JP5495037B2 - Power factor correction circuit - Google Patents

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Description

本発明は、高周波規制における力率改善回路に関する。また、単一電圧電源(AC/DC)に規定されるENERGY STARに関する。   The present invention relates to a power factor correction circuit in high frequency regulation. Further, the present invention relates to ENERGY STAR defined for a single voltage power supply (AC / DC).

図10は従来の力率改善回路を含むAC−DCコンバータを示す回路図である。図10に示すAC−DCコンバータは、交流電源Vacからの交流入力電圧を整流して整流電圧を出力する整流器DBと、整流器DBからの整流電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路2と、昇圧チョッパ回路2により昇圧された電圧を安定化した直流電圧に変換して負荷に供給するDC−DCコンバータ回路3を有している。   FIG. 10 is a circuit diagram showing an AC-DC converter including a conventional power factor correction circuit. The AC-DC converter shown in FIG. 10 includes a rectifier DB that rectifies an AC input voltage from an AC power supply Vac and outputs a rectified voltage, a boost chopper circuit 2 that boosts the rectified voltage from the rectifier DB, and a boost chopper circuit 2. A DC-DC converter circuit 3 for converting the voltage boosted by the above to a stabilized DC voltage and supplying it to a load.

DC−DCコンバータ回路3において、力率改善回路2のコンデンサC2の両端にはトランスT1の1次巻線P1とMOSFETからなるスイッチング素子Q2との直列回路が接続されている。トランスT1の2次巻線S1の両端にはダイオードDsとコンデンサCsとの直列回路が接続され、コンデンサCsの両端にはコンデンサCsの出力電圧を検出する電圧検出増幅回路(VAMP)30が接続されている。電圧検出増幅回路30にはフォトカプラPC1が接続され、フォトカプラPC1は、電圧検出増幅回路30で検出された出力電圧に応じた電流をDD制御回路20に出力する。   In the DC-DC converter circuit 3, a series circuit of a primary winding P1 of a transformer T1 and a switching element Q2 composed of a MOSFET is connected to both ends of a capacitor C2 of the power factor correction circuit 2. A series circuit of a diode Ds and a capacitor Cs is connected to both ends of the secondary winding S1 of the transformer T1, and a voltage detection amplifier circuit (VAMP) 30 for detecting the output voltage of the capacitor Cs is connected to both ends of the capacitor Cs. ing. A photocoupler PC1 is connected to the voltage detection amplifier circuit 30, and the photocoupler PC1 outputs a current corresponding to the output voltage detected by the voltage detection amplifier circuit 30 to the DD control circuit 20.

トランスT1の補助巻線P2の両端にはダイオードD2とコンデンサC3との直列回路が接続され、ダイオードD2とコンデンサC3との接続点は、DD制御回路20とDD制御回路20を起動するための抵抗R3の一端に接続されている。
DD制御回路20は、フォトカプラPC1からの出力電圧に応じたパルス幅を持つパルス信号を生成し、このパルス信号によりスイッチング素子Q2をオン/オフ制御して出力電圧を所定電圧に制御する。
A series circuit of a diode D2 and a capacitor C3 is connected to both ends of the auxiliary winding P2 of the transformer T1, and a connection point between the diode D2 and the capacitor C3 is a resistance for starting the DD control circuit 20 and the DD control circuit 20. It is connected to one end of R3.
The DD control circuit 20 generates a pulse signal having a pulse width corresponding to the output voltage from the photocoupler PC1, and controls the output voltage to a predetermined voltage by controlling the on / off of the switching element Q2 with this pulse signal.

次に、力率改善回路2について説明する。力率改善回路2は、昇圧チョッパ回路を構成し、平滑コンデンサの両端には、昇圧リアクトルL1とMOSFETからなるスイッチング素子Q1との直列回路が接続されている。スイッチング素子Q1のドレイン−ソース間にはダイオードD1とコンデンサC2との直列回路が接続されている。
整流器DBの出力両端には抵抗R1と抵抗R2との直列回路が接続され、抵抗R1と抵抗R2との接続点は、PFC制御回路10に接続されている。PFC制御回路10は、DC−DCコンバータ回路3のDD制御回路20からMOSFETからなるスイッチング素子Q2のゲートパルス信号(以下、パルス信号と略称する。)を入力して、スイッチング素子Q1のゲートに印加する。PFC制御回路10は、スイッチング素子Q2のパルス信号と整流器DBの整流電圧を抵抗R1と抵抗R2とで分圧した電圧とに基づいてスイッチング素子Q1をオン/オフさせることにより力率を改善する。
Next, the power factor correction circuit 2 will be described. The power factor correction circuit 2 constitutes a step-up chopper circuit, and a series circuit of a step-up reactor L1 and a switching element Q1 composed of a MOSFET is connected to both ends of the smoothing capacitor. A series circuit of a diode D1 and a capacitor C2 is connected between the drain and source of the switching element Q1.
A series circuit of resistors R1 and R2 is connected to both ends of the output of the rectifier DB, and a connection point between the resistors R1 and R2 is connected to the PFC control circuit 10. The PFC control circuit 10 inputs a gate pulse signal (hereinafter abbreviated as a pulse signal) of the switching element Q2 made of a MOSFET from the DD control circuit 20 of the DC-DC converter circuit 3 and applies it to the gate of the switching element Q1. To do. The PFC control circuit 10 improves the power factor by turning on / off the switching element Q1 based on the pulse signal of the switching element Q2 and the voltage obtained by dividing the rectified voltage of the rectifier DB by the resistors R1 and R2.

以下に、力率改善回路2について詳細に説明する。
図10において、抵抗R1と抵抗R2とで構成される検出部11は、交流入力電圧を整流した整流電圧を検出し、検出された整流電圧をダイオードD3のカソードに出力する

PFC制御回路10は、DD制御回路20からのパルス信号(第1パルス信号)を入力し、パルス信号のオンパルスが発生した時に、交流入力電圧を整流した整流電圧に応じたパルス幅を有する遅延パルス信号を発生させ、パルス信号と遅延パルス信号とを合成することによりPFCゲート信号(第2パルス信号)を生成する遅延回路12と、このPFCゲート信号によりスイッチング素子Q1を駆動する駆動回路Q3,Q4,R6と、スイッチング素子Q1に流れる電流を制限するための過電流保護回路R4,R5,C4,Q5,R7,R8,Q6,D4とを有している。
Hereinafter, the power factor correction circuit 2 will be described in detail.
In FIG. 10, the detection unit 11 including a resistor R1 and a resistor R2 detects a rectified voltage obtained by rectifying an AC input voltage, and outputs the detected rectified voltage to the cathode of the diode D3.
The PFC control circuit 10 receives the pulse signal (first pulse signal) from the DD control circuit 20 and has a pulse width corresponding to a rectified voltage obtained by rectifying the AC input voltage when an ON pulse of the pulse signal is generated. A delay circuit 12 that generates a signal and generates a PFC gate signal (second pulse signal) by synthesizing the pulse signal and the delayed pulse signal, and drive circuits Q3 and Q4 that drive the switching element Q1 by the PFC gate signal , R6 and overcurrent protection circuits R4, R5, C4, Q5, R7, R8, Q6, D4 for limiting the current flowing through the switching element Q1.

遅延回路12において、DD制御回路20のスイッチング素子Q2のゲート側端子と整流器DBの負極端子との間には、コンデンサC5と抵抗R13との直列回路が接続されるとともに、抵抗R11と抵抗R12との直列回路が接続されている。   In the delay circuit 12, a series circuit of a capacitor C5 and a resistor R13 is connected between the gate side terminal of the switching element Q2 of the DD control circuit 20 and the negative terminal of the rectifier DB, and a resistor R11 and a resistor R12 are connected. Are connected in series.

抵抗R11と抵抗R12との接続点にはトランジスタQ8のベースが接続され、コンデンサC5と抵抗R13との接続点にはトランジスタQ8のエミッタが接続されている。DD制御回路20のゲート側端子にはトランジスタQ7のエミッタが接続され、トランジスタQ7のベースは、抵抗R10を介してダイオードD3のアノードとトランジスタQ8のコレクタとに接続されている。ダイオードD3のカソードは、抵抗R1と抵抗R2との接続点に接続されている。   The base of the transistor Q8 is connected to the connection point between the resistors R11 and R12, and the emitter of the transistor Q8 is connected to the connection point between the capacitor C5 and the resistor R13. The gate side terminal of the DD control circuit 20 is connected to the emitter of the transistor Q7, and the base of the transistor Q7 is connected to the anode of the diode D3 and the collector of the transistor Q8 via the resistor R10. The cathode of the diode D3 is connected to the connection point between the resistor R1 and the resistor R2.

トランジスタQ7のコレクタは、抵抗R9を介してトランジスタQ3のベースとトランジスタQ4のベースとダイオードD4のアノードとに接続されている。ダイオードD4のカソードは、トランジスタQ5のコレクタと抵抗R8の一端とに接続されている。トランジスタQ5のエミッタは、整流器DBの負極端子に接続され、トランジスタQ5のベースは、抵抗R5の一端と抵抗R7の一端とコンデンサC4の一端に接続されている。   The collector of the transistor Q7 is connected to the base of the transistor Q3, the base of the transistor Q4, and the anode of the diode D4 via the resistor R9. The cathode of the diode D4 is connected to the collector of the transistor Q5 and one end of the resistor R8. The emitter of the transistor Q5 is connected to the negative terminal of the rectifier DB, and the base of the transistor Q5 is connected to one end of the resistor R5, one end of the resistor R7, and one end of the capacitor C4.

駆動回路において、トランジスタQ3のコレクタは、DD制御回路20のゲート側端子に接続され、トランジスタQ3のエミッタはトランジスタQ4のエミッタと抵抗R6の一端とに接続され、抵抗R6の他端はスイッチング素子Q1のゲートに接続されている。トランジスタQ4のコレクタは、整流器DBの負極端子に接続されている。   In the drive circuit, the collector of the transistor Q3 is connected to the gate side terminal of the DD control circuit 20, the emitter of the transistor Q3 is connected to the emitter of the transistor Q4 and one end of the resistor R6, and the other end of the resistor R6 is the switching element Q1. Connected to the gate. The collector of the transistor Q4 is connected to the negative terminal of the rectifier DB.

次にこのように構成された図10に示すPFC制御回路10の動作を、図11〜図13を参照しながら説明する。図11は交流入力電圧を整流した整流後分圧信号である。図12は定格負荷時において、整流後分圧信号のトップ付近Aにおける遅延回路内の各信号のタイミングチャートである。図13は定格負荷時において、整流後分圧信号のボトム付近Bにおける遅延回路内の各信号のタイミングチャートである。   Next, the operation of the PFC control circuit 10 configured as described above and shown in FIG. 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 11 shows a rectified divided signal obtained by rectifying the AC input voltage. FIG. 12 is a timing chart of each signal in the delay circuit near the top A of the divided voltage signal after rectification at the rated load. FIG. 13 is a timing chart of each signal in the delay circuit near the bottom B of the divided voltage signal after rectification at the rated load.

遅延回路12は、DD制御回路20からのパルス信号を入力し、パルス信号のオンパルスが発生した時に、交流入力電圧を整流した整流電圧に基づくトランジスタQ8のコレクタ電圧信号の電圧値に応じたパルス幅を有する遅延パルス信号を発生させ、パルス信号と遅延パルス信号とを合成することによりPFCゲート信号を生成する。PFCゲート信号は、パルス信号のパルス幅より遅延パルス信号のパルス幅だけ狭いパルス幅となる。   The delay circuit 12 receives the pulse signal from the DD control circuit 20 and, when an on-pulse of the pulse signal is generated, the pulse width corresponding to the voltage value of the collector voltage signal of the transistor Q8 based on the rectified voltage obtained by rectifying the AC input voltage Is generated, and the PFC gate signal is generated by combining the pulse signal and the delayed pulse signal. The PFC gate signal has a pulse width that is narrower by the pulse width of the delayed pulse signal than the pulse width of the pulse signal.

遅延回路12は、整流電圧が大きくなるに従って遅延パルス信号のパルス幅を広げ、PFCゲート信号をパルス信号のパルス幅より狭いパルス幅にし、整流電圧が小さくなるに従って遅延パルス信号のパルス幅を狭め、整流電圧がボトム領域になったときに遅延パルス信号のパルス幅をゼロにする。   The delay circuit 12 widens the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage increases, makes the PFC gate signal a pulse width narrower than the pulse width of the pulse signal, narrows the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage decreases, When the rectified voltage reaches the bottom region, the pulse width of the delayed pulse signal is made zero.

まず、図12を参照して、整流後分圧信号のトップ付近Aにおける遅延回路12の動作を説明する。DD制御回路20からのパルス信号aを抵抗R11と抵抗R12とで分圧したc点電圧(パルス分圧信号c)を基準とし、コンデンサC5と抵抗R13とによる微分回路のb点電圧(微分回路信号b)とc点電圧との差電圧がトランジスタQ8のベース−エミッタ間電圧Vbeに達した時にトランジスタQ8はオンする。   First, the operation of the delay circuit 12 near the top A of the rectified divided signal will be described with reference to FIG. Based on the point c voltage (pulse divided signal c) obtained by dividing the pulse signal a from the DD control circuit 20 by the resistors R11 and R12, the point b voltage (differentiating circuit) of the differentiating circuit by the capacitor C5 and the resistor R13. When the difference voltage between the signal b) and the voltage at point c reaches the base-emitter voltage Vbe of the transistor Q8, the transistor Q8 is turned on.

また、整流後分圧信号fのトップ付近Aにおける、抵抗R1と抵抗R2との接続点の整流電圧はe点の電位より高いため、ダイオードD3はオフである。   In addition, since the rectified voltage at the connection point between the resistor R1 and the resistor R2 near the top A of the divided voltage signal f after rectification is higher than the potential at the point e, the diode D3 is off.

このため、DD制御回路20からのパルス信号aがオンになった時刻t1を起点とし、コンデンサC5と抵抗R13による微分回路のb点電圧である微分回路信号bは、図4に示すように、経過時間と共に減少し、c点の電位であるパルス分圧信号cよりトランジスタQ8のベース−エミッタ間電圧Vbeだけ低くなった時刻t2からPFCゲート信号dを出力する。PFCゲート信号dによりトランジスタQ3がオンして、スイッチング素子Q1がオンする。   For this reason, the differentiation circuit signal b, which is the voltage at the point b of the differentiation circuit by the capacitor C5 and the resistor R13, starts from the time t1 when the pulse signal a from the DD control circuit 20 is turned on, as shown in FIG. The PFC gate signal d is output from time t2 which decreases with the elapsed time and becomes lower by the base-emitter voltage Vbe of the transistor Q8 than the pulse divided signal c which is the potential at the point c. The transistor Q3 is turned on by the PFC gate signal d, and the switching element Q1 is turned on.

次に、DD制御回路20からのパルス信号aがゼロになると、スイッチング素子Q1のゲート→トランジスタQ4のエミッタ・ベース→トランジスタQ3のベース・コレクタの経路で電流が流れる。その結果、トランジスタQ4がオンするため、スイッチング素子Q1のゲート電圧がゼロになり、スイッチング素子Q1がオフする。   Next, when the pulse signal a from the DD control circuit 20 becomes zero, a current flows through the path of the gate of the switching element Q1, the emitter and base of the transistor Q4, and the base and collector of the transistor Q3. As a result, since the transistor Q4 is turned on, the gate voltage of the switching element Q1 becomes zero, and the switching element Q1 is turned off.

以上のように、抵抗R1と抵抗R2との接続点fの整流電圧が高い場合には、遅延回路12は、コンデンサC5と抵抗R13との時定数による固定された遅延時間で、PFCゲート信号dを出力する。   As described above, when the rectified voltage at the connection point f between the resistor R1 and the resistor R2 is high, the delay circuit 12 has the PFC gate signal d with a delay time fixed by the time constant between the capacitor C5 and the resistor R13. Is output.

次に、図13を参照して、整流後分圧信号fのボトム付近Bにおける遅延回路12の動作を説明する。図13のトランジスタQ8のコレクタ電圧信号e’の電圧波形は、ゼロボルトに近い値である。   Next, the operation of the delay circuit 12 near the bottom B of the rectified divided signal f will be described with reference to FIG. The voltage waveform of the collector voltage signal e 'of the transistor Q8 in FIG. 13 is a value close to zero volts.

抵抗R1と抵抗R2との接続点fの整流電圧が、DD制御回路20のパルス信号a電圧からトランジスタQ7のベース−エミッタ間電圧VbeとダイオードD3の順方向電圧とを差し引いた電圧以下になると、DD制御回路20のパルス信号a→トランジスタQ7→抵抗R10→ダイオードD3→抵抗R2→グランドの経路で電流が流れる。   When the rectified voltage at the connection point f between the resistor R1 and the resistor R2 becomes equal to or lower than the voltage obtained by subtracting the base-emitter voltage Vbe of the transistor Q7 and the forward voltage of the diode D3 from the pulse signal a voltage of the DD control circuit 20. A current flows through the path of the pulse signal a → the transistor Q7 → the resistor R10 → the diode D3 → the resistor R2 → the ground of the DD control circuit 20.

このため、トランジスタQ7は、DD制御回路20からのパルス信号aがオンになる期間、オン状態になる。従って、時刻t1〜時刻t2の期間にも関わらず、PFCゲート信号d’は、DD制御回路20からのパルス信号aと同期してオン出力する。   For this reason, the transistor Q7 is in an on state during a period in which the pulse signal a from the DD control circuit 20 is on. Therefore, the PFC gate signal d ′ is turned on in synchronization with the pulse signal a from the DD control circuit 20 regardless of the period from time t1 to time t2.

即ち、交流入力電圧を整流した整流電圧がボトム付近Bにある場合には、遅延時間をゼロにし、整流電圧がトップ付近Aにある場合には、予め設定された遅延時間でPFCパルス信号d’をスイッチング素子Q1に出力することで、力率を制御する。
従って、昇圧率が低下し、力率を十分に改善することができる。このため、「ENAGY STAR」の新規格LEVEL Vに適合させて力率を改善し、かつ安価な力率改善回路を提供している。
That is, when the rectified voltage obtained by rectifying the AC input voltage is near the bottom B, the delay time is zero, and when the rectified voltage is near the top A, the PFC pulse signal d ′ is set with a preset delay time. Is output to the switching element Q1 to control the power factor.
Therefore, the boosting rate is reduced, and the power factor can be sufficiently improved. For this reason, the power factor is improved by conforming to the new standard LEVEL V of “ENAGY STAR”, and an inexpensive power factor improvement circuit is provided.

なお、この時の交流入力電圧の整流後分圧信号fとスイッチング素子Q1に流れるドレイン電流PFCIdとの波形を図14に示す。また、交流入力電圧とPFC出力電圧との関係を図15に示す。   FIG. 14 shows waveforms of the rectified divided signal f of the AC input voltage and the drain current PFCId flowing through the switching element Q1 at this time. FIG. 15 shows the relationship between the AC input voltage and the PFC output voltage.

また、負荷電流が軽負荷になった場合、DD制御回路20からのパルス信号aのパルス幅は、DC−DCコンバータ回路3の出力電圧を安定化するために狭くなる。軽負荷時の力率改善回路の各信号の波形を図16に示す。図16の例では、パルス信号aのパルス幅は、時刻t1〜時刻t2の期間である。微分回路による遅延時間は、負荷電流に対して変化しないため、微分回路信号bは、パルス分圧信号cに対して、常に高い電位状態にある。このため、トランジスタQ8はオンしない。   Further, when the load current becomes light, the pulse width of the pulse signal a from the DD control circuit 20 becomes narrower in order to stabilize the output voltage of the DC-DC converter circuit 3. The waveform of each signal of the power factor correction circuit at light load is shown in FIG. In the example of FIG. 16, the pulse width of the pulse signal a is a period from time t1 to time t2. Since the delay time by the differentiating circuit does not change with respect to the load current, the differentiating circuit signal b is always in a high potential state with respect to the pulse divided signal c. For this reason, the transistor Q8 is not turned on.

また、軽負荷によりコンデンサC1の放電電流は少なくて済むためコンデンサC1の充電電圧は入力電圧波形に関わらず大きく変動しない。従って、コンデンサC1の充電電圧の影響により、整流電圧の分圧点fの電圧がパルス信号の電圧よりも高い電圧を保持しているため、トランジスタQ7はオン動作しない。このため、DD制御回路20からのパルス信号のパルス幅が所定の遅延時間以下になると、PFCパルス信号dは出力されない。   Further, since the discharge current of the capacitor C1 can be reduced by a light load, the charging voltage of the capacitor C1 does not vary greatly regardless of the input voltage waveform. Therefore, the transistor Q7 does not turn on because the voltage at the voltage dividing point f of the rectified voltage is higher than the voltage of the pulse signal due to the influence of the charging voltage of the capacitor C1. For this reason, when the pulse width of the pulse signal from the DD control circuit 20 becomes a predetermined delay time or less, the PFC pulse signal d is not output.

即ち、遅延回路は、DC−DCコンバータ回路3の負荷が軽くなるに従ってPFCゲート信号dをパルス信号aのパルス幅より狭いパルス幅にして、DC−DCコンバータ回路3の負荷が所定の負荷電力以下になるとPFCゲート信号dのパルス幅をゼロにする。このため、軽負荷状態では、力率改善回路2の動作は行われず、力率改善回路2の消費電力はなくなり、変換効率を向上できる。   That is, the delay circuit sets the PFC gate signal d to a pulse width that is narrower than the pulse width of the pulse signal a as the load of the DC-DC converter circuit 3 becomes lighter, and the load of the DC-DC converter circuit 3 is less than or equal to a predetermined load power Then, the pulse width of the PFC gate signal d is set to zero. For this reason, in the light load state, the operation of the power factor correction circuit 2 is not performed, the power consumption of the power factor correction circuit 2 is eliminated, and conversion efficiency can be improved.

なお、図10に示す交流入力過電圧補正回路13は、交流入力過電圧時に力率改善回路がそのまま昇圧を続けないように昇圧率を制限するもので、PFC出力電圧に基づき遅延パルス信号のパルス幅を補正する補正回路を構成している。   The AC input overvoltage correction circuit 13 shown in FIG. 10 limits the boosting rate so that the power factor correction circuit does not continue boosting when the AC input overvoltage occurs. The pulse width of the delayed pulse signal is set based on the PFC output voltage. A correction circuit for correction is configured.

特許第4400680号Patent No. 4400680

しかしながら、従来のAC−DCコンバータでは、商用電源を整流した整流電圧に対して、整流電圧に応じたパルス幅を有する遅延パルス信号を発生させていた。ここで、入力電圧100V〜200Vの入力対応としているため、入力電圧100V系では、入力電圧200V系と比較して整流電圧が低い状態が続くため、遅延パルス信号幅がほぼない第2パルス信号を力率改善回路のスイッチング素子を駆動するスイッチ駆動部へ出力していた。すなわち、遅延パルス信号は入力電圧200V系の場合には、整流電圧に応じた遅延パルス信号により第2パルス信号のパルス幅が大きく変化するが、入力電圧100V系の場合には、遅延パルス信号がほぼないので、第2パルス信号のパルス幅に影響は与えない。
ここで、最近のACアダプタの出力電力は、デスクトップ型PCのACアダプタ化などの需要増加により、従来の出力電力をベースに1.5倍程度の定格電力が要求されてきている。しかし、変換効率及び力率も省エネ規制により、同様に法的な規制は変わらない。出力電力が増加した時の条件を考えると、従来の力率改善回路の電流不連続モードでは、力率改善回路のスイッチング素子のスイッチング電流のピーク値が電力の2乗に比例する。従い、図17(b)に示すように、出力電力の増加に伴いスイッチング電流が急増することで、スイッチング素子のスイッチング損失、及び、昇圧コイルの銅損による損失が増加し、変換効率は低下してしまう。
ここで、DC−DCコンバータのトランスの1次/2次巻線の巻回数の比率を変えるなどして、第1パルス信号のパルス幅を広げる調整、或いは力率改善回路のリアクトルのインダクタンス値を調整して、力率改善回路を電流不連続モードから電流連続モードに設計変更することで、力率改善回路のスイッチング電流のピーク値を抑制することができる。
力率改善回路を電流連続モードに設計変更すると、入力電流が大きいAC100V系入力においては、整流電圧のトップ付近においてのみ力率改善回路のスイッチング電流は直流重畳された電流連続モードとなり、ボトム付近は従来の電流不連続モードで動作することになる。
しかし、AC100V系入力においては遅延パルス信号がほとんど発生しないため、力率改善回路の駆動信号である第2パルス信号は、DC−DCコンバータの駆動信号である第1パルス信号と同等のパルス幅となる。
従って、図17(a)に示すように、この整流電圧のトップ付近においてのみ電流値は急増し、力率改善回路の入力電流は正弦波状からトップ付近が突出した歪波形になり、逆に力率及び変換効率を悪化させてしまう。これは、今後要求されつつある省エネ規制(EPA , ErP等)の規制値強化に対して大きな障害となってしまう。
また、整流電圧のトップ付近において、力率改善回路は電流連続モードで動作しており、スイッチング素子Q1がターンオン時のタイミングにてダイオードD1のリカバリ電流が流れて、EMIノイズの発生を伴う。ここで、第2パルス信号と第1パルス信号は同等のパルス幅であるため、力率改善回路のスイッチング素子Q1と、DC−DCコンバータのスイッチング素子Q2のオンオフは同時に行われるので、少なくとも各スイッチング素子のターンオン時のEMIノイズの発生が重なりあい、ノイズが増加してしまう。
また、AC100V系入力の整流電圧のトップからボトム付近にかけて全ての範囲で電流連続モードの設計を行った場合には、力率改善回路のリアクトルのインダクタンス値が小さくなり、スイッチング素子のスイッチング電流のピーク値は増加するので、却って力率改善回路の効率を低下させてしまう。
However, in the conventional AC-DC converter, a delayed pulse signal having a pulse width corresponding to the rectified voltage is generated with respect to the rectified voltage obtained by rectifying the commercial power supply. Here, since the input voltage of 100V to 200V is supported, since the rectified voltage continues to be lower in the input voltage 100V system than in the input voltage 200V system, the second pulse signal having almost no delayed pulse signal width is generated. The power is output to the switch drive unit that drives the switching element of the power factor correction circuit. That is, when the delay pulse signal is an input voltage 200V system, the pulse width of the second pulse signal is greatly changed by the delay pulse signal corresponding to the rectified voltage, but in the case of the input voltage 100V system, the delay pulse signal is Since there is almost no influence on the pulse width of the second pulse signal.
Here, with respect to the output power of recent AC adapters, a rated power about 1.5 times higher than the conventional output power has been required due to an increase in demand such as conversion of desktop PCs to AC adapters. However, the conversion efficiency and the power factor are also not restricted by legal regulations due to the energy saving regulations. Considering the conditions when the output power increases, in the current discontinuous mode of the conventional power factor correction circuit, the peak value of the switching current of the switching element of the power factor correction circuit is proportional to the square of the power. Therefore, as shown in Fig. 17 (b), the switching current suddenly increases as the output power increases, so the switching loss of the switching element and the loss due to the copper loss of the booster coil increase, and the conversion efficiency decreases. End up.
Here, by adjusting the ratio of the number of turns of the primary / secondary winding of the transformer of the DC-DC converter, adjustment of widening the pulse width of the first pulse signal, or the inductance value of the reactor of the power factor correction circuit The peak value of the switching current of the power factor correction circuit can be suppressed by adjusting and changing the design of the power factor improvement circuit from the current discontinuous mode to the current continuous mode.
When the design of the power factor correction circuit is changed to the continuous current mode, in the AC100V system input with a large input current, the switching current of the power factor correction circuit becomes a DC continuous current continuous mode only near the top of the rectified voltage, It will operate in the conventional current discontinuous mode.
However, since almost no delayed pulse signal is generated at the AC100V input, the second pulse signal that is the drive signal of the power factor correction circuit has a pulse width equivalent to that of the first pulse signal that is the drive signal of the DC-DC converter. Become.
Therefore, as shown in FIG. 17 (a), the current value rapidly increases only near the top of the rectified voltage, and the input current of the power factor correction circuit becomes a distorted waveform in which the vicinity of the top protrudes from a sine wave shape. Deteriorate rate and conversion efficiency. This is a major obstacle to strengthening the regulation values of energy conservation regulations (EPA, ErP, etc.) that are being demanded in the future.
Further, near the top of the rectified voltage, the power factor correction circuit operates in the continuous current mode, and the recovery current of the diode D1 flows at the timing when the switching element Q1 is turned on, which causes generation of EMI noise. Here, since the second pulse signal and the first pulse signal have the same pulse width, the switching element Q1 of the power factor correction circuit and the switching element Q2 of the DC-DC converter are turned on and off at the same time. The generation of EMI noise at the time of turn-on of the elements overlaps and noise increases.
In addition, when the continuous current mode design is performed in the entire range from the top to the bottom of the rectified voltage of the AC100V system input, the inductance value of the reactor of the power factor correction circuit becomes small, and the peak of the switching current of the switching element Since the value increases, the efficiency of the power factor correction circuit is reduced instead.

このため、出力電力増大を目的とした定数変更だけでは、米国のEPAが規定する単出力電源における省エネ規制(EPA , ErP等)の規制値、即ち、入力電圧AC115V/230V時の平均効率87%以上、力率規定0.9以上(更に将来的に左記より厳しい要求がある)である規格に適合することが困難となる。   Therefore, only by changing the constant for the purpose of increasing the output power, the regulation value of the energy saving regulations (EPA, ErP, etc.) for the single output power supply defined by the EPA in the United States, that is, the average efficiency of 87% when the input voltage is AC 115V / 230V As described above, it becomes difficult to conform to a standard having a power factor of 0.9 or more (further demanding in the future than the left).

本発明は、省エネ規制(EPA , ErP等)のより確実に適合できる効率及び力率に改善し、簡単でかつ安価な力率改善回路を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a simple and inexpensive power factor correction circuit that improves efficiency and power factor that can more reliably meet energy saving regulations (EPA, ErP, etc.).

前記課題を解決するために、本発明による力率改善回路は、交流電源からの交流入力電圧を整流した整流電圧をスイッチング素子のオン/オフにより昇圧するとともに力率を改善して昇圧出力電圧を、第1パルス信号により駆動されるDC−DCコンバータ回路に出力する力率改善回路であって、
前記DC−DCコンバータ回路の出力電圧に応じたパルス幅の前記第1パルス信号を入力し、前記第1パルス信号のオンパルスが発生した時に、前記整流電圧に応じたパルス幅を有する遅延パルス信号を発生させ、前記第1パルス信号と前記遅延回路からの遅延パルス信号とを合成することにより第2パルス信号を生成する遅延回路と、
前記遅延回路で生成された前記第2パルス信号により前記スイッチング素子を駆動するスイッチ駆動回路と、
前記遅延回路は、前記昇圧出力電圧が予め定められた第1の電圧を超えた場合には前記遅延パルス信号のパルス幅を前記整流電圧が小さくなるに従って狭める補正回路と、を備え、
前記遅延回路は、前記昇圧出力電圧が予め定められた第1の電圧よりも高く設定された第2の電圧を超えた場合には、前記補正回路の遅延パルス信号のパルス幅をより狭いパルス幅に変更する、補正の切替回路を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a power factor correction circuit according to the present invention boosts a rectified voltage obtained by rectifying an AC input voltage from an AC power source by turning on / off a switching element and improves a power factor to increase a boosted output voltage. A power factor correction circuit that outputs to a DC-DC converter circuit driven by a first pulse signal,
When the first pulse signal having a pulse width corresponding to the output voltage of the DC-DC converter circuit is input and an ON pulse of the first pulse signal is generated, a delayed pulse signal having a pulse width corresponding to the rectified voltage is generated. A delay circuit that generates and generates a second pulse signal by combining the first pulse signal and the delayed pulse signal from the delay circuit;
A switch driving circuit for driving the switching element by the second pulse signal generated by the delay circuit;
The delay circuit includes a correction circuit that narrows the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage decreases when the boosted output voltage exceeds a predetermined first voltage,
The delay circuit reduces the pulse width of the delay pulse signal of the correction circuit to a narrower pulse width when the boosted output voltage exceeds a second voltage set higher than a predetermined first voltage. And a correction switching circuit.

また、本発明による力率改善回路は、前記遅延回路は、前記第2パルス信号を、前記第1パルス信号のパルス幅より前記遅延パルス信号のパルス幅だけ狭いパルス幅にすることを特徴とする。   Also, in the power factor correction circuit according to the present invention, the delay circuit makes the second pulse signal have a pulse width narrower than the pulse width of the first pulse signal by the pulse width of the delayed pulse signal. .

また、本発明による力率改善回路は、前記遅延回路は、前記整流電圧が大きくなるに従って前記遅延パルス信号のパルス幅を広げ、前記第2パルス信号を前記第1パルス信号のパルス幅より狭いパルス幅にすることを特徴とする。   In the power factor correction circuit according to the present invention, the delay circuit increases the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage increases, and the second pulse signal is narrower than the pulse width of the first pulse signal. It is characterized by its width.

また、本発明による力率改善回路は、前記遅延回路は、前記整流電圧が小さくなるに従って前記遅延パルス信号のパルス幅を狭め、前記整流電圧がボトム領域になったときに前記遅延パルス信号のパルス幅をゼロにすることを特徴とする前記遅延回路は、前記整流電圧が小さくなるに従って前記遅延パルス信号のパルス幅を狭め、前記整流電圧がボトム領域になったときに前記遅延パルス信号のパルス幅をゼロにすることを特徴とする。   In the power factor correction circuit according to the present invention, the delay circuit narrows the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage becomes smaller, and the pulse of the delayed pulse signal when the rectified voltage becomes the bottom region. The delay circuit is characterized in that the delay circuit narrows the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage becomes smaller, and the pulse width of the delayed pulse signal when the rectified voltage becomes a bottom region. Is zero.

また、本発明による力率改善回路は、前記遅延回路は、前記DC−DCコンバータ回路の負荷が軽くなるに従って前記第2パルス信号を前記第1パルス信号のパルス幅より狭いパルス幅にして、前記DC−DCコンバータ回路の負荷が所定の負荷電力以下になると前記第2パルス信号のパルス幅をゼロにすることを特徴とする。   In the power factor correction circuit according to the present invention, the delay circuit makes the second pulse signal a pulse width narrower than the pulse width of the first pulse signal as the load of the DC-DC converter circuit becomes lighter. When the load of the DC-DC converter circuit becomes a predetermined load power or less, the pulse width of the second pulse signal is made zero.

また、本発明による力率改善回路は、昇圧用リアクトルを備え、前記昇圧出力電圧が予め定められた第1の電圧よりも小さい場合において、前記整流電圧が大きくなるに従って前記昇圧用リアクトルに流れるスイッチング電流が直流重畳するように設定されたことを特徴とする。   The power factor correction circuit according to the present invention includes a boosting reactor, and when the boosted output voltage is smaller than a predetermined first voltage, the switching that flows to the boosting reactor as the rectified voltage increases The current is set so as to be superimposed on a direct current.

本発明によれば、遅延回路が整流電圧に応じたパルス幅を有する遅延パルス信号において、
AC100V系入力時とAC200V系入力時との条件で、遅延パルス信号のパルス幅の入力電圧に応じる比率を切り換えて遅延パルス信号を発生させ、DC−DCコンバータから得る第1パルス信号と遅延パルス信号とを合成することにより力率改善回路の第2パルス信号を生成する。従って、第2パルス信号は、AC100V系入力時とAC200V系入力時と共に、交流を整流した電圧に応じてパルス幅を変化させるオンパルス信号となる。
ここで、AC100V系入力時はAC200V入力時よりも、交流を整流した整流電圧に応じたパルス幅の変化率を大きくさせることで、より力率と効率の改善を行うことができる。即ち、AC100V系入力とAC200V系入力のいづれの入力時でも、交流を整流した整流電圧に応じてパルス幅を変化させた第2パルス信号によりスイッチング素子をオンオフ駆動できるので、省エネ規制(EPA , ErP等)に適合させて、出力電力と連動して効率と力率を改善でき、またEMI等のノイズを抑制し、簡単でかつ安価な力率改善回路を提供することができる。
According to the present invention, in the delayed pulse signal in which the delay circuit has a pulse width corresponding to the rectified voltage,
The first pulse signal and the delayed pulse signal obtained from the DC-DC converter are generated by switching the ratio according to the input voltage of the pulse width of the delayed pulse signal under the condition of the AC100V system input and the AC200V system input. Are combined to generate the second pulse signal of the power factor correction circuit. Therefore, the second pulse signal is an on-pulse signal that changes the pulse width in accordance with the voltage obtained by rectifying the alternating current when the AC 100 V system input and the AC 200 V system input.
Here, when the AC 100 V system is input, the power factor and efficiency can be further improved by increasing the rate of change of the pulse width according to the rectified voltage obtained by rectifying the alternating current as compared with the AC 200 V input. That is, the switching element can be driven on and off by the second pulse signal whose pulse width is changed according to the rectified voltage obtained by rectifying the alternating current, regardless of whether the input is AC100V system input or AC200V system input. Etc.), the efficiency and power factor can be improved in conjunction with the output power, and noise such as EMI can be suppressed to provide a simple and inexpensive power factor correction circuit.

以下、本発明の力率改善回路の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the power factor correction circuit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は実施例1の力率改善回路を含むAC−DCコンバータを示す回路図である。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
図1に示すAC−DCコンバータは、交流電源Vacからの交流入力電圧を整流して整流電圧を出力する整流器DBと、整流器DBの出力端に接続された平滑コンデンサC1と、整流器DBの整流電圧を昇圧するとともに力率を改善する力率改善回路(PFC)2aと、力率改善回路2により昇圧された電圧を安定化した直流電圧に変換して負荷に供給するDC−DCコンバータ回路3とを有している。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating an AC-DC converter including a power factor correction circuit according to the first embodiment. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
The AC-DC converter shown in FIG. 1 rectifies an AC input voltage from an AC power supply Vac and outputs a rectified voltage, a smoothing capacitor C1 connected to the output terminal of the rectifier DB, and a rectified voltage of the rectifier DB. A power factor correction circuit (PFC) 2a that boosts the power factor and improves the power factor, and a DC-DC converter circuit 3 that converts the voltage boosted by the power factor correction circuit 2 into a stabilized DC voltage and supplies it to the load, have.

次に、力率改善回路2aについて説明する。力率改善回路2aは、従来の力率改善回路2に対して、検出部11aとPFC制御回路10aが異なる。すなわち、交流入力電圧を整流した整流電圧を検出する抵抗R1と抵抗R2とで構成される検出部11aには、抵抗R2aが追加され、PFC制御回路10aにはPNPトランジスタQ10が追加されている。   Next, the power factor correction circuit 2a will be described. The power factor improvement circuit 2a differs from the conventional power factor improvement circuit 2 in the detection unit 11a and the PFC control circuit 10a. That is, a resistor R2a is added to the detection unit 11a configured by a resistor R1 and a resistor R2 that detect a rectified voltage obtained by rectifying an AC input voltage, and a PNP transistor Q10 is added to the PFC control circuit 10a.

図1において、抵抗R1と抵抗R2及び抵抗R2aで構成される検出部11aは、交流入力電圧を整流した整流電圧を検出し、検出された整流電圧をダイオードD3のカソードに出力する。ここで、抵抗R2aの両端にはPNPトランジスタQ10のエミッタ端子とコレクタ端子に接続され、後述するようにPNPトランジスタQ10のオンオフ動作切替により、検出された整流電圧値を切替えてダイオードD3のカソードに出力する。   In FIG. 1, a detection unit 11a including a resistor R1, a resistor R2, and a resistor R2a detects a rectified voltage obtained by rectifying an AC input voltage, and outputs the detected rectified voltage to the cathode of the diode D3. Here, both ends of the resistor R2a are connected to the emitter terminal and the collector terminal of the PNP transistor Q10, and the detected rectified voltage value is switched and output to the cathode of the diode D3 by switching the ON / OFF operation of the PNP transistor Q10 as will be described later. To do.

PFC制御回路10aのPNPトランジスタQ10のベース端子は、交流入力過電圧補正回路13aに接続されている。交流入力過電圧補正回路13aは、抵抗R15〜18、トランジスタQ9,ダイオードD5からなる。PFC制御回路10aの抵抗R14の両端には、トランジスタQ9のコレクタ、エミッタ端子が接続され、トランジスタQ9のベース・エミッタ間には抵抗R17が接続され、トランジスタQ9のベース端子には抵抗R16の一端とが接続され、抵抗R14の他端とトランジスタQ9のエミッタ端子と抵抗R17の他端とは整流器DBの負極端子に接続されている。
抵抗R16の他端には抵抗R15の一端と抵抗R18の一端とPNPトランジスタQ10のベース端子とが接続され、抵抗R15の他端は、抵抗R3の一端とダイオードD2のカソードとコンデンサC3の一端とDD制御回路20のVcc電圧端子とに接続されている。抵抗R18の他端は、ダイオードD5のアノードに接続され、ダイオードD5を介してダイオードD2のアノードと補助巻線P2の一端とに接続されている。なお、補助巻線P2の他端は、整流器DBの負極端子に接続されている。
The base terminal of the PNP transistor Q10 of the PFC control circuit 10a is connected to the AC input overvoltage correction circuit 13a. The AC input overvoltage correction circuit 13a includes resistors R15 to R18, a transistor Q9, and a diode D5. The collector and emitter terminals of the transistor Q9 are connected to both ends of the resistor R14 of the PFC control circuit 10a, the resistor R17 is connected between the base and emitter of the transistor Q9, and one end of the resistor R16 is connected to the base terminal of the transistor Q9. The other end of the resistor R14, the emitter terminal of the transistor Q9, and the other end of the resistor R17 are connected to the negative terminal of the rectifier DB.
The other end of the resistor R16 is connected to one end of the resistor R15, one end of the resistor R18, and the base terminal of the PNP transistor Q10. The other end of the resistor R15 is connected to one end of the resistor R3, the cathode of the diode D2, and one end of the capacitor C3. It is connected to the Vcc voltage terminal of the DD control circuit 20. The other end of the resistor R18 is connected to the anode of the diode D5, and is connected to the anode of the diode D2 and one end of the auxiliary winding P2 via the diode D5. The other end of the auxiliary winding P2 is connected to the negative terminal of the rectifier DB.

以上の構成によれば、トランスT1の補助巻線P2の電圧のON−ON電圧(1次巻線P1の電圧と同極性方向の電圧)は、PFC出力電圧に比例したマイナス電圧である。補助巻線P2の電圧のON−ON電圧と+Vcc電圧との直列電圧を抵抗R15と抵抗R18との直列抵抗で分圧し、その直列抵抗の分圧点とグランドGND間の電圧を抵抗R16と抵抗R17とで分圧して検出し、検出された分圧電圧をトランジスタQ9のベースに印加される。
また、前述の抵抗R15と抵抗R18の分圧点hと、検出部11aの抵抗R1及び抵抗R2と抵抗R2aとの直列抵抗の分圧点gとの電位差をPNPトランジスタQ10のエミッタ・ベース間電圧で検出する。ここで、交流入力電圧AC100V系の場合には、検出部11aの直列抵抗の分圧点gの電位と抵抗R15と抵抗R18との分圧点hとの電位差がPNPトランジスタQ10のエミッタ・ベース間電圧未満になるように設定する。すなわち、交流入力電圧AC200V系時にPNPトランジスタQ10がオン状態になるよう、AC100V系の範囲を超え、AC200V系の範囲との間の電圧範囲内で切り替わるように抵抗値を設定する。
なお、図2に交流入力電圧とPFC出力電圧との関係を示す。図2に示すように、PFC出力電圧は交流入力電圧にほぼ比例して上昇する。
According to the above configuration, the ON-ON voltage (the voltage in the same polarity direction as the voltage of the primary winding P1) of the auxiliary winding P2 of the transformer T1 is a negative voltage proportional to the PFC output voltage. The series voltage of the ON-ON voltage of the auxiliary winding P2 and the + Vcc voltage is divided by the series resistance of the resistor R15 and the resistor R18, and the voltage between the voltage dividing point of the series resistor and the ground GND is the resistor R16 and the resistor. The voltage is divided by R17 and detected, and the detected divided voltage is applied to the base of the transistor Q9.
Further, the potential difference between the voltage dividing point h of the resistor R15 and the resistor R18 and the voltage dividing point g of the series resistance of the resistor R1 and the resistor R2 and the resistor R2a of the detection unit 11a is the emitter-base voltage of the PNP transistor Q10. Detect with. Here, in the case of the AC input voltage AC100V system, the potential difference between the potential at the voltage dividing point g of the series resistance of the detecting portion 11a and the voltage dividing point h between the resistors R15 and R18 is the emitter-base of the PNP transistor Q10. Set it to be less than the voltage. That is, the resistance value is set so that the PNP transistor Q10 is turned on during the AC input voltage AC200V system so as to switch within the voltage range between the AC100V system and the AC200V system.
FIG. 2 shows the relationship between the AC input voltage and the PFC output voltage. As shown in FIG. 2, the PFC output voltage rises in proportion to the AC input voltage.

図3に、交流入力電圧と検出部11の出力電圧fであるダイオードD3のカソード電位との関係図を示す。
図3(a)に示すように、AC100V系の場合には検出部11の出力電圧fは、AC200V系に比較して高い比率の電圧を出力する。
また、AC200V系時においては、入力電圧α点を超えた交流入力電圧にてPNPトランジスタQ10がオン状態となって、検出部11の検出電圧は切り替わり、図3(b)に示す特性に移行する。交流入力電圧の振幅が0V付近の入力電圧β点以下になるとPNPトランジスタQ10のエミッタ・ベース間にかかる電圧が閾値未満になりPNPトランジスタQ10はオフし、検出部11の出力電圧fが上昇するが、交流入力電圧は低電圧であるため、遅延パルス信号に影響を与えない。
FIG. 3 shows a relationship diagram between the AC input voltage and the cathode potential of the diode D3 which is the output voltage f of the detection unit 11.
As shown in FIG. 3A, in the case of the AC 100V system, the output voltage f of the detection unit 11 outputs a higher ratio of voltage than that of the AC 200V system.
In the AC200V system, the PNP transistor Q10 is turned on by an AC input voltage exceeding the input voltage α point, and the detection voltage of the detection unit 11 is switched to shift to the characteristics shown in FIG. . When the amplitude of the AC input voltage becomes less than or equal to the input voltage β near 0 V, the voltage applied between the emitter and base of the PNP transistor Q10 becomes less than the threshold value, the PNP transistor Q10 is turned off, and the output voltage f of the detector 11 increases. Since the AC input voltage is a low voltage, the delayed pulse signal is not affected.

次にこのように構成された図1に示すPFC制御回路10の動作を図4〜図6を参照しながら説明する。
図4は交流入力電圧を整流した整流後分圧信号である。図5は定格負荷時において、整流後分圧信号のトップ付近Aにおける遅延回路内の各信号のタイミングチャートである。図6は定格負荷時において、整流後分圧信号のボトム付近Bにおける遅延回路内の各信号のタイミングチャートである。図7は交流入力電圧の整流後分圧信号fとスイッチング素子Q1に流れる電流波形を示すである。
Next, the operation of the PFC control circuit 10 configured as described above and shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 shows a rectified divided signal obtained by rectifying the AC input voltage. FIG. 5 is a timing chart of each signal in the delay circuit near the top A of the divided voltage signal after rectification at the rated load. FIG. 6 is a timing chart of each signal in the delay circuit in the vicinity of the bottom B of the divided voltage signal after rectification at the rated load. FIG. 7 shows a divided waveform signal f after rectification of the AC input voltage and a current waveform flowing through the switching element Q1.

図4に示すように、交流入力電圧100V系において、従来の交流入力電圧を整流した整流後分圧信号よりも、本発明の実施例1の整流後分圧信号の方が大きい値になっている。
図12に示すように、従来では交流入力電圧200V系においてのみ、遅延回路12による遅延パルス信号を発生させて、DD制御回路20からのパルス信号aがオンになった時刻t1を起点とし、遅延パルス信号分遅延させた時刻t2からPFCゲート信号dを出力させて、PFCゲート信号dによりスイッチング素子Q1をオンさせていた。しかし、本実施例では図5に示すように、交流入力電圧100V系でも、交流入力電圧波形のトップ付近Aにおいて遅延回路12による遅延パルス信号を発生させ、PFCゲート信号dのパルス幅を狭くする補正を行う。
As shown in FIG. 4, in the AC input voltage 100V system, the rectified divided signal of Example 1 of the present invention has a larger value than the rectified divided signal obtained by rectifying the conventional AC input voltage. Yes.
As shown in FIG. 12, conventionally, only in the AC input voltage 200V system, the delay pulse signal is generated by the delay circuit 12, and the delay is started from the time t1 when the pulse signal a from the DD control circuit 20 is turned on. The PFC gate signal d is output from the time t2 delayed by the pulse signal, and the switching element Q1 is turned on by the PFC gate signal d. However, in this embodiment, as shown in FIG. 5, even in the AC input voltage 100V system, a delay pulse signal is generated by the delay circuit 12 near the top A of the AC input voltage waveform, and the pulse width of the PFC gate signal d is narrowed. Make corrections.

ここで、DC−DCコンバータ回路3の負荷が従来の1.5倍の電力の場合、DD制御回路20からのパルス信号aの幅も比例して広がる。このため力率改善回路2aのリアクトルL1に流れる電流は増加し、図7に示すように交流入力電圧波形のトップ付近Aにおいて直流重畳する。しかし、前述の交流入力電圧波形のトップ付近AにおいてPFCゲート信号dのパルス幅を狭くする補正がされるので、スイッチング素子Q1のスイッチング電流は抑制され、ほぼ交流入力電圧波形に相似した包絡線状のスイッチング電流になる。
なお、定格負荷時における整流後分圧信号のボトム付近Bにおける遅延回路内の各信号は図6に示すように、検出部11の電位が低いのでトランジスタQ8がオンし、遅延パルス信号は発生しない。
Here, when the load of the DC-DC converter circuit 3 is 1.5 times the conventional power, the width of the pulse signal a from the DD control circuit 20 also increases in proportion. For this reason, the current flowing through the reactor L1 of the power factor correction circuit 2a increases, and as shown in FIG. 7, DC superposition is performed near the top A of the AC input voltage waveform. However, since the correction for narrowing the pulse width of the PFC gate signal d is performed near the top A of the AC input voltage waveform described above, the switching current of the switching element Q1 is suppressed, and the envelope is almost similar to the AC input voltage waveform. Switching current.
As shown in FIG. 6, each signal in the delay circuit in the vicinity of the bottom B of the divided voltage signal after rectification at the rated load has a low potential at the detection unit 11, so that the transistor Q8 is turned on and no delayed pulse signal is generated. .

また、交流入力電圧200V系においては、検出部11の電位fは従来と同様の電位に切り替わり、交流入力電圧波形のトップ付近Aにおいて遅延回路12による遅延パルス信号を発生させ、PFCゲート信号dのパルス幅を狭くする補正を行う。ここで、DC−DCコンバータ回路3の負荷が従来の1.5倍の電力の場合においても、200V系においては入力電圧が100V系よりも2倍高い比率分、入力電流は1/2となるのでリアクトルL1に流れるスイッチング電流は直流重畳に至らない。
図8に、実施例1又は従来の力率改善回路を使用したAC−DCコンバータの出力電力対効率特性を示す。
Further, in the AC input voltage 200V system, the potential f of the detection unit 11 is switched to the same potential as the conventional one, and a delay pulse signal is generated by the delay circuit 12 near the top A of the AC input voltage waveform, and the PFC gate signal d Perform correction to narrow the pulse width. Here, even when the load of the DC-DC converter circuit 3 is 1.5 times higher than that of the conventional load, the input current in the 200V system is ½ that of the input voltage that is twice as high as that in the 100V system. The switching current flowing through L1 does not lead to DC superposition.
FIG. 8 shows the output power versus efficiency characteristics of the AC-DC converter using the first embodiment or the conventional power factor correction circuit.

図9は実施例2の力率改善回路内のPFC制御回路図の詳細図である。実施例1では、検出部11の電圧をダイオードD3でPFC制御回路に入力したが、実施例2では、ダイオードD3をトランジスタQ11で構成する。トランジスタQ11に置きかえることで、検出部11の電圧をより高感度に検出する。   FIG. 9 is a detailed diagram of a PFC control circuit diagram in the power factor correction circuit according to the second embodiment. In the first embodiment, the voltage of the detection unit 11 is input to the PFC control circuit by the diode D3. However, in the second embodiment, the diode D3 is configured by the transistor Q11. By replacing the transistor Q11, the voltage of the detection unit 11 is detected with higher sensitivity.

このように実施例1乃至実施例2によれば、交流入力電圧に応じてオンパルス幅が変化したPFCゲート信号によりスイッチング素子Q1を駆動できるので、省エネ規制(EPA , ErP等)に適合させて力率を改善でき、簡単でかつ安価な力率改善回路を提供することができる。   As described above, according to the first and second embodiments, the switching element Q1 can be driven by the PFC gate signal whose on-pulse width is changed according to the AC input voltage, so that the force can be adjusted in accordance with the energy saving regulations (EPA, ErP, etc.). It is possible to provide a simple and inexpensive power factor correction circuit that can improve the rate.

また、力率及びPFC出力電圧の昇圧量を制御でき、力率改善回路専用の制御ICを使用することなく簡単で安価で高効率のアクティブフィルターを構成できる。   Further, the boosting amount of the power factor and the PFC output voltage can be controlled, and a simple, inexpensive and highly efficient active filter can be configured without using a control IC dedicated to the power factor correction circuit.

また、交流入力電圧を整流した整流電圧に応じて遅延パルス信号のパルス幅が変化するので、発振周波数が固定で且つスイッチング素子がオンする期間のジッター効果があり、EMI等のノイズ発生を抑えられる。特に、入力電圧が100V系の場合における、交流入力電圧波形のトップ付近Aにおいて直流重畳した場合には、遅延パルス信号による力率改善回路のスイッチング素子Q1がオンするタイミングはDC−DCコンバータ回路3のスイッチング素子Q2のオンするタイミングよりも遅延するため、スイッチング素子によるEMIのノイズ発生を分散して抑えることができる。   In addition, since the pulse width of the delayed pulse signal changes according to the rectified voltage obtained by rectifying the AC input voltage, there is a jitter effect during the period when the switching frequency is on and the oscillation frequency is fixed, and generation of noise such as EMI can be suppressed . In particular, in the case where the input voltage is a 100V system, when the direct current is superimposed near the top A of the alternating current input voltage waveform, the timing when the switching element Q1 of the power factor correction circuit based on the delayed pulse signal is turned on is the DC-DC converter circuit 3 Therefore, the generation of EMI noise by the switching elements can be dispersed and suppressed.

実施例1の力率改善回路を含むAC−DCコンバータを示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating an AC-DC converter including a power factor correction circuit according to Embodiment 1. FIG. 実施例1の交流入力電圧とPFC出力電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the alternating current input voltage of Example 1, and a PFC output voltage. 交流入力電圧を整流した整流後分圧信号を示す図である。It is a figure which shows the divided voltage signal after rectification | rectification which rectified the alternating current input voltage. 実施例1及び従来技術の交流入力電圧AC100V系における、交流入力電圧を整流した整流後分圧信号を示す図である。It is a figure which shows the divided voltage signal after the rectification | rectification which rectified the alternating current input voltage in Example 1 and alternating current input voltage AC100V type | system | group of a prior art. 実施例1の定格負荷時において、整流後分圧信号のトップ付近における遅延回路内の各信号のタイミングチャートである。6 is a timing chart of each signal in the delay circuit in the vicinity of the top of the divided voltage signal after rectification at the rated load of the first embodiment. 実施例1の定格負荷時において、整流後分圧信号のボトム付近における遅延回路内の各信号のタイミングチャートである。6 is a timing chart of each signal in the delay circuit in the vicinity of the bottom of the divided voltage signal after rectification at the rated load of the first embodiment. 実施例1の交流入力電圧の交流入力電圧AC100V系における、整流後分圧信号fとスイッチング素子Q1に流れるドレイン電流PFCIdとの波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the rectified partial pressure signal f and the drain current PFCId which flows into the switching element Q1 in the alternating current input voltage AC100V type | system | group of alternating current input voltage of Example 1. FIG. 実施例1又は従来の力率改善回路を使用したAC−DCコンバータの交流入力電圧AC100V系における出力電力対効率特性図である。It is an output power versus efficiency characteristic diagram in the AC input voltage AC100V system of the AC-DC converter using the first embodiment or the conventional power factor correction circuit. 実施例2の力率改善回路内のPFC制御回路図の詳細図である。FIG. 10 is a detailed diagram of a PFC control circuit diagram in the power factor correction circuit according to the second embodiment. 従来の力率改善回路を含むAC−DCコンバータを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the AC-DC converter containing the conventional power factor improvement circuit. 従来技術の交流入力電圧を整流した整流後分圧信号を示す図である。It is a figure which shows the divided voltage signal after rectification | rectification which rectified the alternating current input voltage of the prior art. 従来技術の定格負荷時において、整流後分圧信号のトップ付近における遅延回路内の各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal in the delay circuit in the vicinity of the top of the divided voltage signal after rectification at the rated load of the prior art. 従来技術の定格負荷時において、整流後分圧信号のボトム付近における遅延回路内の各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal in the delay circuit near the bottom of the divided voltage signal after rectification at the rated load of the prior art. 従来技術の交流入力電圧の整流後分圧信号fとスイッチング素子Q1に流れる電流波形を示すである。It is the divided voltage signal f after the rectification of the alternating current input voltage of the prior art and the current waveform flowing through the switching element Q1. 従来技術の交流入力電圧とPFC出力電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the alternating current input voltage and PFC output voltage of a prior art. 従来技術の軽負荷時の力率改善回路の各信号の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of each signal of the power factor improvement circuit at the time of the light load of a prior art. 従来技術において、負荷電力を1.5倍に増加した場合の入力電流波形を示す図である。In a prior art, it is a figure which shows an input current waveform at the time of increasing load electric power 1.5 times.

Vac 交流電源
DB 整流器
T1 トランス
P1 1次巻線
S1 2次巻線
P2 補助巻線
L1 昇圧リアクトル
D1〜D5 ダイオード
Q1,Q2 スイッチング素子
Q3〜Q11 トランジスタ
C2,C12 平滑コンデンサ
C1,C3,C4 コンデンサ
R1〜R19 抵抗
PC1 フォトカプラ
2,2a,2b 力率改善回路
3 DC−DCコンバータ回路
10,10a,10b PFC制御回路
11,11a 検出部
12 遅延回路
13,13a 交流入力過電圧補正回路
20 DD制御回路
Vac AC power supply DB Rectifier T1 Transformer P1 Primary winding S1 Secondary winding P2 Auxiliary winding L1 Boosting reactors D1-D5 Diodes Q1, Q2 Switching elements Q3-Q11 Transistors C2, C12 Smoothing capacitors C1, C3, C4 Capacitors R1- R19 Resistor PC1 Photocoupler 2, 2a, 2b Power factor correction circuit 3 DC-DC converter circuit 10, 10a, 10b PFC control circuit 11, 11a Detection unit 12 Delay circuit 13, 13a AC input overvoltage correction circuit 20 DD control circuit

Claims (6)

交流電源からの交流入力電圧を整流した整流電圧をスイッチング素子のオン/オフにより昇圧するとともに力率を改善して昇圧出力電圧を、第1パルス信号により駆動されるDC−DCコンバータ回路に出力する力率改善回路であって、
前記DC−DCコンバータ回路の出力電圧に応じたパルス幅の前記第1パルス信号を入力し、前記第1パルス信号のオンパルスが発生した時に、前記整流電圧に応じたパルス幅を有する遅延パルス信号を発生させ、前記第1パルス信号と前記遅延回路からの遅延パルス信号とを合成することにより第2パルス信号を生成する遅延回路と、
前記遅延回路で生成された前記第2パルス信号により前記スイッチング素子を駆動するスイッチ駆動回路と、
前記遅延回路は、前記昇圧出力電圧が予め定められた第1の電圧よりも小さい場合には前記遅延パルス信号のパルス幅を前記整流電圧が小さくなるに従って狭める補正回路と、
前記遅延回路は、前記昇圧出力電圧が予め定められた第1の電圧よりも高く設定された予め定められた第2の電圧を超えた場合には、前記補正回路の遅延パルス信号のパルス幅をより狭いパルス幅に変更する、補正の切替回路を備えることを特徴とする力率改善回路。
The rectified voltage obtained by rectifying the AC input voltage from the AC power source is boosted by turning on / off the switching element, and the power factor is improved to output the boosted output voltage to the DC-DC converter circuit driven by the first pulse signal. A power factor correction circuit,
When the first pulse signal having a pulse width corresponding to the output voltage of the DC-DC converter circuit is input and an ON pulse of the first pulse signal is generated, a delayed pulse signal having a pulse width corresponding to the rectified voltage is generated. A delay circuit that generates and generates a second pulse signal by combining the first pulse signal and the delayed pulse signal from the delay circuit;
A switch driving circuit for driving the switching element by the second pulse signal generated by the delay circuit;
The delay circuit includes a correction circuit that narrows the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage decreases when the boosted output voltage is smaller than a predetermined first voltage;
The delay circuit increases the pulse width of the delay pulse signal of the correction circuit when the boosted output voltage exceeds a predetermined second voltage set higher than a predetermined first voltage. A power factor correction circuit comprising a correction switching circuit for changing to a narrower pulse width.
前記遅延回路は、前記第2パルス信号を、前記第1パルス信号のパルス幅より前記遅延パルス信号のパルス幅だけ狭いパルス幅にす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 the delay circuit makes the second pulse signal have a pulse width narrower than a pulse width of the first pulse signal by a pulse width of the delay pulse signal. 前記遅延回路は、前記整流電圧が大きくなるに従って前記遅延パルス信号のパルス幅を広げ、前記第2パルス信号を前記第1パルス信号のパルス幅より狭いパルス幅にすることを特徴とする請求項1乃至請求項2のいずれか1項記載の力率改善回路。   The delay circuit widens the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage increases, and makes the second pulse signal a pulse width narrower than the pulse width of the first pulse signal. The power factor correction circuit according to claim 2. 前記遅延回路は、前記整流電圧が小さくなるに従って前記遅延パルス信号のパルス幅を狭め、前記整流電圧がボトム領域になったときに前記遅延パルス信号のパルス幅をゼロにすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の力率改善回路。   The delay circuit narrows the pulse width of the delayed pulse signal as the rectified voltage decreases, and sets the pulse width of the delayed pulse signal to zero when the rectified voltage reaches a bottom region. The power factor correction circuit according to any one of claims 1 to 3. 前記遅延回路は、前記DC−DCコンバータ回路の負荷が軽くなるに従って前記第2パルス信号を前記第1パルス信号のパルス幅より狭いパルス幅にして、前記DC−DCコンバータ回路の負荷が所定の負荷電力以下になると前記第2パルス信号のパルス幅をゼロにすることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項記載の力率改善回路。   The delay circuit sets the second pulse signal to a pulse width narrower than the pulse width of the first pulse signal as the load of the DC-DC converter circuit becomes lighter, and the load of the DC-DC converter circuit is a predetermined load. 5. The power factor correction circuit according to claim 1, wherein the pulse width of the second pulse signal is set to zero when the power is equal to or lower than electric power. 前記力率改善回路は、昇圧用リアクトルを備え、前記昇圧出力電圧が予め定められた第1の電圧よりも小さい場合において、前記整流電圧が大きくなるに従って前記昇圧用リアクトルに流れるスイッチング電流が直流重畳するように設定されたことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の力率改善回路。   The power factor correction circuit includes a boosting reactor, and when the boosted output voltage is smaller than a predetermined first voltage, the switching current flowing through the boosting reactor is DC superimposed as the rectified voltage increases. The power factor correction circuit according to claim 1, wherein the power factor correction circuit is set to
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