專利名稱：Pfc轉換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及PFC (Power Factor Correction :功率因數(shù)校正)轉換器,尤其涉及具備變壓器的PFC轉換器。
背景技術：
在將商用交流電源作為輸入電源而向負載供給恒定電壓或恒定電流的開關電源裝置中，在將功率因數(shù)維持得較高的情況下進行電力轉換的開關電源裝置中，在輸入級具備PFC轉換器(例如，參照專利文獻I)。圖I是現(xiàn)有的一般性PFC轉換器的電路圖。該PFC轉換器具備由電容器Cl、扼流線圈LI、開關元件Q1、二極管D1、電容器C2構成的升壓斬波器電路、和對商用交流電源AC的電壓進行整流的二極管電橋。開關元件Ql連接有開關控制電路，以使向二極管電橋DB輸入的輸入電流成為與輸入電壓相同相位的正弦波電流?！がF(xiàn)有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特表2008-537459號公報專利文獻2 :日本特開2008-161031號公報

發(fā)明內容
發(fā)明所要解決的技術問題以往的一般性PFC轉換器是圖I所示那樣的升壓斬波器電路，構成為在該PFC轉換器的輸出側連接有DC-DC轉換器，從而向負載輸出規(guī)定直流電壓。S卩，利用PFC轉換器和DC-DC轉換器構成了一個電源電路。然而，為了削減元件個數(shù)，實現(xiàn)小型化及低成本化，有時使DC-DC轉換器兼用作PFC轉換器。此時，為使轉換器的輸出所連接的負載和商用電源絕緣，而采用了絕緣變壓器。另外，為了對輸出電壓進行降壓，也采用變壓器。具備變壓器的PFC轉換器例如已經(jīng)公開在專利文獻2中。 可是，若利用變壓器構成PFC轉換器，可知會產(chǎn)生下述問題。對于具有變壓器的PFC轉換器，圖I示出的扼流線圈LI置換為變壓器的初級繞組，圖I示出的整流用二極管Dl及平滑用電容器C2連接與變壓器的次級側。若向這種電路接通商用交流電源，則雖然進入電容器Cl的沖擊電流瞬間的，但是卻非常大。在變壓器的初級側不具有如電解電容器那樣的電容大的平滑用電容器，而只是電容小的濾波用電容器Cl。因此，在商用交流電源接通時，在濾波用電容器Cl中會流過沖擊電流。因而，由于線路以及與線路連接的線路濾波器(未圖示)等的電感分量和上述沖擊電流，從而會產(chǎn)生疊加電壓(L di/dt)。因為電容器Cl的電容小，所以上式的dt非常小，因而疊加電壓非常大。
為此，在具備變壓器的PFC轉換器中，在濾波用電容器和開關元件中需要高耐壓的部件，也需要附加應對疊加電壓的電路，所以存在難以實現(xiàn)低成本化的問題。本發(fā)明的目的在于提供一種抑制了因所述沖擊電流產(chǎn)生的疊加電壓從而消除了上述問題的PFC轉換器。為解決 技術問題的技術方案本發(fā)明的PFC轉換器，其具備整流電路，其對從商用交流電源輸入的交流電壓進行整流；第I串聯(lián)電路，其包括變壓器的初級繞組和開關元件，連接在所述整流電路的輸出部，濾波用電容器，其連接在所述整流電路的輸出部；和整流平滑電路，其連接在所述變壓器的次級繞組，由整流用二極管和平滑用電容器構成，在對所述濾波用電容器施加充電電壓時成為正向的開關元件和第2電容器串聯(lián)連接而構成第2串聯(lián)電路，該第2串聯(lián)電路與所述濾波用電容器并聯(lián)連接。例如，所述開關元件是在對所述濾波用電容器施加充電電壓時成為正向的二極管。另外，例如，所述開關元件是在來自所述交流輸入電源的所述交流電壓接通時導通的晶體管。所述第2串聯(lián)電路也可與所述第2電容器及所述開關元件串聯(lián)連接電阻。也可以與所述第2電容器并聯(lián)連接有用于對其電荷進行放電的放電用電路。另外，也可以與所述開關元件并聯(lián)連接、或者與所述開關元件和所述變壓器的初級繞組串聯(lián)連接而成的第3串聯(lián)電路并聯(lián)連接放電用電路，其用于對所述第2電容器的電荷進行放電。所述變壓器例如是所述初級繞組和所述次級繞組被設置成絕緣狀態(tài)的絕緣變壓器。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制由在輸入電源接通時流經(jīng)線路的沖擊電流而產(chǎn)生的疊加電壓。因此，電容器和開關元件不需要采用額定電壓大的元件，可實現(xiàn)低成本化。


圖I是以往的一般性PFC轉換器的電路圖。圖2是第I實施方式涉及的PFC轉換器101的電路圖。圖3是第2實施方式涉及的PFC轉換器102的電路圖。圖4是第3實施方式涉及的PFC轉換器103的電路圖。圖5是第4實施方式涉及的PFC轉換器104的電路圖。圖6是第5實施方式涉及的PFC轉換器105的電路圖。圖7是第6實施方式涉及的PFC轉換器106的電路圖。圖8是第7實施方式涉及的PFC轉換器107的電路圖。圖9是第8實施方式涉及的PFC轉換器108的電路圖。圖10是第9實施方式涉及的PFC轉換器109的電路圖。
具體實施方式
《第I實施方式》圖2是第I實施方式涉及的PFC轉換器101的電路圖。PFC轉換器101中，在輸入端子Pi、Pi輸入商用交流電源，在輸出端子Po、Po連接負載。該負載例如為LED照明裝置的 LED。在輸入端子Pi、Pi連接有作為整流電路的二極管電橋DB。在該二極管電橋DB的輸出側連接有包括變壓器Tl的初級繞組Np和開關元件Ql在內的第I串聯(lián)電路。在二極管電橋DB的輸出部連接有濾波用電容器Cl。在變壓器Tl的次級繞組Ns連接有由整流用二極管D2和平滑用電容器C2構成的整流平滑電路。二極管D3和第2電容器C3串聯(lián)連接而成的第2串聯(lián)電路與所述濾波用電容器并聯(lián)連接。所述二極管D3連接成在濾波用電容器Cl的充電電壓施加時成為正向。在變壓器Tl的控制繞組Nb連接有由二極管D4及電容器C4構成的整流平滑電路。該整流平滑電路的輸出電壓作為電源電壓被施加于開關控制電路11。開關控制電路11向開關元件Ql輸出接通/斷開控制信號。開關控制電路11將輸入電壓檢測電路12的輸出電壓、電流檢測電阻Rl的輸出電壓、及控制繞組Nb的輸出電壓(電力反向定時信號)作為輸入，基于這些對開關元件Ql進行接通/斷開控制。由此，作為PFC轉換器發(fā)揮功能?；谶@些信號作為PFC轉換器發(fā)揮功能的方法本身是已知的。若向圖2示出的PFC轉換器101的輸入端子Pi、Pi接通商用交流電源，則整流電壓經(jīng)由二極管電橋DB而施加于濾波用電容器Cl，從而在濾波用電容器Cl中流過充電電流，同時整流電壓也施加于二極管D3及電容器C3的串聯(lián)電路，從而也流動對電容器C3充電的充電電流。因此，通過并聯(lián)連接電容器C3的電容，使得充電時間常數(shù)變大，從而充電電流流動的時間變長。即，因線路以及與線路連接的線路濾波器(未圖示)的電感分量和上述充電電流而產(chǎn)生的疊加電壓(L di/dt)的“dt”變大。其結果，疊加電壓(L di/dt)變小。優(yōu)選所述電容器C3的電容大到濾波用電容器Cl的電容的數(shù)倍以上。越是增大電容器C3的電容則越能增大所述充電時間常數(shù)，相應地可以提高疊加電壓的抑制效果。在開關元件Ql的接通期間，在濾波用電容器Cl —變壓器Tl的初級繞組Np —開關元件Ql —電阻Rl — Cl的路徑上，濾波用電容器Cl的電荷被放電。另一方面，電容器C3串聯(lián)連接有二極管D3，從而放電電流不會流經(jīng)二極管D3。因此，即便增大電容器C3的電容也不會影響到PFC電路動作，故功率因數(shù)不會下降?！兜?實施方式》圖3是第2實施方式涉及的PFC轉換器102的電路圖。與第I實施方式涉及的圖2示出的PFC轉換器101不同之處在于，與所述濾波用電容器Cl并聯(lián)連接的第2串聯(lián)電路是二極管D3、第2電容器C3及電阻R2串聯(lián)連接而成的電路。這樣，通過在向電容器C3充電的充電路徑上串聯(lián)連接電阻R2，由此即便增大電容器C3的電容，也能夠限制向電容器C3充電的充電電流的峰值。因此，二極管電橋DB、二極管D3等的充電電流路徑的元件無需使用額定電流大的元件，且能夠實現(xiàn)低成本化?！兜?實施方式》圖4是第3實施方式涉及的PFC轉換器103的電路圖。
與第I實施方式涉及的圖2示出的PFC轉換器101不同之處在于，電容器C3并聯(lián)連接有電阻R3。所述電阻R3有助于構成電容器C3的充電電荷的放電用路徑。因此，在商用交流電源AC接通時對電容器C3暫時充電的電荷，在商用交流電源AC切斷時被迅速地放電。因此，相對于PFC轉換器103的輸入端子Pi、Pi，即便商用交流電源AC在短時間內是斷續(xù)的，規(guī)定的充電電流也能流向電容器C3，所以能夠維持疊加電流的抑制效果。《第4實施方式》圖5是第4實施方式涉及的PFC轉換器104的電路圖。與第2實施方式涉及的圖3示出的PFC轉換器102不同之處在于，與所述濾波用電容器Cl并聯(lián)連接的第2串聯(lián)電路是二極管D3、第2電容器C3及負特性熱敏電阻Rt串聯(lián)連接而成的電路。另外，電容器C3并聯(lián)連接有電阻R3。
這樣，通過在電容器C3串聯(lián)連接負特性熱敏電阻Rt，從而即便在電源接通時的這種低溫時，也能夠更有效地抑制充電電流對電容器C3的沖擊?！兜?實施方式》圖6是第5實施方式涉及的PFC轉換器105的電路圖。與第4實施方式涉及的圖5示出的PFC轉換器104不同之處在于，對電容器C3和熱敏電阻Rt的串聯(lián)電路并聯(lián)連接了電阻R3。通過采用這種構成，由于在電容器C3的電荷的充電路徑與放電路徑中插入熱敏電阻Rt，因而能夠有效地抑制充電電流及放電電流?！兜?實施方式》圖I是第6實施方式涉及的PFC轉換器106的電路圖。與第I實施方式涉及的圖2示出的PFC轉換器101不同之處在于，與濾波用電容器Cl并聯(lián)連接的第2串聯(lián)電路是第2電容器C3及開關元件Q2的串聯(lián)電路。開關元件Q2是M0S-FET，在其漏極與源極之間具備寄生二極管D5。開關元件Q2由開關元件控制電路13進行接通/斷開控制。具體而言，在檢測到商用交流電源AC被接通時，接通開關元件Q2，并在開關控制電路11動作之前斷開(OFF)。即，僅在商用交流電源AC接通時，使第2電容器C3與濾波用電容器Cl并聯(lián)連接。此外，自起動前向開關元件控制電路13供給整流平滑電路的輸出電壓以外的電源電壓。因此，能夠在開關元件Ql開始開關動作之前進行動作從而使開關元件Q2接通。因為所述開關元件Q2的寄生二極管D5構成電容器C3的電荷的放電用路徑，所以在開關元件Q2斷開之后電容器C3的電荷被放電。因此，能夠為下次商用交流電源AC的接通做準備。此外，在上述的例子中，雖然采用了 MOS-FET的開關元件，但是也可以采用雙極型的晶體管和二極管?！兜?實施方式》圖8是第7實施方式涉及的PFC轉換器107的電路圖。與第6實施方式涉及的圖7示出的PFC轉換器106不同之處在于，與濾波用電容器Cl并聯(lián)連接的第2串聯(lián)電路是第2電容器C3及開關元件SWl的串聯(lián)電路。開關元件SWl例如是繼電器的開關。
這樣，也能夠采用半導體開關以外的開關。《第8實施方式》圖9是第8實施方式涉及的PFC轉換器108的電路圖。與第3實施方式涉及的圖4示出的PFC轉換器103不同之處在于，在其電路中電阻R4與二極管D3并聯(lián)連接。所述電阻R4構成電容器C3的充電電荷的放電路徑?？墒?，該放電不在二極管電橋DB的輸出即整流電壓的峰值附近進行，而僅在峰值附近以外時進行。因此，能夠更有效地抑制在商用交流電源AC接通時給電容器C3暫時充電的電荷的、因放電所引起的損耗。《第9實施方式》
圖10是第9實施方式涉及的PFC轉換器109的電路圖。與第3實施方式涉及的圖4示出的PFC轉換器103不同之處在于，在其電路中，在二極管D3和變壓器Tl的初級繞組Np串聯(lián)連接而成的第3串聯(lián)電路，并聯(lián)連接有二極管D6和齊納二極管ZD串聯(lián)連接而成的第4串聯(lián)電路。所述第4串聯(lián)電路在開關元件Ql接通時，構成電容器C3的充電電荷的放電路徑?？墒?，該放電僅在齊納二極管ZD的齊納擊穿電壓Vzd超過了二極管電橋DB的輸出即整流電壓之時進行。因此，能夠更有效地抑制在商用交流電源AC接通時給電容器C3暫時充電的電荷的、因放電引起的損耗。此外，在以上示出的各實施方式中，雖然采用了絕緣變壓器，但是同樣也能夠應用于采用了非絕緣型變壓器的情況。符號說明AC…商用交流電源Cl…濾波用電容器C2…平滑用電容器C3...電容器D2…整流用二極管D5…寄生二極管DB…二極管電橋Nb…控制繞組Np…初級繞組Ns…次級繞組Pi、Pi…輸入端子Po、Po…輸出端子Ql…開關元件Q2…開關元件Rl…電流檢測電阻Rt…負特性熱敏電阻SWl…開關元件Tl…變壓器ZD…齊納二極管
11…開關控制電路12…輸入電壓檢測電路13…開關元件控制電路101 109... PFC 轉換器·
權利要求
1.一種PFC轉換器，具備 整流電路，其對從商用交流電源輸入的交流電壓進行整流； 第I串聯(lián)電路，其包括變壓器的初級繞組和開關元件，連接在所述整流電路的輸出部， 濾波用電容器，其連接在所述整流電路的輸出部；和 整流平滑電路，其連接在所述變壓器的次級繞組，由整流用二極管和平滑用電容器構成， 在對所述濾波用電容器施加充電電壓時成為正向的開關元件和第2電容器串聯(lián)連接而構成第2串聯(lián)電路，該第2串聯(lián)電路與所述濾波用電容器并聯(lián)連接。
2.根據(jù)權利要求I所述的PFC轉換器，其中， 所述開關元件是在對所述濾波用電容器施加充電電壓時成為正向的二極管。
3.根據(jù)權利要求I所述的PFC轉換器，其中， 所述開關元件是在從所述商用交流電源接收到所述交流電壓時導通的晶體管。
4.根據(jù)權利要求I至3任意一項所述的PFC轉換器，其中， 所述第2串聯(lián)電路包括與所述第2電容器及所述開關元件串聯(lián)連接的電阻。
5.根據(jù)權利要求I至4任意一項所述的PFC轉換器，其中， 所述PFC轉換器設置有放電用電路，該放電用電路與所述第2電容器并聯(lián)連接，用來對所述第2電容器的電荷進行放電。
6.根據(jù)權利要求I至4任意一項所述的PFC轉換器，其中， 所述PFC轉換器設置有放電用電路，該放電用電路與所述開關元件并聯(lián)連接、或者與由所述開關元件和所述變壓器的初級繞組串聯(lián)連接而成的第3串聯(lián)電路并聯(lián)連接，其用于對所述第2電容器的電荷進行放電。
7.根據(jù)權利要求I至6任意一項所述的PFC轉換器，其中， 所述變壓器的所述初級繞組和所述次級繞組被設置成絕緣狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明構成一種能夠抑制由流入濾波用電容器的沖擊電流產(chǎn)生的疊加電壓的PFC轉換器。當向PFC轉換器(101)的輸入端子(Pi、Pi)接通商用交流電源時，整流電壓經(jīng)由二極管電橋(DB)而施加于濾波用電容器(C1)，從而在濾波用電容器(C1)中流過充電電流，同時整流電壓也施加于二極管(D3)及電容器(C3)的串聯(lián)電路，從而也流過對電容器(C3)充電的充電電流。因此，充電時間常數(shù)變大，由線路以及與線路連接的線路濾波器等的電感分量和充電電流產(chǎn)生的疊加電壓(L·di/dt)變小。
文檔編號H02M7/12GK102754325SQ20108005433
公開日2012年10月24日 申請日期2010年9月21日 優(yōu)先權日2009年12月4日
發(fā)明者田中秀宜, 竹村恭一 申請人:株式會社村田制作所