JP5649158B2 - 力率改善(pfc)コンバータで用いられるコントローラ、および力率改善(pfc)回路を制御する方法 - Google Patents
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Description
開示の分野
本発明は概して電源に関し、より具体的には、この発明は力率改善を行なう電源に関する。
電源は通常、電気コンセントによって提供された交流(「ac」)電力を直流(「dc」)に変換して電気装置または負荷に供給するために用いられる。電源設計の1つの重要な考慮すべき事項は、ac入力電圧波形に対する、ac電源から引込まれた入力電流の形状および位相である。ac電源の電圧波形は、名目上、正弦波である。しかしながら、多くのスイッチング電源がac源に与える非線形の負荷のために、電源がac源から引込む電流の波形は、非正弦波であり、および/またはac源電圧波形とは位相がずれている。これは、ac電源配電系統の損失の増大に繋がり、世界各地で、現在では、電源が引込む電流が確実に正弦波であり、かつ、ac電圧波形と位相が合うように電源製造業者に強要する立法上のまたは自発的な要件の主題になっている。
本発明の一局面において、説明の目的で本明細書に開示される方法および装置は、パワーコンバータを用いて入力電流波形の力率改善を行なう。以下の説明では、本発明を完全に理解できるようにするために、多くの具体的な詳細について記載している。しかしながら、本発明を実施するために具体的な詳細を利用する必要がないことは当業者にとって明白である。本発明を曖昧にすることを避けるために、実施に関連する周知の方法については詳細に記載しなかった。
号も変化させる。コントローラは、出力電圧を名目値に戻すために、エラー信号のこの変化に応答してパワーコンバータの動作を修正する。
ンであるときにはエネルギ蓄積素子114を流れ、パワースイッチSW118がオフである時間のうち少なくとも一部の間は、エネルギ蓄積素子114および出力ダイオードD1128を流れる。したがって、示される例では、エネルギ蓄積インダクタL1114は、本発明の教示によれば、パワースイッチSW118のスイッチングに応答して、エネルギをパワーコンバータ100の出力に伝達する。したがって、この例では、パワーコンバータ100は、ac電圧の供給源から負荷126にエネルギを伝達するように結合され、流れるエネルギの大きさは負荷の大きさの関数であり、一例では、出力電圧VOUT124および出力電流IOUT150の関数である。
提供する。コントローラ102は、積分器出力信号157がしきい値に達するとパワースイッチ118のオン期間を終了させるように結合される。一例では、このしきい値は、エラー増幅器153の出力信号158の値である。この例では、積分器回路154の利得は、負荷126の大きさが実質的に一定であるときにac入力電圧106の大きさから独立して出力信号157のしきい値が実質的に一定であるように電圧検知信号159に応答する。
なければならないためである。電力=V2/Rであるので、コンバータ100がac源に与える実効抵抗Rは、入力電圧VG106の二乗関数として増えなければならない。入力電圧から独立して実質的に一定のエラー増幅器158出力信号を維持するために、積分器154の利得は、入力電圧106の入力ピーク値/二乗平均平方根値または平均値の二乗に比例して変更されて、入力電圧VG106が増大するにつれて入力電流IIN111が低くなるにもかかわらず、パワースイッチ118オン期間が終了する時点での積分器出力電圧は、入力電圧VG106から独立して、確実に実質的に一定になる。なお、コントローラ102の実現例では、電圧検知信号159は、入力電圧信号130の二乗関数への近似であってもよい。一例では、電圧検知信号159は、入力電圧信号130の二乗関数への折れ線近似である。
18のスイッチング期間を増大させる効果を有する。他の実施例では、信号284の電圧は、エラー電圧信号VERR258の値のある1つの範囲では一定に保持され、別の範囲では変更されることができ、その結果、パワースイッチ218の平均スイッチング周波数は、ある特定の負荷範囲にわたって一定に保持され、別の負荷範囲では変更されることが理解される。さらに、平均パワースイッチ218スイッチング周波数の変更は、負荷の関数として非線形または段階的になされ得ることが理解される。
HL915とは相当に異なっている。これは、積分されたエラー信号出力波形957および918がac入力電圧次第で非常に異なるために起こる。高入力ac電圧で正確なパワースイッチオン期間TonHL917を達成するために、ローラインでの値958と比較して、ハイラインではエラー信号915を大幅に低減しなければならない。
より具体的には、この例では、発生した信号は、ピーク/二乗平均平方根または平均入力電圧の二乗に比例する。次に、プロセスブロック1211において、フィードバック信号に応答するエラー信号を発生させる。プロセスブロック1212において、パワースイッチ118をオンにする。プロセスブロック1213において、ブロック1210において発生した入力電圧信号の値によって一部設定された利得を有するたとえば積分器154などの積分器回路によって、パワースイッチ電流に応答する信号、たとえば信号164を積分する。決定ブロック1214において、積分器出力信号をエラー信号と比較する。積分器出力信号がエラー信号よりも大きくなければ、プロセスブロック1213において積分を継続する。しかしながら、積分器出力信号がエラー信号よりも大きい場合、ブロック1215において、たとえばパワースイッチ118などのパワースイッチをオフにして、積分器回路をリセットする。決定ブロック1216において、パワースイッチオフ期間がいつ完了するか判断する。パワースイッチオフ期間が完了すると、フローチャートはブロック1210に戻る。
負荷、154 積分器、156 パワースイッチオン/オフ論理
Claims (21)
- 力率改善(PFC)コンバータで用いられるコントローラであって、
パワースイッチに結合されたエネルギ伝達素子に結合された前記PFCコンバータの入力に結合されたac電圧源の大きさに応答する電圧検知信号を受取るように結合された積分器を備え、前記積分器は、前記パワースイッチがオンであるときに前記パワースイッチに流入する電流に応答する電流検知信号を受取るようにさらに結合され、前記積分器は、前記電圧検知信号および前記電流検知信号に応答して積分器出力信号を発生させ、前記コントローラはさらに、
前記パワースイッチをオンおよびオフに駆動して、前記PFCコンバータの出力に結合された負荷への、前記エネルギ伝達素子を通るエネルギの伝達を制御するように結合されたオン/オフ論理を備え、前記オン/オフ論理は、前記積分器出力信号がしきい値に達すると前記パワースイッチのオン期間を終了させるように結合され、前記積分器の利得は、前記しきい値が、前記負荷の大きさが一定であるときに前記ac電圧源の大きさから独立して実質的に一定であるように、前記電圧検知信号に応答して調整される、コントローラ。 - 力率改善(PFC)コンバータで用いられるコントローラであって、
パワースイッチに結合されたエネルギ伝達素子に結合された前記PFCコンバータの入力に結合されたac電圧源の大きさに応答する電圧検知信号を受取るように結合された積分器を備え、前記積分器は、前記パワースイッチがオンであるときに前記パワースイッチに流入する電流に応答する電流検知信号を受取るようにさらに結合され、前記積分器は、前記電圧検知信号および前記電流検知信号に応答して積分器出力信号を発生させ、前記コントローラはさらに、
基準電圧、および前記PFCコンバータのdc出力電圧の大きさに応答するフィードバック信号を受取るように結合されたエラー増幅器を備え、前記エラー増幅器は、エラー信号を発生させ、前記コントローラはさらに、
前記パワースイッチをオンおよびオフに駆動して、前記PFCコンバータの出力に結合された負荷への、前記エネルギ伝達素子を通るエネルギの伝達を制御するように結合されたオン/オフ論理を備え、前記オン/オフ論理は、前記積分器出力信号の大きさが前記エラー信号の大きさを超えると前記パワースイッチのオン期間を終了させるように結合され、前記積分器の利得は、パワースイッチオン期間が終了したときの前記積分器出力信号の大きさが、前記負荷の大きさが一定であるときに前記ac電圧源の大きさから独立して実質的に一定であるように、前記電圧検知信号に応答する、コントローラ。 - 力率改善(PFC)コンバータで用いられるコントローラであって、
パワースイッチに結合されたエネルギ伝達素子に結合された前記PFCコンバータの入力に結合されたac電圧源の大きさに応答する電圧検知信号を受取るように第1の入力を結合させた積分器と、
前記PFCコンバータのdc出力電圧の大きさに応答するフィードバック信号を受取るように第1の入力を結合させたエラー増幅器とを備え、前記エラー増幅器は、基準電圧を受取るように第2の入力を結合させ、前記積分器は、第2の入力を前記エラー増幅器の出力に結合させ、前記コントローラはさらに、
積分器出力信号を受取るように前記積分器の出力に第1の入力を結合させた比較器を備え、前記比較器は、前記エラー増幅器の前記出力と、前記パワースイッチがオンであるときに前記パワースイッチに流入する電流を表わす電流検知信号とに応答する第2の信号を受取るように第2の入力を結合させ、前記コントローラはさらに、
前記パワースイッチをオンおよびオフに駆動して、前記PFCコンバータの出力に結合された負荷への、前記エネルギ伝達素子を通るエネルギの伝達を制御するように結合されたオン/オフ論理を備え、前記オン/オフ論理は、前記第2の信号の大きさおよび前記積分器出力信号の大きさが実質的に等しい値を有するときに前記パワースイッチのオン期間を終了させるように結合され、前記積分器の利得は、前記パワースイッチの前記オン期間中の前記積分器出力信号の変化の割合が、前記ac電圧源の大きさから独立して実質的に一定であるように、前記電圧検知信号に応答する、コントローラ。 - 前記電圧検知信号は、acサイクル中の前記ac電圧源のピーク値に応答する、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- 前記電圧検知信号は、前記ac電圧源の二乗平均平方根値に応答する、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- 前記電圧検知信号は、前記ac電圧源の平均値に応答する、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- 前記コントローラおよびパワースイッチは、混成回路として単一のパッケージに集積される、請求項1または2に記載のコントローラ。
- 前記コントローラおよびパワースイッチは、単一のダイ上にモノリシックに集積される、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- 前記電流検知信号は、前記パワースイッチの検知FET素子によって発生した信号から導き出される、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- 前記電流検知信号は、前記パワースイッチに結合された検知抵抗器の両端で発生した電圧信号から導き出される、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- 前記電流検知信号は、前記パワースイッチがオン状態であるときに前記パワースイッチの両端で発生した電圧信号から導き出される、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- 前記電流検知信号は、前記パワースイッチがオン状態であるときに前記パワースイッチの検知FET部分によって発生する検知FET信号から導き出される、請求項1に記載のコントローラ。
- パワーコンバータは昇圧コンバータであり、前記エネルギ伝達素子はインダクタである、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- パワーコンバータはフライバックコンバータであり、前記エネルギ伝達素子は変圧器である、請求項1、2または3に記載のコントローラ。
- 前記パワースイッチに結合された前記エネルギ伝達素子に結合された前記PFCコンバータの前記入力に結合された前記ac電圧源の大きさに応答する入力電圧信号を受取るように結合された電圧センサをさらに備え、前記電圧センサは、前記入力電圧信号に応答する前記電圧検知信号を発生させる、請求項1または2に記載のコントローラ。
- 基準電圧および前記PFCコンバータのdc出力電圧の大きさに応答するフィードバック信号を受取るように結合されたエラー増幅器をさらに備え、前記しきい値は、前記エラー増幅器の出力値である、請求項1に記載のコントローラ。
- 前記エラー増幅器からの前記しきい値および前記積分器出力信号を受取る比較器をさらに備え、前記比較器の出力は、前記積分器出力信号が前記しきい値に達すると前記オン/オフ論理に前記パワースイッチの前記オン期間を終了させるように結合される、請求項16に記載のコントローラ。
- 前記エラー信号および前記積分器出力信号を受取る比較器をさらに備え、前記比較器の出力は、前記積分器出力信号の大きさが前記エラー信号の大きさを超えると、前記オン/オフ論理に前記パワースイッチの前記オン期間を終了させるように結合される、請求項2に記載のコントローラ。
- パワーコンバータは昇圧コンバータであり、前記エネルギ伝達素子はインダクタである、請求項3に記載のコントローラ。
- 力率改善(PFC)回路を制御する方法であって、
ac電圧源を検知し、それに応答して電圧検知信号を発生させるステップと、
フィードバック信号に応答してエラー信号を発生させるステップと、
パワースイッチをオンにするステップと、
積分器出力信号を発生させるために、前記電圧検知信号に応答する利得を有する積分器で、前記パワースイッチにおけるスイッチ電流を積分するステップと、
前記積分器出力信号が前記エラー信号に達する値が、負荷の大きさが一定であるときに前記ac電圧源の大きさから独立して実質的に一定であるように、前記電圧検知信号に応答して前記利得を調整するステップと、
前記積分器出力信号が前記エラー信号に達すると前記パワースイッチのオン期間を終了させるステップとを備える、方法。 - 力率改善(PFC)回路を制御する方法であって、
ac電圧源を検知し、それに応答して電圧検知信号を発生させるステップと、
フィードバック信号に応答してエラー信号を発生させるステップと、
パワースイッチをオンにするステップと、
積分器出力信号を発生させるために、前記電圧検知信号に応答する利得を有する積分器で前記エラー信号を積分するステップと、
前記パワースイッチの前記オン期間中の前記積分器出力信号の変化の割合が、前記ac電圧源の大きさから独立して実質的に一定であるように、前記電圧検知信号に応答して前記利得を調整するステップと、
第2のエラー信号を発生させるために、利得率を乗じたスイッチ電流検知信号を前記エラー信号から減算するステップと、
前記積分器出力信号の大きさが前記第2のエラー信号よりも大きい場合に前記パワースイッチのオン期間を終了させるステップとを備える、方法。
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