When the switching element SW1 is turned off, the terminal voltage Vc of the input capacitor C1 is applied to the winding nr of the transformer T3, and a voltage of −Vc × n2 / nr is generated in the windings n2 and n3 of the transformer T3. For this reason, the voltage at the point E becomes higher than the voltage at the point F, the voltage at the point G becomes lower than the voltage at the point H, and the current flowing through the boosting inductor L3 decreases.
[0065]
As described above in detail, according to the present embodiment, the alternating current applied to the winding n1 of the transformer T3 is controlled to vary the current flowing through the boosting inductor L3, and the voltages of the capacitors C1 and C2 are used as the input current. Since the circuit is substantially proportional, the circuit configuration can be simplified and the voltages of the input capacitors C1 and C2 can be made constant regardless of the load current.
[0066]
Next, a power factor correction circuit according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
[0067]
FIG. 4 shows the configuration of the power factor correction circuit according to the fourth embodiment.
[0068]
As shown in the figure, this power factor improving circuit includes a rectifier bridge D1, a boosting inductor L3 composed of windings L1, nL2, a transformer T3 composed of windings n1, n2, n3, a supersaturated inductor Lm, an input capacitor C1, C2 includes diodes D4 and D5, a changeover switch C-SW, and a control unit 6 that controls the supersaturated inductor Lm. The changeover switch C-SW is a switch for switching commercial AC power supply 100V / 200V. The control unit 6 includes diodes D2 and D6, resistors R1 to R8, capacitors C3 and C4, comparators CMP4 and CMP5, and transistors Q2 and Q3. Reference numeral 4 denotes a DC / DC converter corresponding to the load of the power factor correction circuit, which performs constant voltage control by varying the on / off time of the switching element SW by an internal control circuit.
[0069]
Next, the operation of the power factor correction circuit of this embodiment will be described.
[0070]
The peak value Vp on the positive side of the input voltage of the commercial AC power supply is detected by a diode D2, resistors R1 and R2, and a capacitor C3. The detected peak value Vp of the input voltage is compared with a reference voltage value obtained by dividing the terminal voltage of the input capacitor C1 by resistors R3 and R4 by the comparator CMP4. On the other hand, the peak value Vp of the negative value side peak value Vp of the input voltage is also detected by the diode D6, resistors R5 and R6, and the capacitor C4 in the same way as the positive side, and the detected peak value Vp of the input voltage is the comparator. -At the CMP5, the terminal voltage of the input capacitor C4 is compared with a reference voltage value obtained by dividing by the resistors R7, R8.
[0071]
Two error signals obtained as comparison results from the comparators CMP4 and CMP5 are inverted and wired-ORed by the transistors Q2 and Q3, respectively. The wired-or signal is supplied as a control signal to the auxiliary winding of the supersaturated inductor Lm.
[0072]
Here, the control unit 6 determines the control voltage applied to the auxiliary winding of the supersaturated inductor Lm so that the terminal voltage of each of the input capacitors C1 and C2 is substantially proportional to the peak value Vp of the input voltage from the commercial AC power supply. Control the time. By such control, the terminal voltage of each of the input capacitors C1 and C2 can be made constant without being affected by the load current of the DC / DC converter 4.
[0073]
Subsequently, a process in which the power factor is improved by such control will be described.
[0074]
An operation when AC 100 V is input with the changeover switch C-SW short-circuited will be described.
[0075]
When the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N, and the switching element SW in the DC / DC converter 4 is in the ON state, the auxiliary winding na of the transformer T1 has −Vc × A negative voltage of na / n is generated, and this voltage is applied to the supersaturated inductor Lm. After the ON period of the switching element SW, the supersaturated inductor Lm is saturated, a negative voltage of −Vc × na / n is generated in the winding n1 of the transformer T2, and a voltage of Vc × n2 / n1 is applied to the winding n2 of the transformer T3. Will occur. Therefore, the voltage at the point E becomes lower than the voltage at the point F, and the current flowing through the winding nL1 of the boosting inductor L3 increases. Therefore, when the input voltage of the commercial AC power supply is higher than Vc × (1−n2 / n1) (where n2 = n3), the input current of the commercial AC power supply flows, and a power factor improvement effect is obtained.
[0076]
Thereafter, when the switching element SW is turned off, the diode D2 is turned on, the voltage Vc between the input capacitors C1 and C2 is applied to the winding n1 of the transformer T3, and −Vc × n2 is applied to the winding n2 of the transformer T3. A voltage of / n1 is generated. Therefore, the voltage at the point E becomes higher than the voltage at the point F, and the current flowing through the winding nL2 of the boosting inductor L3 decreases.
[0077]
When the voltage on the neutral line side N of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the active line side L and the switching element SW is on, a voltage of Vc × na / n is generated in the auxiliary winding na of the transformer T1. During the ON period of the switching element SW, the voltage is applied to the supersaturated inductor Lm. After the ON period of the switching element SW, the oversaturated inductor Lm is saturated, a voltage of Vc × na / n is generated in the winding n1 of the transformer T3, and a voltage of Vc × n3 / n1 is generated in the winding n3 of the transformer T3. . Therefore, the voltage at the point G becomes higher than the voltage at the point H, and the current flowing through the winding nL2 of the boosting inductor L3 increases. Therefore, when the input voltage of the commercial AC power supply is higher than Vc × (1−n2 / n1) (where n2 = n3), the input current of the commercial AC power supply flows, and a power factor improvement effect is obtained.
[0078]
Thereafter, when the switching element SW is turned off, the diode D2 is turned on, the terminal voltage Vc of the input capacitors C1 and C2 is applied to the winding n1 of the transformer T3, and −Vc × n3 / A voltage n1 is generated. Therefore, the voltage at the point G becomes lower than the voltage at the point H, and the current flowing through the winding nL2 of the boosting inductor L3 decreases.
[0079]
Next, an operation when the changeover switch C-SW is opened and AC 200 V is input will be described.
[0080]
The switching element SW in the DC / DC converter 4 is assumed to be in an off state. When the voltage on the active line side L of the commercial AC power supply is higher than the voltage on the neutral line side N, the input current is the active line side L → rectifier bridge D1 → winding inductor L3 winding nL1 → transformer T3 winding n2 → Input capacitors C1 and C2 → winding n3 of transformer T3 → winding nL2 of boosting inductor L3 → rectifier bridge D1 → neutral side N When the voltage on the neutral line side N is higher than the voltage on the active line side L, the input current is from the neutral line side N → rectifier bridge D1 → winding inductor L3 winding nL2 → transformer T3 winding n3 → input capacitor. The current flows through a path of C2 and C1 → the winding n2 of the transformer T3 → the winding nL1 of the boosting inductor L3 → the rectification bridge D1 → the active line side L.
[0081]
When the switching element SW is turned on, a negative voltage of −Vc × na / n is generated in the auxiliary winding na of the transformer T1. During the ON period of the switching element SW, the voltage is applied to the supersaturated inductor Lm. After the ON period of the switching element SW, the supersaturated inductor Lm is saturated, and a negative voltage of −Vc × na / n is generated in the winding n1 of the transformer T3. A voltage of Vc × n2 / n1 is generated in the winding n2 of the transformer T3, and a negative voltage of −Vc × n3 / n1 is generated in the winding n3 of the transformer T3. Then, the voltage applied to the winding nL1 of the boosting inductor L3 drops, while the voltage applied to the winding nL2 rises.
[0082]
Therefore, the voltage at the point E becomes lower than the voltage at the point F, the voltage at the point G becomes higher than the voltage at the point H, and the current flowing through the boosting inductor L3 increases. For this reason, when the input voltage of the commercial AC power supply is higher than Vc × (1−n2 / n1) (where n2 = n3), the input current flows in, and the power factor improvement effect is obtained.
[0083]
Thereafter, when the switching element SW is turned off, the diode D2 is turned on, the terminal voltage Vc of the input capacitors C1 and C2 is applied to the winding n1 of the transformer T3, and −Vc × n2 / n1 is applied to the winding n2 of the transformer T3. Negative voltage of Vc × n3 / n1 is generated in the winding n3. Then, the voltage applied to the winding nL1 of the boosting inductor L3 increases, while the voltage applied to the winding nL2 decreases. Therefore, the voltage at the point E becomes higher than the voltage at the point F, the voltage at the point G becomes lower than the voltage at the point H, and the current flowing through the boosting inductor L3 decreases.
[0084]
Thus, according to this embodiment, it is possible to provide a power factor correction circuit capable of making the voltages of the input capacitors C1 and C2 constant regardless of the load current.
[0085]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by controlling the AC voltage applied to the other winding of the transformer, the voltage of the capacitor applied to both ends of one winding and the current flowing through the inductor are controlled. By making the voltage substantially proportional to the input current, it is possible to provide a power factor correction circuit that can make the terminal voltage of the capacitor constant without being affected by the load current. Moreover, the number of parts can be reduced by using the leakage inductance of the transformer as a boost inductor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power factor correction circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a power factor correction circuit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a power factor correction circuit according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a power factor correction circuit according to a fourth embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating operation waveforms of respective units in the power factor correction circuit of FIG. 2;
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional power factor correction circuit.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of another conventional power factor correction circuit.
[Explanation of symbols]
LF: Low pass filter
D1 ... Rectifier bridge
L1-L5, Lm ... Inductor
D2-D11 ... Diode
C1 to C5 ... Capacitors
Q1-Q3 ... Transistor
R1 to R11 ... resistance
CMP1 to CMP6 ... Comparator
PC1 ... Photocoupler
A to L: Voltage monitoring points
1,4 ... DC / DC converter
2, 3, 5, 6... Control unit

Claims (4)

交流電源に接続された整流ブリッジと、
前記整流ブリッジの出力側の一端に接続され昇圧を行うインダクタと、
前記インダクタの一端に負荷に対して直列に接続された一の巻線と、前記一の巻線の一端に前記負荷に対して並列に接続された他の巻線を有するトランスと、
前記トランスの一の巻線の一端に前記負荷に対して並列に接続されたコンデンサと、
前記整流ブリッジからの入力電圧を検出する手段と、
前記検出する手段によって検出された前記入力電圧と、基準電圧とを比較する比較手段と、
記コンデンサの電圧が前記入力電圧にほぼ比例するように、前記比較手段の比較結果に基づいてスイッチング素子を切り替えて、前記トランスの他の巻線に印加する交流電圧を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする力率改善回路。
A rectifier bridge connected to an AC power source;
An inductor connected to one end of the output side of the rectifier bridge for boosting;
A transformer having one winding connected in series to a load at one end of the inductor, and another winding connected in parallel to the load at one end of the one winding;
A capacitor connected in parallel to the load at one end of one winding of the transformer ;
It means for detecting an input voltage from the rectifier bridge,
Comparing means for comparing the input voltage detected by the detecting means with a reference voltage;
As voltage before Symbol capacitor is substantially proportional to the input voltage, it switches the switching element on the basis of a comparison result of the comparing means, and control means for controlling the AC voltage applied to the other winding of the previous SL trans ,
A power factor correction circuit comprising:
交流電源に接続された整流ブリッジと、
前記整流ブリッジの出力側の一端に互いに並列に接続され、昇圧を行う第1、第2の巻線を有するインダクタと、
前記インダクタの第1の巻線の一端に負荷に対して直列に接続された第3の巻線と、前記インダクタの第2の巻線の一端に前記負荷に対して直列に接続された第4の巻線と、前記第3の巻線の一端に前記負荷に対して並列に接続された第5の巻線とを有するトランスと、
前記トランスの第3の巻線に対して並列にかつ互いに第1中点を挟んで接続された第1のコンデンサおよび第2のコンデンサと、
前記整流ブリッジからの正極側または負極側の入力電圧を検出する検出手段と、
前記検出手段によって検出された前記入力電圧の正極側の電圧と基準電圧を比較する第1の比較手段と、
前記検出手段によって検出された前記入力電圧の負極側の電圧と基準電圧を比較する第2の比較手段と、
前記第1、第2のコンデンサの電圧が前記入力電圧にほぼ比例するように、前記第1、第2の比較手段の比較結果に基づいてスイッチング素子を切り替えて、前記トランスの第5の巻線に印加する交流電圧を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする力率改善回路。
A rectifier bridge connected to an AC power source;
An inductor having a are connected in parallel with each other on the output side of the one end of the rectifier bridge, the first, second winding performing boosting,
A third winding connected in series with the load to one end of the first winding of the inductor, and a fourth winding connected in series with the load to one end of the second winding of the inductor. And a transformer having a fifth winding connected in parallel to the load at one end of the third winding;
A first capacitor and a second capacitor connected in parallel to the third winding of the transformer and across the first midpoint;
Detecting means for detecting the positive electrode side or the input voltage of the negative polarity side from the rectifier bridge,
First comparison means for comparing a voltage on the positive side of the input voltage detected by the detection means with a reference voltage;
Second comparison means for comparing a negative side voltage of the input voltage detected by the detection means with a reference voltage;
The first, so that the voltage of the second capacitor is substantially proportional to the input voltage, the first switches the switching device based on the comparison result of the second comparison means, a fifth winding before Symbol trans Control means for controlling the AC voltage applied to the wire;
A power factor correction circuit comprising:
前記トランスの他の巻線または第5の巻線に対して直列に接続される一端を備えた第2のインダクタをさらに有し、
前記制御手段が、前記スイッチング素子をオンまたはオフすることにより前記第2のインダクタの磁束を制御して、前記トランスの他の巻線または第5の巻線に印加される交流電圧を得ることを特徴とする請求項1または請求項2記載の力率改善回路。
Further comprising a second inductor having one end to the other windings or fifth winding of the transformer Ru is connected in series,
Said control means, said controls more magnetic flux of the second inductor to turn on or off the switching element, to obtain an AC voltage applied to the other winding or fifth winding of the transformer The power factor correction circuit according to claim 1, wherein:
前記トランスの他の巻線より漏れたインダクタンスを、昇圧を行う前記インダクタとして用いることを特徴とする請求項1記載の力率改善回路。  2. The power factor correction circuit according to claim 1, wherein an inductance leaking from another winding of the transformer is used as the inductor for boosting.
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