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公開番号2024103751
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-01
出願番号2024091406,2020155693
出願日2024-06-05,2020-09-16
発明の名称力率改善回路
出願人株式会社GSユアサ
代理人個人,個人
主分類H02M 7/12 20060101AFI20240725BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】入力電圧の瞬時値が出力電圧の値に関係なく、ゼロ電圧スイッチングができる力率改善回路。
【解決手段】交流電源の入力電圧を整流する整流回路2と、整流回路の両端にリアクトルLと制御スイッチQ1とが直列に接続された直列回路と、制御スイッチの2つの主端子の両端に同期整流スイッチQ2と出力コンデンサC1とが直列に接続された直列回路と、出力コンデンサの出力電圧が所定値になるように制御スイッチと同期整流スイッチとを交互にオンオフさせ制御スイッチに流れる電流のピーク値が入力電圧に比例するように制御スイッチのオン期間を制御する制御回路10とを備え、制御回路は、入力電圧の瞬時値に応じてリアクトルに流れる電流を出力電圧側から入力電圧側に逆流させてリアクトルを逆励磁する逆励磁量を調整するように制御スイッチと同期整流スイッチとをオンオフさせる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
交流電源の入力電圧を整流する整流回路と、
前記整流回路の両端にリアクトルと制御スイッチとが直列に接続された第１直列回路と、
前記制御スイッチの２つの主端子に同期整流スイッチと出力コンデンサとが直列に接続された第２直列回路と、
前記出力コンデンサの出力電圧が所定値になるように前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとを交互にオンオフさせ前記制御スイッチに流れる電流のピーク値が前記入力電圧に比例するように前記制御スイッチのオン期間を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記入力電圧の瞬時値に応じて、前記リアクトルに流れる電流を出力電圧側から入力電圧側に逆流させて前記リアクトルを逆励磁する逆励磁量を調整するように前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとをオンオフさせる力率改善回路。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
交流電源の一端に一端が接続され他端が制御スイッチの第１主端子に接続されたたリアクトルと、
前記制御スイッチの前記第１主端子と第２主端子に同期整流スイッチと出力コンデンサとが直列に接続された第１直列回路と、
前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとの直列回路の両端に第１極性切替スイッチと第２極性切替スイッチとが直列に接続された第２直列回路と、
前記出力コンデンサの出力電圧が所定値になるように前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとを交互にオンオフさせ前記制御スイッチに流れる電流のピーク値が前記交流電源の入力電圧に比例するように前記制御スイッチのオン期間を制御し、前記交流電源の入力電圧の極性に応じて、前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとを切り替え且つ前記第１極性切替スイッチと前記第２極性切替スイッチとの一方をオンし他方をオフする処理を切り替える制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記入力電圧の瞬時値に応じて、前記リアクトルに流れる電流を出力電圧側から入力電圧側に逆流させて前記リアクトルを逆励磁する逆励磁量を調整するように前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとをオンオフさせる力率改善回路。
【請求項３】
前記逆励磁量は、前記リアクトルのインダクタンス値Ｌと前記制御スイッチの寄生容量Ｃとによる係数と、前記入力電圧の瞬時値とにより決定される請求項１又は２に記載の力率改善回路。
【請求項４】
前記リアクトルが逆励磁されたときに流れる逆励磁電流を検出する逆励磁電流検出部を備え、
前記制御回路は、前記逆励磁電流検出部で検出された逆励磁電流の値が、前記入力電圧の瞬時値に前記係数を乗算した値以上であるときに前記制御スイッチのゼロ電圧スイッチングが可能であると判定するゼロ電圧スイッチング判定部とを備える請求項３に記載の力率改善回路。
【請求項５】
前記制御回路は、前記リアクトルに流れる入力電流と前記入力電圧と前記リアクトルのリアクタンス値とに基づき前記制御スイッチの第１オン時間を算出し、前記第１オン時間に前記リアクトルのリアクタンス値と前記制御スイッチの寄生容量値とで決定される固定値である第２オン時間を加算して前記制御スイッチのオン時間を得る第１計算器を備える請求項１又は２に記載の力率改善回路。
【請求項６】
前記制御回路は、前記入力電圧と出力電圧と前記第１計算器で算出された前記制御スイッチのオン時間とに基づき前記同期整流スイッチのオン時間を算出する第２計算器と、
前記第１計算器で算出された前記制御スイッチのオン時間と前記第２計算器で算出された前記同期整流スイッチのオン時間とを加算して得られた時間を周期とし前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとを交互にオンオフさせる機能、
を備える請求項５に記載の力率改善回路。
【請求項７】
前記制御回路は、前記入力電圧の極性が正である場合に前記制御スイッチをスイッチ素子として動作させ前記同期整流スイッチを整流素子として動作させ、前記入力電圧の極性が負である場合に前記制御スイッチを整流素子に切り替え前記同期整流スイッチをスイッチ素子に切り替え、
前記入力電圧の極性が正の場合に前記第１極性切替スイッチをオンさせ前記第２極性切替スイッチをオフさせ、前記入力電圧の極性が負の場合に前記第１極性切替スイッチをオフに切り替え前記第２極性切替スイッチをオンに切り替える請求項２に記載の力率改善回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、力率改善回路に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
同期整流を行う従来の臨界型力率改善（ＰＦＣ）回路では、入力電圧の瞬時値Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏとの比が所定値以上（２Ｖｉｎ≦Ｖｏ）でないと、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）ができなかった。また、入力電圧に応じて周波数が変化するため、高い効率を得ることができなかった。
【０００３】
そこで、特許文献１は、同期整流の昇圧チョッパー回路に対して、出力電流が定格値以下のときにスイッチングの１周期内において、出力チョークコイルを流れるチョークコイル電流が正方向と負方向の双方に流れるような所定の値に設定されている。このため、出力チョークコイルの電流がマイナス方向を向いている状態で整流素子をオフさせることで主スイッチング素子の寄生容量を引き抜くことができる。
【０００４】
即ち、主スイッチング素子がオフの時、出力から整流素子を介して出力チョークコイルを逆励磁するので、主スイッチング素子の電圧が低下し、ゼロ電圧スイッチングが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１６－２２０３４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、交流を入力し力率を改善する力率改善動作については考慮されず、制御の際に逆励磁量は調整されていない。さらに従来技術では、入力電圧の瞬時値と出力電圧の関係が（２Ｖｉｎ≦Ｖｏ）を満足しないとゼロ電圧スイッチングができない。
【０００７】
本発明の課題は、入力電圧の瞬時値と出力電圧の値に関係なく、ゼロ電圧スイッチングができる力率改善回路を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る力率改善回路は、交流電源の入力電圧を整流する整流回路と、前記整流回路の両端にリアクトルと制御スイッチとが直列に接続された第１直列回路と、前記制御スイッチの２つの主端子の両端に同期整流スイッチと出力コンデンサとが直列に接続された第２直列回路と、前記出力コンデンサの出力電圧が所定値になるように前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとを交互にオンオフさせ前記制御スイッチに流れる電流のピーク値が前記入力電圧に比例するように前記制御スイッチのオン期間を制御する制御回路とを備え、前記制御回路は、前記入力電圧の瞬時値に応じて、前記リアクトルに流れる電流を出力電圧側から入力電圧側に逆流させて前記リアクトルを逆励磁する逆励磁量を調整するように前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとをオンオフさせる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、入力電圧の瞬時値に応じて、リアクトルに流れる電流を出力電圧側から入力電圧側に逆流させてリアクトルを逆励磁する逆励磁量を調整するように前記制御スイッチと前記同期整流スイッチとをオンオフさせるので、入力電圧の瞬時値が出力電圧の値に関係なく、制御スイッチのゼロ電圧スイッチングが行える。このため、周波数も下がるので、高効率が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１の実施形態に係る力率改善回路の回路構成図である。
図１に示す力率改善回路の制御スイッチ及び同期整流スイッチの寄生容量及び外付けコンデンサを図示した回路構成図である。
図１に示す力率改善回路の同期整流スイッチのターンオフ時の回路網を示す図である。
図１に示す力率改善回路の入力電圧に対する最低限の逆流電流を示す図である。
図１に示す力率改善回路の入力電圧が出力電圧と同じであるときの逆流電流の傾きを表す漸近線を示す図である。
図１に示す力率改善回路の交流入力電流とＺＶＳが可能となる逆流電流ピーク値包絡線ＩＲを示す図である。
図１に示す力率改善回路の制御スイッチオン時の電流と同期整流スイッチオン時の電流波形を示す図である。
従来のスイッチングピーク電流包絡線を点線で示し、逆流電流を流した時の本発明のスイッチングピーク電流包絡線を実線で示した図である。
第２の実施形態に係る力率改善回路の回路構成図である。
図９に示す力率改善回路の制御スイッチ、同期整流スイッチの寄生容量及び外付けコンデンサを図示した回路構成図である。
図９に示す力率改善回路において交流入力電圧が正電圧のときの制御スイッチ、同期整流スイッチ、極性切替スイッチを示す図である。
図９に示す力率改善回路において交流入力電圧が負電圧のときの制御スイッチ、同期整流スイッチ、極性切替スイッチを示す図である。
第３の実施形態に係る力率改善回路の回路構成図である。
第４の実施形態に係る力率改善回路の回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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