專利名稱：Ac-dc變換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將交流變換為直流來(lái)輸出的AC-DC變換器，尤其涉及使輸出 峰值功率時(shí)的輸入電流降低的技術(shù)。
背景技術(shù)：
圖11是表示現(xiàn)有AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。AC-DC變換器具有由二 極管橋構(gòu)成的整流器DB、有源型功率因數(shù)改善電路(PFC) 11、輸入電容器 Cin以及DC-DC變換器(D/D ) 12?，F(xiàn)有的AC-DC變換器如下這樣進(jìn)行動(dòng)作。
即，整流器DB對(duì)從工業(yè)電源AC供給的AC85 ~ 265V進(jìn)行全波整流，然 后輸出至功率因數(shù)改善電路11。功率因數(shù)改善電路ll, 一般若是全世界通用 的，則將整流器DB的輸出電壓升壓至DC380V。由此，與功率因數(shù)改善電路 11的輸出相連的DC-DC變換器12的輸入電容器Cin的電壓Vc成為DC380V。 同時(shí)，功率因數(shù)改善電路11使輸入電流波形隨動(dòng)于輸入電壓波形來(lái)改善功率 因數(shù)。
DC-DC變換器12輸入從功率因數(shù)改善電路11經(jīng)由輸入電容器Cin送來(lái) 的直流電壓Vc，將其變換為其它直流電壓。將通過(guò)DC-DC變換器12變換而 得到的直流電壓作為輸出電壓Vo，從輸出端子+ Tout以及-Tout提供給負(fù)載 (未圖示)。
在上述現(xiàn)有的AC-DC變換器中，假定功率因數(shù)改善電路11的變換效率為 95 % 、 DC-DC變換器12的變換效率為卯％ ，則AC-DC變換器的整體的變換 效率為85.5% 。可以從工業(yè)電源AC的一般插座取出的最大電流值是15A,因 此，為了將來(lái)自工業(yè)電源AC的輸入電流抑制到15A以下，需要使輸入AC100V 時(shí)的最大輸出功率在"lOOVx l5Ax 85.5% = 1282.5W"以下。即，現(xiàn)有的 AC-DC變換器無(wú)法應(yīng)對(duì)消耗超過(guò)1282.5W的功率的設(shè)備。
例如，近年的高速打印機(jī)在打印時(shí)消耗較大功率，該消耗功率隨著打印速 度增高而變大。在這種高速打印機(jī)用的電源中，為了實(shí)現(xiàn)更高速的打印，而改
善變換效率，進(jìn)行了可以輸出盡可能大的功率的嘗試。
然而，變換效率的改善也存在限度，使可以取出的功率增大也達(dá)到了飽和 狀態(tài)。因此，為了打印機(jī)的進(jìn)一步高速化，需要專用的工業(yè)插座的設(shè)置和從兩
個(gè)系統(tǒng)的工業(yè)電力線耳又出電力的設(shè)備，存在工時(shí)增加、并且AC-DC變換器變 昂貴的問(wèn)題。
專利文獻(xiàn)1美國(guó)專利第5960207號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供可以從工業(yè)電源的一般插座取得電力，并且可以應(yīng)
對(duì)更高的峰值功率的廉價(jià)的AC-DC變換器。
為了解決上述問(wèn)題，第一方式的發(fā)明的主旨在于，具備對(duì)從交流電源供 給的交流進(jìn)行整流的整流器；與整流器的輸出側(cè)相連，改善功率因數(shù)的功率因 數(shù)改善電路；將從功率因數(shù)改善電路輸出的電壓變換為其它電壓，并且將功率 或電流限制為預(yù)定值來(lái)輸出的DC-DC變換器；積蓄能量的電容器；以及一個(gè) 輸入輸出端子與DC-DC變換器的輸出端子相連，另一個(gè)輸入輸出端子與電容 器相連，雙向地進(jìn)行電力變換的雙向DC-DC變換器。
另外，第二方式的發(fā)明的主旨在于，具備對(duì)從交流電源供給的交流進(jìn)行 整流的整流器；與整流器的輸出側(cè)相連來(lái)改善功率因數(shù)，并且將功率或電流限 制為預(yù)定值來(lái)輸出的功率因數(shù)改善電路；將從功率因數(shù)改善電路輸出的電壓變 換為其它電壓的DC-DC變換器；積蓄能量的電容器；以及一個(gè)輸入輸出端子 與DC-DC變換器的輸出端子相連，另一個(gè)輸入輸出端子與電容器相連，雙向 地進(jìn)行電力變換的雙向DC-DC變換器。
另外，第三方式的發(fā)明的主旨在于，在第一方式的發(fā)明中，DC-DC變換 器具有輸出電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)輸出電壓，通過(guò)使該檢測(cè)結(jié)果從峰值負(fù)荷時(shí) 延遲規(guī)定時(shí)間進(jìn)行反^t控制，來(lái)控制輸出電壓。
另外，第四方式的發(fā)明的主旨在于，在第二方式的發(fā)明中，功率因數(shù)改善 電路具有輸出電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)輸出電壓，通過(guò)使該檢測(cè)結(jié)果從峰值負(fù)荷 時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間進(jìn)行反饋控制，來(lái)控制輸出電壓。
另外，第五方式的發(fā)明的主旨在于，在第三方式的發(fā)明中，DC-DC變換 器具有高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)比通過(guò)輸出電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)出的輸出電壓高規(guī)定值的電壓，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋控制，由此控制輸出電 壓。
另外，第六方式的發(fā)明的主旨在于，在第四方式的發(fā)明中，功率因數(shù)改善 電路具有高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路，其檢測(cè)比通過(guò)輸出電壓片企測(cè)電路所檢測(cè) 出的輸出電壓高規(guī)定值的電壓，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋控制，由此控制輸出 電壓。
另外，第七方式的發(fā)明的主旨在于，在第五或第六方式的發(fā)明中，通過(guò)輸 出電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)出的電壓值最低，使檢測(cè)結(jié)果從峰值負(fù)荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí) 間進(jìn)行反饋控制，通過(guò)高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路檢測(cè)出的電壓值比通過(guò)輸出 電壓檢測(cè)電路檢測(cè)出的電壓值高，使檢測(cè)結(jié)果比輸出電壓檢測(cè)電路中的延遲更 早地進(jìn)行反饋控制。
另外，第八方式的發(fā)明的主旨在于，在第一至第七的任意一種方式的發(fā)明
中，具備與DC-DC變換器的輸出相連的電容器。
根據(jù)第一方式的發(fā)明，DC-DC變換器將從功率因數(shù)改善電路輸出的電壓 變換為其它電壓，并且將功率或電流限制為預(yù)定值來(lái)輸出，因此可以從工業(yè)電 源的一般插座取得電力，并且可以將電容器中積蓄的能量經(jīng)由雙向DC-DC變 換器施加在DC-DC變換器的輸出上，因此可以提供能夠應(yīng)對(duì)更高峰值功率的 廉價(jià)的AC-DC變換器。
另夕卜，根據(jù)第二方式的發(fā)明，功率因數(shù)改善電路將功率或電流限制為預(yù)定 值后送給DC-DC變換器，因此可以從工業(yè)電源的一般插座取得電力，并且可 以將電容器中積蓄的能量經(jīng)由雙向DC-DC變換器施加在DC-DC變換器的輸 出上，因此可以提供能夠應(yīng)對(duì)更高峰值功率的廉價(jià)的AC-DC變換器。
另外，根據(jù)第三方式的發(fā)明，DC-DC變換器檢測(cè)輸出電壓，使該檢測(cè)結(jié) 果從峰值負(fù)荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間進(jìn)行反饋控制，由此控制輸出電壓，因此在峰值 負(fù)荷時(shí)以外可以從工業(yè)電源的 一般插座取得電力，在峰值負(fù)荷時(shí)可以將積蓄在 電容器中的能量提供給負(fù)載。
另外，根據(jù)第四方式的發(fā)明，功率因數(shù)改善電路檢測(cè)輸出電壓，使該檢測(cè) 結(jié)果從峰值負(fù)荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間進(jìn)行反饋控制，由此控制輸出電壓，因此在峰 值負(fù)荷時(shí)以外可以從工業(yè)電源的一般插座取得電力，在峰值負(fù)荷時(shí)可以將積蓄
在電容器中的能量提供給負(fù)載。
另外，根據(jù)第五方式的發(fā)明，DC-DC變換器檢測(cè)比通過(guò)輸出電壓檢測(cè)電 路檢測(cè)出的電壓高規(guī)定值的電壓，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋控制，由此控制輸 出電壓，因此在負(fù)荷急劇減輕的情況下可以防止輸出電壓顯著上升。
另夕卜，根據(jù)第六方式的發(fā)明，功率因數(shù)改善電路檢測(cè)比通過(guò)輸出電壓檢測(cè) 電路檢測(cè)出的電壓高規(guī)定值的電壓，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋控制，由此控制 輸出電壓，因此可以防止由于負(fù)荷的突變而發(fā)生的超調(diào)(overshot)。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示在本發(fā)明的實(shí)施例1的AC-DC變換器中使用的功率因數(shù)改善
電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3是表示在本發(fā)明的實(shí)施例1的AC-DC變換器中使用的DC-DC變換
器的主要部分的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施例2的AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。 圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。 圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。 圖7是表示在本發(fā)明的實(shí)施例5的AC-DC變換器中使用的DC-DC變換
器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電3各圖。
圖8是表示在本發(fā)明的實(shí)施例6的AC-DC變換器中使用的功率因數(shù)改善
電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖9是表示在本發(fā)明的實(shí)施例7的AC-DC變換器中使用的DC-DC變換
器的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖IO是表示在本發(fā)明的實(shí)施例8的AC-DC變換器中使用的功率因數(shù)改
善電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖11是用于說(shuō)明現(xiàn)有的AC-DC變換器的圖。 符號(hào)說(shuō)明
AC工業(yè)電源；DB整流器；lla、 llb、 11c功率因數(shù)改善電路；12、 12a、 12b、 12c DC-DC變換器；13、 13a、 13b雙向DC-DC變換器；Cin輸入電容 器；Co輸出電容器；Cec平滑電容器；EDLC雙電層電容器；+Tout、 -Tout
輸出端子
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖詳細(xì)il明本發(fā)明的實(shí)施方式。
(實(shí)施例1 )
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。此外，對(duì)于 與圖ll所示的現(xiàn)有AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)要素相同的結(jié)構(gòu)要素，賦予與圖11 所示符號(hào)相同的符號(hào)并省略說(shuō)明。
本發(fā)明的實(shí)施例1的AC-DC變換器，在圖11所示的現(xiàn)有的AC-DC變換 器中追加了輸出電容器Co、雙向DC-DC變換器13、平滑電容器Cec以及雙 電層電容器EDLC，并且使用了功率因數(shù)改善電路11a和DC-DC變換器12a。
輸出電容器Co連接在DC-DC變換器12a的輸出端子間。輸出電容器Co 的兩端與AC-DC變換器的輸出端子+ Tout以及-Tout相連，并且與雙向 DC-DC變換器13的一個(gè)輸入輸出端子(第1輸入輸出端子)相連。在雙向 DC-DC變換器13的另一個(gè)輸入輸出端子(第2輸入輸出端子)上并列地連接 了平滑電容器Cec以及雙電層電容器EDLC。根據(jù)所要求的耐壓，將多個(gè)(例 如8個(gè))單體(cdl)串聯(lián)來(lái)構(gòu)成雙電層電容器EDLC。
從DC-DC變換器12a輸出的輸出電壓Vo經(jīng)由輸出端子+ Tout以及-Tout 被提供給負(fù)載，并且被提供給雙向DC-DC變換器13的第1輸入輸出端子。 雙向DC-DC變換器13具有與規(guī)定的電壓變換比相對(duì)應(yīng)的雙向電力變換功能。 即，雙向DC-DC變換器13,當(dāng)?shù)趌輸入輸出端子的電壓比考慮了規(guī)定的電壓 變換比的第2輸入輸出端子的電壓高時(shí)，將提供給第1輸入輸出端子的輸出電 壓Vo變換為Ve，從第2輸入輸出端子進(jìn)行輸出。由此，對(duì)平滑電容器Cec和 雙電層電容器EDLC充電。
另一方面，雙向DC-DC變換器13,當(dāng)?shù)趌輸入輸出端子的電壓比考慮了 規(guī)定的電壓變換比的第2輸入輸出端子的電壓低時(shí)，對(duì)從第2輸入輸出端子上 連接的雙電層電容器EDLC提供的電壓Ve進(jìn)行變換，從第l輸入輸出端子進(jìn) 行輸出。由此，在DC-DC變換器12a的輸出電壓Vo上加上從雙向DC-DC變 換器13的第1輸入輸出端子輸出的電壓，從輸出端子+ Tout和-Tout輸出。
功率因數(shù)改善電路lla將輸出電流限制為預(yù)定值(輸出限制電流值Is)來(lái)
輸出。圖2是表示功率因數(shù)改善電路lla的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖。功率因數(shù)改善 電路11a是臨界^t式的功率因數(shù)改善電路。通過(guò)整流器DB進(jìn)行全波整流而得 到的電壓的正弦波成分，通過(guò)電阻R1和電阻R2 ^皮;險(xiǎn)測(cè)出來(lái)，并輸入到乘法 器MPY的一個(gè)輸入端子。電容器C1是噪聲濾波器(noise filter), 二極管D2 是旁路二極管(by - pass diode )。
在初始狀態(tài)下，將觸發(fā)器(flip-flop) FF置位，接通開(kāi)關(guān)元件Q1。由此， 從整流器DB經(jīng)由電抗器(reactor) LI的1次線圈Nl、開(kāi)關(guān)元件Ql以及電 阻R5流過(guò)電流。此時(shí)，在電抗器L1中積蓄了能量。輸出電壓Vout通過(guò)電阻 R6和電阻R7被分壓，在由恒流輸出型的導(dǎo)電放大器(conductive amplifier) 構(gòu)成的運(yùn)算放大器(operational amplifier) OTA1中，與基準(zhǔn)電壓ESS進(jìn)行比 較。將運(yùn)算放大器OTAl的輸出通過(guò)由電容器C3、電阻R4以及電容器C2構(gòu) 成的相位補(bǔ)償電路，輸入乘法器MPY的另一個(gè)輸入端子。
乘法器MPY將電阻Rl和電阻R2的連接點(diǎn)的電壓、與從運(yùn)算放大器OTA1 通過(guò)相位補(bǔ)償電^各輸入的電壓相乘，將乘法運(yùn)算結(jié)果作為開(kāi)關(guān)電流的目標(biāo)值， 輸出到比較器COMP2。
流過(guò)開(kāi)關(guān)元件Ql的開(kāi)關(guān)電流，作為電阻R5的兩端電壓祐^r測(cè)出來(lái)，在 比較器COMP2中與從乘法器MPY輸入的開(kāi)關(guān)電流的目標(biāo)值進(jìn)行比較。若開(kāi) 關(guān)電流達(dá)到目標(biāo)值，則通過(guò)或電路OR將觸發(fā)器FF復(fù)位，由此將開(kāi)關(guān)元件Q1 斷開(kāi)。
當(dāng)將開(kāi)關(guān)元件Q1斷開(kāi)時(shí)，在電抗器L1中積蓄的能量疊加在輸入電壓上， 經(jīng)由輸出整流二極管D1輸出到輸出電容器C4以及負(fù)載(未圖示)。此時(shí)，當(dāng) 電抗器L1的能量的釋放結(jié)束時(shí)，電抗器L1的線圏N2的電壓反相。通過(guò)在比 較器COMP1中與基準(zhǔn)電壓ES1進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)出該電壓的反相，再次將觸發(fā) 器FF置位，由此接通開(kāi)關(guān)元件Q1。以下，通過(guò)重復(fù)上述動(dòng)作來(lái)進(jìn)行功率因數(shù) 改善。
功率因數(shù)改善電路lla具有限制輸出電流的功能。開(kāi)關(guān)元件Q1的開(kāi)關(guān)電 流如上所述，作為電阻R5的兩端電壓被檢測(cè)出來(lái)，在比較器COMP3中與基 準(zhǔn)電壓ES3進(jìn)行比較。當(dāng)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)電流的電阻R5的兩端電壓變得大于基準(zhǔn) 電壓ES3時(shí)，經(jīng)由或電路OR將觸發(fā)器FF復(fù)位，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)元件Q1。由此，
將開(kāi)關(guān)電流的峰值限制為基準(zhǔn)電壓ES3的值。
根據(jù)如上構(gòu)成的功率因數(shù)改善電路lla,當(dāng)負(fù)荷加重時(shí)，來(lái)自功率因數(shù)改 善電路lla的輸出電流受到限制，其結(jié)果，來(lái)自工業(yè)電源AC的輸入電流受到 限制。例如，當(dāng)將功率因數(shù)改善電路lla的變換效率設(shè)為95%時(shí)，為了使輸 入AC100V時(shí)輸入電流不超過(guò)15A，將功率因數(shù)改善電路lla的輸出限制電流 值Is設(shè)定為"Is = AC100V x 15A x 95 % + 380V = 3.75A"。通過(guò)設(shè)定這樣的輸 出限制電流值Is，無(wú)論連接什么樣的負(fù)載都可以將輸入電流抑制為最大15A。
高速打印機(jī)在打印時(shí)消耗較大功率，但平均僅消耗峰值功率的1/5左右的 功率。因此，在AC-DC變換器上連接高速打印機(jī)這樣的負(fù)載時(shí)，僅在打印時(shí) 達(dá)到輸出限制電流值Is。當(dāng)達(dá)到輸出限制電流值Is時(shí)，向降低的方向控制功 率因數(shù)改善電路lla的輸出電壓。
與功率因數(shù)改善電路lla的輸出相連的DC-DC變換器12a的輸出電壓， 隨著功率因數(shù)改善電路lla的輸出電壓的降低而降低。當(dāng)成為這種狀態(tài)時(shí)，從 與雙向DC-DC變換器13的第2輸入輸出端子相連的雙電層電容器EDLC供 給能量，輸出到雙向DC-DC變換器13的第1輸入輸出端子。由此，可以對(duì) 負(fù)載提供與雙向DC-DC變換器13和雙電層電容器EDLC的能力相對(duì)應(yīng)的功 率。
從而，即使在負(fù)載中消耗了來(lái)自工業(yè)電源AC的輸入電流超過(guò)15A的功率 時(shí)，輸入電流也維持15A以下，同時(shí)可以從雙電層電容器EDLC供給其峰值 功率。在高速打印機(jī)不進(jìn)行打印的期間對(duì)雙電層電容器EDLC進(jìn)行充電。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的AC-DC變換器，可以在把來(lái)自工業(yè) 電源AC的輸入電流抑制在15A以下的同時(shí)，對(duì)高速打印機(jī)提供更大的峰值 功率。因此，不需要設(shè)置專用的工業(yè)插座或者從兩個(gè)系統(tǒng)的工業(yè)電力線取得電 力的設(shè)備，可以解決增加工時(shí)或者AC-DC變換器變得昂貴的問(wèn)題。
此外，在上述實(shí)施例1的AC-DC變換器中，功率因數(shù)改善電路lla具備 限制輸出電流的功能，但也可以在DC-DC變換器12a中具備限制輸出電流的 功能。在這種情況下如圖3所示，在DC-DC變換器12a的輸出端子上設(shè)置電 流檢測(cè)電阻Rll，將電流檢測(cè)電阻Rll中流動(dòng)的電流作為電壓而取得，比較器 COMP11比較所取得的電壓與通過(guò)電壓源產(chǎn)生的規(guī)定的基準(zhǔn)電壓ESll。
將比較器COMPll的比較結(jié)果輸出到控制電路CONT。當(dāng)來(lái)自比較器 COMPll的信號(hào)表示通過(guò)電流檢測(cè)電阻Rll產(chǎn)生的電壓比基準(zhǔn)電壓ESll大 時(shí)、即DC-DC變換器12a的輸出電流比輸出限制電流Isd大時(shí)，控制電路CONT 縮短未圖示的開(kāi)關(guān)元件的接通時(shí)間來(lái)限制輸出電流。由此，取得與通過(guò)上述功 率因數(shù)改善電路11 a限制輸出電流的情況相同的效果。 (實(shí)施例2)
本發(fā)明的實(shí)施例2的AC-DC變換器是將圖1所示的實(shí)施例1的AC-DC 變換器的雙向DC-DC變換器13具體化而得到的AC-DC變換器。圖4是表示 本發(fā)明的實(shí)施例2的AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的框圖。此外，對(duì)于與實(shí)施例1的 AC-DC變換器相同的結(jié)構(gòu)要素，賦予與實(shí)施例1的各要素相同的符號(hào)并省略 說(shuō)明，僅說(shuō)明不同的部分、即雙向DC-DC變換器13。
雙向DC-DC變換器13的一次側(cè)由具備開(kāi)關(guān)元件Ql和開(kāi)關(guān)元件Q2的半 橋型電流諧振電路構(gòu)成，二次側(cè)由具備開(kāi)關(guān)元件Q3和開(kāi)關(guān)元件Q4的同步整 流型全波整流電路構(gòu)成。在雙向DC-DC變換器13中，開(kāi)關(guān)元件Ql和開(kāi)關(guān)元 件Q4同時(shí)動(dòng)作，并且開(kāi)關(guān)元件Q2和開(kāi)關(guān)元件Q3同時(shí)動(dòng)作，以分別具有死 區(qū)時(shí)間(deadtime)而交互接通.斷開(kāi)的方式受到控制。
在變壓器T的一次側(cè)設(shè)置了在第l輸入輸出端子間串聯(lián)連接的、施加了 輸出電容器Co的兩端電壓(輸出電壓Vo)的第1開(kāi)關(guān)元件Q1以及第2開(kāi)關(guān) 元件Q2;與第1開(kāi)關(guān)元件Ql并聯(lián)連接的電壓模擬諧振用電容器Crv;在電壓 模擬諧振用電容器Crv的兩端連接的串聯(lián)諧振電路。串聯(lián)諧振電路將變壓器T 的l次線圈Lp、諧振電抗器Lr和電流諧振電容器Cri串聯(lián)連接。此外，諧振 電抗器Lr可以使用變壓器T的漏電感(leakage inductance )。
另外，在變壓器T的二次側(cè)具有為了相對(duì)于變壓器T的l次線圈Lp的 電壓產(chǎn)生反相電壓而巻繞的第一2次線圈Lsl和第二2次線圈Ls2。第一2次 線圏Lsl和第二 2次線圏Ls2的連接點(diǎn)，形成第二輸入輸出端子的一個(gè)端子， 從第一 2次線圈Lsl經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)元件Q3的信號(hào)線、和從第二 2次線圈Ls2經(jīng)過(guò) 開(kāi)關(guān)元件Q4的信號(hào)線連接在一起，形成了第二輸入輸出端子的另一個(gè)端子。 第一開(kāi)關(guān)元件Ql 第四開(kāi)關(guān)元件Q4的接通 斷開(kāi)，通過(guò)未圖示的控制電路 而控制。
在如此構(gòu)成的雙向DC-DC變換器13中，在變壓器T的一次側(cè)的串i[關(guān)諧 振電路中流過(guò)LC諧振電流。另外，在該LC諧振電流上還疊加了變壓器T的 勵(lì)磁電流。在第一開(kāi)關(guān)元件Ql ~第四開(kāi)關(guān)元件Q4的每一個(gè)中流過(guò)LC諧振頻 率的半周期的電流。因此，開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)的電流大體為零，僅成為勵(lì)^t電流。由 勵(lì)磁電流產(chǎn)生的勵(lì)磁能量被積蓄在變壓器T中，在各開(kāi)關(guān)元件斷開(kāi)后，作為 電壓模擬諧振，成為變壓器T的電感和電壓模擬諧振用電容器Crv的電壓模 擬諧振波形。各開(kāi)關(guān)元件的接通時(shí)間，成為在LC諧振的半周期上追加電壓模 擬諧振期間的死區(qū)時(shí)間而得到的固定頻率。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的AC-DC變換器，實(shí)現(xiàn)了零電流開(kāi)關(guān) 和零電壓開(kāi)關(guān)，因此可以得到較高的變換效率。 (實(shí)施例3 )
本發(fā)明的實(shí)施例3的AC-DC變換器，是通過(guò)與上述實(shí)施例2不同的電路 將圖1所示的實(shí)施例1的AC-DC變換器的雙向DC-DC變換器13具體化而得 到的AC-DC變換器。
圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施例3的AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。對(duì)于與實(shí)施 例1的AC-DC變換器相同的結(jié)構(gòu)要素，賦予與實(shí)施例1的要素相同的符號(hào)并 省略說(shuō)明，僅說(shuō)明不同的部分、即雙向DC-DC變換器13a。
通過(guò)由開(kāi)關(guān)元件Ql、開(kāi)關(guān)元件Q2和電抗器L組成的升降壓型斬波 (chopper)電路而構(gòu)成雙向DC-DC變換器13a。即，在雙向DC-DC變換器 13a的第一輸入輸出端子間串聯(lián)連接了開(kāi)關(guān)元件Ql和開(kāi)關(guān)元件Q2，開(kāi)關(guān)元件 Ql的一個(gè)端子經(jīng)由電抗器L構(gòu)成第二輸入輸出端子的一個(gè)端子，開(kāi)關(guān)元件Ql 的另一個(gè)端子構(gòu)成了第二輸入輸出端子的另一個(gè)端子。
實(shí)施例3的AC-DC變換器中，為了設(shè)定為當(dāng)輸入AC100V時(shí)輸入電流不 超過(guò)15A，當(dāng)將功率因數(shù)改善電路11a的變換效率設(shè)為95%時(shí)，將功率因數(shù) 改善電路lla的輸出限制電流值Is設(shè)定為"Is = AC100Vx 15Ax95% +380V =3.75A"，或者當(dāng)將DC-DC變換器12a的變換效率設(shè)為90 % 、將DC-DC變 換器12a的輸出設(shè)為DC24V時(shí)，將DC-DC變換器12a的輸出限制電流值Isd 設(shè)定為"Isd = AC100V x 15A x 95 % x 90 % + 24V = 53.4A"。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的AC-DC變換器，通過(guò)上述那樣設(shè)定
輸出限制電流值Isd,無(wú)論連接什么樣的負(fù)載都可以將輸入電流抑制為最大 15A。另外，在負(fù)載需要較大的峰值功率的情況下，從雙電層電容器EDLC提 供能量，對(duì)負(fù)載提供升壓后的輸出電壓Vo。因此，得到與實(shí)施例1的AC-DC 變換器相同的效果。 (實(shí)施例4 )
本發(fā)明的實(shí)施例4的AC-DC變換器，是通過(guò)與上述實(shí)施例2和實(shí)施例3 進(jìn)一步不同的電路將圖1所示的實(shí)施例1的AC-DC變換器的雙向DC-DC變 換器具體化而得到的AC-DC變換器。
圖6是表示本發(fā)明的實(shí)施例4的AC-DC變換器的結(jié)構(gòu)的圖。對(duì)于與實(shí)施 例1的AC-DC變換器相同的結(jié)構(gòu)要素，賦予與實(shí)施例1的要素相同的符號(hào)并 省略說(shuō)明，僅說(shuō)明不同的部分、即雙向DC-DC變換器13b。即具有基于單向 的升壓型斬波電路的升壓型DC-DC變換器13bl、和充電用DC-DC變換器13b2 這兩個(gè)DC-DC變換器13b。
此外，充電用DC-DC變換器13b2的輸入端子與DC-DC變換器12的輸 出端子相連，但也可以將充電用DC-DC變換器13b2的輸入端子與DC-DC變
升壓型DC-DC變換器13bl由變壓器構(gòu)造的電抗器L1以及L2、開(kāi)關(guān)元件 Ql、整流用二極管D1、輸出電容器Cs以及防逆流二極管D2構(gòu)成。使用變壓 器型電抗器LI以及L2的原因在于，雙電層電容器EDLC的電壓一般較低， 而雙向DC-DC變換器13b卻要求比較高的升壓比。因此，也可以根據(jù)用途而 省略電抗器L2。
二極管D2防止電流的逆流，在無(wú)負(fù)載時(shí)維持輸出電容器Cs的電壓，在 無(wú)負(fù)載時(shí)也防止升壓型DC-DC變換器13bl停止。不使升壓型DC-DC變換器 13bl停止的原因是，若升壓型DC-DC變換器13bl已停止，則到開(kāi)始動(dòng)作前 需要時(shí)間，所以要防止其停止。因此，當(dāng)輸出電容器Co的電壓低于輸出電容 器Cs的電壓時(shí)，電流自動(dòng)通過(guò)二極管D2流出，向負(fù)載供給能量。
在升壓型DC-DC變換器13bl不向負(fù)載輸送峰值功率的期間，控制充電用 DC-DC變換器13b2，以便對(duì)雙電層電容器EDLC充電。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的AC-DC變換器，得到與實(shí)施例1的AC-DC變換器相同的效果。
此外，在上述實(shí)施例1 ~實(shí)施例4的AC-DC變換器中，將功率因數(shù)改善 電路lla的輸出電流或DC-DC變換器12a的輸出電流限制為預(yù)定值(輸出限 制電流值)而構(gòu)成，但也可以代替輸出電流而限制輸出功率。 (實(shí)施例5 )
本發(fā)明的實(shí)施例5的AC-DC變換器，是在DC-DC變換器12b中使通過(guò)
制，由此來(lái)控制輸出電壓的AC-DC變換器。實(shí)施例5的AC-DC變換器具有 DC-DC變換器12b,僅對(duì)DC-DC變換器12b進(jìn)行說(shuō)明。
圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例5的AC-DC變換器中所使用的DC-DC變換 器12b的詳細(xì)結(jié)構(gòu)的電路圖。該DC-DC變換器12b是反激(fly back)型DC-DC 變換器，將功率因數(shù)改善電路ll的輸出用作電源E。在該DC-DC變換器12b 的一次側(cè)，與電源E并列地連接了變壓器T的1次線圏P和開(kāi)關(guān)元件Q的串 聯(lián)電路?？刂齐娐稢ONT控制開(kāi)關(guān)元件Q的接通 斷開(kāi)。
在DC-DC變換器12b的二次側(cè)，與變壓器T的2次線圈S并列地連接輸 出整流二極管D和輸出平滑電容器CO的串聯(lián)電路，從輸出平滑電容器CO的 兩端向負(fù)載RL供給輸出電壓Vo。另外，在DC-DC變換器12b的二次側(cè)設(shè)置 了由電阻R1 R4、電容器C1、運(yùn)算放大器OPl以及產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓ES1的電壓 源構(gòu)成的輸出電壓檢測(cè)電路CV。
輸出電壓檢測(cè)電路CV具有在輸出平滑電容器CO的兩端間串聯(lián)連接的電 阻R3和電阻R4，將電阻R3和電阻R4的連接點(diǎn)與運(yùn)算放大器OP1的反相輸 入端子(-)相連。在運(yùn)算放大器OPl的同相輸入端子(+ ),從電壓源供給 基準(zhǔn)電壓ES1。在運(yùn)算放大器OP1的反相輸入端子(-)和輸出端子之間連 接電阻R2，與該電阻R2并列地連接了電阻R1和電容器C1的串聯(lián)電路。
運(yùn)算放大器OPl的輸出端子經(jīng)由限流電阻R5與光耦合器PC1相連。當(dāng)運(yùn) 算放大器OPl的輸出成為低電平時(shí)、即檢測(cè)出輸出電壓Vo超過(guò)了根據(jù)基準(zhǔn)電 壓ES1而決定的規(guī)定電壓時(shí)，光耦合器PC1向一次側(cè)的控制電路CONT傳達(dá) 該情況。由此，控制電路CONT控制開(kāi)關(guān)元件Q的接通期間，將輸出電壓Vo 維持在規(guī)定值。在如上這樣構(gòu)成的DC-DC變換器12b中，說(shuō)明使通過(guò)輸出電壓檢測(cè)電路 CV檢測(cè)出的輸出電壓從峰值負(fù)荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間反饋到變壓器T的一次側(cè)的 動(dòng)作。輸出電壓檢測(cè)電路CV的運(yùn)算放大器0P1的增益A為"A=Rf/Rs"。在 此，Rs是電阻R3和R4的組合電阻，根據(jù)電阻R1、電容器C1以及電阻R2 而決定Rf。因此，以運(yùn)算放大器OP1的輸出比峰值負(fù)荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間的方 式，決定由電容器CI和電阻R1構(gòu)成的電路的時(shí)間常數(shù)。由此，即使提供給 負(fù)載的功率達(dá)到峰值，DC-DC變換器12b也不立即響應(yīng)，而降低其輸出電壓。 因此，可以從雙電層電容器EDLC經(jīng)由雙向DC-DC變換器13對(duì)負(fù)載供給能 量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5的AC-DC變換器，可以通過(guò)不與峰值 負(fù)荷對(duì)應(yīng)的較小的變換器來(lái)構(gòu)成DC-DC變換器12b以及功率因數(shù)改善電路 lla。
(實(shí)施例6 )
本發(fā)明的實(shí)施例6的AC-DC變換器，是在功率因數(shù)改善電路11中，使通
次側(cè)的AC-DC變換器。在實(shí)施例6的AC-DC變換器中，如圖8所示，具有 功率因數(shù)改善電路lib,僅對(duì)功率因數(shù)改善電路llb進(jìn)行說(shuō)明。
實(shí)施例6的AC-DC變換器的功率因數(shù)改善電路lib,從圖2所示的實(shí)施 例1的AC-DC變換器的功率因數(shù)改善電路lla中除去比較器COMP3、基準(zhǔn)電 壓ES3的電壓源以及或電路OR,將比較器COMP2的輸出直接輸入到觸發(fā)器 FF的復(fù)位端子R而構(gòu)成。本發(fā)明的輸出電壓檢測(cè)電路由電阻R6、電阻R7以 及運(yùn)算放大器OTA1構(gòu)成。
在如上構(gòu)成的功率因數(shù)改善電路lib中，說(shuō)明使通過(guò)輸出電壓檢測(cè)電路檢 測(cè)出的輸出電壓從峰值負(fù)荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間反饋到變壓器T的一次側(cè)的動(dòng)作。
作為輸出電壓檢測(cè)電路的運(yùn)算放大器O丁Al，使用了恒流輸出型導(dǎo)電放大 器(其兼用作CV和OV,因此也可以是通常的運(yùn)算放大器)。導(dǎo)電放大器的增 益一般由內(nèi)部電路常數(shù)來(lái)決定。因此，通過(guò)構(gòu)成外部相位補(bǔ)償電路的電阻R4、 電容器C2以及電容器C3僅決定相位響應(yīng)。
即，可以根據(jù)運(yùn)算放大器OTA1的流出電流、和構(gòu)成相位補(bǔ)償電路的CR
電路的時(shí)間常數(shù)來(lái)決定響應(yīng)時(shí)間。因此，以運(yùn)算放大器0TA1的輸出從峰值負(fù)
荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間的方式，決定由電阻R4、電容器C2以及電容器C3構(gòu)成的 電路的時(shí)間常數(shù)。由此，即使負(fù)載的消耗功率達(dá)到峰值，功率因數(shù)改善電路 llb也不立即響應(yīng)，而降低其輸出電壓。因此，可以從雙電層電容器EDLC經(jīng) 由雙向DC-DC變換器13向負(fù)載供給能量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例6的AC-DC變換器，可以通過(guò)不與峰值 負(fù)荷對(duì)應(yīng)的較小的變換器構(gòu)成DC-DC變換器12b和功率因數(shù)改善電路llb。 (實(shí)施例7 )
本發(fā)明的實(shí)施例7的AC-DC變換器的DC-DC變換器12c如圖9所示，在 實(shí)施例5的AC-DC變換器的DC-DC變換器12b的二次側(cè)設(shè)置的電阻R3和電 阻R4之間追加了電阻R6，在輸出電壓檢測(cè)電路CV和電流限制電阻R5之間 追加了二極管D51。而且，追加了由電阻R7-R8、電容器C2以及運(yùn)算放大 器OP2構(gòu)成的高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路HCV，在高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電 路HCV和電流限制電阻R5之間追加二極管D52來(lái)構(gòu)成。
在高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路HCV中，將電阻R3和電阻R6的連接點(diǎn)與 運(yùn)算放大器OP2的反相輸入端子(-)相連。向運(yùn)算放大器OP2的同相輸入 端子(+ )提供基準(zhǔn)電壓ES1。在運(yùn)算放大器OP2的反相輸入端子(-)和 輸出端子之間連接電阻R8，與電阻R8并列地連接了電阻R7和電容器C2的 串聯(lián)電路。運(yùn)算放大器OP2的輸出端子經(jīng)由二極管D52以及電流限制電阻R5， 與光耦合器PC1相連。
在上述實(shí)施例7的AC-DC變換器中，由于DC-DC變換器12c的響應(yīng)延遲 而導(dǎo)致負(fù)荷急劇增大的情況下，有電壓降低的傾向。在該電壓降低的情況下， 由于從雙向DC-DC變換器13供給能量，所以沒(méi)有問(wèn)題；但在負(fù)荷急劇減輕 的情況下，輸出電壓顯著上升。高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路HCV為了防止該 電壓上升，對(duì)于比通過(guò)電阻R6產(chǎn)生的輸出電壓Vo稍大(僅大規(guī)定值)的電 壓進(jìn)行高速響應(yīng)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例7的AC-DC變換器，在負(fù)荷急劇減輕的 情況下可以防止輸出電壓顯著上升。 (實(shí)施例8 )
在本實(shí)施例8的AC-DC變換器中，如圖10所示，具有功率因數(shù)改善電路 llc，僅說(shuō)明功率因數(shù)改善電路llc。
在實(shí)施例6的AC-DC變換器的功率因數(shù)改善電路lib的輸出電壓檢測(cè)電 路中設(shè)置的電阻R6和電阻R7之間追加了電阻R8,并且追加了運(yùn)算放大器 OP1以及或電路OR而構(gòu)成功率因數(shù)改善電路llc。電阻R8以及運(yùn)算放大器 OP1對(duì)應(yīng)于本發(fā)明的高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路。
在輸出電壓檢測(cè)電路中，電阻R8和電阻R7的連接點(diǎn)與運(yùn)算放大器OTA1 的反相輸入端子(-)相連。在高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路中，將電阻R8和 電阻R6的連接點(diǎn)與運(yùn)算放大器OPl的同相輸入端子(+ )相連，在反相輸入 端子(-)供給基準(zhǔn)電壓ES2。將運(yùn)算放大器OPl的輸出送至或電路OR。對(duì) 或電路OR輸入比較器COMP2的輸出。將或電路OR的輸出提供給觸發(fā)器FF 的復(fù)位輸入端子。
在如上那樣構(gòu)成的實(shí)施例8的AC-DC變換器中，在電阻R6和電阻R7之 間設(shè)置電阻R8,通過(guò)運(yùn)算放大器OP1檢測(cè)出比輸出電壓Vout稍高(僅高規(guī)定 值)的電壓，將觸發(fā)器FF復(fù)位。可以在運(yùn)算放大器OPl的輸出側(cè)不設(shè)置相位 補(bǔ)償電路而進(jìn)行高速的響應(yīng)。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例8的AC-DC變換器，具有響應(yīng)延遲的輸 出電壓檢測(cè)電路，同時(shí)新增加了可以進(jìn)行高速響應(yīng)的高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電 路，由此可以防止由于負(fù)荷的突變而發(fā)生的超調(diào)(overshot)。
權(quán)利要求
1.一種AC-DC變換器，其特征在于，具備對(duì)從交流電源供給的交流進(jìn)行整流的整流器；與所述整流器的輸出側(cè)相連，改善功率因數(shù)的功率因數(shù)改善電路；將從所述功率因數(shù)改善電路輸出的電壓變換為其它電壓、并且將功率或電流限制為預(yù)定值來(lái)輸出的DC-DC變換器；積蓄能量的電容器；以及一個(gè)輸入輸出端子與所述DC-DC變換器的輸出端子相連，另一個(gè)輸入輸出端子與所述電容器相連，雙向地進(jìn)行電力變換的雙向DC-DC變換器。
2. —種AC-DC變換器，其特征在于， 具備對(duì)從交流電源供給的交流進(jìn)行整流的整流器；與所述整流器的輸出側(cè)相連來(lái)改善功率因數(shù)、并且將功率或電流限制為預(yù) 定值來(lái)輸出的功率因數(shù)改善電路；器；積蓄能量的電容器；以及一個(gè)輸入輸出端子與所述DC-DC變換器的輸出端子相連，另一個(gè)輸入輸 出端子與所述電容器相連，雙向地進(jìn)行電力變換的雙向DC-DC變換器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的AC-DC變換器，其特征在于， 所述DC-DC變換器具有輸出電壓檢測(cè)電路，該輸出電壓檢測(cè)電路檢測(cè)輸出電壓，通過(guò)使該檢測(cè)結(jié)果從峰值負(fù)荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間進(jìn)行反饋控制，來(lái)控制 輸出電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的AC-DC變換器，其特征在于， 所述功率因數(shù)改善電路具有輸出電壓檢測(cè)電路，該輸出電壓檢測(cè)電路檢測(cè)制輸出電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的AC-DC變換器，其特征在于， 所述DC-DC變換器具有高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路，該高速響應(yīng)輸出電的電壓，根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋控制，由此控制輸出電壓。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的AC-DC變換器，其特征在于， 所述功率因數(shù)改善電路具有高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路，該高速響應(yīng)輸出值的電壓，根據(jù)該沖企測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋控制，由此控制輸出電壓。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的AC-DC變換器，其特征在于， 通過(guò)所述輸出電壓檢測(cè)電路所檢測(cè)出的電壓值最低，使檢測(cè)結(jié)果從峰值負(fù)荷時(shí)延遲規(guī)定時(shí)間進(jìn)行反饋控制，通過(guò)高速響應(yīng)輸出電壓檢測(cè)電路檢測(cè)出的電壓值，比通過(guò)所述輸出電壓檢 測(cè)電路檢測(cè)出的電壓值高，使檢測(cè)結(jié)果比所述輸出電壓檢測(cè)電路中的延遲更早 地進(jìn)行反饋控制。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的AC-DC變換器，其特征在于， 具備與所述DC-DC變換器的輸出相連的電容器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種AC-DC變換器，其可以從工業(yè)電源的一般插座取得電力，并且是可以應(yīng)對(duì)更高的峰值功率的廉價(jià)的AC-DC變換器。該AC-DC變換器具備對(duì)從電流電源(AC)供給的交流進(jìn)行整流的整流器(DB)；與整流器的輸出側(cè)相連，改善功率因數(shù)的功率因數(shù)改善電路(11)；將從功率因數(shù)改善電路輸出的電壓變換為其它電壓，并且將功率或電流限制為預(yù)定值來(lái)進(jìn)行輸出的DC-DC變換器(12)；積蓄能量的電容器；一個(gè)輸入輸出端子與DC-DC變換器的輸出端子相連，另一個(gè)輸入輸出端子與電容器相連，雙向地進(jìn)行電力變換的雙向DC-DC變換器(13)。
文檔編號(hào)H02M1/00GK101355312SQ20081013582
公開(kāi)日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日
發(fā)明者臼井浩 申請(qǐng)人:三墾電氣株式會(huì)社