(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全波整流入力電圧に応じて正規化信号を生成するのに使用する振幅正規化回路であって、該正規化信号は一定の振幅を有する振幅正規化回路と、
前記正規化信号と閾値電圧とを比較して選択信号を生成するのに使用するコンパレータ回路であって、前記選択信号は、前記正規化信号が前記閾値電圧より高いと第１状態を表し、前記正規化信号が前記閾値電圧より低いと第２状態を表すコンパレータ回路と、
第１駆動信号に結合した第１入力端と、第２駆動信号に結合した第２入力端と、前記選択信号に結合した制御端と、ゲート駆動信号を出力する出力端を有する駆動信号選択回路であって、前記ゲート駆動信号を、前記選択信号が前記第１状態を表すと前記第１駆動信号によって提供し、前記選択信号が前記第２状態を表すと前記第２駆動信号によって提供する駆動信号選択回路と
を備えることを特徴とする固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【請求項２】
前記第１駆動信号を生成するためにＰＷＭ／ＰＦＣ回路を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載の固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【請求項３】
前記第２駆動信号をローレベルに設定することを特徴とする、請求項２に記載の固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【請求項４】
前記振幅正規化回路は、
前記全波整流入力電圧を、利得制御信号によって制御される利得で増幅して、前記正規化信号を生成するのに使用する可変利得増幅器と、
前記正規化信号のピーク電圧を表すピーク信号を生成するのに使用するピーク検出器と、
前記ピーク信号と直流電圧の差を増幅して、前記利得制御信号を生成するのに使用する増幅器と、
を備えることを特徴とする、請求項３に記載の固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【請求項５】
全波整流入力電圧を、利得制御信号によって制御される利得で増幅して、正規化信号を生成するのに使用する可変利得増幅器と、
前記正規化信号のピーク電圧を表すピーク信号を生成するのに使用するピーク検出器と、
前記ピーク信号と直流電圧の差を増幅して、前記利得制御信号を生成するのに使用する増幅器と、
前記正規化信号と閾値電圧とを比較して選択信号を生成するのに使用するコンパレータ回路であって、前記選択信号は、前記正規化信号が前記閾値電圧より高いと第１状態を表し、前記正規化信号が前記閾値電圧より低いと第２状態を表すコンパレータ回路と、
第１駆動信号に結合した第１入力端と、第２駆動信号と結合した第２入力端と、前記選択信号に結合した制御端と、ゲート駆動信号を出力するための出力端を有する駆動信号選択回路であって、前記ゲート駆動信号を、前記選択信号が前記第１状態を表すと前記第１駆動信号によって提供し、前記選択信号が前記第２状態を表すと前記第２駆動信号によって提供する駆動信号選択回路と
を備えることを特徴とする固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【請求項６】
前記第１駆動信号を生成するためにＰＷＭ／ＰＦＣ回路を更に備えることを特徴とする、請求項５に記載の固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【請求項７】
前記第２駆動信号をローレベルに設定することを特徴とする、請求項６に記載の固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【請求項８】
全波整流入力電圧を、利得制御信号によって制御される利得で増幅して、正規化信号を生成するのに使用する可変利得増幅器と、
前記正規化信号のピーク電圧を表すピーク信号を生成するのに使用するピーク検出器と、
前記ピーク信号と直流電圧の差を増幅して、前記利得制御信号を生成するのに使用する増幅器と、
前記正規化信号と閾値電圧とを比較して選択信号を生成するのに使用するコンパレータ回路であって、前記選択信号は、前記正規化信号が前記閾値電圧より高いと第１状態を表し、前記正規化信号が前記閾値電圧より低いと第２状態を表すコンパレータ回路と、
第１駆動信号を生成するのに使用するＰＷＭ／ＰＦＣ回路と、
前記第１駆動信号に結合した第１入力端と、第２駆動信号に結合した第２入力端と、前記選択信号に結合した制御端と、ゲート駆動信号を出力する出力端を有する駆動信号選択回路であって、前記ゲート駆動信号を、前記選択信号が前記第１状態を表すと前記第１駆動信号によって提供し、前記選択信号が前記第２状態を表すと前記第２駆動信号によって提供する駆動信号選択回路と
を備えることを特徴とする固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【請求項９】
前記第２駆動信号をローレベルに設定することを特徴とする、請求項８に記載の固定不動作時間ＰＦＣ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換制御装置、特にＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ  Ｆａｃｔｏｒ  Ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ：力率改善）を電力変換応用装置に提供可能な電力変換制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１では、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：パルス幅変調）機能と力率改善機能を提供可能な従来技術のＰＷＭ／ＰＦＣ回路を使用して、ＢＵＣＫ電力変換応用装置の入力電流ＩＩＮの波形を全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅの波形と相似させ、安定化した直流出力電圧ＶＯ（又は出力電流ＩＯ）を生成するようにＢＵＣＫ変換を制御する、電力変換応用装置について説明している。図１から分かるように、電力変換応用装置は、ＰＷＭ／ＰＦＣ回路１００、電源スイッチ１０１、ダイオード１０２、インダクタ１０３、負荷１０４を含む。
【０００３】
ＰＷＭ／ＰＦＣ回路１００を使用して、フィードバック信号ＶＦＢと全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅに応じて駆動信号ＶＧを生成し、それにより入力電流ＩＩＮを全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅに追従させつつ、出力電圧ＶＯ又は出力電流ＩＯを直流値に安定化させるようにするが、フィードバック信号ＶＦＢは、通常、出力電圧ＶＯから又は入力電流ＩＩＮから導出される。
【０００４】
電源スイッチ１０１、典型的にはＭＯＳＦＥＴ、を使用して、全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅから出力電圧ＶＯに電力変換を制御する。
【０００５】
ダイオード１０２を単方向スイッチとして使用し、電源スイッチ１０１をオフにするとインダクタ１０３に蓄えたエネルギを放出するようにする。
【０００６】
インダクタ１０３を使用して、電源スイッチをオンにすると電流の形でエネルギを蓄え、電源スイッチ１０１をオフにすると負荷１０４に蓄えたエネルギを放出するようにする。
【０００７】
負荷１０４を、ＬＥＤで構成する抵抗負荷又は非抵抗負荷とできる。
【０００８】
運転中、全波整流波形によって、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅの電圧レベルが１周期の一部で出力電圧ＶＯより下がると、１周期の当該部分で、エネルギはＶＦｕｌｌ＿ＷａｖｅからＶＯに変換されない。その結果、１周期に負荷１０４に供給されるエネルギは、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅの振幅に左右され、振幅が大きいほど多くのエネルギが１周期に供給される。図２を参照されたい。図２では、高振幅の全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｈｉｇｈと低振幅の全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｌｏｗの波形を、直流出力電圧ＶＯと比較して、示している。図２から分かるように、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｈｉｇｈでは、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，ＨｉｇｈがＶＯより低い間には不動作時間（ｄｅａｄ  ｔｉｍｅ）ＴｄＨがあり、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，ＨｉｇｈがＶＯより高い間には動作時間（ａｃｔｉｖｅ  ｔｉｍｅ）ＴａＨがあり、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，ＬｏｗがＶＯより低い間には不動作時間ＴｄＬがあり、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，ＬｏｗがＶＯより高い間には動作時間ＴａＬがあり、ＴｄＨはＴｄＬより短く、ＴａＨはＴａＬより長い。従って、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｈｉｇｈが１周期に供給するエネルギは、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｌｏｗが供給するエネルギよりも多く、それが原因で、電力変換応用装置の―力率、平均出力電流等―多くの面で矛盾が生じる。例えば、出力電流ＩＯを、直流値ＩＣＯＮＳＴで安定化する場合、結果的に得られる出力電流ＩＯの平均は、高振幅の全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｈｉｇｈに対してはＩＣＯＮＳＴ×ＴａＨ／（ＴａＨ＋ＴｄＨ）と等しくなり、低振幅の全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｌｏｗに対してはＩＣＯＮＳＴ×ＴａＬ／（ＴａＬ＋ＴｄＬ）と等しくなり、ＴａＨ／（ＴａＨ＋ＴｄＨ）がＴａＬ／（ＴａＬ＋ＴｄＬ）より大きくなることが明らかである。
【０００９】
こうした矛盾する問題に鑑み、本発明は、電力変換応用装置のための不動作時間を固定可能なＰＦＣ電力変換制御装置を提案する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の主な目的は、電力変換応用装置のための不動作時間を固定可能なＰＦＣ電力変換制御装置を提案することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、全波整流入力電圧の振幅に関係無く、一定の平均出力電流を提供可能なＰＦＣ電力変換制御装置を提案することである。
【００１２】
本発明の更に別の目的は、全波整流入力電圧の振幅に関係無く、一定の平均出力電圧を提供可能なＰＦＣ電力変換制御装置を提案することである。
【００１３】
本発明のまた別の目的は、全波整流入力電圧の振幅に関係無く、一定の力率を提供可能なＰＦＣ電力変換制御装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記目的を達成するために、固定不動作時間ＰＦＣ制御装置を提案し、該固定不動作時間ＰＦＣ制御装置は、
全波整流入力電圧に応じて正規化信号を生成するのに使用する振幅正規化回路であって、該正規化信号は一定の振幅を有する振幅正規化回路と、
正規化信号と閾値電圧とを比較して選択信号を生成するのに使用するコンパレータ回路であって、該選択信号は、正規化信号が閾値電圧より高いと第１状態を表し、正規化信号が閾値電圧より低いと第２状態を表すコンパレータ回路と、
第１駆動信号を生成して、電力変換応用装置の入力電流を全波整流入力電圧に追従させつつ、電力変換応用装置の出力電圧又は出力電流を直流値に安定化させ続けるのに使用するＰＷＭ／ＰＦＣ回路と、
第１駆動信号に結合した第１入力端と、第２駆動信号に結合した第２入力端と、選択信号に結合した制御端と、ゲート駆動信号を出力する出力端を有する駆動信号選択回路であって、ゲート駆動信号を、選択信号が第１状態を表すと第１駆動信号によって提供し、選択信号が第２状態を表すと第２駆動信号によって提供する駆動信号選択回路を含む。
【００１５】
好適には、振幅正規化回路は、可変利得増幅器と、ピーク検出器と、増幅器を含む。
【００１６】
好適には、可変利得増幅器を使用して、利得制御信号によって制御される利得で全波整流入力電圧を増幅して、正規化信号を生成する。
【００１７】
好適には、ピーク検出器を使用して、正規化信号のピーク電圧を表すピーク信号を生成する。
【００１８】
好適には、増幅器を使用して、ピーク信号と直流電圧の差を増幅することによって利得制御信号を生成する。
【００１９】
審査官が本発明の目的、構造、革新的な特徴、性能を一層容易に理解できるように、添付図と共に好適実施形態を使用して、本発明について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】パルス幅変調機能と力率改善機能を提供できる従来技術のＰＷＭ／ＰＦＣ回路を含む電力変換応用装置を示す。
【図２】高振幅の全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｈｉｇｈと低振幅の全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｌｏｗの波形を、直流出力電圧ＶＯと比較して示す。
【図３ａ】本発明の全波整流入力電圧に関する振幅正規化の概念について示す。
【図３ｂ】固定不動作時間を生成するために、正規化信号の波形を直流閾値電圧と比較して示す。
【図４】本発明の好適な実施形態による固定不動作時間ＰＦＣ制御装置のブロック図を示す。
【図５】本発明の好適な実施形態による図４の振幅正規化回路のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、本発明について、好適な実施形態を示す添付図を参照して、更に詳細に説明する。
【００２２】
不動作時間の矛盾に関する問題を解決するために、本発明は、振幅正規化回路を提案し、その概念について図３ａで説明する。図３ａで説明するように、高振幅全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｈｉｇｈと低振幅全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅ，Ｌｏｗの両方を、一定の振幅ＶＣＯＮＳＴを持つ同一の正規化信号ＶＮＯＲＭを生成するように処理し、該同一の正規化信号ＶＮＯＲＭを使用して、固定不動作時間を生成できる。図３ｂを参照されたい。図３ｂでは、固定不動作時間を生成するために直流閾値電圧と比較した正規化信号の波形を示している。図３ｂに示すように、正規化信号ＶＮＯＲＭを直流閾値電圧ＶＴＨと比較して、正規化した不動作時間ＴｄＮと正規化した動作時間ＴａＮを生成する。
【００２３】
以上特定した概念に基づいて、本発明は、固定不動作時間ＰＦＣ制御装置を提案する。図４を参照されたい。図４では、本発明の好適な実施形態による固定不動作時間ＰＦＣ制御装置のブロック図を示している。図４に示すように、固定不動作時間ＰＦＣ制御装置４００は、振幅正規化回路４０１、コンパレータ回路４０２、ＰＷＭ／ＰＦＣ回路４０３、駆動信号選択回路４０４を含む。
【００２４】
振幅正規化回路４０１を使用して、全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅに応じて正規化信号ＶＮＯＲＭを生成するが、該正規化信号ＶＮＯＲＭの振幅は、全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅの振幅とは関係無く一定にする。振幅正規化回路４０１を実装するには、図５を参照されたい。図５では、本発明の好適な実施形態による振幅正規化回路４０１のブロック図を示している。図５に示すように、全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅに応じて正規化信号ＶＮＯＲＭを生成するのに使用する振幅正規化回路４０１は、可変利得増幅器５０１、ピーク検出器５０２、増幅器５０３を含む。
【００２５】
可変利得増幅器５０１を使用して、利得制御信号ＶＧＣによって制御される利得で全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅを増幅して、正規化信号ＶＮＯＲＭを生成する。
【００２６】
ピーク検出器５０２を使用して、ＶＮＯＲＭのピーク電圧を表すピーク信号ＶＰを生成する。
【００２７】
増幅器５０３を使用して、ＶＰと直流電圧ＶＣＯＮＳＴの差を増幅することによって利得制御信号ＶＧＣを生成する。
【００２８】
負帰還構成で増幅器５０３の入力端を仮想短絡することにより、ＶＰをＶＣＯＮＳＴに近づけると、その結果ＶＮＯＲＭの振幅が、全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅの振幅とは無関係に一定になる。
【００２９】
コンパレータ回路４０２を使用して、正規化信号ＶＮＯＲＭを閾値電圧ＶＴＨと比較して、選択信号ＶＳＥＬを生成するが、該選択信号ＶＳＥＬは、正規化信号ＶＮＯＲＭが閾値電圧ＶＴＨより高いと、第１状態（例えばハイレベルとするが、これに限定しない）を表し、正規化信号ＶＮＯＲＭが閾値電圧ＶＴＨより低いと、第２状態（例えばローレベルとするが、これに限定しない）を表す。好適には、閾値電圧ＶＴＨを、正規化した不動作時間ＴｄＮが、可能な限り低振幅のＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅが電力変換応用装置の出力電圧より下がる時間と等しくなるレベルに設定する。
【００３０】
ＰＷＭ／ＰＦＣ回路４０３を使用して、第１駆動信号ＶＧ，ａｃｔｉｖｅを生成する。第１駆動信号ＶＧ，ａｃｔｉｖｅを電源スイッチに適用した場合、該信号により、電力変換応用装置の入力電流を全波整流入力電圧ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅに追従させつつ、電力変換応用装置の出力電圧又は出力電流を、直流値に安定化させ続けられる。
【００３１】
駆動信号選択回路４０４は、第１駆動信号ＶＧ，ａｃｔｉｖｅに結合した第１入力端と、第２駆動信号ＶＧ，ｄｅａｄに結合した第２入力端と、選択信号ＶＳＥＬに結合した制御端と、ゲート駆動信号ＶＧを出力する出力端とを有し、選択信号ＶＳＥＬが第１状態を表すと、第１駆動信号ＶＧ，ａｃｔｉｖｅによってゲート駆動信号ＶＧを提供し、選択信号ＶＳＥＬが第２状態を表すと、第２駆動信号ＶＧ，ｄｅａｄによってゲート駆動信号ＶＧを提供する。好適には、第２駆動信号ＶＧ，ｄｅａｄをローレベルに設定する。
【００３２】
固定不動作時間ＰＦＣ制御装置４００を電力変換応用装置で使用する場合、固定不動作時間ＴｄＮと固定動作時間ＴａＮ（図３ｂに示すように）を、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅの振幅に関係無く生成し、それによりＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅによって１周期に供給されるエネルギを固定して、電力変換応用装置の―力率、平均出力電流等―多くの面で一貫性を持たせるようにする。例えば、出力電流ＩＯを直流値ＩＣＯＮＳＴで安定化させる場合、結果的に得られる出力電流ＩＯの平均を、ＶＦｕｌｌ＿Ｗａｖｅの振幅とは関係無く、ＩＣＯＮＳＴ×ＴａＮ／（ＴａＮ＋ＴｄＮ）に固定する。
【００３３】
上記明細書から分かるように、本発明の固定不動作時間ＰＦＣ制御装置を使用することで、電力変換応用装置を振幅の異なる様々な全波整流電圧で作動させる際に、電力変換応用装置に関して一貫した性能を獲得できる。従って、本発明は、従来技術の制御装置を改善し、特許を付与する価値があるものである。
【００３４】
本発明について、例として、好適な実施形態に関して説明したが、当然ながら本発明はこれに限定されるものではない。それとは逆に、様々な変形例、同様の構成及び手順を含むことを意図しており、従って、付記した特許請求の範囲は、そうした変形例、同様の構成及び手順を全て包含するように最も広い解釈をされるべきである。
【００３５】
以上の記述を纏めると、本明細書での本発明は、従来の構造より性能を強化するもので、また特許出願要件に準拠しており、相応の特許権に関して審査を受け、取得するために、特許商標局に提出するものである。
【符号の説明】
【００３６】
１００    ＰＷＭ回路
１０１    電源スイッチ
１０２    ダイオード
１０３    インダクタ
１０４    負荷
４００    固定不動作時間ＰＦＣ制御装置
４０１    振幅正規化回路
４０２    コンパレータ回路
４０３    ＰＷＭ回路
４０４    駆動信号選択回路
５０１    可変利得増幅器
５０２    ピーク検出器
５０３    増幅器
【図１】
0005529107.tif 000002
【図２】
0005529107.tif 000003
【図３ａ】
0005529107.tif 000004
【図３ｂ】
0005529107.tif 000005
【図４】
0005529107.tif 000006
【図５】
0005529107.tif 000007