专利名称：Ac至dc转换器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及AC至DC转换器电路，以高功率因数控制输入电流而从AC电源获得DC电功率。
背景技术：
图9是描述如下述专利文档1描述的包括功率因数改善电路和DC至DC转换器电路的传统AC至DC转换器电路的电路框图。图10是描述传统AC至DC转换器电路运行的波形图。
在图9中示出了AC电源1；线圈2和26；二极管4、7至10、15至18；开关器件20、22和23；电容器30和32；以及变压器40。功率因数改善电路包括含有二极管15至18以及开关器件20的整流电路。DC至DC转换器电路由包括二极管7、8和开关器件22、23的转换器电路以及含有二极管9、10和电容器32的整流与平滑电路构成。
当AC电源1的电压Vin为正而开关器件20导通(ON)时，来自AC电源1的电流经由二极管15、线圈2、开关器件20和二极管18回到AC电源1以增加线圈2的电流i2。在开关器件20断开(OFF)时，来自线圈2的电流经由二极管4、电容器30、二极管18、AC电源1和二极管15回到线圈2以降低线圈2的电流i2。当电压Vin为负时，二极管15和17导通以获得与以上描述相类似的结果。因此通过使用合适的门信号驱动开关器件20，就可在较高功率因数下将输入电流控制为正弦并在电容器30的两端获得DC电压。
如上所述获得的DC电压要高于输入电压幅度。因此就要安排DC至DC转换器电路以使其能够照顾到需要获得低于输入电压幅度的电压的场合以及使用较小的高频变压器与AC输入侧隔离的场合。当开关器件22和23导通时，电容器30的电压就经由开关器件22和23被加到变压器40上。因为在变压器40次级边上生成正比于变压器变压系数的类似电压，于是线圈26的电流i26增加。当开关器件22和23断开时，存储在变压器40中的激励能量就经由二极管7和8重新生成至电容器30，从而在变压器中生成反向电压。电流i26就经由从线圈26至电容器30、二极管10回到线圈26的回路而降低。因此通过恰当选择用于控制开关器件22和23的控制信号脉宽以及变压器匝数比便可获得隔离的期望DC电压。
未审查日本专利申请2005-110434(对应US 2005/0068796 A1)在图9所示的功率因数改善电路中，电流总是经过三个半导体器件并在这些半导体器件上产生传导损耗，这就导致了较大的损耗。产生的损耗还进一步导致了用于抑制温度上升的冷却装置的体积增大和成本的升高。
因此就希望提供一种AC至DC转换器电路，该电路有助于减少电流经过的半导体器件的数量，从而降低引发的损耗、改善转换效率、减小冷却装置的尺寸并降低冷却装置的制造成本。
确定DC至DC转换器电路输出侧(电容器32)的电容使得电流波动和电压波动被允许。为此，电流波动和电压波动不仅增加连接至输出侧的电解电容器的电压和成本，还缩短了AC至DC转换器电路的使用寿命。输出电压内的波动分量还会导致于诸如连接负载的装置故障或击穿的有害效应。
因此就希望提供一种AC至DC转换器电路，该电路有助于降低电解电容器中产生的波动电流和波动电压，从而使用较小和廉价的电解电容器，延长其使用寿命并提供具有极佳质量的输出电压。
发明内容
根据所附权利要求1的主题，提供一种获得来自AC电源的2N个DC输出的AC至DC转换器电路，其中N是非负整数，而所述AC至DC转换器电路包括一对AC输入端；对应于2N个DC输出的2N对DC输出端；连接在所述AC输入端之间的2N个串联电路，其中每个所述串联电路包括第一二极管和开关器件；每个所述串联电路内所述第一二极管和所述开关器件一端的接点，该接点经由第二二极管与串联电路成对的DC输出端之一相连；以及与所述串联电路成对的DC输出端另一端相连的所述开关器件的另一端。
根据所附权利要求2的主题，提供一种从AC电源获得2N个DC输出的AC至DC转换器电路，其中N是非负整数，而所述AC至DC转换器电路包括一对AC输入端；对应于2N个DC输出的2N对DC输出端；连接在所述AC输入端之间的2N个串联电路，其中每个所述串联电路包括第一二极管和开关器件，并且其一端与所述第一二极管相连；经由第二二极管与串联电路成对的DC输出端之一相连的每个所述串联电路的一端；以及与串联电路成对的DC输出端的另一端相连的所述开关器件的另一端。
在所附权利要求2中所述的AC至DC转换器电路中，提供的所述开关器件具有阻止反向电流的能力(此后将其称之为“反向电流阻止能力”)从而能够无损地省去与所述开关器件串联连接的所述第一二极管(所附权利要求3的主题)。
在所附权利要求1至3任一所述的AC至DC转换器电路中，2N个串联电路内各开关器件受控于相同的信号(所附权利要求4的主题)。
在所附权利要求1至4任一所述的AC至DC转换器电路中，所述AC至DC转换器电路还包括分别与所述2N对DC输出端相连的DC至DC转换器电路；彼此并联连接的各DC至DC转换器电路的成对输出端；以及彼此不同以控制各DC至DC转换器电路的所述控制信号的相位(所附权利要求5的主题)。
在所附权利要求1至4任一所述的AC至DC转换器电路中，所述AC至DC转换器电路还包括分别与所述2N对DC输出端相连的DC至DC转换器电路；彼此串联连接的各DC至DC转换器电路的成对输出端；以及彼此不同以控制各DC至DC转换器电路的所述控制信号的相位(所附权利要求6的主题)。
因为根据本发明减少了电流流经的半导体器件，所以就能改善根据本发明的AC至DC转换器电路的转换效率。通过组合DC至DC转换器电路与AC至DC转换器电路，就能减少波动电流和波动电压。因此，根据本发明的AC至DC转换器电路有助于降低其尺寸和生产成本，改善其性能并延长其使用寿命。
图1是根据本发明第一实施例的AC至DC转换器电路的电路框图。
图2是描述图1所示AC至DC转换器电路运行的波形图。
图3是根据本发明第二实施例的AC至DC转换器电路的电路框图。
图4是描述图3所示AC至DC转换器电路运行的波形图。
图5是根据本发明第三实施例的AC至DC转换器电路的电路框图。
图6是描述图5所示AC至DC转换器电路运行的波形图。
图7是根据本发明第四实施例的AC至DC转换器电路的电路框图。
图8是描述图7所示AC至DC转换器电路运行的波形图。
图9是传统AC至DC转换器电路的电路框图。
图10是描述传统AC至DC转换器电路运行的波形图。
图11和12是根据本发明实施例的AC至DC转换器电路的电路框图。
具体实施例方式
此后将参考示出本发明较佳实施例的附图详细描述本发明。
图1是根据本发明第一实施例的AC至DC转换器电路的框图。图1所示的AC至DC转换器电路包括两个DC输出。总的来说，根据本发明的AC至DC转换器电路可方便地获得2N个DC输出，其中N是非负整数。图2是描述图1所示AC至DC转换器电路运行的波形图。此外，VG20和VG21分别是图2中开关器件20和21的门信号。
现参考图1，主电路包括含有二极管3、4和开关器件20的第一电路以及含有二极管5、6和开关器件21的第二电路。连接至AC电源1的第一和第二电路彼此并联。在第一电路中，二极管3和开关器件20的串联电路连接在一对AC输入端之间而二极管4则连接在二极管3和开关器件20的接点与DC输出端之间。在第二电路中，二极管5、6和开关器件21的连接方式与第一电路相同。通过在稍后描述的控制下驱动第一和第二电路就能分别在电容器30和31两端生成期望电压，这就能从一个AC电源中获得两个DC输出。
上述用于控制主电路的控制部分包括输入电压检测器101、输入电压极性鉴别器102、输出电压误差放大器103、乘法器电路104、输入电流误差放大器105、脉宽调制器106、脉冲分配器107和输出电压检测器108。
输入电压由输入电压检测器101检测，而其极性则由输入电压极性鉴别器102鉴别。来自第一和第二电路的两个输出电压由输出电压检测器108检测并受控于输出电压误差放大器103，从而使得被检测的输出电压能够与其参考值相等。由输入电压检测器101检测的输入电压可由来自输出电压误差放大器103的输出在乘法器电路104中相乘，并调节至预定的幅度。而乘法器电路104的输出和经变流器检测的输入电流可被送至输入电流误差放大器105以生成用于控制输入电流为正弦的参考信号。在脉宽调制器106内生成其脉宽与来自输入电流误差放大器105的输出信号相对应的PWM信号。将上述PWM信号送至开关器件20或21作为取决于输入电压极性的门信号。
在如上所述的电路配置中，在AC电源1的电压为正时，控制部分驱动开关器件20，而在AC电源1的电压为负时，控制部分驱动开关器件21。由于在AC电源1的电压为正时开关器件20导通，则来自AC电源1的电流经由线圈2、二极管3、开关器件20回到AC电源1以增加二极管3的电流i3和线圈2的电流i2(参见图2)。由于在AC电源1的电压为负时开关器件20关断，则来自线圈2的电流经由二极管3、二极管4、电容器30和AC电源1回到线圈2以降低二极管3的电流i3和线圈2的电流i2。
在AC电源1的电压为负时通过驱动开关器件21，就可进行与上述相类似的操作。这样图1所示的AC至DC转换器电路在控制输入电流为正弦时将AC电压转换成两个DC电压。由于电流流过的半导体器件数目总是为2，就降低了转换器电路中的损耗。
与第一和第二电路具有相同配置的未示出的第三和第四电路也可与成对的AC输入端相连。可以同相驱动第一和第三电路。还可同相驱动第二和第四电路。若增加彼此并联连接的电路，则能够以上述相同的方式驱动这些电路。
图3是根据本发明第二实施例的AC至DC转换器电路的框图。图4是描述图3所示AC至DC转换器电路运行的波形图。
根据第二实施例的AC至DC转换器电路是根据第一实施例的AC至DC转换器电路的修改。
图3中AC至DC转换器电路内的主电路与图1中AC至DC转换器电路内的主电路相同。根据第二实施例简化了控制电路。详细说来，相同的信号被分别用于在图4中驱动开关器件20和21的控制信号(门信号)VG20和VG21。同时从图1所述的控制部分中移除了输入电压极性鉴别器102和脉冲分配器107。因为在电源1电压为正时使用二极管5而在电源1电压为负时使用二极管3就能够阻止电流，所以就无需根据电源电压极性倒转控制信号。因而可如上所述简化控制电路。
基于以上描述，可以分别无损地插入与开关器件20和21串联的二极管3和5来阻断电流。详细的说，可以在AC输入端之间连接二极管3和开关器件20的串联电路，并在二极管3和开关器件20的串联电路以及电容器30之间连接二极管4。二极管5、6和开关器件21的连接方式与上述相同。二级管3(5)和开关器件20(21)还可以图11、12所示的方式连接。此外由于提供的开关器件20和21带有反向电流阻止能力，所以可以无损地省略二极管3和5。
图5是根据本发明第三实施例的AC至DC转换器电路的框图。图6是描述图5所示AC至DC转换器电路运行的波形图。
根据第三实施例的AC至DC转换器电路包括与如图1所示的AC至DC转换器电路成对的DC输出端分别相连的DC至DC转换器电路，而DC至DC转换器电路成对的输出端彼此并联连接。DC至DC转换器电路的运行方式与传统DC至DC转换器电路的运行方式相同。然而应使得送至开关器件22和23的控制信号相位与送至开关器件24和25的控制信号相位间存在差别。如果相差为例如图6所示的180°相差，则在开关器件22和23导通而开关器件24和25断开的情况下能够增加线圈26的电流i26并降低线圈27的电流i27。因为通过电解电容器32的波动电流是i26与i27中AC分量之和，所以波动电流降低且输出电压v32上的波动也降低。
图7是根据本发明第四实施例的AC至DC转换器电路的电路框图。图8是描述图7所示AC至DC转换器电路运行的波形图。
根据第四实施例的AC至DC转换器电路包括如图1所示与AC至DC转换器电路成对的DC输出端分别相连的DC至DC转换器电路，而DC至DC转换器电路的成对输出端彼此串联连接。使送至开关器件22和23的控制信号相位与送至开关器件24和25的控制信号相位间存在相差。虽然对电解电容器32和33的电压v32和v33引起了波动，但输出电压v32+v33的波动如图8所述得以下降。
权利要求
1.一种获得来自AC电源的2N个DC输出的AC至DC转换器电路，其中所述N是非负整数，而所述AC至DC转换器电路包括一对AC输入端；对应于所述2N个DC输出的2N对DC输出端；连接在所述AC输入端之间的2N个串联电路，其中每个所述串联电路都包括第一二极管和开关器件；每个所述串联电路内所述第一二极管和所述开关器件一端间的接点经由第二二极管与串联电路成对的DC输出端之一相连；以及所述开关器件的另一端与所述串联电路成对的DC输出端的另一端相连。
2.一种获得来自AC电源的2N个DC输出的AC至DC转换器电路，其中所述N是非负整数，而所述AC至DC转换器电路包括一对AC输入端；对应于2N个DC输出的2N对DC输出端；连接在所述AC输入端之间的2N个串联电路，其中每个所述串联电路包括第一二极管和开关器件；每个所述串联电路的一端经由第二二极管与串联电路成对的DC输出端之一相连；以及所述串联电路的另一端与所述串联电路成对的DC输出端的另一端相连。
3.如权利要求2所述的AC至DC转换器电路，其特征在于，所述开关器件具有阻断反向电流的能力，由此可省去与所述开关器件串联连接的所述第一二极管。
4.如权利要求1至3任一所述的AC至DC转换器电路，其特征在于，在所述2N个串联电路内各开关器件受控于相同的信号。
5.如权利要求1至4任一所述的AC至DC转换器电路，其特征在于，所述AC至DC转换器电路还包括分别与所述2N对DC输出端相连的DC至DC转换器电路；所述各个DC至DC转换器电路的输出端子对彼此并联连接；以及使控制所述各个DC至DC转换器电路的所述控制信号的所述相位彼此不同。
6.如权利要求1至4任一所述的AC至DC转换器电路，其特征在于，所述AC至DC转换器电路还包括分别与所述2N对DC输出端相连的DC至DC转换器电路；所述各个DC至DC转换器电路的输出端子对彼此串联连接；以及使控制所述各个DC至DC转换器电路的所述控制信号的所述相位彼此不同。
全文摘要
在根据本发明的AC至DC转换器电路包括含有连接至AC电源1且彼此并联的第一和第二电路的主电路，其中所述第一电路包括二极管3、4和开关器件20而第二电路则包括二极管5、6和开关器件21，其中对应于由输入电压极性鉴别器102鉴别的输入电压极性控制开关器件20和21的导通和断开，从而能够从AC电源1得到两个(通常为2N个)DC输出。根据本发明把电流流经半导体器件数量从3减至2的AC至DC转换器电路有助于降低其中引发的损耗、改善其转换效率、缩减冷却装置的尺寸、重量并降低冷却装置生产成本。
文档编号H02M3/155GK1941588SQ20061014215
公开日2007年4月4日 申请日期2006年9月28日 优先权日2005年9月29日
发明者三野和明 申请人:富士电机电子设备技术株式会社