JP2013141383A - アクティブ降圧型パワーファクター修正装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクティブ降圧型パワーファクター修正装置の提供。
【解決手段】アクティブ降圧型パワーファクター修正装置は、交流入力電源、該交流入力電源に接続されて該電源を受け取り整流して入力電圧を生成する整流装置、該整流装置に接続されて、エネルギーの受け取り、伝送、変換を行ない出力電圧を生成する第１変換装置、該第１変換装置に接続された負荷、該第１変換装置に接続されて補助電圧を生成する補助装置を包含し、該補助電圧は該入力電圧と電圧極性が同じで、該出力電圧と電圧極性が反対であり、これにより該第１変換装置は入力電圧が出力電圧より低い状況で続いて入力電流を導入でき、該入力電流の不連続時間を短縮して良好なパワーファクター修正効果を達成する。
【選択図】図７

Description

本発明は一種のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置に係り、特に、各種の、出力電圧が交流入力電源のピーク電圧より低い時に運用されるアクティブ降圧型パワーファクター修正装置に関する。

現在、電気用品の直流電源の使用は非常に多いが、商用電源は交流であり、ゆえに、交流−直流変換を行う必要がある。電力システムの無効電力を少なくし、並びに電流高調波がもたらすシステム干渉を減らすため、多くの電気用品はハイパワーファクターと低い電流高調波を有することが要求され、これによりパワーファクター修正器が広く使用されている。常用されるパワーファクター修正回路は、パッシブ式とアクティブ式の大きく二種類に分けられ、パッシブ式パワーファクター修正回路は、インダクタ、コンデンサ等の素子を主体とし、アクティブスイッチ素子を使用しない。その構造は簡単で、機能も比較的簡単であり、特に、電源或いは負荷が変動する時には対応して変化する能力に欠ける。アクティブ式パワーファクター修正回路は、アクティブパワースイッチ素子の切換え動作に、インダクタ、コンデンサ素子を組み合わせることで、入力電流を電源電圧に追随して変動させ、パワーファクター修正の目的を達成し、フィードバック制御を組合せ、さらに電源或いは負荷が変動する時に、良好な回路特性を維持できる。常用されるアクティブ式パワーファクター修正回路は昇圧式が代表的であるが、直流出力電圧が入力交流電圧ピーク値よりも高くなければならないという制限があり、その他の降圧式或いは昇降圧式等の比較的低い電圧を出力できる回路は、それぞれに特性が低く、効率が低く、エネルギー保存素子の体積が大きいか或いは制御方式が複雑で実現が難しい等の欠点を有している。

図１Ａは伝統的なアクティブ式パワーファクター修正器が通常採用する昇圧式（ｂｏｏｓｔ）変換回路であり、その主要な長所は、比較的高いパワーファクターと比較的実施が容易な制御方式を有することである。図１Ｂは図１Ａの伝統的なパワーファクター修正器の入力端電圧Ｖ_s 及び電流Ｉ_s の波形表示図であり、且つωは商用電源角周波数であり、Ｖ_m とＩ_m はそれぞれ電圧ピーク値と電流ピーク値を表示する。理想的な状況では、入力電流Ｉ_s のパワーファクターは１．０に接近し得て、実際の回路応用上、入力電流Ｉ_sのパワーファクター実測値も０．９８以上に達し得る。スイッチ素子Ｑ_PFCの制御は、昇圧式変換器のエネルギー保存インダクタＬ_PFCのインダクタ電流がすなわち入力電流Ｉ_sとされ、且つ境界電流モード（ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｕｒｒｅｎｔ ｍｏｄｅ，ＢＣＭ）では、保存インダクタＬ_PFC充電時の両端間電圧が電源ＡＣの電圧に等しい（式（１）のとおり）。ゆえに、高周波成分を除去後の入力電流Ｉ_sは入力電圧に非常に容易に正比例し（式（２）のとおり）、ハイパワーファクターの効果を達成し、ゆえに、昇圧式パワーファクター修正器の制御方式は容易に実現できる。

現在、昇圧式変換器のパワーファクターを高く調整するのに常用される方法には以下の２種類がある。
１．ゼロ電流カット（ｚｅｒｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｕｔ）＋固定導通時間（ｃｏｎｓｔａｎｔ ｏｎ−ｔｉｍｅ）
２．ゼロ電流カット＋２倍パケット電流カット（ｄｏｕｂｌｅ ｐａｃｋｅｔｓ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｕｔ−ｏｆｆ）

これら二種類の方法は、いずれも式（２）が必要とする周波数或いはデューティーサイクル変調を実現でき、現在、多くの既存のＩＣに応用されている。図１Ｃは上述の二種類の方法を応用した後の、昇圧式変換器と入力電流Ｉ_s及びインダクタ電流Ｉ_Lの関係図である。

昇圧式パワーファクター修正器（或いは昇圧式変換器）の制限は、出力電圧が入力電圧（ピーク値電圧）より高くなければならず、高い出力電圧に伴いその素子の電圧応力要求も高くなることである。特に、電圧要求が比較的低い（電源ピーク値電圧より低い）負荷に対しては、昇圧式パワーファクター修正器は直接には適当な電圧電源を提供できず、さらに降圧回路（Ｂｕｃｋ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）によりその出力電圧を負荷が必要とする電圧まで下げなければならず、図２に示されるようである。このために、回路体積と製造コストが増し、さらに回路のパワーロスも増し、全体回路の変換効率が下がる。

また降圧式変換回路でパワーファクター修正器を設計したものもあり、図３Ａに示されるとおりである。降圧式パワーファクター修正器の主要な欠点は、電源の入力電圧Ｖ_iが直流出力電圧Ｖ_oより低い時、回路は入力電流を導入できず、いわゆるデッドゾーン（ｄｅａｄ ｚｏｎｅ）となることであり、図３Ｂに示されるとおりである。このため、降圧式パワーファクター修正器の入力電流Ｉ_sは不連続となり、ゆえに、パワーファクターは比較的低く、電流高調波含有量は比較的大きく、且つデッドゾーンが大きくなるほどパワーファクターは低くなり、電流高調波ひずみ率は大きくなり、図３Ｃに示されるとおりである。

降圧式パワーファクター修正器のもう一つの大きな欠点は、スイッチ素子の制御方式が比較的複雑で、実現しにくいことである。その主要な原因は、そのインダクタ電流がただ充電段階のみに電源を流れることにあり、インダクタ充電時の両端間電圧は電源電圧から出力電圧を引いたものに等しく、式（３）のとおりである。その高周波成分を除去した後の入力電流は、式（４）のとおりであり、並びに直接入力電圧に正比例しない。現在、簡単な制御回路或いは一般的なＩＣは応用に供されていない。

その他、昇降圧式変換回路（Ｂｕｃｋ−Ｂｏｏｓｔ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）或いはフライバック式変換回路（Ｆｌｙ−ｂａｃｋ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）で設計されたパワーファクター修正器もあり、図４、５のとおりであり、ハイパワーファクターを達成できるものの、その共通の欠点は、インダクタのエネルギー保存要求が比較的大きく、その体積が大きくなり、且つ磁気エネルギーロスによってもその効率が悪くなることである。

図６の回路は、昇圧式変換回路と降圧式変換回路を整合して形成されたパワーファクター修正器である。Ｑ２が停止して不動作の時、Ｑ１は降圧式変換の操作を実行可能である。Ｑ１が導通維持する時、Ｑ２は昇圧式変換の操作を実行できる。理論上、該パワーファクター修正器は良好なパワーファクターと変換効率を有し得て、且つ直流出力電圧は電源電圧より高いか低い。ただし、この回路の制御方式は非常に複雑で、専用ＩＣを開発するのでなければ実現は容易でなく、その実用性は高くない。

本発明は、入力電流の不連続時間を短縮して良好なパワーファクター修正効果を達成する一種のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置を提供することを目的とする。

本発明のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置は、交流入力電源、該交流入力電源に接続されて該電源を受け取り整流して入力電圧を生成する整流装置、該整流装置に接続されて、エネルギーの受け取り、伝送、変換を行ない出力電圧を生成する第１変換装置、該第１変換装置に接続された負荷、該第１変換装置に接続されて補助電圧を生成する補助装置を包含し、該補助電圧は該入力電圧と電圧極性が同じで、該出力電圧と電圧極性が反対であり、これにより該第１変換装置は入力電圧が出力電圧より低い状況で続いて入力電流を導入でき、該入力電流の不連続時間を短縮して良好なパワーファクター修正効果を達成する。

本発明のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置は、コンデンサを補助電圧として利用する設計により、入力電流に余分のエレクトリックポテンシャルを提供し、伝統的な降圧式パワーファクター修正器のデッドゾーンの問題を解決し、制御方面では、ただ簡単な制御方式でハイパワーファクター、低い高調波ひずみ及び高い回路変換効率等の長所を達成する。このほか、本願発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば明らかであるように、本発明のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置は直流対交流のパワーファクター修正回路に限定されず、本発明はまた、直流対直流の降圧式パワーファクター修正器等の回路に応用可能である。

伝統的なパワーファクター修正器が通常採用する昇圧式変換回路の回路図である。 図１Ａの伝統的なパワーファクター修正器の入力端電圧Ｖ_sと電流Ｉ_sの波形表示図である。 図１Ａの伝統的なパワーファクター修正器の入力電流とインダクタ電流の関係図である。 昇圧式と降圧式のツーステージ変換回路を有する伝統的なパワーファクター修正器の回路図である。 伝統的な降圧式パワーファクター修正器の回路図である。 図３Ａの伝統的な降圧式パワーファクター修正器の入力端電圧Ｖ_sと電流Ｉ_sの波形表示図である。 図３Ａの伝統的な降圧式パワーファクター修正器の理想パワーファクターと電流高調波ひずみ率の関係図である。 昇降圧式変換回路を具えた伝統的なパワーファクター修正器の回路図である。 フライバック式変換回路（Ｆｌｙ−ｂａｃｋ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を具えた伝統的なパワーファクター修正器の回路図である。 昇圧式と降圧式変換回路を整合したパワーファクター修正器の回路図である。 本発明による実施例のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路図である。 図７を応用した実施例の回路図である。 図８のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図８のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図８のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図８のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図７を応用した別の実施例の回路図である。 図１０のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図１０のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図１０のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図１０のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図１０のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 図１０のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置の回路操作モード表示図である。 本発明を応用した入力電圧電流及び切換えパルス幅変調信号の波形図である。 本発明を応用した低周波切換え信号波形の展開図である。 本発明の各出力電圧と回路変換効率の関係曲線図である。 本発明の各出力電圧とパワーファクターの関係曲線図である。 本発明の各出力電圧と電流高調波ひずみの関係曲線図である。

本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的を詳細に説明するため、以下に実施例を挙げ並びに図面を組み合わせて説明する。

図７は本発明によるある実施例のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置１を表示する。このアクティブ降圧型パワーファクター修正装置１は、補助装置１１と、第１変換装置Ｔ₁ を包含する。該補助装置１１は補助電圧を生成するのに用いられる。該第１変換装置Ｔ₁ は該補助装置１１に接続されて、エネルギーの伝送、保存及び変換に用いられ、出力電圧を生成し、且つ該補助電圧は該出力電圧と極性が相反する。該アクティブ降圧型パワーファクター修正装置１はさらに整流装置１２を包含し、それは該補助装置１１に接続され、電源ＡＣを受け取り並びに整流し、これにより、入力電圧Ｖ_iを生成する。上述の電源ＡＣは交流電源とされ得る。該アクティブ降圧型パワーファクター修正装置１はさらに負荷（Ｌｏａｄ）を包含し、該負荷は該第１変換装置Ｔ₁ に接続される。

該補助電圧と該入力電圧Ｖ_iの極性は同じであり、これにより、入力電流Ｉ_sの不連続時間を短縮する。このほか、上述の第１変換装置Ｔ₁ は、降圧式パワーファクター修正器とされ得る。

本実施例において、該補助電圧は入力電流の経路に直列接続され、該補助電圧の極性は該入力電圧Ｖ_iと同じであり、これにより入力電流の不連続時間を短縮する。且つ補助装置１１はさらに補助コンデンサを補助電圧素子として利用し、並びにインダクタンスコイルを該第１変換装置Ｔ₁ のエネルギー保存インダクタと結合させて、エネルギー保存インダクタがエネルギーを出力コンデンサへと釈放する時、該インダクタンスコイルが同時に補助コンデンサに対して充電することにより、補助コンデンサの両端間の電圧を該入力電圧Ｖ_iと同じ極性とすることができる。

このほか、インダクタンスコイルのコイル巻数を補助インダクタのコイル巻数と同じに設計し、且つ同時に補助コンデンサの二端間の電圧を出力電圧Ｖ_oに等しく設計することで、デッドゾーンを消失させることができる。

図８は図７を応用した実施例を示す。このアクティブ降圧型パワーファクター修正装置２は出力電圧が入力電圧より低い各種の電源供給装置或いは降圧式パワーファクター修正器に適用可能であり、且つアクティブ降圧型パワーファクター修正装置２は、補助装置２１及び第１変換装置Ｔ₁ を包含する。且つこのアクティブ降圧型パワーファクター修正装置２はさらに、整流装置２２と負荷を包含する。

本実施例では、該補助装置２１は補助コイルＬ₂、補助ダイオードＤ₂、及び補助コンデンサＣ_aを包含する。該第１変換装置Ｔ₁ は、エネルギー保存インダクタＬ₁、アクティブパワースイッチＱ₁、ダイオードＤ₁及び出力コンデンサＣ₁を包含する。

そのうち、該補助装置２１の該補助コイルＬ₂は該補助ダイオードＤ₂に直列に接続され、並びに該補助コンデンサＣ_aに並列に接続され、且つ補助コイルＬ₂は一つ或いは複数のコイルで構成される。該ダイオードＤ₁の一端にはエネルギー保存インダクタＬ₁が接続され、他端には出力コンデンサＣ₁が接続され、該エネルギー保存インダクタＬ₁の一端にダイオードＤ₁が接続され、他端に出力コンデンサＣ₁が接続され、該出力コンデンサＣ₁の一端にエネルギー保存インダクタＬ₁が接続され、他端にダイオードＤ₁が接続され、並びに負荷（Ｌｏａｄ）と並列に接続される。該アクティブパワースイッチＱ₁の一端は整流装置２２に接続され、他端は出力コンデンサＣ₁に接続される。

このアクティブ降圧型パワーファクター修正装置２の回路動作は以下のとおりである。
（１）モード１：Ｑ₁ 導通、Ｄ₁切断、Ｄ₂切断
アクティブパワースイッチＱ₁が導通状態の時、入力電圧Ｖ_iと補助コンデンサＣ_aの両端間電圧Ｖ_ca（補助電圧）は相加され、同時にエネルギー保存インダクタＬ₁及び出力コンデンサＣ₁に対して充電する。補助コイルＬ₂を流れる電流は上昇し、補助コンデンサＣ_aの両端間電圧Ｖ_ca（補助電圧）は下降し、この段階で続けてアクティブパワースイッチＱ₁は切断され、その操作は図９ａのとおりである。

（２）モード２：Ｑ₁ 切断、Ｄ₁切断、Ｄ₂導通
アクティブパワースイッチＱ₁が切断された後、エネルギー保存インダクタＬ₁はエネルギー放出を開始する。エネルギー保存インダクタＬ₁と補助コイルＬ₂は相互に結合し、これにより結合インダクタを形成し、且つ共通の保存エネルギーを有し、ゆえにインダクタの保存エネルギーはそれぞれＬ₁或いはＬ₂より放出され得る。本実施例では、エネルギー保存インダクタＬ₁と補助コイルＬ₂のコイル巻数が同じに設計され、ゆえに、両者の両端間電圧は同じとされる。モード１中、補助コンデンサＣ_a上の両端間電圧Ｖ_caが下降して、補助電圧Ｖ_caが出力電圧Ｖ_oより小さくされる（Ｖ_ca＞Ｖ_o）。これにより、補助ダイオードＤ₂が優先して導通し、これにより補助コイルＬ₂が補助ダイオードＤ₂を介してエネルギーを放出し並びに補助コンデンサＣ_aに対して充電し、ゆえにＶ_caが上昇し、且つエネルギー保存インダクタＬ₁の電圧はＶ_caとなるようコントロールされ、ゆえにダイオードＤ₁は不導通に偏る。この段階が、Ｖ_ca＝Ｖ_oとなるまで続き、その動作は図９ｂに示されるとおりである。

（３）モード３：Ｑ₁ 切断、Ｄ₁導通、Ｄ₂導通
エネルギー保存インダクタＬ₁の電圧（すなわちＶ_ca）が上昇して出力電圧Ｖ_oと等しくなると、ダイオードＤ₁は順調に導通し、エネルギー保存インダクタＬ₁はダイオードＤ₁を介して出力コンデンサＣ₁に対して放電し、補助コイルＬ₂は続いて補助ダイオードＤ₂を介して補助コンデンサＣ_aに対して放電し、エネルギー保存インダクタＬ₁と補助コイルＬ₂が完全にエネルギーを放出するまで放電して、電流が零になって放電を停止する。回路動作は図９ｃのとおりである。

（４）モード４：Ｑ₁ 切断、Ｄ₁切断、Ｄ₂切断
エネルギー保存インダクタＬ₁と補助コイルＬ₂が完全にエネルギー放出した後、電流は零に下がり、ダイオードＤ₁と補助ダイオードＤ₂はいずれも切断状態となり、その回路動作は図９ｄのとおりであり、アクティブパワースイッチＱ₁が再度トリガされ導通すると、回路はモード１に戻る。この実施例中、負荷（Ｌｏａｄ）が必要とするエネルギーはいずれも出力コンデンサＣ₁より提供される。

図１０は図７を応用した別の実施例を示す。このアクティブ降圧型パワーファクター修正装置３は、出力電圧が入力電圧より低い各種の電源供給装置或いは降圧式パワーファクター修正器に適用され、且つアクティブ降圧型パワーファクター修正装置３は、補助装置３１及び第１変換装置Ｔ₁ を包含する。且つこのアクティブ降圧型パワーファクター修正装置３はさらに、整流装置３２と負荷を包含する。

本実施例では、該補助装置３１は補助コイルＬ₂、第１補助ダイオードＤ₂、第２補助ダイオードＤ₃及び補助コンデンサＣ_aを包含する。該第１変換装置Ｔ₁ は、エネルギー保存インダクタＬ₁、アクティブパワースイッチＱ₁、ダイオードＤ₁及び出力コンデンサＣ₁を包含する。

該第１補助ダイオードＤ₂は該第２補助ダイオードＤ₃に逆相接続され、且つ該第１補助ダイオードＤ₂の一端は該補助コンデンサＣ_aに接続され、該第１補助ダイオードＤ₂の他端は該補助コイルＬ₂に接続され、且つ該補助コイルＬ₂は一つ或いは複数のコイルで構成され、且つ該補助コイルＬ₂の一端は該第１補助ダイオードＤ₂と該第２補助ダイオードＤ₃に接続され、他端は該補助コンデンサＣ_aと出力コンデンサＣ₁に接続される。

該ダイオードＤ₁の一端は該エネルギー保存インダクタＬ₁に接続され、他端は該アクティブパワースイッチＱ₁と該出力コンデンサＣ₁に接続され、該エネルギー保存インダクタＬ₁の一端は該ダイオードＤ₁に接続され、他端は該補助コンデンサＣ_aに接続され、且つ該アクティブパワースイッチＱ₁はトランジスタとされ、その一端は該整流装置３２に接続され、他端は該ダイオードＤ₁と該出力コンデンサＣ₁に接続され、且つ該出力コンデンサＣ₁の一端は補助コンデンサＣ_aに接続され、他端はダイオードＤ₁に接続され、並びに負荷（Ｌｏａｄ）と並列に接続される。

このアクティブ降圧型パワーファクター修正装置３の回路動作は以下のとおりである。
（１）モード１：Ｑ₁ 導通、Ｄ₁切断、Ｄ₂切断、Ｄ₃切断
アクティブパワースイッチＱ₁が導通状態の時、入力電圧Ｖ_iと補助コンデンサＣ_aの両端間電圧Ｖ_caは相加され、同時にエネルギー保存インダクタＬ₁及び出力コンデンサＣ₁に対して充電する。補助コイルＬ₂を流れる電流は上昇し、補助コンデンサＣ_aの両端間電圧Ｖ_caは下降し、この段階で続けてアクティブパワースイッチＱ₁は切断され、その操作は図１１ａのとおりである。

（２）モード２：Ｑ₁ 切断、Ｄ₁導通、Ｄ₂切断、Ｄ₃切断
アクティブパワースイッチＱ₁が切断された後、エネルギー保存インダクタＬ₁はエネルギー放出を開始する。エネルギー保存インダクタＬ₁の電流が下降し、補助コンデンサＣ_aの両端間電圧Ｖ_caもまた下降を続け、この段階が、Ｖ_ca＝０となるまで続き、その動作は図１１ｂのとおりである。

（３）モード３：Ｑ₁ 切断、Ｄ₁導通、Ｄ₂導通、Ｄ₃切断
Ｖ_caが下降して０Ｖとなると、第１補助ダイオードＤ₂が順調に導通するようになり、エネルギー保存インダクタＬ₁の電流が同時に補助コンデンサＣ_aと第１補助ダイオードＤ₂を流れて、出力コンデンサＣ₁に対して放電を続け、エネルギー保存インダクタＬ₁が完全にエネルギーを放出するまでこの放電を続け、電流が零になって停止する。補助コンデンサＣ_aが逆方向に充電される期間、補助コンデンサＣ_a上の両端間電圧Ｖ_caは負電圧であり、補助コイルＬ₂電流は増加し、回路動作は図１１ｃのとおりである。

（４）モード４：Ｑ₁ 切断、Ｄ₁導通、Ｄ₂導通、Ｄ₃切断
エネルギー保存インダクタＬ₁が完全にエネルギー放出した後、ダイオードＤ₁は切断される。補助コンデンサＣ_aの両端間電圧Ｖ_caは負の値であるため、第１補助ダイオードＤ₂は導通を維持し、補助コンデンサＣ_aと補助コイルＬ₂は共振回路を形成する。この段階で補助コンデンサＣ_aはまずエネルギーを補助コイルＬ₂に移転し、補助コイルＬ₂の電流は上昇し、補助コンデンサＣ_aが完全に放電してＶ_ca＝０となると、補助コイルＬ₂は再度エネルギーを補助コンデンサＣ_aに転移し、補助コイルＬ₂の電流が下降し、補助コンデンサＣ_aの両端間電圧Ｖ_caが上昇し、Ｖ_caが上昇してＶ_ca＝Ｖ_oとなると、回路はモード５に進入する。モード４の回路動作は図１１ｄに示されるとおりである。

（５）モード５：Ｑ₁ 切断、Ｄ₁切断、Ｄ₂導通、Ｄ₃導通
Ｖ_ca＝Ｖ_oの時、第２補助ダイオードＤ₃が導通開始し、補助コイルＬ₂が放出する電流は、それぞれ出力コンデンサＣ₁と補助コンデンサＣ_aに流入し、出力コンデンサＣ₁と補助コンデンサＣ_aは並列接続状態を形成するため、両者の電圧は同じに維持される。本モードは補助コイルＬ₂が完全にエネルギー放出をするまで続き、その回路動作は図１１ｅに示されるとおりである。

（６）モード６：Ｑ₁ 切断、Ｄ₁切断、Ｄ₂切断、Ｄ₃切断
補助コイルＬ₂が完全にエネルギー放出した後、第１補助ダイオードＤ₂と第２補助ダイオードＤ₃はいずれも切断され、回路動作は図１１ｆに示されるとおりであり、アクティブパワースイッチＱ₁が再度トリガされ導通すると、回路はモード１に戻る。この実施例中、負荷（Ｌｏａｄ）が必要とするエネルギーはいずれも出力コンデンサＣ₁より提供される。

図１２は本発明を応用した入力電圧電流及び高周波切換え制御信号のパルス幅変調（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）波形図である。図１３は本発明を応用した高周波切換え制御信号波形の展開図である。図１２と図１３から分かるように、一つの交流電源のサイクル中、本発明のアクティブパワースイッチＱ₁の制御信号は、一つの固定周波数と通電率（ｄｕｔｙ−ｒａｔｉｏ）の波形であり、ハイパワーファクターと低い高調波ひずみの効果を達成でき、伝統的な昇圧型と降圧型のパワーファクター修正器に較べ、本発明の制御方式はより簡単に実施できる。

また一方で、制御信号の周波数或いは通電率を変調する時、出力電圧調整の機能を達成でき、且つ良好なパワーファクター修正効果を維持できる。図１４は本発明の、入力電源１１０Ｖ、出力パワー２０ワット、異なる出力電圧Ｖ_oの時の、回路の変換効率（η）、パワーファクター（ｐｏｗｅｒ ｆａｃｔｏｒ，ＰＦ）と電流高調波ひずみ（ａｍｐｅｒｅ ｔｏｔａｌ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ，ＡＴＨＤ）の変化状況を示す。図１４ａから図１４ｃより分かるように、本発明は、出力電圧が４０〜９０Ｖの間の時、その回路変換効率は９１〜９４％の間であり（図１４ａのとおり）、パワーファクターは０．９８以上を維持し（図１４ｂのとおり）、電流高調波ひずみは２〜１６％の間である（図１４ｃのとおり）。これにより、本発明はハイパワーファクターと低い電流高調波ひずみを得られるほか、良好な回路変換効率を獲得できる。

以上述べたことは、本発明の実施例にすぎず、本発明の実施の範囲を限定するものではなく、本発明の特許請求の範囲に基づきなし得る同等の変化と修飾は、いずれも本発明の権利のカバーする範囲内に属するものとする。

１、２、３ アクティブ降圧型パワーファクター修正装置
１１、２１、３１ 補助装置
１２、２２、３２ 整流装置
Ｔ₁ 第１変換装置
Ｌｏａｄ 負荷
ＡＣ 電源
Ｑ、Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ_PFC アクティブパワースイッチ
Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ_PFC インダクタ
Ｑ、Ｑ₁、Ｑ₂、Ｑ_PFC アクティブパワースイッチ
Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ_PFC ダイオード
Ｃ₁、Ｃ₂、Ｃ_DC、Ｃ_s コンデンサ
Ｖ_s、Ｖ_i、Ｖ_c1、Ｖ_c2、Ｖ_o、Ｖ_m、Ｖ_ca 電圧
Ｉ_s、Ｉ_m、Ｉ_L 電流

Claims (15)

1. アクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、
   補助電圧を生成するための補助装置と、
   該補助装置に接続されて、エネルギーを伝送、保存及び変換するための第１変換装置と、
   を包含し、該補助電圧の極性は入力電圧の極性と同じで、且つ出力電圧の極性と相反することを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
2. 請求項１記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、さらに、
   該補助装置に接続され、電源を受け取り整流して入力電圧を生成する整流装置と、
   該第１変換装置に接続された負荷と、
   を包含したことを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
3. 請求項２記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該補助装置は補助コイル、補助ダイオード、及び補助コンデンサを包含し、該第１変換装置はエネルギー保存インダクタ、アクティブパワースイッチ、ダイオード及び出力コンデンサを包含することを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
4. 請求項３記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該補助コイルは該補助ダイオードに直列に接続され、並びに該補助コンデンサと並列に接続され、且つ該補助コイルはインダクタコイルとされ、且つ該補助コイルはエネルギー保存インダクタと相互に結合されたことを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
5. 請求項３記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該ダイオードの一端はエネルギー保存インダクタに接続され、他端は出力コンデンサに接続され、該エネルギー保存インダクタの一端はダイオードに接続され、他端は出力コンデンサに接続され、該出力コンデンサの一端はエネルギー保存インダクタに接続され、他端はダイオードに接続され、並びに負荷と並列に接続され、該アクティブパワースイッチの一端に整流装置が接続され、他端に出力コンデンサが接続されたことを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
6. 請求項３記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該アクティブパワースイッチが導通する時、該入力電圧と該補助電圧は相加され、且つ同時に該エネルギー保存インダクタと該出力コンデンサに対して充電することを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
7. 請求項３記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該アクティブパワースイッチが切断される時、該補助コイルが該補助コンデンサに対して充電し、該入力電圧と同じ極性の該補助電圧を生成することを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
8. 請求項３記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該アクティブパワースイッチが切断される時、該エネルギー保存インダクタと該補助コイルが該出力コンデンサと該補助コンデンサに対して充電し、該補助電圧と出力電圧の極性を反対にすることを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
9. 請求項３記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該エネルギー保存インダクタのコイル巻数は該補助コイルのコイル巻数と同じとされることで、該補助電圧が該出力電圧に等しくされることを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
10. 請求項２記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該補助装置は補助コイル、第１補助ダイオード、第２補助ダイオード及び補助コンデンサを包含し、該第１変換装置は、エネルギー保存インダクタ、アクティブパワースイッチ、ダイオード及び出力コンデンサを包含することを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
11. 請求項１０記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該第１補助ダイオードは該第２補助ダイオードと逆相接続され、且つ該第１補助ダイオードの一端は該補助コンデンサに接続され、他端は該補助コイルに接続され、且つ該補助コイルはインダクタコイルとされ、且つ該補助コイルの一端は該第１補助ダイオードと該第２補助ダイオードに接続され、他端は該補助コンデンサと該出力コンデンサに接続されたことを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
12. 請求項１０記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該ダイオードの一端は該エネルギー保存インダクタに接続され、他端は該アクティブパワースイッチと該出力コンデンサに接続され、該エネルギー保存インダクタの一端は該ダイオードに接続され、他端は該補助コンデンサに接続され、且つ該アクティブパワースイッチはトランジスタとされ、その一端は該整流装置に接続され、他端は該ダイオードと該出力コンデンサに接続され、且つ該出力コンデンサの一端は補助コンデンサに接続され、他端はダイオードに接続され、並びに負荷と並列に接続されることを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
13. 請求項１１記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該アクティブパワースイッチが導通する時、該入力電圧と該補助電圧は相加され、且つ同時に該エネルギー保存インダクタと該出力コンデンサに対して充電することを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
14. 請求項１１記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該アクティブパワースイッチが切断される時、該エネルギー保存インダクタはエネルギーを該補助コイルへと放出し、且つ該補助コイルは該出力コンデンサ及び補助コンデンサに対して充電し、補助電圧と出力電圧の極性を反対とすることを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。
15. 請求項１１記載のアクティブ降圧型パワーファクター修正装置において、該エネルギー保存インダクタのコイル巻数と該補助コイルのコイル巻数が同じとされることで、該補助電圧が該出力電圧と同じとされることを特徴とする、アクティブ降圧型パワーファクター修正装置。

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