功率因数改善电路的制作方法

本发明涉及功率因数改善电路。

背景技术：

1、在进行同步整流的以往的临界型功率因数改善(pfc)电路中，若输入电压的瞬时值vin与输出电压vo之比不是给定值以上(2vin≤vo)，则无法实现零电压开关(zvs)。此外，由于频率根据输入电压而变化，因而无法得到高的效率。

2、因此，专利文献1针对同步整流的升压斩波器电路，在输出电流为额定值以下时，将在开关的1周期内流过输出扼流线圈的扼流线圈电流设定为使得向正方向和负方向这双方流动的给定的值。因此，能够通过在输出扼流线圈的电流朝向负方向的状态下使整流元件断开来提取主开关元件的寄生电容。

3、即，主开关元件断开时，从输出经由整流元件对输出扼流线圈进行反向励磁，因而主开关元件的电压下降，能够实现零电压开关。

4、然而，在专利文献1中，对于输入交流来对功率因数进行改善的功率因数改善动作未做考虑，在控制时未对反向励磁量进行调节。

5、因此，在专利文献2中，作为能够与输入电压的瞬时值和输出电压的值无关地实现零电压开关的功率因数改善电路，进行计算而得到了逆流电流。在此，将专利文献2的功率因数改善电路的电路结构例示于图14。

6、特别地，在专利文献2中，根据以下的式1(专利文献2的式7)，

7、[数学式1]

8、

9、得到了如以下的式2(专利文献2的式9)那样的逆流电流的渐近线。

10、[数学式2]

11、

12、在此，输入电压vin是交流输入电压的瞬时值，所以在设置式2的逆流电流ir时，若针对交流输入电压瞬时值，至少始终使其逆流由以下的式3(专利文献2的式10)表示的固定的数值以上，则无论输入电压vin是低于输出电压vo的任何电压，均能够实现零电压开关。

13、[数学式3]

14、

15、即，在逆流电流ir为由式3表示的固定的数值以上的情况下，能够实现零电压开关。

16、在先技术文献

17、专利文献

18、专利文献1：日本特开2016-220342号公报

19、专利文献2：日本特开2021-052578号公报

技术实现思路

1、发明要解决的课题

2、然而，在专利文献2的功率因数改善电路中，根据上述的式2，在交流输入电压vin的相位角为0度(或180度)附近，逆流电流ir的量几乎为零，此时输入电流iin也几乎为零。因此，根据专利文献2所记载的以下的式4(专利文献2的式13)，控制功率因数的控制开关q1的接通时间tonq1也几乎为零。

3、[数学式4]

4、

5、由此，根据以下的式5(专利文献2的式14)，同步整流开关q2的接通时间tonq2也几乎为零。

6、[数学式5]

7、

8、即，在专利文献2的功率因数改善电路中，在交流输入电压vin的相位角为0度(或180度)附近，开关周期变得非常小，成为较高的开关频率。在专利文献2的功率因数改善电路中，在相位角为0度附近，输入电压vin和输入电流iin均较低，但若频率高，则开关损耗变得突出，无法期待高效率化。

9、进一步地，根据上述的式4，因为控制开关q1的接通时间tonq1几乎为零，所以电抗器的励磁能量也较小，在控制开关q1断开后的到同步整流开关q2成为接通为止的死区时间期间中，无法进行使寄生电容器或外接电容器c达到输出电压vo程度的充电。由此，在同步整流开关q2接通时，不能将电抗器励磁能量传送到输出侧，因而无法从输入侧向输出侧传送能量，输入电流中断，产生电流失真(参照图16)。这成为高次谐波电流失真主要原因，使功率因数下降，并且使高次谐波失真增大。

10、专利文献2的功率因数改善电路能被称作临界方式。在图14的功率因数改善电路常量中，如图15那样，相对于交流相位角的开关频率的最高值是最低值的约3.5倍。这是即便与以往例的临界型功率因数改善电路相比也变化不大的开关频率特性，无法降低开关损耗，也不太能降低由开关寄生电容等的充放电引起的循环损耗。

11、本发明的一方式提供能够与输入电压的瞬时值和输出电压的值无关地进行控制开关的零电压开关的功率因数改善电路。

12、用于解决课题的手段

13、为了解决上述课题，本发明的一方式涉及的功率因数改善电路具备：整流电路，对交流电源的输入电压进行整流；第1串联电路，在所述整流电路的两端串联连接有电抗器和控制开关；第2串联电路，在所述控制开关的2个主端子串联连接有同步整流开关和输出电容器；和控制电路，使所述控制开关和所述同步整流开关交替地接通断开以使得所述输出电容器的输出电压成为第1给定值，控制所述控制开关的接通时间以使得流经所述控制开关的电流的峰值与所述输入电压成比例，所述控制电路使所述控制开关和所述同步整流开关接通断开，以使得调节使流经所述电抗器的电流从输出电压侧向输入电压侧逆流来对所述电抗器进行反向励磁的反向励磁量，所述反向励磁量与所述输入电压无关地被调节为第2给定值。

14、在此，“调节”既可以是指接近指令值(例如，固定值或计算值)，也可以是指接近与输出电压等测定值相应的值。

技术特征：

1.一种功率因数改善电路，其特征在于，具备：

2.一种功率因数改善电路，其特征在于，具备：

3.根据权利要求1或2所述的功率因数改善电路，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的功率因数改善电路，其特征在于，

5.根据权利要求3所述的功率因数改善电路，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的功率因数改善电路，其特征在于，

7.根据权利要求4所述的功率因数改善电路，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的功率因数改善电路，其特征在于，

技术总结功率因数改善电路具备：在对交流电源的输入电压进行整流的整流电路(2)的两端串联连接有电抗器(L)和控制开关(Q1)的串联电路；在控制开关的2个主端子有同步整流开关(Q2)与输出电容器(C1)的串联电路；和控制电路(10)，使控制开关和同步整流开关交替地接通断开以使得输出电容器的输出电压成为第1给定值，对控制开关的接通时间进行控制以使得流经控制开关的电流的峰值与输入电压成比例，控制电路使控制开关和同步整流开关接通断开，以使得调节使流经电抗器的电流从输出电压侧向输入电压侧逆流来对电抗器进行反向励磁的反向励磁量，反向励磁量与输入电压(Vi)无关地被调节为第2给定值。技术研发人员：千叶明辉,石仓启太受保护的技术使用者：株式会社杰士汤浅国际技术研发日：技术公布日：2024/8/1