本发明提供一种能够改善功率因数并且能够减小由于开关元件的切换所产生的电源电路的输入输出的波动电流的电源电路。电源电路具备:包括第一以及第二开关元件(16)、(17)的第一电源电路、包括第三以及第四开关元件(18)、(19)的第二电源电路、以及控制电路(26)。控制电路(26)进行切换控制以使在来自交流电源(10)的交流电压为正时,使第一开关元件(16)与第三开关元件(18)接通和断开的时刻相互错开,在交流电压为负时,第二开关元件(17)和第四开关元件(19)接通断开的时刻相互错开。
1.一种电源电路,其特征在于,具备:正侧输出端子;负侧输出端子;第一电源电路,其具备:被施加来自交流电源的交流电压的第一交流输入线和第二交流输入线;第一桥电路,其具有连接在上述第一交流输入线与上述负侧输出端子之间的第一整流元件、连接在上述第二交流输入线与上述负侧输出端子之间的第二整流元件、连接在上述第一交流输入线与上述正侧输出端子之间的第三整流元件及连接在上述第二交流输入线与上述正侧输出端子之间的第四整流元件,以在上述正侧输出端子与上述负侧输出端子之间产生对上述交流电压进行全波整流得到的输出电压;第一开关元件,其与上述第一整流元件并联连接;以及第二开关元件,其与上述第二整流元件并联连接;第二电源电路,其具备:第三交流输入线,其与上述第一交流输入线并联连接;第四交流输入线,其与上述第二交流输入线并联连接;第二桥电路,其具有连接在上述第三交流输入线与上述负侧输出端子之间的第五整流元件、连接在上述第四交流输入线与上述负侧输出端子之间的第六整流元件、连接在上述第三交流输入线与上述正侧输出端子之间的第七整流元件及连接在上述第四交流输入线与上述正侧输出端子之间的第八整流元件,以在上述正侧输出端子与上述负侧输出端子之间产生输出电压;第三开关元件,其上述第五整流元件并联连接;以及第四开关元件,其与上述第六整流元件并联连接;以及控制电路,其控制上述第一开关元件至上述第四开关元件的切换,以使当上述交流电压为正时,使上述第一开关元件与上述第三开关元件接通和断开的时刻相互错开,并使流向上述交流电源的返回电流分别流过上述第二整流元件和上述第六整流元件,当上述交流电压为负时,使上述第二开关元件与上述第四开关元件接通和断开的时刻相互错开,并使流向上述交流电源的返回电流分别流过上述第一整流元件和上述第五整流元件,其中,上述第一整流元件、第二整流元件、第五整流元件及第六整流元件的电流容量小于上述第三整流元件、第四整流元件、第七整流元件及第八整流元件的电流容量。
2.根据权利要求1所述的电源电路,其特征在于,还具备分别连接于上述第一交流输入线至上述第四交流输入线的第一电抗器至第四电抗器,上述交流电压经由上述第一电抗器至上述第四电抗器而分别施加到上述第一交流输入线至上述第四交流输入线上。
3.根据权利要求1所述的电源电路,其特征在于,还具备滤波器,该滤波器将由于上述第一开关元件至上述第四开关元件的切换所产生的波动去除。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电源电路,其特征在于,还具备:第一电流检测元件,其对流过上述第一开关元件和上述第二开关元件的电流进行检测;以及第二电流检测元件,其对流过上述第三开关元件和上述第四开关元件的电流进行检测,其中,上述控制电路基于上述第一电流检测元件和上述第二电流检测元件的检测结果以及上述输出电压的分压信号,来对上述第一开关元件至上述第四开关元件的切换进行控制。技术领域
本发明涉及一种将交流电压变换为直流电压的电源电路。
背景技术
作为各种电子设备的电源电路已知一种电源电路,该电源电路具有整流电路(例如二极管桥电路)和平滑电路(例如电容器),将交流电压变换为直流电压。但是,这种电源电路在被施加正弦波的交流电压时,仅在正弦波的峰附近电流流过电源电路,因此功率因数差。另外,在即使施加了正弦波的交流电压也流过与正弦波不成比例的电流的情况下,有时会产生高次谐波而对外围设备产生恶劣影响。因此,提出如下一种电源电路:将二极管与开关元件并联连接,在适当的时刻使开关元件进行切换,通过将流过电源电路的电流设为与交流电压的正弦波相似的形状,从而能够改善功率因数、抑制高次谐波以及调整直流电压(例如参照专利文献1)。图10是表示现有的电源电路的结构的框图。该电源电路具备:构成用于对交流电压进行全波整流的二极管桥电路的四个二极管Dxa01、D2、D3以及D4;电流检测用的电阻RX;开关元件116、117;驱动电路124;控制电路126;以及输出电压的分压电阻R1、R2。来自交流电源110的交流电压通过电抗器112施加到作为交流输入线的R线上,将交流电压直接从交流电源110输入到作为另外一个交流输入线的S线。由交流电源110施加的交流电压通过二极管D1、D2、D3、D4被进行全波整流后,通过连接在P侧电极与N侧电极之间的电容器123进行平滑化。开关元件116与电阻RX串联连接,并且与电阻RX一起与二极管D1并联连接。开关元件116与二极管D1在相反极性(流过反向的电流)的方向上连接。开关元件117与电阻RX串联连接,并且与电阻RX一起与二极管D2并联连接。开关元件116与二极管D2在相反极性(流过反向的电流)的方向上连接。电阻RX在开关元件117或者开关元件116接通的期间内,检测流过二极管D1或者二极管D2的电流。分压电阻R1、R2串联连接在P侧电极与N侧电极之间,对在P侧电极与N侧电极之间产生的输出电压进行分压。即,从分压电阻R1、R2的连接点将输出电压的分压信号输出。驱动电路124将来自控制电路126的输入放大至能够驱动开关元件116、117的振幅并输出。控制电路126基于电阻RX的电流检测结果和输出电压的分压信号来控制开关元件116、117接通和断开的时刻。接着,对以往的电源电路的动作进行说明。图11是说明交流电源110的交流电压相对于S线来说R线为正的情况下的电源电路的动作的图。<开关元件116接通的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为正、且开关元件116接通的情况下,电流流过如图11的点划线所示的路径,即R线(电抗器112)→开关元件116→电阻RX→二极管D2→S线的路径。在此期间能量蓄积在电抗器112中。<开关元件116断开的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为正、且开关元件116断开的情况下,电抗器112欲使电流沿与开关元件116接通的情况相同的方向流通。因此电流流过如图11的虚线表示的路径,即R线(电抗器112)→二极管D3→电容器123→二极管D2→S线的路径,电容器123被充电。在此期间内蓄积在电抗器112中的能量输出到电容器123,在P侧电极与N侧电极之间产生的直流电压(以下称为直流输出电压)升压。图12是说明交流电源110的交流电压相对于S线来说R线为负的情况下的电源电路的动作的图。<开关元件117接通的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为负、且开关元件117接通的情况下,电流流过如图12的点划线表示的路径,即S线→开关元件117→电阻RX→二极管D1→R线(电抗器112)的路径。在此期间能量蓄积在电抗器112中。<开关元件117断开的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为负、且开关元件117断开的情况下,电抗器112欲使电流沿与开关元件117接通的情况相同的方向流通。因此电流流过如图12的虚线表示的路径,即S线→二极管D4→电容器123→二极管D1→R线(电抗器112)的路径,电容器123被充电。在此期间内蓄积在电抗器112内的能量输出到电容器123而直流输出电压升压。根据该电源电路,构成为仅在开关元件116或者开关元件117接通的情况下电流流过电阻RX。而且,通过基于流过电阻RX的电流对开关元件116或者开关元件117的切换时刻进行控制,能够使流过电源电路的电流变为与交流电压的正弦波相似的形状,能够改善功率因素。专利文献1:日本特开2006-25579号公报
发明内容
发明要解决的问题然而,在以往的电源电路中存在以下问题:由于开关元件116或者117的切换而产生的电源电路的输入输出的波动电流较大。因此,本发明的目的在于提供一种电源电路,该电源电路能够改善功率因数的同时能够将由于开关元件的切换而产生的电源电路的输入输出的波动电流变小。用于解决问题的方案一种电源电路,其特征在于,具备:正侧输出端子;负侧输出端子;第一电源电路,其具备:第一交流输入线和第二交流输入线;第一桥电路,其具有的四个整流元件与上述第一交流输入线和上述第二交流输入线相连接,在上述正侧输出端子与上述负侧输出端子之间产生对交流电压进行全波整流得到的输出电压;第一开关元件,其与连接于上述负侧输出端子的上述第一桥电路的一侧的整流元件并联连接;以及第二开关元件,其与连接于上述负侧输出端子的上述第一桥电路的另一侧的整流元件并联连接;第二电源电路,其具备:第三交流输入线,其与上述第一交流输入线相连接;第四交流输入线,其与上述第二交流输入线相连接;第二桥电路,其具有的四个整流元件与上述第三交流输入线和上述第四交流输入线相连接,在上述正侧输出端子与上述负侧输出端子之间产生输出电压;第三开关元件,其与连接于上述负侧输出端子的上述第二桥电路的一侧的整流元件相连接;以及第四开关元件,其与连接于上述负侧输出端子的上述第二桥电路的另一侧的整流元件并联连接;以及控制电路,其控制上述第一开关元件至上述第四开关元件的切换(switching),以使当上述交流电压为正时,使上述第一开关元件与上述第三开关元件接通和断开的时刻相互错开,当上述交流电压为负时,使上述第二开关元件与上述第四开关元件接通和断开的时刻相互错开。根据本发明,采用并联设置两个以上的电源电路(升压转换电路)并使各个电源电路的开关元件接通和断开的时刻相互错开的交错(interleave)方式,由此改善功率因数的同时能够使开关元件的切换所产生的电源电路的输入输出的波动电流变小。另外,为了去除波动电流而设置滤波器的情况下,能够将滤波器小型化。另外,根据本发明,在每个电源电路上设置交流输入线,因此电路电流通过多个电抗器,由此流过各个交流输入线的、流向交流电源的返回电流也比以往的电源电路小,因此在将电抗器连接到交流输入线的情况下,能够将电抗器小型化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的电源电路的结构的电路图。图2是用于说明R线的交流电压为正且第一开关元件16接通的情况下的电源电路的动作的图。图3是用于说明R线的交流电压为正且第一开关元件16断开的情况下的电源电路的动作的图。图4是用于说明R线的交流电压为正且第三开关元件18接通的情况下的电源电路的动作的图。图5是用于说明R线的交流电压为正且第三开关元件18断开的情况下的电源电路的动作的图。图6是用于说明R线的交流电压为负且第二开关元件17接通的情况下的电源电路的动作的图。图7是用于说明R线的交流电压为负且第二开关元件17断开的情况下的电源电路的动作的图。图8是用于说明R线的交流电压为负且第四开关元件19接通的情况下的电源电路的动作的图。图9是用于说明R线的交流电压为负且第四开关元件19断开的情况下的电源电路的动作的图。图10是现有的电源电路的电路图。图11是用于说明在现有的电源电路中R线的交流电压为正的情况下的电源电路的动作的图。图12是用于说明在现有的电源电路中R线的交流电压为负的情况下的电源电路的动作的图。图13是用于说明第一以及第三开关元件16、18的切换时刻的图。附图标记说明10:交流电源;11:滤波器;12、13、14、15:电抗器;16:第一开关元件;17:第二开关元件;18:第三开关元件;19:第四开关元件;23:电容器;24、25:驱动电路;26:控制电路。
具体实施方式
<整体结构>图1是表示本发明的实施方式的电源电路的结构的电路图。该电源电路基本上采用如下的交错方式:将两个现有的电源电路(升压比较电路)并联设置,使构成各个电源电路的各个开关元件接通(ON)和断开(OFF)的时刻进行相互错开、即互换。该电源电路具备第一电源电路、第二电源电路以及控制电路26。第一电源电路具备:构成用于对交流电压进行全波整流的第一二极管桥电路的四个二极管D1、D2、D3及D4;电流检测用的阻抗RX1、RX2;第一开关元件16;第二开关元件17;以及驱动电路24。第二电源电路与第一电源电路并联设置,第二电源电路具备构成用于对交流电压进行全波整流的第一二极管桥电路的四个二极管D5、D6、D7及D8;电流检测用的电阻RX2;第三开关元件18;第四开关元件19;以及驱动电路25。二极管D1~D8是整流元件的一例。来自交流电源10的交流电压施加到作为交流输入线的R线。R线与R1线(第一交流输入线)和R2线(第三交流输入线)相连接。即,R线分支为R1线和R2线。交流电压经由电抗器12施加到R1线,经由电抗器13施加到R2线。另外,来自交流电源10的交流电压施加到作为另一个交流输入线的S线。S线与S1线(第二交流输入线)和S2线(第四交流输入线)相连接。即,S线分支为S1线和S2线。交流电压经由电抗器14施加到S1线,经由电抗器15施加到S2线。此外,电抗器12、13、14、15例如是环形(toroidal)线圈等的线圈。二极管D3连接在R1线与输出线之间,二极管D7连接在R2线与输出线之间,二极管D4连接在S1线与输出线之间,二极管D8连接在S2线与输出线之间。输出线连接在P侧电极(正侧输出端子)上。二极管D1连接在R1线与接地线之间,二极管D2与S1线和接地线相连接,二极管D5连接在R2线与接地线之间,二极管D6连接在S2线与接地线之间。接地线连接在N侧电极(负侧输出端子)上。由交流电源10施加的交流电压通过由二极管D1、D2、D3以及D4组成的第一二极管桥电路以及由二极管D5、D6、D7以及D8组成的第二二极管桥电路进行全波整流后,通过连接在P侧电极与N侧电极之间的电容器23平滑化。在这种情况下,N侧电极被接地,在P侧电极上产生正的直流电压作为输出电压。第一开关元件16在R1线与接地线之间与电阻RX1串联连接,而且与电阻RX1一起与二极管D1并联连接。第一开关元件16和二极管D1在相反极性(流过反向的电流)的方向上连接。第二开关元件17在S1线与接地线之间与电阻RX1串联连接,而且与电阻RX1一起与二极管D2并联连接。第二开关元件17和二极管D2在相反极性(流过反向的电流)的方向上连接。第三开关元件18在R2线与接地线之间与电阻RX2串联连接,而且与电阻RX2一起与二极管D5并联连接。第三开关元件18和二极管D5在相反极性(流过反向的电流)的方向上连接。第四开关元件19在S2线与接地线之间与电阻RX2串联连接,而且与电阻RX2一起与二极管D6并联连接。第四开关元件19和二极管D6在相反极性(流过反向的电流)的方向上连接。第一至第四开关元件16、17、18、19是绝缘栅极双极性晶体管(IGBT)等的晶体管。分压电阻R3、R4在P侧电极与N侧电极之间串联连接,并对在P侧电极与N侧电极之间产生的输出电压进行分压。即,分压电阻R3、R4形成输出电压的分压电路,从这些连接点将输出电压的分压信号输出。驱动电路24将来自控制电路26的输入放大至能够驱动第一以及第二开关元件16、17的振幅并输出。驱动电路25将来自控制电路26的输入放大至能够驱动第三以及第四开关元件18、19的振幅并输出。控制电路26基于电阻RX1、RX2的电流检测结果和输出电压的分压信号来控制第一至第四开关元件16、17、18、19接通和断开的时刻。特别是控制电路26在来自交流电源10的交流电压为正时,对第一开关元件16和第三开关元件18进行控制以使第一开关元件16与第三开关元件18接通和断开的时刻(时间点)相互错开。即,第一以及第三开关元件16、18反复交替地接通和断开,控制电路26进行控制以避免两者同时从断开状态切换至接通状态、且同时从接通状态切换至断开状态。同样地,控制电路26构成为:在来自交流电源10的交流电压为负时,对第二开关元件17和第四开关元件19的切换进行控制以使第二开关元件17与第四开关元件19接通和断开的时刻相互错开。另外,为了去除由第一至第四开关元件16、17、18、19的切换噪声所产生的输入输出的波动,能够设置滤波器11。滤波器11例如由包括线圈和电容器的LC电路构成,在R线与S线之间与交流电源10连接。<电源电路的动作>接着,对本发明的实施方式的电源电路的动作进行说明。图2~图5是说明交流电源10的交流电压相对于S线(S1线、S2线)来说R线(R1线、R2线)为正的情况下的电源电路的动作的图。<第一开关元件16接通的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为正且第一开关元件16接通的情况下,电流经过如图2的点划线所示的路径、即R1线(电抗器12)→第一开关元件16→电阻RX1的路径,流过分支为二极管D2→S1线(电抗器14)的路径和二极管D6→S2线(电抗器15)的路径这两个路径。在这种情况下,流向交流电源10的返回电流流过S1线以及S2线。在此期间内能量蓄积在电抗器12、14、15中。<第一开关元件16断开的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为正且第一开关元件16断开的情况下,电抗器12、14、15欲使电流沿与第一开关元件16接通的情况相同的方向流通。因此,电流经过如图3的虚线所示的路径、即R1线(电抗器12)→二极管D3→电容器23的路径,流过分支为二极管D2→S1线(电抗器14)的路径和二极管D6→S2线(电抗器15)的路径这两个路径,电容器23被充电。在此期间,蓄积在电抗器12、14、15中的能量输出到电容器23,在P侧电极与N侧电极之间产生的直流电压升压。<第三开关元件18接通的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为正且第三开关元件18接通的情况下,电流经过如图4的点划线所示的路径、即R2线(电抗器13)→第三开关元件18→电阻RX2的路径,流过分支为二极管D2→S1线(电抗器14)的路径和二极管D6→S2线(电抗器15)的路径这两个路径。在这种情况下,流向交流电源10的返回电流流过Sxa01线以及S2线。在此期间能量蓄积在电抗器12、14、15中。<第三开关元件18断开的情况>相对于S线来说R线的交流电压为正且第三开关元件18断开的情况下,电抗器13、14、15欲使电流沿与第三开关元件18接通的情况相同的方向流通。因此,电流经过如图5的虚线所示的路径、即R2线(电抗器13)→二极管D7→电容器23的路径,流过分支为二极管D2→Sxa01线(电抗器14)的路径和二极管D6→S2线(电抗器15)的路径这两个路径,电容器23被充电。在此期间,蓄积在电抗器13、14、15中的能量输出到电容器23,在P侧电极与N侧电极之间产生的直流电压升压。接着,图6~图9是说明交流电源10的交流电压相对于S线(S1线、S2线)来说R线(R1线、R2线)为负的情况下的电源电路的动作的图。<第二开关元件17接通的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为负且第二开关元件17接通的情况下,电流经过如图6的点划线所示的路径、即S1线(电抗器14)→第二开关元件17→电阻RX1的路径,流过分支为二极管D1→R1线(电抗器12)的路径和二极管D5→R2线(电抗器13)的路径这两个路径。在这种情况下,流向交流电源10的返回电流流过R1线以及R2线。在此期间能量蓄积在电抗器12、13、14中。<第二开关元件17断开的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为负且第二开关元件17接通的情况下,电抗器12、13、14欲使电流沿与第二开关元件17接通的情况相同的方向流通。因此,电流经过如图7的虚线所示的路径、即S1线(电抗器14)→二极管D4→电容器23的路径,流过分支为二极管D1→R1线(电抗器12)的路径和二极管D5→R2线(电抗器13)的路径这两个路径,电容器23被充电。在此期间,蓄积在电抗器12、13、14中的能量输出到电容器23,在P侧电极与N侧电极之间产生的直流电压升压。<第四开关元件19接通的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为负且第四开关元件19接通的情况下,电流经过如图8的点划线所示的路径、即S2线(电抗器15)→第四开关元件19→电阻RX2的路径,流过分支为二极管D1→R1线(电抗器12)的路径和二极管D5→R2线(电抗器13)的路径这两个路径。在这种情况下,流向交流电源10的返回电流流过R线以及R2线。在此期间能量蓄积在电抗器12、13、15中。<第四开关元件19断开的情况>在相对于S线来说R线的交流电压为负且第四开关元件19断开的情况下,电抗器12、13、15欲使电流沿与第四开关元件19接通的情况相同的方向流通。因此,电流经过如图9的虚线所示的路径、即S2线(电抗器15)→二极管D8→电容器23的路径,流过分支为二极管D1→R1线(电抗器12)的路径和二极管D5→R2线(电抗器13)的路径这两个路径,电容器23被充电。在此期间,蓄积在电抗器12、13、15中的能量输出到电容器23,在P侧电极与N侧电极之间产生的直流电压升压。如上所述,在相对于S线来说R线的交流电压为正的情况下,第一开关元件16和第三开关元件18反复接通和断开,控制电路26进行控制以使第一开关元件16与第三开关元件18接通和断开的时刻相互错开。即,控制电路26使第一开关元件16与第三开关元件18从断开状态切换至接通状态的时刻相互错开,从接通状态切换至断开状态的时刻相互错开。另外,在相对于S线来说R线的交流电压为负的情况下,第二开关元件17和第四开关元件19接通和断开,控制电路26进行控制以使第二开关元件17与第四开关元件19接通和断开的时刻相互错开。即,控制电路26使第二开关元件17与第四开关元件19从断开状态切换为接通状态的时刻相互错开,从接通状态切换为断开状态的时刻相互错开。由此,能够减小由于第一至第四开关元件16、17、18、19的切换所产生的电源电路的输入输出的波动电流。另外,在为了去除波动电流而设置滤波器11的情况下,由于波动电流本身变小,因此能够使滤波器11小型化。图13是用于说明在相对于S线来说R线的交流电压为正的情况下第一以及第三开关元件16、18的切换的时刻的图。第一以及第三开关元件16、18交替反复接通和断开,具有相同的切换周期(接通期间和与之接续的断开期间的和),但是被控制为两者不会同时从断开状态切换为接通状态并且不会同时从接通状态切换为断开状态。还示意性地示出了由第一开关元件16的切换产生的R1线的电流波形、由第三开关元件18切换产生的R2线的电流波形。这样,第一以及第三开关元件16、18的切换的时刻错开的结果使R1线与R2线的电流波形的相位也相互错开。R线的电流波形是由R1线和R2线的电流波形合成得到的,可知由于第一以及第三开关元件16、18的切换而产生的波动电流变小。此外,图13中附加0A符号的横线表示电流为0的线。另外,在相对于S线来说R线的交流电压为正的情况下,流向交流电源10的返回电流分别流过Sxa01线和S2线,在相对于S线来说R线的交流电压为负的情况下,流向交流电源10的返回电流分别流过R1线、R2线,因此,连接电抗器12、13、14、15的情况下,能够使电抗器12、13、14、15小型化。并且,在相对于S线来说R线的交流电压为正的情况下,流向交流电源10的返回电流分别流过二极管D2、D6,在相对于S线来说R线的交流电压为负的情况下,流向交流电源10的返回电流分别流过二极管D1、D5,因此,负侧的二极管D1、D2、D5、D6能够使用与正侧的二极管D3、D4、D7、D8相比电流容量小的二极管,从而能够降低成本。并且,通过基于电阻RX1、RX2的电流检测结果和输出电压的分压信号来控制第一至第四开关元件16、17、18、19接通和断开的时刻,能够改善电源电路的功率因数,抑制高次谐波以及调整直流电压。此外,本实施方式采用并联设置两个电源电路(升压比较电路)并使构成各个电源电路的各个开关元件接通和断开的时刻相互错开的交错方式,也可以构成为并联设置三个以上的电源电路(升压比较电路),使构成各个电源电路的各个开关元件接通和断开的时刻相互错开。