特許 6353842 ＡＣ／ＤＣ変換を組み込むパッシブ力率補正

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6353842

(24)【登録日】2018年6月15日

(45)【発行日】2018年7月4日

(54)【発明の名称】ＡＣ／ＤＣ変換を組み込むパッシブ力率補正

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/06 20060101AFI20180625BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/06 P

【請求項の数】13

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-535857(P2015-535857)

(86)(22)【出願日】2013年10月7日

(65)【公表番号】特表2015-532576(P2015-532576A)

(43)【公表日】2015年11月9日

(86)【国際出願番号】US2013063632

(87)【国際公開番号】WO2014058753

(87)【国際公開日】20140417

【審査請求日】2016年10月5日

(31)【優先権主張番号】13/647,979

(32)【優先日】2012年10月9日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507194969

【氏名又は名称】ソウル セミコンダクター カンパニー リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000408

【氏名又は名称】特許業務法人高橋・林アンドパートナーズ

(72)【発明者】

【氏名】グシスキー， ジェフ

(72)【発明者】

【氏名】チェン， ビクター

(72)【発明者】

【氏名】パナゴタコス， ジョージ

【審査官】 佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１３／０７４５２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 実開昭５９−１５２９９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０７−２８４２７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−２０９５７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５５−１０３０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５５３２９１７（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−０４４５９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭４９−０７５４３６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０７−２２２４４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２９８６１９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電流（ＡＣ）入力電圧を少なくとも１つの直流（ＤＣ）出力電圧に変換するための力率補正回路であって、前記力率補正回路は、
前記ＡＣ入力電圧を整流し、かつ整流電圧を提供するための第１の整流手段と、
第１の電圧を貯蔵するための第１の容量手段と、
前記第１の容量手段に前記整流電圧を印加するための抵抗手段と、
前記ＤＣ出力電圧を貯蔵するための第２の容量手段と、
前記第２の容量手段に前記整流電圧を印加するための誘導手段と、
前記誘導手段に前記第１の電圧を印加するための第２の整流手段と
を備え、
前記第１の整流手段は、複数の整流電圧を提供し、
前記第２の容量手段は、前記ＤＣ出力電圧のうちの１つを別個に貯蔵するための複数の第３の容量手段を備え、
前記誘導手段は、前記第３の容量手段のうちの１つに前記整流電圧のうちの１つを別個に印加するための複数の第２の誘導手段を備え、
前記第２の整流手段は、前記第２の誘導手段のうちの１つに前記第１の電圧を別個に印加するための複数の第３の整流手段を備える、力率補正回路。

【請求項2】

交流電流（ＡＣ）入力電圧を少なくとも１つの直流（ＤＣ）出力電圧に変換するための力率補正回路であって、前記力率補正回路は、
前記ＡＣ入力電圧を整流し、かつ整流電圧を提供するための第１の整流手段と、
第１の電圧を貯蔵するための第１の容量手段と、
前記第１の容量手段に前記整流電圧を印加するための抵抗手段と、
前記ＤＣ出力電圧を貯蔵するための第２の容量手段と、
前記第２の容量手段に前記整流電圧を印加するための誘導手段と、
前記誘導手段に前記第１の電圧を印加するための第２の整流手段と
を備え、
前記第１の整流手段は、第１の整流電圧および第２の整流電圧を提供し、
前記抵抗手段は、前記第１の整流電圧を前記第１の容量手段に印加し、
前記誘導手段は、前記第２の整流電圧を前記第２の容量手段に印加し、
前記抵抗手段は、前記誘導手段と前記第１の容量手段とにより構成される共振回路に臨界減衰させる、力率補正回路。

【請求項3】

交流電流（ＡＣ）入力電圧を少なくとも１つの直流（ＤＣ）出力電圧に変換するための力率補正回路であって、前記力率補正回路は、
前記ＡＣ入力電圧を整流し、かつ整流電圧を提供するための第１の整流手段と、
第１の電圧を貯蔵するための第１の容量手段と、
前記第１の容量手段に前記整流電圧を印加するための抵抗手段と、
前記ＤＣ出力電圧を貯蔵するための第２の容量手段と、
前記第２の容量手段に前記整流電圧を印加するための誘導手段と、
前記誘導手段に前記第１の電圧を印加するための第２の整流手段と
を備え、
前記第１の整流手段は、第１の整流電圧および第２の整流電圧を提供し、
前記抵抗手段は、前記第１の整流電圧を前記第１の容量手段に印加し、
前記誘導手段は、前記第２の整流電圧を前記第２の容量手段に印加し、
前記抵抗手段の抵抗値をＲ、前記誘導手段のインダクタンスの値をＬ、前記第１の容量手段の静電容量の値をＣとした場合、次式の関係を満たす、力率補正回路。

【数1】

【請求項4】

前記誘導手段は、少なくとも１つの電流を伝導し、
前記力率補正回路は、前記誘導手段により伝導される電流のうちの少なくとも１つを整流するための第３の整流手段をさらに備える、請求項２または請求項３に記載の力率補正回路。

【請求項5】

前記第３の整流手段は、前記誘導手段と直列に結合されている、請求項４に記載の力率補正回路。

【請求項6】

寄生振動を最小限にするための、前記第１の整流手段に結合された第２の抵抗手段をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の力率補正回路。

【請求項7】

寄生振動を最小限にするための、前記第２の整流手段に結合された第２の抵抗手段をさらに備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の力率補正回路。

【請求項8】

前記第２の抵抗手段は、前記第２の整流手段と並列に結合されている、請求項７に記載の力率補正回路。

【請求項9】

前記第１の整流手段、前記第１の容量手段および前記第２の容量手段は、接地に結合されている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の力率補正回路。

【請求項10】

前記第１の整流手段は、複数の整流電圧を提供するための複数の第４の整流手段と、接地基準を提供するために接地に結合された第５の整流手段とを備え、
各第４の整流手段は、前記第５の整流手段に結合される、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の力率補正回路。

【請求項11】

各第４の整流手段は、それぞれの整流電圧を提供する一対の整流器を備える、請求項１０に記載の力率補正回路。

【請求項12】

前記第５の整流手段は、接地に結合された一対の整流器を備える、請求項１０に記載の力率補正回路。

【請求項13】

前記第１の電圧は、前記ＡＣ入力電圧のゼロ交差近傍ではゼロに略等しい、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の力率補正回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（背景）
本開示は、概して、パッシブ力率補正（ＰＦＣ）回路に関する。より具体的には、本開示は、小型化したサイズを有する少数のパッシブコンポーネントを利用しながら、高力率を提供するパッシブＰＦＣ回路を対象とする。

【背景技術】

【0002】

力率は、皮相電力に対する有効電力の割合として定義される。これはまた、両方が純正弦波である場合、電流および電圧波形との間の位相角の余弦として定義されることができる。これは、負荷が線形のとき、発生する。有効電力は、実仕事を生成する。皮相電力は、電流波形にかかわらず、純抵抗負荷に送達されるであろう電力である。したがって、これは、有効電力の要求量を生成するために、ＡＣ源によって供給される全電力である。ＡＣ源は、ほとんどの場合、電線を通して電気を供給する電力会社であるが、また、電子インバータ、モータドライブ、または他の局所的ＡＣ源の出力であり得る。負荷中に貯蔵され、かつ源に戻されたエネルギー、および／または源から引き込まれる電流の波形を歪曲させる非線形負荷に起因し、皮相電力は、有効電力より大きい。入力電流および電圧の両方が正弦関数および同相の場合、力率は、１．０である。これは、負荷が抵抗器である、またはそのように挙動するとき、発生する。これは、配電システムが最大効率で動作することを可能にする。

【0003】

ＰＦＣは、ＡＣ／ＤＣ電力変換を使用する任意の回線給電型デバイスに必要とされ得る。これらの用途は、ポータブルデバイスのためのバッテリ充電器から大画面テレビまでの範囲に及び得る。最も一般的には、ＡＣ線間電圧は、単相ブリッジ整流器内で整流され、大型電解キャパシタを用いてフィルタリングされる。これらの非線形およびストレージ要素はまた、電力線自体のインピーダンスによって、加勢かつ促され、利用可能な電力の減少、損失の増加、線間電流内中の深刻な高調波歪みの発生等の多くの問題をもたらす。これらの問題は、累積的影響によって、多数のこれらの非線形負荷を動作させるとき、拡大される。その結果、不良電力品質となり、中性電流が、第３高調波電流内で増大かつ過大となり得る。

【0004】

いくつかの補正回路が使用されなければ、容量フィルタ回路を伴う入力整流器は、ＡＣ源から脈動電流を引き込み、他のユーザに逆影響を及ぼす不良電力品質および高調波性をもたらすであろう。入力電流の狭パルスのＲＭＳ値は、同じ電力を生成するために要求される対応正弦波電流よりも高い。この状況は、世界中の規制機関の注目を集めている。政府機関は、規制を強化し、低高調波電流のための新しい仕様を設定し、生成されることができる高調波電流の量を制限している。これは、ＰＦＣおよび高調波低減回路の必要性を必須とする。

【0005】

ＰＦＣは、ＥＮ６１０００−３−２、Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｔａｒ ａｎｄ ８０ Ｐｌｕｓ等の国際規格の要件に準拠するために、回線から供給される種々の電力システムで要求される。適切な規格の遵守がなければ、製品が、市場で受け入れられるのは、困難であろう。実際に、それを販売しようとすることは、違法であり得る。ＰＦＣはまた、省エネルギーのために必要である。ＰＦＣは、通常、線間電流内の高調波を減少させ、電力システムの効率性を増加させ、顧客の公共料金を減少させる。１つの推定では、その費用増加が、力率の逆数に正比例する。

【0006】

力率を改善するための方法は、アクティブおよびパッシブ方法として分類されることができる。アクティブＰＦＣ回路は、高力率と一致する入力電流波形を合成するために、スイッチングコンバータとともに、フィードバック回路を利用する。アクティブＰＦＣ回路の利点として、少なくとも０．９９の高力率と、歪曲および変位の両方の補正と、汎用線間電圧と、調整された出力電圧と、小型かつ軽量のコンポーネントと、いくつかの線過渡を吸収する能力と、統合されたコントローラの膨大な配列によって支持される設計とが挙げられる。その不利点として、複雑性と、入力電圧のピークよりも大きくある必要がある出力電圧と、特に低電力用途に関する高額な費用と、突入電流無制限と、効率性を減少させ、かつＥＭＩ／ＲＦＩパフォーマンスを増加させる、追加された変換段階とが挙げられる。最後の欠点は、入力で低域通過フィルタの採用を必須とすることである。入力リップル電流は、アクティブＰＦＣ回路のスイッチング周波数であり、入力でフィルタリングされなければならない。フィルタリングされないリップルは、ＥＭＩとして電力線の下方へ伝導されるであろう。

【0007】

パッシブＰＦＣ回路は、パッシブコンポーネント、典型的には、キャパシタおよびインダクタを組み込む。しかしながら、同期整流器、エミュレートパッシブコンポーネント等のアクティブコンポーネントも、同様に使用されることができる。従来のパッシブＰＦＣ回路の利点として、単純性と、特に低電力における費用効果と、高効率性と、信頼性および耐久性と、無ＥＭＩ／ＲＦＩ源と、ＥＭＩ／ＲＦＩフィルタリングおよび線形負荷に関して力率１に到達する能力の補助とが挙げられる。従来のパッシブＰＦＣ回路の不利点として、大型かつ重量の線周波数コンポーネントと、非線形負荷を完全に補正する能力がないことと、負荷特徴に依存する未調整出力電圧およびコンポーネント値が挙げられる。広く使用されているバレーフィル回路は、若干異なる。これは、電流フローを分岐するための整流器と、低線間電圧において負荷にエネルギーを送達するためのキャパシタとを採用する。しかしながら、バレーフィル回路は、ブリッジ整流器およびストレージキャパシタを補完するとき、良好に機能しない。

【0008】

多くの用途は、アクティブＰＦＣ回路が一般的に提示する、少なくとも０．９９の力率を要求しない。パッシブＰＦＣ回路の力率は、コンポーネントのサイズおよび費用を減少させ、さらに性能要件を満たすために、微調整されることができる。例えば、８０ＶＡを下回って動作する、ある航空着陸灯は、０．７２８の進み力率または０．６１３の遅れ力率を要求する。航空機は、非常に難しいＥＭＩ／ＲＦＩ環境を提示するため、パッシブＰＦＣの採用は、最大の利点となる。さらに、多くの用途は、本明細書の上記に言及された不利点のために、入力フィルタを採用するが、ＰＦＣがない。これらの用途は、サイズおよび費用を著しく増加させずに、低域通過フィルタを含む入力回路をパッシブＰＦＣ回路に交換することによって、大いに役立ち得る。

【0009】

本発明は、従来のパッシブＰＦＣのいくつか不利点を克服しながら、両タイプのＰＦＣの多くの利点を組み込む、パッシブＰＦＣを提供するように意図される。アクティブＰＦＣ回路と同様に、本ＰＦＣ回路は、全波ブリッジ整流器および後続ストレージキャパシタを拡張するように意図される。本開示に従ったパッシブＰＦＣ技術は、具体的には、任意のスイッチングを回避し、アクティブＰＦＣ回路に与える力率を維持しながら、インダクタのサイズを標的とする。初期のプロトタイプは、１００Ｗの負荷を駆動しながら、０．９９の力率に達した。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0010】

（要約）
本開示の種々の実施形態は、概して、パッシブＰＦＣ回路を対象とする。一実施形態では、交流電流入力電圧を少なくとも１つの直流出力電圧に変換するためのＰＦＣ回路が提供される。ＰＦＣ回路は、交流入力電圧を整流し、かつ整流電圧を提供するための第１の整流手段と、第１の電圧を貯蔵するための第１の容量手段と、第１の容量手段に整流電圧を印加するための抵抗手段と、直流出力電圧を貯蔵するための第２の容量手段と、第２の容量手段に整流電圧を印加するための誘導手段と、誘導手段に第１の電圧を印加するための第２の整流手段とを備える。

【0011】

前述の概要は、詳細の簡略化、一般化、包含、および／または省略を含有してもよい。結果、当業者は、概要が例証にすぎず、いかようにも限定であると意図されないことを認識するであろう。本明細書で説明されるデバイスおよび／またはプロセスおよび／または他の主題の他の側面、特徴、利点は、図面および以下の詳細な説明を参照して、本明細書に記載される教示において明白になるであろう。

【0012】

本明細書に説明される実施形態の新規特徴は、添付の請求項に詳細に記載される。しかしながら、本実施形態は、編成および動作方法の両方に関して、以下の付随の図面と関連して検討される以下の説明を参照することによって、より理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、単一のダイオードブリッジを備えるパッシブＰＦＣ回路の一実施形態である。

【図2】図２は、パッシブＰＦＣ回路の好ましい実施形態である。

【図3】図３は、寄生振動を最小限にする方法を例証するパッシブＰＦＣ回路の一実施形態である。

【図4】図４は、複数の出力を備えるパッシブＰＦＣ回路の一実施形態である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（発明の詳細な説明）
パッシブＰＦＣ回路の種々の実施形態を詳細に説明する前に、本明細書に開示される種々の実施形態は、その用途または使用において、付随の図面および説明に図示される部品の構造および配列の詳細に限定されないことに留意されたい。むしろ、開示される実施形態は、他の実施形態、その変形例、および修正例に位置付けられる、または組み込まれてもよく、種々の方法で実践または実施されてもよい。故に、本明細書に開示されるパッシブＰＦＣ回路の実施形態は、性質上、例証的であり、その範囲または用途を限定することを意味するものではない。さらに、別様に示されない限り、本明細書で採用される用語および表現は、読者の便宜上、実施形態を説明する目的のために選定されたものであり、その範囲を限定するものではない。加えて、開示される実施形態、その実施形態の表現、および／または実施例のうちの任意の１つ以上は、限定ではないが、他の開示される実施形態、その実施形態の表現、および／または実施例のうちの任意の１つ以上と組み合わせられることができることを理解されたい。

【0015】

図１は、単一のダイオードブリッジを備えるパッシブＰＦＣ回路の一実施形態である。回路は、交流電流（ＡＣ）入力電圧を直流（ＤＣ）出力電圧に変換する。第１の整流手段が、ＡＣ入力電圧を整流し、かつ整流電圧を提供する。第１の容量手段が、第１の電圧を貯蔵する。抵抗手段が、第１の容量手段に整流電圧を印加する。第２の容量手段が、ＤＣ出力電圧を貯蔵する。誘導手段が、第２の容量手段に整流電圧を印加する。第２の整流手段が、誘導手段に第１の電圧を印加する。随意のダイオードが、第２の容量手段から第１の容量手段への逆流エネルギーフローを防止する。

【0016】

具体的には、ＡＣ入力電圧は、ダイオードブリッジ１０を横断して印加される。その整流電圧は、ダイオード１１のカソード、随意のダイオード１６のアノード、および抵抗器１２に印加される。ダイオード１６のカソードは、インダクタ１３に、ひいては、それと直列に接続される。ダイオード１６およびインダクタ１３は、逆順に、接続されることができ、ダイオード１１のカソードは、インダクタ１３のタップに接続されることができる。インダクタ１３はさらに、パッシブＰＦＣ回路の出力電圧を貯蔵する出力キャパシタ１５に接続される。キャパシタ１４が、ダイオード１１のアノードおよび抵抗器１２に接続される。したがって、抵抗器１２は、ダイオード１１と並列である。ダイオードブリッジ１０ならびにキャパシタ１４および１５は、接地される。

【0017】

ブリッジ１０は、２対のダイオードを備える。一方の対のカソードは、ともに結合され、整流電圧を提供する。他方の対のアノードは、接地される。ＡＣ入力電圧は、それぞれ、それらの対のアノードとカソードとの間に、すなわち、各ダイオード対を横断して印加される。ブリッジ１０は、入力電圧を完全に整流する。キャパシタ１４は、抵抗器１２を通して充電され、並列結合ダイオード１１を通して放電される。したがって、キャパシタ１４の充電および放電は、それぞれ、ＰＦＣ回路の入力電流を増加かつ減少させる。さらに、キャパシタ１４内に貯蔵された電圧が、整流電圧よりも大きい場合、入力電流は、ゼロまで降下し、ダイオードブリッジ１０は、遮断される。好ましくは、この条件は、ＡＣ入力電圧のゼロ交差の近傍のみで発生する。したがって、キャパシタ電圧は、ＡＣ入力電圧のゼロ交差の近傍では、ゼロに略等しい。キャパシタ１４の電圧は、ダイオード１１を横断する電圧降下が、同じまたはより高くない限り、ブリッジ１０の順電圧降下のために、ゼロをわずかに下回って降下し得る。

【0018】

キャパシタ１４は、抵抗器１２を通して充電される。したがって、キャパシタ１４内に貯蔵された電圧は、整流電圧のピークより小さい。整流電圧がゼロ、すなわち、ＡＣ入力電圧のゼロ交差の近傍に近接するとき、入力電流がゼロまで降下するように、キャパシタ１４の値が、選択される。インダクタ１３の値はまた、インダクタ１３がゼロ交差近傍でキャパシタ１４の放電を完了するように、十分に大きい。インダクタ電流の逆極性は、ダイオード１６を追加することによって、防止されることができる。

【0019】

好ましくは、インダクタ１３は、整流電圧がＤＣ出力電圧よりも大きいときのみ、充電される。ＰＦＣ回路の入力電流は、キャパシタ１４の電流とインダクタ電流との間の差異に等しい。ＡＣ入力電圧およびインダクタ電流は、位相が一致しない。入力電流は、ＡＣ入力電圧のゼロ交差近傍でゼロまで降下するが、減少インダクタ電流が、流れ続ける。インダクタ１３は、その中に貯蔵された電圧がゼロに到達するにつれて、キャパシタ１４の放電を完了する。続いて、キャパシタ１４は、抵抗器１２を通して充電される。インダクタ１３が小さすぎる場合、インダクタ電流は、ゼロ交差前にゼロまで降下し得る。インダクタ１３が大きすぎる場合、インダクタ電流は、実質的に、キャパシタ１４の充電電流を超え得る。いずれの場合も、より小さい力率が、達成される。

【0020】

抵抗器１２は、キャパシタ１４の充電電流を平準化するために採用される。キャパシタ１４は、ＡＣ入力電圧のゼロ交差の近傍で放電される。抵抗器１２は、インダクタ電流にかかわらず、整流電圧がキャパシタ電圧より大きい限り、充電電流を搬送する。したがって、キャパシタ１４は、抵抗器１２を通して充電される一方、整流電圧は、そのピークに到達し、続いて、キャパシタ電圧のレベルまで降下する。この時点で、ダイオード１１は、伝導を開始し、キャパシタ１４の放電が始まる。キャパシタ１４の選択される値は、キャパシタ電圧が降下する割合が、ゼロ交差に到達する前のＡＣ入力電圧の割合に合致することを可能にする。これは、インダクタ１３とキャパシタ１４との間の共振相互作用により達成される。さらに、ブリッジ１０は、インダクタ電流の一部を伝導する。インダクタ電流は、整流電圧のピークの後に、ピークに到達する。対照的に、キャパシタ充電電流および整流電圧は、同時に、それらのピークに到達する。

【0021】

出力キャパシタ１５は、出力電圧が小さなリップルを有するほど大きい値を有する。出力電圧は、一定であると見なされ得る。キャパシタ１５は、インダクタ１３を通して、全体的に充電される。インダクタ１３は、出力電流を搬送し、出力キャパシタ１５は、バッファとして作用する。したがって、インダクタ電流のＲＭＳ値は、負荷に送達される出力電流と等しい。好ましくは、インダクタ電流は、ＡＣ入力電圧にかかわらず、電流が出力キャパシタ１５に一定に送達されるように、単一方向かつ連続性である。

【0022】

随意のダイオード１６は、インダクタ１３と直列であり、したがって、インダクタ電流を整流する。好ましくは、インダクタ電流は、単一方向である。しかしながら、例えば、インダクタ１３の困難な負荷または非線形性のために、動作の条件がそれを保証できない場合、ダイオード１６が、使用されることができる。さらに、減少された力率が容認可能な場合、インダクタ１３のより小さいインダクタンスが、サイズおよび費用を減少させるために選択されることができる。いずれの場合も、インダクタ電流は、時期尚早に、ゼロまで降下することができる。続いて、ダイオード１６を伴わずに、キャパシタ１４内に貯蔵された電圧がパッシブＰＦＣ回路の出力電圧を下回って降下した後、インダクタ電流は、反対方向に流れる。キャパシタ１４から出力キャパシタ１５へのこの逆流エネルギーフローは、パッシブＰＦＣ回路の効率性を減少させる。力率は、低下され、入力電流は、キャパシタ１４を、部分的にだけ充電する。

【0023】

図２は、パッシブＰＦＣ回路の好ましい実施形態である。回路は、ＡＣ入力電圧をＤＣ出力電圧に変換する。第１の整流手段が、ＡＣ入力電圧を整流し、かつ第１および第２の整流電圧を提供する。第１の容量手段が、第１の電圧を貯蔵する。抵抗手段が、第１の容量手段に第１の整流電圧を印加する。第２の容量手段が、ＤＣ出力電圧を貯蔵する。誘導手段が、第２の容量手段に第２の整流電圧を印加する。第２の整流手段が、誘導手段に第１の電圧を印加する。

【0024】

具体的には、ＡＣ入力電圧は、ダイオードブリッジ２０を横断し、かつダイオード対２６と２７のアノードの間に印加される。ブリッジ２０の出力電圧は、インダクタ２３の一方の端部と、ダイオード２１のカソードとに印加される。インダクタ２３の他方の端部は、パッシブＰＦＣ回路の出力電圧を貯蔵する出力キャパシタ２５に接続される。ダイオード２６、２７のカソードおよび抵抗器２２の一方の端部は、ともに結合される。キャパシタ２４は、抵抗器２２の他方の端部と、ダイオード２１のアノードとに接続される。ダイオードブリッジ２０ならびにキャパシタ２４および２５は、接地される。

【0025】

ブリッジ２０は、入力電圧を完全に整流し、二重周波数の整流電圧をもたらす。ダイオード対２６および２７は、同一の機能を行う。その対は、ブリッジ２０と接地ダイオードの対を共有する、別のブリッジの半分を表す。その結果、ブリッジ２０および対２６、２７の出力において現れる電圧は、ＡＣ入力電圧の絶対値よりも、単独で高い可能性がある。さらに、インダクタ電流は、単一方向である。

【0026】

正弦波入力電流を達成するために、キャパシタ２４は、整流入力電圧のサイクル毎の終了によって、完全に放電される。これは、インダクタ２３内に、十分な電流を維持することによって、成し遂げられる。したがって、キャパシタ２４は、ダイオード２６、２７を通して、充電され、ダイオード２１を通して、放電される。抵抗器２２は、キャパシタ２４の充電電流を平準化するために採用される。

【0027】

インダクタ２３は、全出力電流を搬送し、出力キャパシタ２５は、バッファとして作用する。出力キャパシタ２５は、出力電圧が小さなリップルを有するほど大きい。出力電圧は、一定であると見なされ得る。インダクタ２３は、ブリッジ２０の出力で現れる電圧が出力電圧より大きいときはいつでも、充電される。そうでなければ、インダクタ２３は、放電される。好ましくは、インダクタ電流は、ＡＣ入力電圧にかかわらず、出力キャパシタ２５に、一定に送達されるように、連続する。

【0028】

種々の波形を説明する詳細な方程式は、かなり複雑である。さらに、多くの寄生コンポーネントが、波形に影響を及ぼす。例えば、ブリッジ２０およびダイオード２６、２７の順電圧は、整流電圧を減少させる。同様に、ワイヤの抵抗およびコア材料内の損失によってもたらさせる、インダクタ２３の抵抗が、出力電圧を減少させる。さらに、インダクタ２３がコアレスでない限り、そのインダクタンスは、インダクタ電流の増加に伴って、減少する。インダクタンス降下は、飽和電流に到達したとき、劇的に加速する。

【0029】

コンポーネント値は、従来の線形および共振回路を規定する簡略化された方程式を採用することによって、推定されることができる。プロトタイプの測定は、インダクタ電流が略正弦波であることを示している。インダクタ２３の電流は、単一方向である。インダクタ電流のＤＣコンポーネントおよびＡＣコンポーネントのＲＭＳ値は、それぞれ、ｉ_ＤＣおよびｉ_ＡＣである。インダクタ電流のＲＭＳ値は、出力電流ｉ_ＡＣと等しい。

【数1】

【0030】

インダクタ電流のピーク値は、ＰＦＣ回路が臨界伝導モードで動作する場合、最小である。インダクタ電流は、連続かつ不連続伝導モードとの間の境界条件であるゼロ点に到達する。臨界伝導モードでは、インダクタ電流のＤＣコンポーネントは、ＡＣコンポーネントの振幅に等しい。正弦波電流に関して、振幅は、２の平方根で乗じられるｉ_ＡＣと等しい。したがって、ｉ_ＡＣの所望値は、下式で求められる。

【数2】

【0031】

したがって、インダクタ電流のピーク値ｉ_ｐｅａｋは、下式で求められる。

【数3】

【0032】

インダクタ２３を横断する電圧は、整流入力電圧のＲＭＳ値Ｖ_ｉｎと出力電圧Ｖ_ｏｕｔとの間の差異である。オームの法則に従って、電圧はまた、ｉ_ＡＣで乗じられるインダクタ２３のインピーダンスと等しい。インピーダンスは、インダクタ値で乗じられる角周波数ωと等しい。その周波数は、ＡＣ入力電圧が完全に整流されるため、２倍になる。臨界伝導モードを可能にする、インダクタ２３の好ましいインダクタンスＬは、下式で計算されることができる。

【数4】

【0033】

インダクタ２３およびキャパシタ２４は、ダイオード２１が伝導するとき、直列共振回路を構成する。共振周波数は、全波整流のため、ＡＣ入力電圧の周波数の２倍である。キャパシタ２４の静電容量Ｃは、以下のように決定されることができる。

【数5】

【0034】

抵抗器２２は、ＡＣ入力電圧の各ゼロ交差後に、入力電流を平準化するために採用される。さらに、抵抗器２２は、共振回路の臨界減衰応答を可能にする。この回路応答は、振動を起こさず、最速で起こり得る減弱をもたらす。したがって、所望の状態は、オーバーシュートせずに、可能な限り迅速に到達される。臨界減衰応答は、抵抗器２２の抵抗Ｒが下式で求められた値のとき、達成される。

【数6】

【0035】

図３は、寄生振動を最小限にする方法を例証するパッシブＰＦＣ回路の一実施形態である。また、図２の実施形態を参照すると、図３のパッシブＰＦＣ回路は、一対の追加の抵抗器を備え、そのうち１つは、随意である。具体的には、ＡＣ入力電圧は、ダイオードブリッジ３０を横断し、かつダイオード対３６と３７のアノードとの間に印加される。ブリッジ３０の出力電圧は、インダクタ３３の一方の端部と、ダイオード３１のカソードと、抵抗器３８および３９とに印加される。インダクタ３３の他方の端部は、パッシブＰＦＣ回路の出力電圧を貯蔵する出力キャパシタ３５に接続される。ダイオード３６、３７のカソードおよび抵抗器３２は、ともに結合される。キャパシタ３４は、抵抗器３２、３８およびダイオード３１のアノードに接続される。ダイオードブリッジ３０、抵抗器３９、ならびにキャパシタ３４および３５は、接地される。

【0036】

寄生振動は、インダクタ電流が低いとき、ブリッジ３０の出力において発生する。抵抗器３８または３９のうちのいずれか一方は、実質的に、振動を排除するために使用されることができる。抵抗器３９は、ブリッジ３０の出力と接地との間に追加される。代替として、抵抗器３８は、ダイオード３１と並列に使用されることができる。一方の抵抗器は、比較的大きい値を有するが、抵抗器３８の採用は、より小さい電力損失をもたらす。方程式５および方程式６は、スナバ抵抗器３８または３９の抵抗Ｒ_Ｓを計算するために使用されることができる。ｆ_ｐは、寄生振動の周波数である。Ｃ_ｊは、ブリッジ３０およびダイオード３１の合計接合静電容量を表す。

【数7】

【0037】

図４は、複数の出力を備えるパッシブＰＦＣ回路の一実施形態である。図１の実施形態を参照すると、第１の整流手段は、複数の整流電圧を提供する。第２の容量手段は、ＤＣ出力電圧のうちの１つを別個に貯蔵するための複数の第３の容量手段を備える。誘導手段は、第３の容量手段のうちの１つに整流電圧のうちの１つを別個に印加するための複数の第２の誘導手段を備える。第２の整流手段は、第２の誘導手段のうちの１つに第１の電圧を別個に印加するための複数の第３の整流手段を備える。図２の実施形態を参照すると、３つのダイオード、１つのインダクタ、および１つのキャパシタが、追加される。

【0038】

第１の整流手段は、複数の整流電圧を提供するための複数の第２の整流手段と、接地基準を提供するために接地に結合される第３の整流手段とを備える。各第２の整流手段は、第３の整流手段に結合され、それぞれの整流電圧を提供する一対の整流器を備える。第３の整流手段は、接地に結合される一対の整流器を備える。ダイオードブリッジ４０は、図１における対応ブリッジ１０に示されるように接続された４つのダイオードを有する。したがって、第２の整流手段は、ダイオード対４６、４７および５６、５７と、ダイオード４１およびインダクタ４３に接続されたカソードを有するそれらのダイオード対を伴うブリッジ４０の半分とを備える。第３の整流手段は、接地に接続されるアノードを有するダイオード対を伴うブリッジ４０の他方の半分である。

【0039】

具体的には、ＡＣ入力電圧は、ダイオードブリッジ４０を横断し、ダイオード対４６、４７のアノードの間、かつダイオード対５６、５７のアノードの間に印加される。ブリッジ４０の出力電圧は、インダクタ４３の一方の端部と、ダイオード４１のカソードとに印加される。インダクタ４３の他方の端部は、パッシブＰＦＣ回路の第１の出力電圧を貯蔵する出力キャパシタ４５に接続される。同様に、ダイオード５１、５６および５７のカソードは、インダクタ５３の一方の端部に結合される。インダクタ５３の他方の端部は、パッシブＰＦＣ回路の第２の出力電圧を貯蔵する出力キャパシタ５５に接続される。ダイオード４６、４７のカソードおよび抵抗器４２の一方の端部は、ともに結合される。キャパシタ４４は、抵抗器４２の他方の端部と、ダイオード４１および５１のアノードとに接続される。ダイオードブリッジ４０ならびにキャパシタ４４、４５、および５５は、接地される。

【0040】

ブリッジ４０は、ＡＣ入力電圧を完全に整流する。ダイオード対４６、４７および５６、５７は、同じ機能を行う。各対は、ブリッジ４０と接地ダイオード対を共有する別のブリッジの半分を表す。追加のコンポーネント５１、５３、５５、５６、および５７は、それぞれ、コンポーネント４１、４３、４５、４６、および４７のように動作する。第２の出力Ｏｕｔ２は、減少電圧リップルを要求するより小さい負荷のために使用されることができる一方、主負荷は、第１の出力Ｏｕｔ１から供給される。さらに、Ｏｕｔ１およびＯｕｔ２における出力電圧は、実質的に、異なる可能性がある。

【0041】

「一側面」、「ある側面」、「一実施形態」、または「ある実施形態」のいずれかの言及は、その側面に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、少なくとも１つの側面内に含まれることを意味することは、特筆に値する。したがって、明細書全体を通して、種々の場所における語句「一側面では」、「ある側面では」、「一実施形態では」、または「ある実施形態では」の表出は、必ずしも全て、同一の側面を参照するわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の側面または実施形態において、任意の好適な様式で組み合わせられてもよい。

【0042】

本明細書に説明される実施形態の一部または全部は、概して、個々に、および／または集合的に、種々のタイプの「電気回路」から成ると見なされ得る、広範囲の電気部品によって実装されることができる、技術を備えてもよい。その結果、本明細書で使用されるように、「電気回路」は、限定ではないが、少なくとも１つの離散電気回路を有する電気回路、少なくとも１つの集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を有する電気回路を含む。

【0043】

当業者は、本明細書に説明される構成要素（例えば、動作）、デバイス、オブジェクト、およびそれらに付随の議論が、概念上明確にするために、実施例として使用され、種々の構成修正が検討されることを認識するであろう。その結果、本明細書で使用されるように、記載される具体的典型および付随の議論は、そのより一般的種類の代表であることが意図される。一般に、任意の具体的典型の使用は、その種類の代表であることが意図され、具体的構成要素（例えば、動作）、デバイス、およびオブジェクトの非含有は、限定として見なされるべきではない。

【0044】

本明細書における実質的に任意の複数形および／または単数形用語の使用に関して、当業者は、文脈および／または用途に応じて、複数形から単数形および／または単数形から複数形に変換することができる。種々の単数形／複数形の順列は、明確にするために、本明細書に明示的に記載されない。

【0045】

本明細書で説明された主題は、異なる他の構成要素内に含有される、またはそれらと接続される、異なる構成要素を図示することもある。そのような描写されたアーキテクチャは例示的にすぎず、実際には、同一の機能性を達成する、多くの他のアーキテクチャを実装し得ることを理解されたい。概念的な意味で、所望の機能性が達成されるように、同一の機能性を達成するための構成要素の任意の配列が、効果的に「関連付けられる」。したがって、アーキテクチャまたは中間構成要素にかかわらず、所望の機能性が達成されるように、特定の機能性を達成するように組み合わせられる、本明細書の任意の２つの構成要素は、相互と「関連付けられる」と見なすことができる。同様に、そのように関連付けられる任意の２つの構成要素はまた、所望の機能性を達成するように、相互に「動作可能に接続される」または「動作可能に連結される」と見なすこともでき、そのように関連付けられることが可能な任意の２つの構成要素はまた、所望の機能性を達成するように、相互に「動作可能に連結可能である」と見なすこともできる。動作可能に連結可能なものの具体的実施例は、物理的に噛合可能な、および／または物理的に相互作用する構成要素、および／または無線で相互作用可能な、および／または無線で相互作用する構成要素、および／または論理的に相互作用する、および／または論理的に相互作用可能な構成要素を含むが、それらに限定されない。

【0046】

本明細書に説明される本主題の特定の側面が、図示および説明されたが、本明細書の教示に基づいて、変更および修正が、本明細書に説明される主題およびそのより広範な側面から逸脱することなく行われてもよく、したがって、添付の請求項は、その範囲内に、全てのそのような変更および修正を包含し、本明細書に説明される主題の真の精神および範囲内にあることが、当業者に明白となるであろう。一般に、本明細書で、特に、添付の請求項（例えば、添付の請求項の本文）で使用される用語は、概して、「非制約的な」用語として意図されていることが、当業者によって理解されるであろう（例えば、「〜を含む」という用語は、「〜を含むが、それらに限定されない」として解釈されるべきであり、「〜を有する」という用語は、「少なくとも〜を有する」として解釈されるべきであり、「含む」という用語は、「含むが、それらに限定されない」として解釈されるべきである、等）。さらに、特定の番号の導入された請求項の記載が意図される場合、そのような意図は、請求項で明示的に記載され、そのような記載がない場合、そのような意図は存在しないことが、当業者によって理解されるであろう。例えば、理解の補助として、以下の添付の請求項は、請求項の記載を導入するように、「少なくとも１つの」および「１つ以上の」という導入語句の使用を含有してもよい。しかしながら、そのような語句の使用は、たとえ同一の請求項が、「１つ以上の」または「少なくとも１つの」という導入語句、および「１つの」（「ａ」または「ａｎ」）等の不定冠詞を含むときでさえも、「１つの」（「ａ」または「ａｎ」）という不定冠詞による請求項の記載の導入は、そのような導入された請求項の記載を含有する任意の特定の請求項を、１つだけのそのような記載を含有する請求項に限定すると示唆するように解釈されるべきではない（例えば、「１つの」（「ａ」および／または「ａｎ」）は、典型的には、「少なくとも１つの」または「１つ以上の」）を意味するように解釈されるべきである）。同じことが、請求項の記載を導入するために使用される定冠詞の使用に当てはまる。

【0047】

加えて、たとえ特定の番号の導入された請求項の記載が明示的に記載されたとしても、当業者であれば、そのような記載は、典型的には、少なくとも記載された番号を意味すると解釈されるべきであると認識するであろう（例えば、他の修飾語がない「２つの記載」という最低限の記載は、典型的には、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）。さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣ等のうちの少なくとも１つ」に類似する慣例が使用される場合において、一般に、当業者であれば慣例を理解するであろうという意味で、そのような構造が意図される（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ両方、ＡおよびＣ両方、ＢおよびＣ両方、および／またはともにＡ、Ｂ、およびＣ全て等を有する、システムを含むが、それらに限定されないであろう）。「Ａ、Ｂ、およびＣ等のうちの少なくとも１つ」に類似する慣例が使用される場合において、一般に、当業者であれば慣例を理解するであろうという意味で、そのような構造が意図される（例えば、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡおよびＢ両方、ＡおよびＣ両方、ＢおよびＣ両方、および／またはＡ、Ｂ、およびＣ全て等を有する、システムを含むが、それらに限定されないであろう）。さらに、説明、請求項、または図面の中にかかわらず、２つ以上の代替的な用語を提示する、典型的には、あらゆる離接語および／または語句は、文脈と矛盾しない限り、該用語のうちの１つ、該用語のいずれか一方、または両方の用語を含む可能性を考慮すると理解されるべきであると、当業者によって理解されるであろう。例えば、「ＡまたはＢ」という語句は、典型的には、「ＡまたはＢ」あるいは「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解されるであろう。

【0048】

要するに、本明細書に説明される概念を採用することから生じる、多数の利点が説明された。１つ以上の実施形態の前述の説明は、例証および説明の目的のために提示されている。これは、包括的である、または開示される精密な形態に限定することを意図するものではない。修正または変形例が、前述の教示に照らして可能である。１つ以上の実施形態が、原理および実践的用途を図示し、それによって、当業者が、検討される特定の使用に好適であるような種々の修正を伴って、種々の実施形態を利用することを可能にするために、選定および説明された。本明細書に提示される請求項は、全範囲を定義することが意図される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】