JPH09266670A - 複結合一次巻線を備える入力高調波電流補正ａｃ−ｄｃ変換器 - Google Patents

複結合一次巻線を備える入力高調波電流補正ａｃ−ｄｃ変換器

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JPH09266670A JP8285877A JP28587796A JPH09266670A JP H09266670 A JPH09266670 A JP H09266670A JP 8285877 A JP8285877 A JP 8285877A JP 28587796 A JP28587796 A JP 28587796A JP H09266670 A JPH09266670 A JP H09266670A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高調波除去効果を損なうことなく制御回路およ
び高調波スイッチをそれぞれ１個にして単純化したＡＣ
−ＤＣ変換器を提供する。 【解決方法】電力スイッチ、磁性素子、制御ループおよ
び蓄積キャパシタをそれぞれ１個だけ用いて構成したＡ
Ｃ−ＤＣ変換器により８０％以上の力率補正と７５％以
上の効率を達成する。上記磁気素子は第１の一次巻線、
第２の一次巻線および少なくとも一つの二次巻線を備え
る変圧器である。ＡＣ入力電流の周期の第１の期間中
に、蓄積キャパシタに蓄積ずみのエネルギーで上記第２
の一次巻線を付勢する。またＡＣ入力電流の周期の第２
の期間中に、ＡＣ入力端子からの入力電流のエネルギー
で第１の一次巻線を付勢する。その結果、このＡＣ−Ｄ
Ｃ変換器は入力電圧のピーク値到達時点よりも前の長い
期間および同時点よりもあとの長い期間にわたり入力電
流を取り込む。したがって、入力電流基本波を基準とし
た入力電流高調波の大きさを単一の磁性素子内蔵のＡＣ
−ＤＣ変換器により減少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はＡＣ−ＤＣ変換器
に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】ＡＣ配電線から電力を
受けるＡＣ−ＤＣ変換器は正弦波状の配電線電圧を整流
してそのエネルギーをキャパシタに蓄積することが多
い。キャパシタは一般に配電線電圧ピーク値まで充電さ
れるので入力電圧がピーク値近傍になったときだけ電流
が電源装置に流入する。そのために、電源装置への入力
電流の波形は配電線電力基本周波数とその基本周波数の
整数倍（高調波）との組合せになる。これら高調波入力
電流の大きさは基本周波数入力電流の大きさに対する百
分比がかなり大きくなり得る。したがって、高調波入力
電流はその配電線に接続してある他の高感度装置に干渉
する歪を生じたり、配電ネットワーク素子に蓄積されて
それら素子に望ましくない負担をかける歪を生じたりす
ることがある。
【０００３】「力率補正」（ＤＦＣ）法と呼ばれる手法
を用い、入力電流の近似値正弦波への変換によって、入
力電流の高調波成分を削減することができる。しかし、
そのような力率補正回路は一般に複雑である。
【０００４】図１（従来技術）はそのような力率補正回
路の一例の概略図を示す。インダクタ１と高周波スイッ
チ２とダイオード３と電流検出抵抗器４と制御回路５と
を含む昇圧変換器が配電線端子６と蓄積用キャパシタ７
との間に挿入してある。第１の制御回路５でスイッチ２
の伝導を変調し、入力電流の波形を正弦波に近似させ
る。変圧器８と高周波スイッチ９と制御回路１０と出力
整流器１１とを含む分離ＤＣ−ＤＣ変換器は電圧源とし
て蓄積キャパシタ７を利用し、キャパシタ電圧を使用可
能なＤＣ出力電圧レベルに変換し、その出力電圧を出力
端子１２に生ずる。このＤＣ−ＤＣ変換器の制御回路１
０はスイッチ９の伝導に変調をかける。
【０００５】上述の従来技術の力率補正回路は種々の用
途に満足すべき性能を発揮しているが、二つの個別のス
イッチ２および９、並びに二つの個別の制御回路５およ
び１０のために複雑になりコストが嵩む。一方、高調波
をほぼ全部除去する必要のある用途は多くなく、工業標
準の設定値以下に高調波を減らせば十分である用途が大
部分である。したがって、より低廉なＡＣ−ＤＣ変換
器、すなわち高調波を低減した出力電流を生ずるものの
二つの制御回路および二つのスイッチは必要としないＡ
Ｃ−ＤＣ変換器に対する需要が高まっている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明のＡＣ−ＤＣ変
換器は、電力切換スイッチ、磁気素子、制御ループおよ
び蓄積キャパシタをそれぞれ１個だけ用いて、７５パー
セント以上の効率で８０パーセント以上の力率補正を達
成する。必要となる唯一の磁気素子は、第１の一次巻線
と第２の一次巻線と少なくとも一つの二次巻線とを有す
る変圧器である。ＡＣ入力電流の一周期の第１の期間中
にこの第２の一次巻線を蓄積キャパシタに蓄積ずみのエ
ネルギーで付勢する。その結果、この発明のＡＣ−ＤＣ
変換器は入力電圧がピーク値に達する時点までの長い期
間にわたり、また入力電圧がピーク値に達した時点後の
長い期間にわたり入力電流をとり込む。したがって、入
力電流基本波に対する入力電流高調波の大きさは、磁気
素子を１個だけ備えるＡＣ−ＤＣ変換器にしては低減さ
れている。リプルや雑音の濾波のために別個の磁気素子
を追加することもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】図２は入力端子１０１へのＡＣ電
力を出力端子１０２へのＤＣ電力出力に変換する電力変
換器１００の単純化した回路図である。この電力変換器
１００は一次回路１０３と、二次回路１０４と、制御回
路１０５とを含む。整流用ブリッジダイオード１０６−
１０９はＡＣ電力配電線からの入力端子１０１で受けた
ＡＣ電圧を整流する。電力変換器１００は１個だけのス
イッチ素子（パワーＦＥＴ１００）と１個だけの磁気素
子（変圧器１１１）とを備える。この変圧器１１１は二
つの一次巻線１１２および１１３と二次巻線１１４とを
備える。一次巻線１１２は巻数Ｎ１、一次巻線１１３は
巻数Ｎ２、二次巻線１１４は巻数Ｎ３をそれぞれ備え
る。一次回路のダイオード１１５−１１７はパワースイ
ッチ１１０が導通状態のときにどちらの一次巻線を付勢
するかを決める。蓄積キャパシタ１１８は配電線電圧が
低いときにこの電力変換器を動作させるエネルギーを供
給する。
【０００８】二次回路１０４は変圧器二次巻線１１４か
らの電流を整流するための整流回路１１９および１２０
を備える。制御回路１０５は出力端子１０２両端の調整
ずみＤＣ電圧を維持するようにスイッチ１１０の導通時
間を制御する。制御回路１０５は可変周波数、可変デュ
ーティサイクルまたはこれらの両方でスイッチ１１０を
駆動できる。一つの実施例では、この制御回路１０５を
ユニトロード(Unitrode)社から市販されているＵＣ３８
４３型集積回路装置で構成し、そのピン２を出力端子１
０２に、ピン６をスイッチ１１０のゲートにそれぞれ接
続する。
【０００９】図３は図２の電力変換器の動作を図解する
単純化した波形図である。電力変換器１００の動作を四
つの動作モードについて説明する。スイッチ１１０は各
動作モードで多数回オン・オフする。モード１では、エ
ネルギーは蓄積キャパシタ１１８からトランジスタ１１
１および出力端子１０２経由で負荷（図示してない）に
伝達される。次にモード３では、蓄積キャパシタ１１８
からの放出エネルギーが次のモード１に先行して回復さ
れる。
【００１０】上述のとおり、スイッチ１１０はモード１
で多数回オン・オフする。図４はモード１においてスイ
ッチ１１０がオンのときの電流の流れを示し、図５はモ
ード１においてスイッチ１１０がオフのときの電流の流
れを示す。ダイオード１０６−１０９は入力正弦波電圧
ＶINを整流し、図３の整流入力電圧ＶRをノード１２１
に生じさせる。図２に点線で示した接地の記号は図３の
電圧波形の接地電圧基準を示す。モード１の開始条件
は、巻線１１３両端の誘起電圧ＶYが蓄積キャパシタ１
１３の端子電圧に等しいこと、すなわち、 ＶY＝ＶC＝ＶR／（Ｎ１／Ｎ２） ・・・（１） である。ここで、ＶYはモード２、３および４における
スイッチ１１０のオンの期間中の巻線１１３両端の誘起
電圧（ノード１２４の電圧）、ＶCはキャパシタ１１８
の端子電圧（ノード１２３の電圧）、ＶRは整流入力電
圧（ノード１２１の電圧）、Ｎ１／Ｎ２は巻線１１２の
巻線１１３に対する巻数比である。説明の簡略化および
明瞭化のために、ダイオードは順方向電圧降下を伴わな
い理想的ダイオードとして取り扱う。
【００１１】式（１）の状態が生じたのち、整流入力電
圧ＶRは引き続き減少し、キャパシタ１１８の端子電圧
ＶCは比較的高い値に留まる。したがって、ダイオード
１１６は導通状態になり、スイッチ１１０が図４に示す
とおりオンのとき巻線１１３は蓄積キャパシタ１１８の
端子電圧で付勢される。すなわち、蓄積キャパシタ１１
８内のエネルギーはモード１ではスイッチ１１０がオン
のとき減少する。一方、このモード１の期間中でスイッ
チ１１０がオンのとき二次回路のキャパシタ１２０から
出力電流ＩLOADが出力される。
【００１２】図５はモード１においてスイッチ１１０が
オフのときの電流の流れを示す。スイッチ１１０をオフ
にすると二次巻線１１４に電流が流れ、順方向にバイア
スされた１１９経由で出力キャパシタ１２０が充電され
る。図４に示すとおりスイッチ１１０がオンのときはキ
ャパシタ１１８が巻線１１３にエネルギーを供給し、図
５に示すとおりこのスイッチがオフのときはキャパシタ
１１８は再充電されないので、キャパシタ１１８の端子
電圧ＶCはモード１では減少する。ＶCのこの減少（図３
に示す）は平均放電電流で定まる勾配を有する近似直線
に従う。スイッチングサイクル多数にわたる平均放電電
流ＩDISは、 ＩDIS＝ＩLOAD・ＶOUT／ＶC＝Ｃ118・ｄＶｃ／ｄｔ ・・・（２） で与えられる。ここで、ＩLOADは出力端子１０２から出
力される平均負荷電流、ＶOUTは端子１０２におけるＤ
Ｃ電圧の大きさ、Ｃ118は蓄積キャパシタ１１８のキャ
パシタンスである。制御回路１０５はモード１における
スイッチ１１０のオン・オフのデューティサイクルを、
キャパシタ１１８の端子電圧の低下の補償および巻線１
１３へのエネルギーの定常的流れの維持を達成するよう
変動させる。
【００１３】図３に示すとおり、整流入力電圧ＶRはモ
ード１の期間中に低下し、零に達し、次に増加し始め
る。整流入力電圧ＶRがスイッチ１１０オンのとき（図
３の電圧ＶR1）の巻線１１２両端の誘起電圧を超える
と、ダイオード１１５が順方向バイアスされる。この時
点で変圧器１１１の励起源は一次巻線１１３から一次巻
線１１２に切り換わる。これがモード１からモード２へ
の遷移である。モード２への遷移の条件は次式で与えら
れる。
【００１４】 ＶR＝ＶC・Ｎ１／Ｎ２ ・・・（３） 図６はモード２でスイッチ１１０がオンのときの回路動
作を図解している。ＡＣ配電線からの電流は整流用ダイ
オード１０７、巻線１１２、ダイオード１１５、導通状
態のスイッチ１１０および整流用ダイオード１０８を通
ってＡＣ配電線に環流する。したがって、巻線１１２は
付勢される。
【００１５】図５はモード２でスイッチ１１０がオフの
ときの回路動作を図解している。スイッチ１１０をオフ
にすると二次巻線１１４に電流を誘起し、バイアスダイ
オード１１９経由で出力キャパシタ１２０を充電する。
【００１６】モード２では蓄積キャパシタ１１８からの
エネルギーの抽出はないので、キャパシタ１１８の端子
電圧は一定値を維持し、整流された入力電圧ＶRから巻
線１１２に伝達されたエネルギーのほぼ全部が出力キャ
パシタ１２０、出力端子１０２および負荷に伝達され
る。巻線１１２を流れスイッチングサイクル多数にわた
り平均された入力電流は次式で与えられる。
【００１７】 ｉIN＝ＩLOAD・ＶOUT／ＶIN ・・・（４） 整流された入力電圧ＶRは図３に示すとおりモード２の
期間全体を通じて時間の経過とともに上昇を続け、電圧
ＶRとスイッチ１１０のオフの期間中の巻線１１２の端
子電圧との和も上昇する。この和の電圧値がキャパシタ
１１８の端子電圧を超えると、ダイオード１１７が順方
向バイアスされ、ＡＣ配電線からキャパシタ１１８に電
流が流れる。これがモード３の始まりである。すなわ
ち、モード３の開始の条件は次式で与えられる。
【００１８】 ＶC＝ＶIN＋Ｖ112＝ＶIN＋ＶOUT・Ｎ１／Ｎ３ ・・・（５） ここで、Ｖ112はスイッチ１１０のオフのときの巻線１
１２の端子電圧である。Ｖ112はモード２においては一
定値であり、出力電圧および上記の巻線比に左右され
る。
【００１９】図６はモード３でスイッチ１１０がオンの
ときの回路動作を図解している。図７はモード３でスイ
ッチ１１０がオフのときの回路動作を図解している。モ
ード１の期間中にキャパシタ１１８から失われたエネル
ギーはモード３で回復する。制御回路１０５はスイッチ
１１０のオン・オフのデューティサイクルを変動させて
追加のエネルギーを巻線１１２のインダクタンスに蓄積
させ、出力および回復キャパシタ１１８の両方へのエネ
ルギー伝達に備える。モード３でスイッチ１１０がオフ
のときの蓄積キャパシタ１１８への充電電流ｉCHGは次
式で与えられる。
【００２０】 ｉCHG＝Ｃ118・ｄｖc／ｄｔ＝Ｃ118・ｄ（Ｖ112＋ＶR）／ｄｔ ・・（６） キャパシタ１１８への充電電流ｉCHGの流入が止まった
ときの入力電圧ＶINのピークでモード４が始まる。図６
はモード４でスイッチ１１０がオンのときの回路動作を
図解し、図５はモード４でスイッチ１１０がオフのとき
の回路動作を図解する。モード４でスイッチ１１０をオ
フにすると二次巻線１１４に電流の流れが誘起され、こ
の誘起電圧が順方向バイアスのダイオード１１９経由で
出力キャパシタ１２０を充電する。
【００２１】図７に示すとおりモード３の期間には入力
電圧ピーク値プラス巻線１１２端子電圧までキャパシタ
１１８は充電されるので、モード４で入力電圧の低下開
始時にはダイオード１１７は逆バイアス状態になる。し
かし、ダイオード１１５は導通状態になり、図６に示す
とおりスイッチ１１０がオンのとき巻線１１２は付勢さ
れる。一方、キャパシタ１１８からのエネルギー抽出は
行われないのでキャパシタ１１８の端子電圧は一定に留
まり、入力から巻線１１２への伝達エネルギーは負荷に
伝達される。入力電流はモード２の場合と同様に式
（４）で与えられる。入力電圧ＶINが式（１）の条件を
満たすほどに低下すると、モード１が再び始まる。
【００２２】ＡＣ配電線からの入力電流の絶対値の図３
の波形から理解されるとおり、入力電流は入力電圧ピー
ク値の前後の相当に長い期間にわたって流れる。この相
当に長い期間にわたる入力電流流入によって、入力電流
の高調波成分が減少する。十分に高い整流入力電圧（例
えば図３のＶR2よりも大きい）に対しては、このＡＣ−
ＤＣ変換器はＡＣ配電線端子から第１の一次巻線１１２
経由で出力端子にエネルギーを伝達する動作を行う。低
すぎる整流入力電圧（例えば図３の電圧ＶR1よりも小さ
い）に対しては、このＡＣ−ＤＣ変換器はキャパシタ１
１８の蓄積エネルギーを第２の一次巻線１１３経由で出
力端子に伝達する動作に切り換わる。伝導の度合いは比
Ｎ１／Ｎ２の設定によってプログラムできる。この比Ｎ
１／Ｎ２を小さくすると伝導の度合いの数字が大きくな
る。
【００２３】一つの実施例では、このＡＣ−ＤＣ変換器
は正弦波入力電圧２２０Ｖ、負荷４５Ｗのとき後述の表
１に示した特性を備える。なお、このＡＣ−ＤＣ変換器
は１個のスイッチ、１個の磁性素子（二つの一次巻線を
備える変圧器）および１個の制御ループだけを有する。
上述の巻数比Ｎ１／Ｎ２は約０．８である。スイッチン
グ周波数は１００−１２０ＫＨｚ程度であり、蓄積キャ
パシタは４７マイクロファラッド程度で小さい（キャパ
シタンス、寸法の点で）。
【００２４】 この表１の高調波入力電流合計の実効値（ＲＭＳ値）は
入力電流（実効値）の高調波成分全部を入力電流の大き
さに関連づける。また、この表１の効率の数字は出力端
子への取り出し出力電力をこのＡＣ−ＤＣ変換器の入力
端子への供給電力の百分比で示してある。伝導の度合い
は、入力電圧正弦波の１周期のうち入力端子への供給電
流が有意なレベルに達していた期間の位相角の大きさで
ある。
【００２５】図８はこの発明によるＡＣ−ＤＣ変換器の
特定の実施例の詳細な回路図である。インダクタ８００
３９８およびキャパシタＣ５は周波数１０ＫＨｚ以上の
電磁気的干渉波（ＥＭＩ）の濾波のためのものである。
したがって、インダクタ８００３９８は配電線電力周波
数の１０００倍程度の周波数に作用する定数を備え、約
１ｍＨ以下である。インダクタ８００３９８を整流器ブ
リッジダイオード１０６−１０９と第１の一次巻線１１
２との間に設けてあるが、このインダクタ８００３９８
はＥＭＩ濾波だけを目的とするものであってＡＣ−ＤＣ
変換器の必須の構成部分ではない。すなわち、インダク
タ８００３９８を除去してもこの回路はＡＣ−ＤＣ変換
器として動作する。スイッチ１１０は耐圧６００ＶのＦ
ＥＴである。
【００２６】図９Ａ乃至図９Ｉは上記以外の多様な実施
例の簡略化した回路図である。これら図面の各々におい
て、ＡＣ入力端子は１０１、ＤＣ出力端子は１０２、整
流ダイオードは１０６−１０９、第１の一次巻線は１１
２、第２の一次巻線は１１３、二次巻線は１１４、スイ
ッチは１１０、蓄積キャパシタは１１８、制御回路は１
０５、出力キャパシタは１２０でそれぞれ示してある。
また、ダイオード１１６および１１７もこれら回路図に
示してある。
【００２７】図９Ａの実施例は追加のダイオード１１５
Ａを備える。このダイオード１１５Ａの陽極は整流ブリ
ッジダイオードの出力でノード１２１に接続し、同じダ
イオード１１５Ａの陰極は第２の一次巻線１１３の第３
の端子に接続し、モード２、３および４の期間中の入力
電流をダイオード１１５および１１５Ａ、並びに巻線１
１２および巻線１１３の一部で分配するようにしてい
る。図９Ｂの実施例では、ダイオード１１５の陰極を第
２の一次巻線１１３の端子に接続し、上述の式（１）お
よび（３）のための巻数Ｎ１の総数が巻線１１２の巻数
と巻線１１３の一部の巻数との和になるようにしてい
る。上述の式（５）のための巻数Ｎ１は巻線１１２の巻
数に等しい。これによって、キャパシタ１１８の電圧最
大値を減少させ、しかもそれ以外の動作特性には影響を
与えないという効果が得られる。図９Ｃの実施例では変
圧器が第３の一次巻線１１２Ａを備える。この第３の一
次巻線１１２Ａはモード２、３および４でスイッチ１１
０のオンの期間中に機能する。モード３のスイッチ１１
０のオフの期間に一次巻線１１２には電流が流れる。図
９Ｄの実施例は、巻線１１２Ａが巻線１１３の一部とし
て組み合わされていることを除き、図９Ｃの実施例と同
じである。図９Ｅの実施例は二次回路がダイオード１１
９Ａおよびインダクタ１１９Ｂから成る平均化フィルタ
を用いた順方向変換器のそれであることを除き図９Ｃの
実施例と同じである。この実施例においては、一次巻線
１１２および１１２Ａはモード３の期間中に整流ずみ入
力電圧を変換してキャパシタ１１８を高いレベルまで充
電し、一方スイッチ１１０のオンの期間に二次巻線への
エネルギー伝達を同時に行う。巻線１１３は入力電圧が
ごく低いときにキャパシタ１１８からのエネルギーを利
用する。図９Ｆの実施例は一次巻線１１２Ａの代わりに
一次巻線１１３の一部を用いたことを除き図９Ｅと同じ
である。また、図９Ｆの実施例は図９Ｅの出力整流回路
を用いていることを除き図９Ｄの実施例と同じである。
図９Ｇおよび図９Ｈは第２のスイッチ１１０Ａが使用可
能であることを示している。図９Ｇの実施例ではスイッ
チ１１０Ａはモード２、３および４の期間中に入力電流
を流し、スイッチ１１０はモード１の期間中に入力電流
を流す。これによって、これら個別の回路機能中に生ず
る電流および電圧に個別に上記スイッチを適合導通させ
ることができる。図９Ｈの実施例では、電力取り込み手
段が巻線１１２から１１３に切り換わり、したがって配
電線入力から蓄積キャパシタに切り換わったときの整流
ずみ入力電圧のレベルを判定するための追加の比較器が
付加してある。図９Ｉの実施例では、一次巻線１２５、
一次巻線１１３および二次巻線１１４が変圧器を構成し
ている。インダクタ１２６は約１００ｍＨよりも大きい
インダクタンス値を有する個別のインダクタである。
【００２８】説明のために特定の実施例に関連してこの
発明を上に述べてきたが、この発明はこれら実施例に限
定されない。追加の磁性素子をフィルタ用にこのＡＣ−
ＤＣ変換器に付加できる。したがって、これら実施例の
特徴項の多様な改変、変形および組合せが、上記特許請
求の範囲記載の発明の範囲を逸脱することなく実施可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】二つのスイッチおよび二つの制御回路を有する
力率補正回路の単純化した回路図。
【図２】この発明の一実施例による電力変換器の単純化
した回路図。
【図３】図２の電力変換器の動作を説明する単純化した
波形図。
【図４】図２の電力変換器の電流の流れを説明する単純
化した波形図。
【図５】図２の電力変換器の電流の流れを説明する単純
化した波形図。
【図６】図２の電力変換器の電流の流れを説明する単純
化した波形図。
【図７】図２の電力変換器の電流の流れを説明する単純
化した波形図。
【図８】この発明による特定の実施例の詳細な回路図。
【図９】Ａ乃至Ｉはこの発明の他の実施例の単純化した
回路図。
【符号の説明】
１ インダクタ ２，９，１１０ 高周波スイッチ ３ ダイオード ４ 電流検出用抵抗器 ５，１０，１０５ 制御回路 ６，１０１ 配電線電力入力端子 ７，１１８ 蓄積キャパシタ ８ 変圧器 １１，１１９−１２０ 出力整流回路 １２，１０２ 出力端子 １００ ＡＣ−ＤＣ変換器 １０３ 一次回路 １０４ 二次回路 １０６−１０９ 整流ブリッジダイオード １１１ 変圧器 １１２，１１３ 一次巻線 １１４ 二次巻線 １１５−１１７ 一次回路ダイオード １２１−１２４ ノード
【手続補正書】
【提出日】平成８年１１月２５日
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図８Ｃ】
【図８Ｄ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図９Ｃ】
【図９Ｄ】
【図９Ｅ】
【図９Ｆ】
【図９Ｇ】
【図９Ｈ】
【図９Ｉ】
【手続補正書】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】 Ａ乃至Ｄはこの発明による特定の実施例の詳
細な回路図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロバート シー．エフ． リー 香港 コーズウェイ ベイ，ウィットフィ ールド ロード，ガン タオ ビルディン グ ナンバー ８，フラット Ｅ，トウェ ンティファースト／Ｆ (72)発明者 フー−シェン ツェー アメリカ合衆国 マサチューセッツ州 01532 ノースボロ，バートレット スト リート 104 (72)発明者 フランキ エヌ．ケイ． プン 香港 コウルーン，タイ コク ツイ，コ クチュン ストリート 75，チュン ユウ ビルディング，12 フロア，フラット 17

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ＡＣ電流入力端子を有するＡＣ−ＤＣ変換
    器であって、 第１の一次巻線、第２の一次巻線および一つの二次巻線
    を有する変圧器と、 電力スイッチと、 蓄積キャパシタと、 前記第２の一次巻線を第１の期間に前記蓄積キャパシタ
    に以前に蓄積ずみのエネルギーで付勢するとともに前記
    第１の一次巻線を第２の期間に前記ＡＣ電流入力端子経
    由の入力電流のエネルギーで付勢するように前記電力ス
    イッチを制御する手段とを含むＡＣ−ＤＣ変換器。
  2. 【請求項２】前記変圧器を唯一の磁気素子として含む請
    求項１記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  3. 【請求項３】前記電力スイッチを唯一の電力スイッチと
    して含む請求項１記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  4. 【請求項４】前記第１の一次巻線の端子に接続した第１
    の端子と第２の端子とを有する第１のダイオードと、 前記第１のダイオードの前記第２の端子に接続するとと
    もに前記蓄積キャパシタの第１の端子に接続した第１の
    端子と前記第２の一次巻線の第１の端子に接続した第２
    の端子とを有する第２のダイオードとをさらに含み、 前記第２の一次巻線の第２の端子を前記電力スイッチの
    第１の端子に接続し、前記電力スイッチの第２の端子を
    前記蓄積キャパシタの第２の端子に接続した請求項１記
    載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  5. 【請求項５】前記電力スイッチのオフの期間中にエネル
    ギーが前記二次巻線に伝達される請求項１記載のＡＣ−
    ＤＣ変換器。
  6. 【請求項６】前記電力スイッチのオフの期間中にエネル
    ギーが前記二次巻線に伝達され、前記電力スイッチのオ
    ンの期間にはエネルギーは前記二次巻線には実質的に伝
    達されない請求項１記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  7. 【請求項７】前記電力スイッチのオンの期間中にエネル
    ギーが前記二次巻線に伝達される請求項１記載のＡＣ−
    ＤＣ変換器。
  8. 【請求項８】前記電力スイッチのオンの期間中にエネル
    ギーが前記二次巻線に伝達され、前記電力スイッチのオ
    フの期間にはエネルギーは二次巻線には実質的に伝達さ
    れない請求項１記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  9. 【請求項９】前記電力スイッチのオフの期間中にエネル
    ギーが前記二次巻線に伝達され、前記電力スイッチのオ
    ンの期間中にエネルギーがもう一つの二次巻線に伝達さ
    れる請求項１記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  10. 【請求項１０】第１の入力端子、第２の入力端子、第１
    の出力端子および第２の出力端子を有する整流器ブリッ
    ジと、 前記整流器ブリッジの前記第１の出力端子に接続した第
    １の端子を有する第１の一次巻線、第２の一次巻線およ
    び二次巻線を有する変圧器と、 前記変圧器の前記第１の一次巻線の第２の端子に接続し
    た第１の端子と第２の端子とを有する第１のダイオード
    と、 前記第１のダイオードの前記第２の端子に接続した第１
    の端子と前記変圧器の前記第２の一次巻線の第１の端子
    に接続した第２の端子とを有する第２のダイオードと、 前記第２の一次巻線の第２の端子に接続した第１の端子
    と第２の端子と第３の端子とを有する電力スイッチと、 前記電力スイッチの前記第２の端子に接続するとともに
    前記整流器ブリッジの前記第２の出力端子に接続した第
    １の端子と前記第１のダイオードの前記第２の端子に接
    続した第２の端子とを有するキャパシタと、 前記変圧器の前記二次巻線の第１の端子および第２の端
    子に接続した整流回路と、 前記整流回路の端子に接続した入力端子と前記電力スイ
    ッチの前記第３の端子に接続した出力端子とを有する制
    御回路とを有するＡＣ−ＤＣ変換器。
  11. 【請求項１１】前記第１の一次巻線の前記第１の端子を
    高周波濾波用インダクタにより前記整流器ブリッジの前
    記第１の出力端子に接続した請求項１０記載のＡＣ−Ｄ
    Ｃ変換器。
  12. 【請求項１２】前記第１の一次巻線の前記第２の端子に
    接続した第１の端子と前記第２の一次巻線の前記第２の
    端子に接続した第２の端子とを有する第３のダイオード
    をさらに含む請求項１０記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  13. 【請求項１３】前記第１の一次巻線の前記第２の端子に
    接続した第１の端子と前記第２の一次巻線の第３の端子
    に接続した第２の端子とを有する第３のダイオードをさ
    らに含む請求項１１記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  14. 【請求項１４】前記第１の一次巻線の前記第１の端子と
    接続した第１の端子と前記第２の一次巻線の第３の端子
    に接続した第２の端子とを有する第３のダイオードをさ
    らに含む請求項１１記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  15. 【請求項１５】前記変圧器が前記第１の一次巻線の前記
    第１の端子に接続した第１の端子を有する第３の一次巻
    線をさらに含み、 前記第３の一次巻線の第２の端子に接続した前記第１の
    端子と前記第２の一次巻線の前記第２の端子に接続した
    前記第２の端子とを有する第３のダイオードをさらに含
    む請求項１１記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  16. 【請求項１６】（ａ）ＡＣ入力電圧の一周期の第１の期
    間にＡＣ−ＤＣ変換器の蓄積キャパシタから前記ＡＣ−
    ＤＣ変換器のＤＣ出力端子へのエネルギー伝達を前記蓄
    積キャパシタに以前に蓄積ずみのエネルギーによる前記
    ＡＣ−ＤＣ変換器の変圧器の第１の一次巻線の付勢によ
    り行う過程と、 （ｂ）前記ＡＣ入力電圧の前記周期の第２の期間に前記
    ＡＣ−ＤＣ変換器のＡＣ入力端子から前記ＡＣ−ＤＣ変
    換器のＤＣ出力端子へのエネルギー伝達を前記ＡＣ入力
    端子経由の電流による前記変圧器の第２の一次巻線の付
    勢により行う過程と、 （ｃ）前記変圧器の前記二次巻線の両端に誘起される電
    圧を整流して前記ＤＣ出力端子へのＤＣ電圧を生ずる過
    程とを含む方法。
  17. 【請求項１７】前記エネルギー伝達過程（ａ）が前記第
    １の一次巻線から前記二次巻線へのエネルギー伝達のた
    めに前記第１の一次巻線の電流を多数回オン・オフ切換
    えすることを含み、前記エネルギー伝達過程（ｂ）が前
    記第２の一次巻線から前記二次巻線へのエネルギー伝達
    のために前記第２の一次巻線の電流を多数回オン・オフ
    切換えすることを含む請求項１６記載の方法。
  18. 【請求項１８】前記第１の期間が前記ＡＣ入力端子のＡ
    Ｃ電圧の絶対値が所定電圧以下になっている期間であ
    り、前記第２の期間が前記ＡＣ入力端子のＡＣ電圧の絶
    対値が前記所定電圧以上になっている期間であり、前記
    第１および第２の期間が互いに重なり合うことがない請
    求項１６記載の方法。
  19. 【請求項１９】前記第１の期間中に前記第１の一次巻線
    を付勢した前記蓄積キャパシタからのエネルギーが前記
    第２の期間の一部で補給される請求項１６記載の方法。
  20. 【請求項２０】第１の入力端子および第２の入力端子と
    第１の出力端子および第２の出力端子とを有するブリッ
    ジ整流器と、 第１の一次巻線と第２の一次巻線と二次巻線とを有し、
    前記第１の一次巻線が第１の端子および第２の端子を有
    し、前記第２の一次巻線が第１の端子および第２の端子
    を有し、前記第１の一次巻線の前記第２の端子を前記第
    ２の一次巻線の前記第２の端子に接続した変圧器と、 前記第２の一次巻線の前記第２の端子に接続した第１の
    端子と前記ブリッジ整流器の前記第２の端子に接続した
    第２の端子と第３の端子とを有する電力スイッチと、 前記第１の一次巻線の前記第１の端子に接続した第１の
    端子と前記電力スイッチの前記第２の端子に接続した第
    ２の端子とを有する蓄積キャパシタと、 第１の端子と前記第２の一次巻線の前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有する第１のダイオードと、 前記第１のダイオードの前記第１の端子に接続した第１
    の端子と前記第１の一次巻線の前記第１の端子に接続し
    た第２のダイオードと、 前記ブリッジ整流器の前記第１の出力端子に接続した第
    １の端子と前記第１のダイオードの前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有するインダクタと、 前記二次巻線に接続されＤＣ出力端子を有する整流回路
    と、 前記整流回路の前記ＤＣ出力端子に接続した入力端子と
    前記電力スイッチの前記第３の端子に接続した出力端子
    とを有し、前記ブリッジ整流器の前記第１の端子と前記
    第２の端子との間にＡＣ電圧が現れている期間に前記電
    力スイッチを多数回オン・オフ切換えするように前記電
    力スイッチを制御する制御回路とを含むＡＣ−ＤＣ変換
    器。
  21. 【請求項２１】ＡＣ入力電流端子を有するＡＣ−ＤＣ変
    換器であって、 第１の一次巻線と第２の一次巻線と二次巻線とを有し、
    前記第１の一次巻線が第１の端子および第２の端子を有
    し、前記第２の一次巻線が第１の端子および第２の端子
    を有し、前記第１の一次巻線の前記第２の端子を前記第
    ２の一次巻線の前記第２の端子に接続した変圧器と、 前記第１の一次巻線の前記第２の端子に接続した第１の
    端子と第２の端子と第３の端子とを有する電力スイッチ
    と、 前記第１の一次巻線の前記第１の端子に接続した第１の
    端子と前記電力スイッチの前記第２の端子に接続した第
    ２の端子とを有する蓄積キャパシタと、 第１の端子と前記第２の一次巻線の前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有する第１のダイオードと、 前記第１のダイオードの前記第１の端子に接続した第１
    の端子と前記第１の一次巻線の前記第１の端子に接続し
    た第２の端子とを有する第２のダイオードと、 第１の端子と前記第１のダイオードの前記第１の端子に
    接続した第２の端子とを有するインダクタと、 前記電力スイッチを制御する手段であって、（１）前記
    電力スイッチがオンのとき前記ＡＣ入力電流端子に現れ
    るＡＣ電圧の周期の第１の期間においては前記第２の一
    次巻線の付勢が前記蓄積キャパシタの前記第１の端子か
    ら前記二次巻線および前記電力スイッチ経由で流れる電
    流で行われ前記第１の一次巻線の付勢は行われず、
    （２）前記電力スイッチがオンのとき前記ＡＣ入力電流
    端子に現れるＡＣ電圧の前記周期の第２の期間において
    は一つの電流が前記インダクタ、前記ダイオード、前記
    第１の一次巻線および前記電力スイッチ経由で流れ、も
    う一つの電流が前記蓄積キャパシタの前記第１の端子か
    ら前記第２の一次巻線および前記電力スイッチ経由で流
    れ、（３）前記周期の期間中に前記電力スイッチが多数
    回オン・オフされるように、前記電力スイッチを制御す
    る手段とを含むＡＣ−ＤＣ変換器。
  22. 【請求項２２】前記二次巻線に接続されＤＣ出力端子を
    有する整流回路をさらに含み、 前記電力スイッチ制御手段が前記整流回路の前記ＤＣ出
    力端子に接続した入力端子と前記電力スイッチの前記第
    ３の端子に接続した出力端子とを有する請求項２１記載
    のＡＣ−ＤＣ変換器。
  23. 【請求項２３】第１の入力端子および第２の入力端子と
    第１の出力端子および第２の出力端子とを有するブリッ
    ジ整流器と、 第１の一次巻線と第２の一次巻線と二次巻線とを有し、
    前記第１の一次巻線が第１の端子および第２の端子を有
    し、前記第２の一次巻線が第１の端子および第２の端子
    を有する変圧器と、 前記第２の一次巻線の前記第２の端子に接続した第１の
    端子と前記ブリッジ整流器の前記第２の端子に接続した
    第２の端子と第３の端子とを有する電力スイッチと、 第１の端子と前記電力スイッチの前記第２の端子に接続
    した第２の端子とを有し、前記第１の一次巻線を前記電
    力スイッチのオンの期間に付勢する蓄積キャパシタと、 第１の端子と前記第２の一次巻線の前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有する第１のダイオードと、 前記第１のダイオードの前記第１の端子に接続した第１
    の端子と前記蓄積キャパシタの前記第１の端子に接続し
    た第２のダイオードと、 前記ブリッジ整流器の前記第１の出力端子に接続した第
    １の端子と前記第１のダイオードの前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有するインダクタと、 前記二次巻線に接続されＤＣ出力端子を有する整流回路
    と、 前記整流回路の前記ＤＣ出力端子に接続した入力端子と
    前記電力スイッチの前記第３の端子に接続した出力端子
    とを有し、前記ブリッジ整流器の前記第１の端子と前記
    第２の端子との間にＡＣ電圧が現れている期間に前記電
    力スイッチを多数回オンオフ切換えするように前記電力
    スイッチを制御する制御回路とを含むＡＣ−ＤＣ変換
    器。
  24. 【請求項２４】前記蓄積キャパシタの前記第１の端子を
    前記第１の一次巻線の前記第１の端子に接続した請求項
    ２３記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  25. 【請求項２５】第１の入力端子および第２の入力端子と
    第１の出力端子および第２の出力端子とを有するブリッ
    ジ整流器と、 第１の一次巻線と第２の一次巻線と二次巻線とを有し、
    前記第１の一次巻線が第１の端子および第２の端子を有
    し、前記第２の一次巻線が第１の端子および第２の端子
    を有し、前記第１の一次巻線の前記第２の端子を前記第
    ２の一次巻線の一つの端子に接続した変圧器と、 前記第２の一次巻線の前記第２の端子に接続した第１の
    端子と前記ブリッジ整流器の前記第２の端子に接続した
    第２の端子と第３の端子とを有する電力スイッチと、 第１の端子と前記電力スイッチの前記第２の端子に接続
    した第２の端子とを有し、前記第１の一次巻線を前記電
    力スイッチのオンの期間に付勢する蓄積キャパシタと、 第１の端子と前記第２の一次巻線の前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有する第１のダイオードと、 前記第１のダイオードの前記第１の端子に接続した第１
    の端子と前記蓄積キャパシタの前記第１の端子に接続し
    た第２のダイオードと、 前記ブリッジ整流器の前記第１の出力端子に接続した第
    １の端子と前記第１のダイオードの前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有するインダクタと、 前記二次巻線に接続されＤＣ出力端子を有する整流回路
    と、 前記整流回路の前記ＤＣ出力端子に接続した入力端子と
    前記電力スイッチの前記第３の端子に接続した出力端子
    とを有し、前記ブリッジ整流器の前記第１の端子と前記
    第２の端子との間にＡＣ電圧が現れている期間に前記電
    力スイッチを多数回オン・オフ切換えするように前記電
    力スイッチを制御する制御回路とを含むＡＣ−ＤＣ変換
    器。
  26. 【請求項２６】前記蓄積キャパシタの前記第１の端子を
    前記第１の一次巻線の前記第１の端子に接続した請求項
    ２５記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
  27. 【請求項２７】第１の入力端子および第２の入力端子と
    第１の出力端子および第２の出力端子とを有するブリッ
    ジ整流器と、 第１の一次巻線と第２の一次巻線と二次巻線とを有し、
    前記第１の一次巻線が第１の端子および第２の端子を有
    し、前記第２の一次巻線が第１の端子および第２の端子
    を有し、前記第１の一次巻線の前記第２の端子を前記第
    ２の一次巻線の一つの端子に接続した変圧器と、 前記第２の一次巻線の前記第２の端子に接続した第１の
    端子と前記ブリッジ整流器の前記第２の端子に接続した
    第２の端子と第３の端子とを有する電力スイッチと、 第１の端子と前記電力スイッチの前記第２の端子に接続
    した第２の端子とを有し、前記第１の一次巻線を前記電
    力スイッチのオンの期間に付勢する蓄積キャパシタと、 第１の端子と前記蓄積キャパシタの前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有する第１のダイオードと、 前記ブリッジ整流器の前記第１の出力端子に接続した第
    １の端子と前記第１のダイオードの前記第１の端子に接
    続した第２の端子とを有するインダクタと、 前記第１のダイオードの前記第１の端子と前記電力スイ
    ッチの前記第１の端子との間に前記第２の一次巻線と直
    列に接続した第２のダイオードと、 前記二次巻線に接続されＤＣ出力端子を有する整流回路
    と、 前記整流回路の前記ＤＣ出力端子に接続した入力端子と
    前記電力スイッチの前記第３の端子に接続した出力端子
    とを有し、前記ブリッジ整流器の前記第１の端子と前記
    第２の端子との間にＡＣ電圧が現れている期間に前記電
    力スイッチを多数回オンオフ切換えするように前記電力
    スイッチを制御する制御回路とを含むＡＣ−ＤＣ変換
    器。
  28. 【請求項２８】前記蓄積キャパシタの前記第１の端子を
    前記第１の一次巻線の前記第１の端子に接続した請求項
    ２７記載のＡＣ−ＤＣ変換器。
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