专利名称：电源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电源电路，更具体而言涉及改善了功率因数的交流稳定化电源电路以
及无停电电源电路。
背景技术：
以往，作为将交流输入线和输出线各自的一方作为共用线而结合的功率因数改善 型稳定化电源电路，提出了各种电路。例如，本专利申请人在专利文献1中，已经提出了图 5所示的电源电路。 该图5所示的电源电路是鉴于在以前的电源电路中浪费地产生功耗这样的问题 而提出的，其目的在于提供无需增加部件件数，而抑制功耗并实现电路的高效化，并且实现 小型化的电源电路。根据该图5的电源电路，在升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器 32中，将开关元件23、24逆向且串联地连接设置在电抗器11的输出侧与共用线16之间，所 以可以省略在以往所需的整流电路，从而通过削减部件件数而实现小型化，并且通过减少 整流二极管的数量来削减开关元件反复导通(0N)/断开(OFF)时消耗的电力。
专利文献1 :日本特开2006-158100号公报 在进一步说明图5的以往的电源电路时，如图5所示，在交流输入端子2、3之间， 连接了输入电压检测电路15、作为输入电流检测兼绝缘单元的电流互感器17、和升压斩波 器电路兼功率因数改善用滤波器32，并在该升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32 的后级，依次连接了 DC-AC逆变器37、滤波器电路96、输出电压检测电路12、和作为输出电 流检测兼绝缘单元的电流互感器13。在它们之中，输入电压检测电路15、电流互感器17的 次级线圈侧、输出电压检测电路12、以及电流互感器13的次级线圈侧与后述的控制电路43 连接。 这样，在图5的电源电路中在输入电流的检测与输出电流的检测中使用电流互感 器17以及电流互感器13。通过应用电流互感器，可以在保持绝缘的状态下检测电流，并且 具有抗噪声性非常强这样的优点。 另一方面，电流互感器的尺寸例如为30mmX30mm，其尺寸大，需要增大安装面积， 所以存在妨碍电源电路整体的小型化这样的问题。另外，由于电流互感器的价格高，所以具 有还妨碍产品的低价化这样的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种电源电路，在改善了功率 因数的交流稳定化电源电路或无停电电源电路中，为了减小安装面积，并且实现产品的低 价格化，不使用电流互感器而可以发挥同样的功能。 本发明的第一方面的电源电路，将交流输入端子(2、3)和交流输出端子(8、9)各 自的一个端子(3、9)之间结合而设为共用线(16)，针对输入给该共用线(16)与另一个输入 端子(2)之间的交流电压，在升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器(32)中在控制电路(43)的控制下进行升压斩波，从而在共用线(16)的正侧和负侧得到升压后的直流电压，并
且进行功率因数改善，将在正侧和负侧分别稳定化的直流电压进一步通过其后级的半桥型
DC-AC逆变器(37)变换为交流电压，通过其后级的由电抗器(35)以及电容器(36)构成的
输出滤波器(96)去除高频分量而输出，其特征在于， 上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器(32)具备 与另一个输入端子(2)连接的电抗器(11);以及 设置在该电抗器(11)的输出侧和共用线(16)之间的、相互逆向且串联连接的两 个开关元件(23、24)， 相对共用线(16)在正侧与负侧共用这些电抗器(11)以及开关元件(23、24)而进 行升压斩波， 为了得到上述控制电路(43)中所需的输入电流信息以及输出电流信息，在上述 共用线(16)上的、开关元件(23、24)的前级设置有输入电流检测电阻(4)，
在构成上述输出滤波器(96)的电抗器(35)的输入侧或电抗器(35)和电容器 (36)之间设置有输出电流检测电阻(5)。 本发明的第二方面的电源电路，在上述第一方面的电源电路的基础上，升压斩波
器电路兼功率因数改善用滤波器(32)通过对直流输出电压进行相位调整而得到的信号，
使输入电流成为与输入电压相似的正弦波状，从而用作功率因数改善用滤波器。 本发明的第三方面的电源电路，在上述第一方面的电源电路的基础上，控制电路
(43)具备根据交流输入电压的大小来调整升压后的目的电压的设定值而进行升压斩波器
电路兼功率因数改善用滤波器(32)中的升压率的控制的功能。 根据第一方面的发明，在升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32中，将开关
元件23、24逆向且串联连接设置在电抗器11的输出侧与共用线16之间，所以可以省略在
以往电路中所需的整流电路，从而可以通过削减部件件数来实现小型化，并且可以通过减
少整流二极管的数量而削减在开关元件反复导通/断开时消耗的电力。 另外，为了得到上述控制电路43中所需的输入电流信息以及输出电流信息，在上
述共用线16上的、开关元件23、24的前级设置有输入电流检测电阻4，在构成上述输出滤波
器96的电抗器35的输入侧或电抗器35与电容器36之间设置有输出电流检测电阻5，所以
无需使用在以往需要增大安装面积的电流互感器而可以使用小型的电阻元件来得到输入
电流信息以及输出电流信息，所以可以进一步减小安装面积。进而，通过将输入电流检测电
阻4以及输出电流检测电阻5设为本发明的配置，即使在将输出侧接地的情况下也可以读
取电流值，可以适当地保护装置。 根据第二方面的发明，升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32通过对直流 输出电压进行相位调整而得到的信号，使输入电流成为与输入电压相似的正弦波状，从而 用作功率因数改善用滤波器，所以可以得到功率因数改善后的输出。 根据第三方面的发明，控制电路43具备根据交流输入电压的大小来调整升压后 的目的电压的设定值而进行升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32中的升压率的控 制的功能，所以在控制电路43中进行控制，以例如在输入电压低时(小于107VJ将升压的 目的电压设定为151V。c，在输入电压高时(107VAC以上)将与输入电压成比例地升压的目的 电压提高至151VDC以上，从而可以将升压率保持为低的状态，可以大幅地实现高效化。
图1是示出本发明的电源电路的结构的电路图。 图2是示出输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5的不同的配置例1的电 路图。 图3是示出输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5的不同的配置例2的电 路图。 图4是示出输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5的不同的配置例3的电 路图。 图5是示出使用了以往的电流互感器的电源电路的结构的电路图。 标号说明 1直送线 2、3交流输入端子 4输入电流检测电阻 5输出电流检测电阻 6差动放大器 7差动放大器 8、9交流输出端子 IO交流电源 11电抗器 12输出电压检测电路 13电流互感器 14切换电路 15输入电压检测电路 16共用线 17电流互感器 19、20检测电路 21续流二极管部 23开关元件 24开关元件 27、28整流二极管 29 、30电容器 32升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器 33、34开关元件 35电抗器 36电容器 37DC-AC逆变器 38电池 39逆流阻止开关元件
40开关元件
43控制电路
96滤波器电路
具体实施例方式
本发明的电源电路中，将交流输入端子2、3与交流输出端子8、9各自的一个端子 3、9间进行结合而设为共用线16，针对输入给该共用线16与另一个输入端子2之间的交流 电压，在升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32中在控制电路43的控制下进行升压 斩波，从而在共用线16的正侧与负侧得到升压后的直流电压，并且进行功率因数改善，将 在正侧与负侧分别稳定化后的直流电压进一步通过其后级的半桥型DC-AC逆变器37变换 为交流电压，通过其后级的由电抗器35以及电容器36构成的输出滤波器96去除高频分量 而输出，该电源电路的特征在于，上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32具备 与另一个输入端子2连接的电抗器11 ;以及设置在该电抗器11的输出侧与共用线16之间 的、相互逆向且串联连接的两个开关元件23、24，相对共用线16在正侧与负侧共用这些电 抗器ll以及开关元件23、24而进行升压斩波，为了得到上述控制电路43中所需的输入电 流信息以及输出电流信息，在上述共用线16上的开关元件23、24的前级设置输入电流检测 电阻4，在构成上述输出滤波器96的电抗器35的输入侧或电抗器35与电容器36之间设置 有输出电流检测电阻5。
以下，使用附图进行详细说明。
(实施例l) 根据图l所示的电路图，对本发明的电源电路的结构进行说明。在图1中，2、3分 别是用于连接交流电源10的交流输入端子，8、9分别是稳定化后的交流输出端子。用共用 线16直接连接这些输入输出端子中的一个交流输入端子3与一个交流输出端子9之间，并 且，经由直送线1和切换电路14连接另一个交流输入端子2与另一个交流输出端子8之间， 从而构成直送电路。 在上述交流输入端子2、3之间，连接了输入电压检测电路15和升压斩波器电路兼 功率因数改善用滤波器32，在该升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32的后级，依次 连接了 DC-AC逆变器37、由电抗器35以及电容器36构成的滤波器电路96、输出电压检测 电路12。另外，在升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32的前级的共用线16上设置 有输入电流检测电阻4，在构成上述输出滤波器96的电抗器35与电容器36之间设置有输 出电流检测电阻5。 在它们中，来自输入电压检测电路15、输入电流检测电阻4、输出电压检测电路 12、以及输出电流检测电阻5的信息被输入给后述的控制电路43。另外，在将输出电流检测 电阻5的信息发送给控制电路43中的信号路径中，设置有差动放大器6。
上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32如图1所示，包括与另一个输 入端子2连接的电抗器11 ;设置在该电抗器11的输出侧与共用线16之间的相互逆向且串 联连接的、由包括续流二极管的M0SFET构成的开关元件23、24 ;由在从上述电抗器11的输 出侧分支的正侧线中设置的整流二极管27与在从上述电抗器11的输出侧分支的负侧线中 设置的整流二极管28构成的续流二极管部21 ;设置在上述正侧线与共用线16之间的电容器29 ;以及设置在上述负侧线与共用线16之间的电容器30。由这些元件构成的升压斩波 器电路兼功率因数改善用滤波器32是相对共用线16在正侧与负侧这两方中共用地使用的 结构部分，在正侧与负侧中分别进行升压。在它们中，开关元件23、24的栅极与后述的控制 电路43连接。另外，在电容器29、30上，分别连接了正侧的检测电路19和负侧的检测电路 20，这些检测电路19、20的检测结果被输入给后述的控制电路43。 上述DC-AC逆变器37构成为包括由IGBT构成的开关元件33、34 ;以及由电容器 29、30构成的半桥型，该电容器29、30与上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32 的结构部件共用。在这些部件中，开关元件33、34的栅极与后述的控制电路43连接。通过 该DC-AC逆变器37将直流变换为交流，进而通过后级的由电抗器35与电容器36构成的滤 波器电路96，对变换后的交流电压的高次谐波分量进行压縮而输出。 控制电路43从连接的输入电压检测电路15与输入电流检测电阻4中检测输入电
压与输入电流，并根据这些对上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32中的开关
元件23、24的ON/OFF进行控制，从而进行正侧与负侧的升压动作。另外，该控制电路43根
据与电容器29、30分别连接的检测电路19、20的检测结果、以及从输出电压检测电路12与
输出电流检测电阻5中检测的输出电压与输出电流，对上述DC-AC逆变器37中的开关元件
33、34的0N/0FF进行控制，从而控制从交流输出端子8、9输出的交流电压的生成。 另外，将串联连接电池38与逆流阻止开关元件39而构成的部件设置在上述电抗
器11的输入侧与二极管28的阴极侧之间。该电池38用于在商用电源的停电时供给电力，
并且，逆流阻止开关元件39用于在交流输入电压降低时不使电池38放电。 此处，40是在交流输入电压变低时动作的开关元件，在输入变低而判断为停电时，
逆流阻止开关39导通而电池38的电压被施加给开关元件40，由开关元件40、电抗器11以
及二极管27、28形成斩波器电路，在停电时也在电容器29、30中积蓄升压后的电压，通过
DC-AC逆变器37变换为交流并输出。 接下来，根据附图，对上述电路的作用进行说明。 上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32在正侧与负侧中共同地作用， 根据来自交流电源10的交流输入的正负而动作的元件稍微不同，但基本上基于相同的原 理，所以主要对交流输入是正的情况进行说明。在图1中，在向交流输入端子2、3之间施 加了交流电源10时，通过输入电压检测电路15检测输入电压并向控制电路43送出检测结 果，在接收到该检测结果后的控制电路43中，使开关元件23、24的栅极成为导通。在此处 的栅极的开闭中使用20kHz的高频波。此处，在交流输入是正侧的情况下，在开关元件23、 24成为导通状态后，通过交流电源10、电抗器11 、开关元件23、开关元件24、交流电源10这 样的环路流过电流，在电抗器11中积蓄能量。 接下来，在开关元件23、24成为断开状态后，电抗器ll中积蓄的能量被释放，在交 流电源10、电抗器11、二极管27、电容器29、交流电源10这样的路径中流过电流，升压后的 电压被积蓄在电容器29中。通过DC-AC逆变器37的开关元件33的开关动作对这样积蓄 在电容器29中的直流电压进行脉冲宽度调制，并与其相对通过滤波器电路96进行高次谐 波分量的压縮而得到的电压作为正侧的交流电压从交流输出端子8、9中输出。
对于来自交流电源10的交流输入是负侧的情况也同样地，在开关元件23、24成为 导通状态时，按交流电源10、开关元件24、开关元件23、电抗器11、交流电源10这样的环路流过电流，在电抗器ll中积蓄能量，在开关元件23、24成为断开状态时，电抗器11中积蓄 的能量被释放，在交流电源10、电容器30、二极管28、电抗器11、交流电源10这样的路径中 流过电流，升压后的电压被积蓄在电容器30中，该电容器30中积蓄的直流电压通过DC-AC 逆变器37的开关元件33的开关动作、以及滤波器电路96的高次谐波分量的压縮，作为负 侧的交流电压从交流输出端子8、9中输出。 这样，本发明的电源电路构成为将分别逆向且串联连接包括续流二极管的开关元 件23、24而成的部件插入在交流输入端子2、3之间的、成为电抗器11的后级的部分，从而 无需交流电压整流元件，并且在本发明的电源电路中可以抑制由于在二极管中流过电流而 浪费地消耗的电力。 具体而言，在设为施加给二极管的电压=0.6V、开关元件导通时的漏-源间的电
阻R。s = 0. 02 Q 、输入平均电流=10A、开关导通占空比平均二 0. 5时，将二极管用作交流电
压整流元件的以往电路中的功耗为， (1. 2VX10AX0. 5+1. 2VX10AX0. 5) X2 = 24W，相对于此，本发明电路中的功耗为， (10AX10AX0. 02Q XO. 5+0. 6VX10AX0. 5) X2 = 8W，由此可知，本发明的结构抑制了 16W的功耗。实际上还由于其他元件的影响，所 以表现出更大的差。 另外，在上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32中对输入电压进行升 压并积蓄在电容器29、30中，但通过设为可以在控制电路43中控制并调整其升压率，大幅 实现高效化。在本发明的结构中，作为上述DC-AC逆变器37的输入的应积蓄在电容器29、 30中的电压由于分别是输出电压+10V。c左右即可，所以在作为输出电压需要IOOVac的情况
下，具有141Vdc:(100Vac;xV^ ) +10VDC=151VD<:WW。因此，通过将目的电压设
定为151V。c，可以作为输出电压输出100VAC。但是，在输入电压低的情况下，对于目的电压的 设定，虽然可以设为151V。c，但在该设定状况下输入电压超过107VAC( 151VDC:+/V^ )时，
输入电压会高于升压后的电压，所以开关元件23、24的开关动作会停止，并且也不进行功 率因数改善。为了避免该现象，通常将升压后的目的电压设定成比最大输入电压高的电压， 但存在如下问题，即在该设定中交流输入电压低的情况下升压率会变高，电源效率会降低。
因此，在本发明中，在控制电路43中进行控制，以根据由输入电压检测电路15检 测的输入电压来调整上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32中的升压的目的电 压。例如，在控制电路43中进行控制，以在输入电压低时(小于107VAC)将升压的目的电压 设定为151V。c，在输入电压高时(107V^以上)将与输入电压成比例地升压的目的电压提高 至151VDC以上，从而可以将升压率保持为低的状态，可以大幅地实现高效化。
但是，本发明的最具特征的结构在于，代替在以往的图5的电路中使用的电流互 感器17、 13，而在升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器32的前级的共用线16上设置输 入电流检测电阻4，并在构成上述输出滤波器96的电抗器35与电容器36之间设置输出电 流检测电阻5。 为了说明通过这样的电流检测电阻的配置而得到的效果，以下，示出输入电流检 测电阻4以及输出电流检测电阻5的其他配置例而进行说明。另外，在以下所示的配置例1 3中，与输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5的配置相关的部分以外是共同的 结构。(配置例1) 图2示出输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5的与本发明不同的配置例
1。 在该图2所示的配置例1中，在图5中的配置有电流互感器17的位置配置了输入电流 检测电阻4，并在构成输出滤波器96的电抗器35与电容器36之间配置了输出电流检测电 阻5。另外，在进行这样的配置的情况下，为了去除由于来自输入侧的噪声而产生的恶劣影 响，并为了使控制电路43与接地点匹配，需要采用分别通过差动放大器6、7之后向控制电 路43输入输入电压以及输出电压信息的结构。 根据该图2所示的配置例1 ，无需使用电流互感器17、 13便可以检测输入电压以及 输出电压信息，但为了防止由于来自输入侧的噪声引起的误动作、并为了使控制电路43与 接地点匹配而需要两个差动放大器6、7，所以从将安装面积小型化这样的观点来看效果变 小。(配置例2) 图3示出输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5的与本发明不同的配置例
2。 在图3所示的配置例2中，将输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5都配置在共 用线16上。在进行这样的配置的情况下，不需要在配置例1中由于接地点的差异而所需的 差动放大器6、7，所以从将安装面积小型化这样的观点开看效果非常好。另外，通过配置在 共用线16上，具有还提高抗噪声性这样的优点。 但是，在该图3所示的配置例2的情况下，虽然在将交流输出端子8、9之间短路时 可以通过输出电流检测电阻5来检测电流，但在将交流输出端子8接地时，在输入、输出中 都无法检测电流值，产生无法保护电源装置这样的问题，所以作为产品是不完备的。
(配置例3) 图4示出输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5的与本发明不同的配置例
3。 在该图4所示的配置例3中，在图5中的配置有电流互感器17的位置配置了输入电流 检测电阻4，并将输出电流检测电阻5配置在共用线16上。在进行这样的配置的情况下，可 以在输入电流检测电阻4中进行在配置例2中成为问题的将交流输出端子8接地时的电流 检测，所以配置例2的问题消除。 但是，在该图4所示的配置例3中，为了通过输入电流检测电阻4进行将交流输出 端子8接地时的电流检测，不仅是在输出侧而且在输入侧也需要其他削峰用的结构，所以 从将安装面积小型化这样的观点开看效果变小。
(本发明的配置的效果) 相对于此，在图l所示的本发明的输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5 的配置中，在将交流输出端子8接地的情况下可以通过输出电流检测电阻5来检测电流，所 以消除了配置例2、3的问题，并且与配置例1相比具有可以实现使安装面积小型化这样的 优点。 如上所述，通过本发明的输入电流检测电阻4以及输出电流检测电阻5的配置，可 以完全解决将交流输出端子8接地时的电流检测、与控制电路43的接地点的差异、针对来 自输入侧的噪声的抗噪声性、电路整体的安装面积的小型化这样的多个课题。
另外，在本发明的图1的结构中，构成为设置有用于直接输出商用电源的直送线1 并可以通过切换电路14进行切换，但在配置例1的情况下在切换为直送线1侧时无法检测 电流，而采用本发明的配置还具有可以通过配置在共用线16上的输入电流检测电阻4来检 测电流这样的优点。 另外，在图l所示的实施例中，在构成输出滤波器96的电抗器35与电容器36之 间设置了输出电流检测电阻5，但也可以在电抗器35的前级、即DC-AC逆变器37与电抗器 35之间设置输出电流检测电阻5。 另一方面，在构成输出滤波器96的电容器36的后级设置输出电流检测电阻5时， 由于要检测平滑化后的电流值，所以相对电流值变化的响应速度延迟，存在无法进行适当 的控制这样的问题。因此，优选对进行平滑化前的电流值进行检测。 在上述实施例中，开关元件23、34由包括续流二极管的M0SFET构成，但本发明不 限于此。例如，也可以仅由无续流二极管的M0SFET构成，并且，作为其以外的元件也可以由 双极性晶体管、IGBT等开关元件构成，在该双极性晶体管、IGBT等开关元件的情况下，优选 为包括续流二极管。进而，开关元件33、34也不限于IGBT，而也可以使用M0SFET等其他开 关元件。
权利要求
一种电源电路，将交流输入端子(2、3)和交流输出端子(8、9)各自的一个端子(3、9)之间结合而设为共用线(16)，针对输入给该共用线(16)与另一个输入端子(2)之间的交流电压，在升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器(32)中在控制电路(43)的控制下进行升压斩波，从而在共用线(16)的正侧和负侧得到升压后的直流电压，并且进行功率因数改善，将在正侧和负侧分别稳定化的直流电压进一步通过其后级的半桥型DC-AC逆变器(37)变换为交流电压，通过其后级的由电抗器(35)以及电容器(36)构成的输出滤波器(96)去除高频分量而输出，其特征在于，上述升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器(32)具备与另一个输入端子(2)连接的电抗器(11)；以及设置在该电抗器(11)的输出侧和共用线(16)之间的、相互逆向且串联连接的两个开关元件(23、24)，相对共用线(16)在正侧与负侧共用这些电抗器(11)以及开关元件(23、24)而进行升压斩波，为了得到上述控制电路(43)中所需的输入电流信息以及输出电流信息，在上述共用线(16)上的、开关元件(23、24)的前级设置有输入电流检测电阻(4)，在构成上述输出滤波器(96)的电抗器(35)的输入侧或电抗器(35)和电容器(36)之间设置有输出电流检测电阻(5)。
2 . 根据权利要求1所述的电源电路，其特征在于，升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器(32)根据对直流输出电压进行相位调整而得到的信号，使输入电流成为与输入电压相似的正弦波状而用作功率因数改善用滤波器。
3. 根据权利要求l所述的电源电路，其特征在于，控制电路(43)具备根据交流输入电压的大小来调整升压后的目的电压的设定值而进行升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器(32)中的升压率的控制的功能。
全文摘要
为了减小安装面积，并且实现产品的低价格化，本发明提供一种电源电路，其不使用电流互感器而可以发挥同样的功能。在针对输入给共用线与另一个输入端子之间的交流电压，在升压斩波器电路兼功率因数改善用滤波器中在控制电路的控制下进行升压斩波，从而在共用线的正侧与负侧得到升压后的直流电压，并且进行功率因数改善，将稳定化的直流电压进一步通过其后级的半桥型DC-AC逆变器变换为交流电压，通过由电抗器以及电容器构成的输出滤波器去除高频分量而输出的电源电路中，在共用线上的开关元件的前级设置有输入电流检测电阻，在构成输出滤波器的电抗器的输入侧或电抗器与电容器之间设置有输出电流检测电阻。
文档编号H02M5/40GK101728960SQ20091017510
公开日2010年6月9日 申请日期2009年9月16日 优先权日2008年10月21日
发明者菅野充 申请人:株式会社优多科电机制作所