本發(fā)明涉及功率因數(shù)改善電路和使用了它的電源裝置。

背景技術(shù)：

以往，已知包含串聯(lián)連接的2個(gè)電容器而不包含二極管橋的倍壓型無(wú)橋功率因數(shù)改善電路。2個(gè)電容器中的一方在輸入正電壓時(shí)存儲(chǔ)電力，另一方在輸入負(fù)電壓時(shí)存儲(chǔ)電力。根據(jù)倍壓型無(wú)橋功率因數(shù)改善電路，使用了串聯(lián)連接的2個(gè)電容器，能夠減小升壓比。另外，由于不包含二極管橋，因此能夠降低電力損耗。

圖18是日本特開(kāi)2012-19637號(hào)公報(bào)所述的倍壓型無(wú)橋功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖18所示的功率因數(shù)改善電路9具備：線圈L1；FET(Field Effect Transistor:場(chǎng)效應(yīng)晶體管):T1、T2；二極管D1～D4；以及電容器C1、C2。功率因數(shù)改善電路9的輸入側(cè)連接有交流電源7，輸出側(cè)連接有負(fù)載8。

在輸入正電壓時(shí)(交流電源7的第1端子(在附圖中為上側(cè)的端子)的電位高于第2端子的電位時(shí))，F(xiàn)ET:T1啟動(dòng)(swiching)。在FET:T1為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，能量存儲(chǔ)到線圈L1。在FET:T1為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，能量從線圈L1釋放，升壓后的電力被充電到電容器C1中。在輸入負(fù)電壓時(shí)(交流電源7的第1端子的電位低于第2端子的電位時(shí))，F(xiàn)ET:T2啟動(dòng)。在FET:T2為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，能量存儲(chǔ)到線圈L1。在FET:T2為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，能量從線圈L1釋放，升壓后的電力被充電到電容器C2中。負(fù)載8由串聯(lián)連接的電容器C1、C2供電。因此，施加到負(fù)載8的電壓成為由包含線圈L1和FET:T1的升壓電路生成的電壓的2倍。

功率因數(shù)改善電路9通過(guò)控制FET:T1、T2的占空比(在1個(gè)周期之中FET為導(dǎo)通狀態(tài)的時(shí)間的比例)使輸入電流與輸入電壓成正比，來(lái)改善功率因數(shù)。功率因數(shù)改善電路9在輸入側(cè)不包含由4個(gè)二極管形成的二極管橋。因此能夠抑制電流通過(guò)二極管時(shí)的電力損 耗。另外，與一般的升壓型功率因數(shù)改善電路相比，升壓比為一半，因此能夠提高效率。

然而，對(duì)于圖18所示的功率因數(shù)改善電路9，當(dāng)擴(kuò)大能夠適應(yīng)的輸入電壓(交流電源7的輸出電壓)的范圍時(shí)，會(huì)有輸出電壓(升壓后的直流電壓)變高的問(wèn)題。例如使功率因數(shù)改善電路9適應(yīng)商用電源的電壓為100V的地區(qū)和200V的地區(qū)這兩者時(shí)會(huì)發(fā)生該問(wèn)題。

在世界各國(guó)均能使用(換言之，能夠適應(yīng)100V～240V的輸入電壓)的不是倍升壓型的升壓型功率因數(shù)改善電路中，輸出電壓大多為400V左右。因此，按照這一情況，功率因數(shù)改善電路9設(shè)計(jì)成當(dāng)輸入電壓為100V(峰值電壓為141V)時(shí)輸出電壓為400V。在這樣設(shè)計(jì)的功率因數(shù)改善電路9中，即使不進(jìn)行升壓動(dòng)作，當(dāng)輸入電壓為200V(峰值電壓為282V)時(shí)輸出電壓也會(huì)成為564V，當(dāng)輸入電壓為240V(峰值電壓為338V)時(shí)輸出電壓也會(huì)成為677V。

輸出電壓越高，越需要具有高耐壓的部件，因此，功率因數(shù)改善電路的電路規(guī)模、成本會(huì)增大。另外，功率元件在開(kāi)關(guān)時(shí)的損耗會(huì)增大，因此，功率因數(shù)改善電路的效率會(huì)下降。

另外，在圖18所示的功率因數(shù)改善電路9中需要4個(gè)二極管D1～D4。其中，二極管D3、D4主要具有防止電流的倒流的功能。二極管D4防止在輸入正電壓時(shí)電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由FET:T2的寄生二極管和線圈L1持續(xù)流到交流電源7的第2端子。二極管D3防止在輸入負(fù)電壓時(shí)電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由線圈L1和FET:T1的寄生二極管持續(xù)流到交流電源7的第1端子。

優(yōu)選功率因數(shù)改善電路所包含的整流元件(二極管)的個(gè)數(shù)少。整流元件的個(gè)數(shù)越少，越能夠?qū)㈦娐沸⌒突?、低成本化。另外，整流元件的個(gè)數(shù)越少，也越能夠抑制電流通過(guò)整流元件時(shí)的電力損耗。從這一點(diǎn)來(lái)看，圖18所示的功率因數(shù)改善電路9有應(yīng)改善之處。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明目的在于，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入 電壓的功率因數(shù)改善電路、高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路以及使用了它們的電源裝置。

第1方面是功率因數(shù)改善電路，能切換動(dòng)作模式，其特征在于，具備：

第1輸入端子和第2輸入端子，其用于輸入輸入電壓；

第1輸出端子和第2輸出端子；

線圈；

開(kāi)關(guān)電路，其與上述線圈協(xié)作，對(duì)上述輸入電壓進(jìn)行升壓，生成升壓電壓；

第1電容器，其一端連接到上述第1輸出端子，另一端連接到中間節(jié)點(diǎn)；以及

第2電容器，其一端連接到上述中間節(jié)點(diǎn)，另一端連接到上述第2輸出端子，

在第1動(dòng)作模式中，當(dāng)上述第1輸入端子的電位高于上述第2輸入端子的電位時(shí)，將上述升壓電壓施加到上述第1電容器的兩端而使得一端的電位高于另一端的電位，

在第1動(dòng)作模式中，當(dāng)上述第1輸入端子的電位低于上述第2輸入端子的電位時(shí)，將上述升壓電壓施加到上述第2電容器的兩端而使得一端的電位高于另一端的電位，

在第2動(dòng)作模式中，將上述升壓電壓施加到串聯(lián)連接的上述第1電容器和上述第2電容器的兩端而使得上述第1電容器的一端的電位高于上述第2電容器的另一端的電位。

第2方面的特征在于，在第1方面中，

上述開(kāi)關(guān)電路是雙向開(kāi)關(guān)，包含：

第1晶體管，其連接到第1節(jié)點(diǎn)與連接節(jié)點(diǎn)之間；以及

第2晶體管，其連接到上述連接節(jié)點(diǎn)與第2節(jié)點(diǎn)之間，

上述功率因數(shù)改善電路還具備：

模式切換電路，其一端連接到上述第2節(jié)點(diǎn)，另一端連接到上述中間節(jié)點(diǎn)，在第1動(dòng)作模式中為導(dǎo)通狀態(tài)，在第2動(dòng)作模式中為截止?fàn)顟B(tài)；

第1整流元件，其連接到上述第1節(jié)點(diǎn)與上述第1電容器的一端之間而使得電流從上述第1節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；

第2整流元件，其連接到上述第1節(jié)點(diǎn)與上述第2電容器的另一端之間而使得電流流向上述第1節(jié)點(diǎn)側(cè)；

第3整流元件，其連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第1電容器的一端之間而使得電流從上述第2節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；以及

第4整流元件，其連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第2電容器的另一端之間而使得電流流向上述第2節(jié)點(diǎn)側(cè)，

上述線圈連接到上述第1輸入端子與上述第1節(jié)點(diǎn)之間以及上述第2輸入端子與上述第2節(jié)點(diǎn)之間中的至少一方。

第3方面的特征在于，在第2方面中，

上述第1晶體管是具有連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的源極端子和連接到上述連接節(jié)點(diǎn)的漏極端子的MOSFET或者HEMT，

上述第2晶體管是具有連接到上述連接節(jié)點(diǎn)的漏極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET或者HEMT。

第4方面的特征在于，在第2方面中，

上述第1晶體管是具有連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子和連接到上述連接節(jié)點(diǎn)的集電極端子的IGBT或者雙極晶體管，

上述第2晶體管是具有連接到上述連接節(jié)點(diǎn)的集電極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子的IGBT或者雙極晶體管。

第5方面的特征在于，在第2方面中，

上述第1晶體管是具有連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的漏極端子和連接到上述連接節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET或者HEMT，

上述第2晶體管是具有連接到上述連接節(jié)點(diǎn)的源極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的漏極端子的MOSFET或者HEMT。

第6方面的特征在于，在第2方面中，

上述第1晶體管是具有連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的集電極端子和連接到上述連接節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子的IGBT或者雙極晶體管，

上述第2晶體管是具有連接到上述連接節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的集電極端子的IGBT或者雙極晶體管。

第7方面的特征在于，在第2～第6的任一方面中，

上述第3整流元件是具有連接到上述第1電容器的一端的漏極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET，

上述第4整流元件是具有連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的漏極端子和連接到上述第2電容器的另一端的源極端子的MOSFET。

第8方面的特征在于，在第2～第7的任一方面中，還具備：

第3電容器，其連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第1電容器的一端之間，與上述第3整流元件并聯(lián)連接；以及

第4電容器，其連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第2電容器的另一端之間，與上述第4整流元件并聯(lián)連接，

從上述第1節(jié)點(diǎn)經(jīng)由上述第3電容器到達(dá)上述第2節(jié)點(diǎn)的配線路徑比從上述第1節(jié)點(diǎn)經(jīng)由上述第3整流元件到達(dá)上述第2節(jié)點(diǎn)的配線路徑短，

從上述第2節(jié)點(diǎn)經(jīng)由上述第4電容器到達(dá)上述第1節(jié)點(diǎn)的配線路徑比從上述第2節(jié)點(diǎn)經(jīng)由上述第4整流元件到達(dá)上述第1節(jié)點(diǎn)的配線路徑短。

第9方面的特征在于，在第1方面中，

上述開(kāi)關(guān)電路包含：

第1晶體管，其連接到第1節(jié)點(diǎn)與第2節(jié)點(diǎn)之間；以及

第2晶體管，其連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與第3節(jié)點(diǎn)之間，

上述功率因數(shù)改善電路還具備：

模式切換電路，其一端連接到上述第2節(jié)點(diǎn)，另一端連接到上述中間節(jié)點(diǎn)，在第1動(dòng)作模式中為導(dǎo)通狀態(tài)，在第2動(dòng)作模式中為截止?fàn)顟B(tài)；

第1整流元件，其連接到上述第1節(jié)點(diǎn)與上述第1電容器的一端之間而使得電流從上述第1節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；

第2整流元件，其連接到上述第3節(jié)點(diǎn)與上述第2電容器的另一端之間而使得電流流向上述第3節(jié)點(diǎn)側(cè)；

第3整流元件，其連接到上述第1節(jié)點(diǎn)與第4節(jié)點(diǎn)之間而使得電流流向上述第1節(jié)點(diǎn)側(cè)；以及

第4整流元件，其連接到上述第3節(jié)點(diǎn)與上述第4節(jié)點(diǎn)之間而使得電流從上述第3節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)，

上述線圈連接到上述第2輸入端子與上述第2節(jié)點(diǎn)之間以及上述第1輸入端子與上述第4節(jié)點(diǎn)之間中的至少一方。

第10方面的特征在于，在第9方面中，

上述第1晶體管是具有連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的漏極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET或者HEMT，

上述第2晶體管是具有連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的漏極端子和連接到上述第3節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET或者HEMT。

第11方面的特征在于，在第9方面中，

上述第1晶體管是具有連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的集電極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子的IGBT或者雙極晶體管，

上述第2晶體管是具有連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的集電極端子和連接到上述第3節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子的IGBT或者雙極晶體管。

第12方面是，在第1～第11的任一方面中，

還具備控制電路，上述控制電路在上述輸入電壓低于第1閾值時(shí)將動(dòng)作模式切換為第1動(dòng)作模式，在上述輸入電壓高于上述第2閾值時(shí)將動(dòng)作模式切換為第2動(dòng)作模式。

第13方面的特征在于，在第1～第12的任一方面中，

上述模式切換電路是包含源極端子相互連接的第1MOSFET和第2MOSFET的雙向開(kāi)關(guān)，

上述第1MOSFET的漏極端子連接到上述第2節(jié)點(diǎn)，

上述第2MOSFET的漏極端子連接到上述中間節(jié)點(diǎn)。

第14方面的特征在于，在第1～第12的任一方面中，

上述模式切換電路是包含漏極端子相互連接的第1MOSFET和第2MOSFET的雙向開(kāi)關(guān)，

上述第1MOSFET的源極端子連接到上述第2節(jié)點(diǎn)，

上述第2MOSFET的源極端子連接到上述中間節(jié)點(diǎn)。

第15方面是電源裝置，具備：

第1～第14中的任一方面所涉及的功率因數(shù)改善電路；以及

DC/DC轉(zhuǎn)換器。

第16方面是功率因數(shù)改善電路，其特征在于，具備：

第1輸入端子和第2輸入端子；

第1輸出端子和第2輸出端子；

線圈；

雙向開(kāi)關(guān)，其包含反向串聯(lián)連接的第1晶體管和第2晶體管，一端連接到第1節(jié)點(diǎn)，另一端連接到第2節(jié)點(diǎn)；

第1電容器，其一端連接到上述第1輸出端子，另一端連接到上述第2節(jié)點(diǎn)；

第2電容器，其一端連接到上述第2節(jié)點(diǎn)，另一端連接到上述第2輸出端子；

第1整流元件，其連接到上述第1節(jié)點(diǎn)與上述第1電容器的一端之間而使得電流從上述第1節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；以及

第2整流元件，其連接到上述第1節(jié)點(diǎn)與上述第2電容器的另一端之間而使得電流流向上述第1節(jié)點(diǎn)側(cè)，

在上述第1輸入端子和上述第2輸入端子之間具有經(jīng)由上述線圈和上述雙向開(kāi)關(guān)的電流路徑，

上述線圈連接到上述第1輸入端子與上述第1節(jié)點(diǎn)之間以及上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第2輸入端子之間中的至少一方。

第17方面的特征在于，在第16方面中，

上述第1晶體管是具有漏極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET或者HEMT，

上述第2晶體管是具有連接到上述第1晶體管的漏極端子的漏極端子和連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET或者HEMT。

第18方面的特征在于，在第16方面中，

上述第1晶體管是具有源極端子和連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的漏極端子的MOSFET或者HEMT，

上述第2晶體管是具有連接到上述第1晶體管的源極端子的源極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的漏極端子的MOSFET或者HEMT。

第19方面的特征在于，在第16方面中，

上述第1晶體管是具有集電極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子的IGBT或者雙極晶體管，

上述第2晶體管是具有連接到上述第1晶體管的集電極端子的集電極端子和連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子的IGBT或者雙極晶體管。

第20方面的特征在于，在第16方面中，

上述第1晶體管是具有發(fā)射極端子和連接到上述第1節(jié)點(diǎn)的集電極端子的IGBT或者雙極晶體管，

上述第2晶體管是具有連接到上述第1晶體管的發(fā)射極端子的發(fā)射極端子和連接到上述第2節(jié)點(diǎn)的集電極端子的IGBT或者雙極晶體管。

第21方面的特征在于，在第17～第20的任一方面中，

在上述第1輸入端子的電位高于上述第2輸入端子的電位時(shí)，上述第1晶體管啟動(dòng)，在上述第1輸入端子的電位低于上述第2輸入端子的電位時(shí)，上述第2晶體管啟動(dòng)。

第22方面的特征在于，在第21方面中，

在上述第1輸入端子的電位高于上述第2輸入端子的電位時(shí)，將上述第2晶體管控制為導(dǎo)通狀態(tài)，在上述第1輸入端子的電位低于上述第2輸入端子的電位時(shí)，將上述第1晶體管控制為導(dǎo)通狀態(tài)。

第23方面的特征在于，在第17～第20的任一方面中，

上述雙向開(kāi)關(guān)還包含與上述第1晶體管及第2晶體管反向并聯(lián)連接的整流元件。

第24方面的特征在于，在第16方面中，

上述線圈連接到上述第1輸入端子與上述第1節(jié)點(diǎn)之間。

第25方面的特征在于，在第16方面中，

上述線圈連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第2輸入端子之間。

第26方面的特征在于，在第16方面中，

上述線圈連接到上述第1輸入端子與上述第1節(jié)點(diǎn)之間并且連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第2輸入端子之間。

第27方面是功率因數(shù)改善電路，其特征在于，具備：

第1輸入端子和第2輸入端子；

第1輸出端子和第2輸出端子；

線圈；

第1雙向開(kāi)關(guān)，其包含反向串聯(lián)連接的第1晶體管和第2晶體管，一端連接到第1節(jié)點(diǎn)，另一端連接到第2節(jié)點(diǎn)；

第1電容器，其一端連接到上述第1輸出端子，另一端連接到第3節(jié)點(diǎn)；

第2電容器，其一端連接到上述第3節(jié)點(diǎn)，另一端連接到上述第2輸出端子；

第2雙向開(kāi)關(guān)，其連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第3節(jié)點(diǎn)之間；

第1整流元件，其連接到上述第1節(jié)點(diǎn)與上述第1電容器的一端之間而使得電流從上述第1節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；

第2整流元件，其連接到上述第1節(jié)點(diǎn)與上述第2電容器的另一端之間而使得電流流向上述第1節(jié)點(diǎn)側(cè)；

第3整流元件，其連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第1電容器的一端之間而使得電流從上述第2節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；以及

第4整流元件，其連接到上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第2電容器的另一端之間而使得電流流向上述第2節(jié)點(diǎn)側(cè)，

在上述第1輸入端子和上述第2輸入端子之間具有經(jīng)由上述線圈和上述第1雙向開(kāi)關(guān)的電流路徑，

上述線圈連接到上述第1輸入端子與上述第1節(jié)點(diǎn)之間以及上述第2節(jié)點(diǎn)與上述第2輸入端子之間中的至少一方。

第28方面是電源裝置，具備：

第16～第27中的任一方面所涉及的功率因數(shù)改善電路；以及

DC/DC轉(zhuǎn)換器。

根據(jù)上述第1方面，將升壓電壓在第1動(dòng)作模式中交替施加到2個(gè)電容器的兩端，在第2動(dòng)作模式中施加到串聯(lián)連接的2個(gè)電容器的兩端。因此，第1動(dòng)作模式中的升壓比大于第2動(dòng)作模式中的升壓比。在各動(dòng)作模式中的升壓條件(使用開(kāi)關(guān)電路生成的升壓電壓)相同的情況下，第1動(dòng)作模式中的升壓比為第2動(dòng)作模式中的升壓比的約 2倍。因此，在輸入電壓高時(shí)，能夠?qū)?dòng)作模式切換為升壓比低且高效率的第2動(dòng)作模式，抑制輸出電壓。從而，能夠提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的功率因數(shù)改善電路。另外，能夠使用具有低耐壓的部件，因此能夠?qū)⒐β室驍?shù)改善電路小型化、低成本化。

根據(jù)上述第2或者第9方面，通過(guò)將線圈、2個(gè)晶體管、模式切換電路、4個(gè)整流元件以及2個(gè)電容器如上述這樣連接，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的電路構(gòu)成，在第1動(dòng)作模式中對(duì)2個(gè)電容器的兩端交替施加升壓電壓，在第2動(dòng)作模式中對(duì)串聯(lián)連接的2個(gè)電容器的兩端施加升壓電壓，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的功率因數(shù)改善電路。根據(jù)第2方面，能夠減少電流路徑上的元件的數(shù)量，減小電流路徑的電阻，進(jìn)一步提高效率。

根據(jù)上述第3方面，能夠使用將漏極端子彼此連接的2個(gè)MOSFET(或者2個(gè)HEMT)構(gòu)成與線圈協(xié)作來(lái)生成升壓電壓的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的功率因數(shù)改善電路。另外，能夠使2個(gè)MOSFET共用1個(gè)散熱器，減小2個(gè)MOSFET間的距離，減小電流路徑的寄生電感，減小噪聲。另外，能夠防止雙向開(kāi)關(guān)的控制電路受到噪聲、電涌的影響，防止控制電路發(fā)出輻射噪聲。另外，能夠使第1晶體管和第2晶體管的源極端子的電位穩(wěn)定化，削減噪聲，使功率因數(shù)改善電路穩(wěn)定地動(dòng)作。

根據(jù)上述第4方面，能夠使用將集電極端子彼此連接的2個(gè)IGBT(或者2個(gè)雙極晶體管)構(gòu)成與線圈協(xié)作來(lái)生成升壓電壓的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供能夠適應(yīng)大范圍的輸入電壓的功率因數(shù)改善電路。另外，能夠防止雙向開(kāi)關(guān)的控制電路受到噪聲、電涌的影響，防止控制電路發(fā)出輻射噪聲。另外，能夠使第1晶體管和第2晶體管的發(fā)射極端子的電位穩(wěn)定化，削減噪聲，使功率因數(shù)改善電路穩(wěn)定地動(dòng)作。

根據(jù)上述第5方面，能夠使用將源極端子彼此連接的2個(gè)MOSFET(或者2個(gè)HEMT)構(gòu)成與線圈協(xié)作來(lái)生成升壓電壓的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓 的功率因數(shù)改善電路。另外，能夠簡(jiǎn)化雙向開(kāi)關(guān)的控制電路的電源。

根據(jù)上述第6方面，能夠使用將發(fā)射極端子彼此連接的2個(gè)IGBT(或者2個(gè)雙極晶體管)構(gòu)成與線圈協(xié)作來(lái)生成升壓電壓的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的功率因數(shù)改善電路。另外，能夠簡(jiǎn)化雙向開(kāi)關(guān)的控制電路的電源。

根據(jù)上述第7方面，能夠?qū)OSFET用作第3整流元件和第4整流元件，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第8方面，通過(guò)將從線圈提供的電力存儲(chǔ)于配置在開(kāi)關(guān)電路附近的電容器，能夠縮短電流量隨著啟動(dòng)而很大地變化的配線路徑，降低開(kāi)關(guān)時(shí)的噪聲。

根據(jù)上述第10或者第11方面，能夠使用2個(gè)MOSFET、2個(gè)HEMT、2個(gè)IGBT以及2個(gè)雙極晶體管中的任意一者構(gòu)成與線圈協(xié)作來(lái)生成升壓電壓的開(kāi)關(guān)電路，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第12方面，通過(guò)根據(jù)輸入電壓切換動(dòng)作模式，能夠提供也能夠自動(dòng)適應(yīng)輸入電壓大幅變動(dòng)的情況的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第13或者第14方面，能夠使用將漏極端子彼此(或者源極端子彼此)連接的2個(gè)MOSFET構(gòu)成電流雙向流動(dòng)的模式切換電路，使用該模式切換電路，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第15方面，能夠使用第1～第14方面所涉及的功率因數(shù)改善電路，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的電源裝置。

根據(jù)上述第16方面，通過(guò)將由包含線圈和雙向開(kāi)關(guān)的升壓電路生成的電壓交替施加到2個(gè)電容器，能夠?qū)⒂缮龎弘娐飞傻碾妷旱?倍的電壓輸出。因此能夠使用耐壓小的小型元件構(gòu)成功率因數(shù)改善電路，將電路小型化、低成本化。另外，升壓電路中的升壓比小，因此能夠降低開(kāi)關(guān)損耗，提高功率因數(shù)改善電路的效率。另外， 整流元件的個(gè)數(shù)可以是2個(gè)。因此能夠提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第17方面，能夠?qū)?個(gè)MOSFET(或者2個(gè)HEMT)的漏極端子彼此連接，構(gòu)成包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)晶體管的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。另外，能夠?qū)?個(gè)晶體管連接到1個(gè)散熱器，因此能夠減小2個(gè)晶體管間的距離，減小電流路徑的寄生電感，減小功率因數(shù)改善電路的噪聲。另外，通過(guò)將2個(gè)晶體管的源極端子連接到第1輸入端子和第2輸入端子，能夠防止雙向開(kāi)關(guān)的控制電路受到噪聲等的影響，并且使2個(gè)晶體管的源極端子的電位穩(wěn)定化，使功率因數(shù)改善電路穩(wěn)定地動(dòng)作。

根據(jù)上述第18方面，能夠?qū)?個(gè)MOSFET(或者2個(gè)HEMT)的源極端子彼此連接，構(gòu)成包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)晶體管的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第19方面，能夠?qū)?個(gè)IGBT(或者雙極晶體管)的集電極端子彼此連接，構(gòu)成包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)晶體管的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。另外，能夠?qū)?個(gè)晶體管連接到1個(gè)散熱器，因此能夠減小2個(gè)晶體管間的距離，減小電流路徑的寄生電感，減小功率因數(shù)改善電路的噪聲。另外，通過(guò)將2個(gè)晶體管的發(fā)射極端子連接到第1輸入端子和第2輸入端子，能夠防止雙向開(kāi)關(guān)的控制電路受到噪聲等的影響，并且使2個(gè)晶體管的發(fā)射極端子的電位穩(wěn)定化，使功率因數(shù)改善電路穩(wěn)定地動(dòng)作。

根據(jù)上述第20方面，能夠?qū)?個(gè)IGBT(或者雙極晶體管)的發(fā)射極端子彼此連接，構(gòu)成包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)晶體管的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第21方面，通過(guò)使第1晶體管和第2晶體管根據(jù)輸入電壓的極性啟動(dòng)，能夠?qū)⒂砂€圈和雙向開(kāi)關(guān)的升壓電路生成的電 壓交替施加到2個(gè)電容器，將由升壓電路生成的電壓的2倍的電壓輸出。

根據(jù)上述第22方面，通過(guò)將第1晶體管和第2晶體管中的未啟動(dòng)的晶體管控制為導(dǎo)通狀態(tài)，能夠降低由內(nèi)置于該晶體管的寄生二極管中的電壓下降導(dǎo)致的損耗。

根據(jù)上述第23方面，能夠在第1晶體管和第2晶體管未內(nèi)置寄生二極管的情況下，也通過(guò)將整流元件與第1晶體管及第2晶體管反向并聯(lián)連接構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第24方面，能夠使用設(shè)置在第1輸入端子側(cè)的線圈和雙向開(kāi)關(guān)構(gòu)成升壓電路，將由升壓電路生成的電壓施加到2個(gè)電容器。

根據(jù)上述第25方面，能夠使用設(shè)置在第2輸入端子側(cè)的線圈和雙向開(kāi)關(guān)構(gòu)成升壓電路，將由升壓電路生成的電壓施加到2個(gè)電容器。另外，2個(gè)電容器的連接點(diǎn)是不經(jīng)由線圈地連接到第2輸入端子，因此能夠減小共模噪聲。

根據(jù)上述第26方面，能夠使用設(shè)置在第1輸入端子和第2輸入端子側(cè)的2個(gè)線圈和雙向開(kāi)關(guān)構(gòu)成升壓電路，將由升壓電路生成的電壓施加到2個(gè)電容器。另外，通過(guò)使用2個(gè)線圈，能夠減小各線圈的電感。

根據(jù)上述第27方面，通過(guò)根據(jù)輸入電壓控制第2雙向開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，能夠選擇抑制升壓比并以高效率進(jìn)行倍壓升壓的動(dòng)作模式和不進(jìn)行倍壓升壓的動(dòng)作模式。因此，針對(duì)大的輸入電壓的范圍輸出均能夠恒定的電壓，在輸入電壓低時(shí)也能夠提供高效率的功率因數(shù)改善電路。

根據(jù)上述第28方面，能夠使用第16～第27方面所涉及的功率因數(shù)改善電路，提供高效率且部件數(shù)量少的電源裝置。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電 路圖。

圖2A是示出圖1所示的功率因數(shù)改善電路的第1動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖2B是示出圖1所示的功率因數(shù)改善電路的第1動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖2C是示出圖1所示的功率因數(shù)改善電路的第1動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖2D是示出圖1所示的功率因數(shù)改善電路的第1動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖3A是示出圖1所示的功率因數(shù)改善電路的第2動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖3B是示出圖1所示的功率因數(shù)改善電路的第2動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖3C是示出圖1所示的功率因數(shù)改善電路的第2動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖3D是示出圖1所示的功率因數(shù)改善電路的第2動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖4是本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

圖5是本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

圖6A是示出圖5所示的功率因數(shù)改善電路的第1動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖6B是示出圖5所示的功率因數(shù)改善電路的第1動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖6C是示出圖5所示的功率因數(shù)改善電路的第1動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖6D是示出圖5所示的功率因數(shù)改善電路的第1動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖7A是示出圖5所示的功率因數(shù)改善電路的第2動(dòng)作模式的電 流路徑的圖。

圖7B是示出圖5所示的功率因數(shù)改善電路的第2動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖7C是示出圖5所示的功率因數(shù)改善電路的第2動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖7D是示出圖5所示的功率因數(shù)改善電路的第2動(dòng)作模式的電流路徑的圖。

圖8是本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

圖9是本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

圖10是本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的電源裝置的框圖。

圖11是本發(fā)明的第7實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

圖12A是示出圖11所示的功率因數(shù)改善電路的輸入正電壓時(shí)的電流路徑的圖。

圖12B是示出圖11所示的功率因數(shù)改善電路的輸入負(fù)電壓時(shí)的電流路徑的圖。

圖13是本發(fā)明的第8實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

圖14是本發(fā)明的第9實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

圖15是本發(fā)明的第9實(shí)施方式的一變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路的雙向開(kāi)關(guān)的電路圖。

圖16是本發(fā)明的第10實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

圖17A是示出圖16所示的功率因數(shù)改善電路在第2動(dòng)作模式且輸入正電壓時(shí)的電流路徑的圖。

圖17B是示出圖16所示的功率因數(shù)改善電路在第2動(dòng)作模式且輸入負(fù)電壓時(shí)的電流路徑的圖。

圖18是現(xiàn)有的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

附圖所包含的附圖標(biāo)記的說(shuō)明如下。

1～5、71、101～104…功率因數(shù)改善電路

6…電源裝置

11、111、112…線圈

12…開(kāi)關(guān)

13～15、120、125、165、170…雙向開(kāi)關(guān)

21～28、121、122、126、127、171～174…MOSFET

31～36、131、132…二極管

37、38…齊納二極管

41～44、141、142…電容器

51、52、151、152…輸入端子

53、54、153、154…輸出端子

61～68、123、124、128、129、175～178…寄生二極管

72…DC/DC轉(zhuǎn)換器

166、167…IGBT

168、169…FRD

具體實(shí)施方式

(第1實(shí)施方式)

圖1是本發(fā)明的第1實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖1所示的功率因數(shù)改善電路1具備：線圈11；開(kāi)關(guān)12；N溝道型的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)21、22；二極管31～34；電容器41、42；輸入端子51、52；以及輸出端子53、54。MOSFET21、22分別內(nèi)置有寄生二極管61、62。功率因數(shù)改善電路1具有切換動(dòng)作模式的功能。開(kāi)關(guān)12作為模式切換電路發(fā)揮功能，二極管31～34分別作為第1～第4整流元件發(fā)揮功能。

在功率因數(shù)改善電路1中，線圈11的一端(在附圖中為左端)連接到輸入端子52。線圈11的另一端連接到MOSFET21的源極端 子、MOSFET22的漏極端子以及開(kāi)關(guān)12的一端(在附圖中為左端)。MOSFET21的漏極端子連接到二極管31的陽(yáng)極端子以及二極管33的陰極端子。MOSFET22的源極端子連接到二極管32的陰極端子以及二極管34的陽(yáng)極端子。二極管33的陽(yáng)極端子及二極管34的陰極端子連接到輸入端子51。二極管31的陰極端子連接到電容器41的一端(在附圖中為上端)以及輸出端子53。電容器41的另一端連接到電容器42的一端(在附圖中為上端)以及開(kāi)關(guān)12的另一端。二極管32的陽(yáng)極端子及電容器42的另一端連接到輸出端子54。寄生二極管61的陽(yáng)極端子連接到MOSFET21的源極端子，寄生二極管61的陰極端子連接到MOSFET21的漏極端子。寄生二極管62也同樣如此。

功率因數(shù)改善電路1的輸入側(cè)連接有交流電源7，輸出側(cè)連接有負(fù)載8。交流電源7的第1端子(在附圖中為上側(cè)的端子)連接到輸入端子51，交流電源7的第2端子連接到輸入端子52。負(fù)載8的一端子連接到輸出端子53，負(fù)載8的另一端子連接到輸出端子54。

MOSFET21的源極端子和MOSFET22的漏極端子經(jīng)由線圈11連接到輸入端子52，從交流電源7的第2端子接受供電。MOSFET21的漏極端子經(jīng)由二極管33連接到輸入端子51，從交流電源7的第1端子接受供電。MOSFET22的源極端子經(jīng)由二極管34連接到輸入端子51，從交流電源7的第1端子接受供電。

電容器41、42串聯(lián)連接。以下，將電容器41的另一端和電容器42的一端所連接的節(jié)點(diǎn)稱為中間節(jié)點(diǎn)Nm。電容器41的一端經(jīng)由二極管31連接到MOSFET21的漏極端子。電容器42的另一端經(jīng)由二極管32連接到MOSFET22的源極端子。中間節(jié)點(diǎn)Nm經(jīng)由開(kāi)關(guān)12連接到線圈11的另一端、MOSFET21的源極端子以及MOSFET22的漏極端子。

以下，將MOSFET21的漏極端子所連接的節(jié)點(diǎn)稱為N1，將MOSFET21的源極端子所連接的節(jié)點(diǎn)稱為N2，將MOSFET22的源極端子所連接的節(jié)點(diǎn)稱為N3，將二極管33的陽(yáng)極端子所連接的節(jié)點(diǎn)稱為N4。二極管31連接到節(jié)點(diǎn)N1與電容器41的一端之間而使得電流從節(jié)點(diǎn)N1側(cè)流過(guò)來(lái)。二極管32連接到節(jié)點(diǎn)N3與電容器42的另一端 之間而使得電流流向節(jié)點(diǎn)N3側(cè)。二極管33連接到節(jié)點(diǎn)N1與節(jié)點(diǎn)N4之間而使得電流流向節(jié)點(diǎn)N1側(cè)。二極管34連接到節(jié)點(diǎn)N3與節(jié)點(diǎn)N4之間而使得電流從節(jié)點(diǎn)N3側(cè)流過(guò)來(lái)。

線圈11在進(jìn)行升壓動(dòng)作(詳細(xì)內(nèi)容后述)時(shí)進(jìn)行充電和放電。線圈11的電感例如為100μH～1mH。線圈11的電感也可以是該范圍外的值。開(kāi)關(guān)12例如使用由繼電器、半導(dǎo)體功率元件等構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)。

二極管31、32例如使用FRD(Fast Recovery Diode：快恢復(fù)二極管)、SiC(碳化硅)二極管等。二極管33、34使用具有所希望的耐壓的二極管。二極管33、34在具有所希望的耐壓的條件下，優(yōu)選使用正向壓降(Vf)盡可能小的二極管。電容器41、42存儲(chǔ)電力并將輸出電壓平滑化。電容器41、42例如使用電解電容器。電容器41、42的靜電電容相同，例如為100μF～10mF。此外，電容器41、42的靜電電容也可以不同，也可以是上述范圍外的值。

功率因數(shù)改善電路1構(gòu)成為能夠在世界各國(guó)使用，能夠適應(yīng)各國(guó)的商用電源。功率因數(shù)改善電路1具有與輸入電壓(交流電源7的輸出電壓)無(wú)關(guān)地以高效率動(dòng)作的特征。各國(guó)的商用電源的電壓大致在100V～240V的范圍內(nèi)，被分類為在100V～130V的范圍內(nèi)的電壓和在200V～240V的范圍內(nèi)的電壓。能夠在世界各國(guó)使用的一般的升壓型功率因數(shù)改善電路為在輸入電壓稍微超過(guò)240V(峰值電壓為338V)時(shí)也穩(wěn)定地動(dòng)作，無(wú)論輸入電壓是何種電平，均將輸入電壓升壓到約400V。但是，在這樣的升壓型功率因數(shù)改善電路中，在輸入電壓低時(shí)升壓比會(huì)變大，因此，升壓電路的損耗變大，轉(zhuǎn)換效率下降。而另一方面，圖18所示的功率因數(shù)改善電路9具有在輸入電壓低時(shí)轉(zhuǎn)換效率也高的特征。但是，功率因數(shù)改善電路9存在當(dāng)輸入電壓高時(shí)輸出電壓會(huì)過(guò)高的問(wèn)題。

在功率因數(shù)改善電路1中，關(guān)于輸入電壓，設(shè)定第1閾值和第1閾值以上的第2閾值。在輸入電壓低于第1閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)12成為導(dǎo)通狀態(tài)，功率因數(shù)改善電路1以第1動(dòng)作模式動(dòng)作。在輸入電壓高于第2閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)12成為截止?fàn)顟B(tài)，功率因數(shù)改善電路1以第2動(dòng)作模 式動(dòng)作。在使功率因數(shù)改善電路1適應(yīng)各國(guó)的商用電源時(shí)，第1閾值和第2閾值例如均設(shè)定為140V。在該情況下，功率因數(shù)改善電路1在輸入電壓低于140V時(shí)以第1動(dòng)作模式動(dòng)作，在輸入電壓高于140V時(shí)以第2動(dòng)作模式動(dòng)作。

功率因數(shù)改善電路1在第1動(dòng)作模式與第2動(dòng)作模式中進(jìn)行不同的動(dòng)作。另外，功率因數(shù)改善電路1在輸入端子51的電位高于輸入端子52的電位時(shí)(以下，稱為輸入正電壓時(shí))與輸入端子51的電位低于輸入端子52的電位時(shí)(以下，稱為輸入負(fù)電壓時(shí))進(jìn)行不同的動(dòng)作。而且，功率因數(shù)改善電路1在輸入正電壓時(shí)根據(jù)MOSFET21的狀態(tài)進(jìn)行不同的動(dòng)作，在輸入負(fù)電壓時(shí)根據(jù)MOSFET22的狀態(tài)進(jìn)行不同的動(dòng)作。

圖2A～圖2D是示出功率因數(shù)改善電路1的第1動(dòng)作模式中的電流路徑的圖。在此，假設(shè)輸入電壓為100V的交流電壓。在輸入正電壓時(shí)且MOSFET21為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖2A所示的路徑P11流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子51、二極管33、MOSFET21、線圈11以及輸入端子52流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P11流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈11的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈11。

在輸入正電壓時(shí)且MOSFET21為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖2B所示的路徑P12流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子51、二極管33、二極管31、電容器41、開(kāi)關(guān)12、線圈11以及輸入端子52流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P12流動(dòng)的期間，線圈11與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈11釋放能量。此時(shí)，將輸入電壓升壓后的電壓施加到電容器41，利用升壓電壓對(duì)電容器41充電。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且MOSFET22為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖2C所示的路徑P13流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子52、線圈11、MOSFET22、二極管34以及輸入端子51流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P13流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈11的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈11。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且MOSFET22為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖2D所示 的路徑P14流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子52、線圈11、開(kāi)關(guān)12、電容器42、二極管32、二極管34以及輸入端子51流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P14流動(dòng)的期間，線圈11與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈11釋放能量。此時(shí)，將輸入電壓升壓后的電壓施加到電容器42，利用升壓電壓對(duì)電容器42充電。

圖3A～圖3D是示出功率因數(shù)改善電路1的第2動(dòng)作模式中的電流路徑的圖。在此，假設(shè)輸入電壓為200V的交流電壓。在輸入正電壓時(shí)且MOSFET21為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖3A所示的路徑P15流動(dòng)。路徑P15與圖2A所示的路徑P11相同。在電流沿路徑P15流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈11的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈11。

在輸入正電壓時(shí)且MOSFET21為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖3B所示的路徑P16流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子51、二極管33、二極管31、電容器41、電容器42、二極管32、MOSFET22、線圈11以及輸入端子52流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P16流動(dòng)的期間，線圈11與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈11釋放能量。此時(shí)，將輸入電壓升壓后的電壓施加到串聯(lián)連接的電容器41、42，利用升壓電壓對(duì)電容器41、42充電。此外，在輸入正電壓時(shí)且MOSFET21為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即使MOSFET22為截止?fàn)顟B(tài)，電流也會(huì)經(jīng)由MOSFET22的寄生二極管62流動(dòng)。不過(guò)，為了降低導(dǎo)通電阻，此時(shí)優(yōu)選使MOSFET22成為導(dǎo)通狀態(tài)。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且MOSFET22為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖3C所示的路徑P17流動(dòng)。路徑P17與圖2C所示的路徑P13相同。在電流沿路徑P17流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈11的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈11。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且MOSFET22為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖3D所示的路徑P18流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子52、線圈11、MOSFET21、二極管31、電容器41、電容器42、二極管32、二極管34以及輸入端子51流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P18流動(dòng)的期間，線圈11與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈11釋放能量。 此時(shí)，將輸入電壓升壓后的電壓施加到串聯(lián)連接的電容器41、42，利用升壓電壓對(duì)電容器41、42充電。此外，在輸入負(fù)電壓時(shí)且MOSFET22為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即使MOSFET21為截止?fàn)顟B(tài)，電流也會(huì)經(jīng)由MOSFET21的寄生二極管61流動(dòng)。不過(guò)，為了降低導(dǎo)通電阻，此時(shí)優(yōu)選使MOSFET21成為導(dǎo)通狀態(tài)。

這樣，在第1動(dòng)作模式中，開(kāi)關(guān)12成為導(dǎo)通狀態(tài)，在輸入正電壓時(shí)，將升壓電壓施加到電容器41的兩端而使得一端的電位高于另一端的電位，在輸入負(fù)電壓時(shí)，將升壓電壓施加到電容器42的兩端而使得一端的電位高于另一端的電位。在第2動(dòng)作模式中，開(kāi)關(guān)12成為截止?fàn)顟B(tài)，在輸入正電壓時(shí)和輸入負(fù)電壓時(shí)，將升壓電壓均施加到串聯(lián)連接的電容器41、42的兩端而使得電容器41的一端的電位高于電容器42的另一端的電位。串聯(lián)連接的電容器41、42的兩端的電壓從輸出端子53、54輸出。因此，在使各動(dòng)作模式中的升壓條件(使用開(kāi)關(guān)電路生成的升壓電壓)相同的情況下，第1動(dòng)作模式中的升壓比為第2動(dòng)作模式中的升壓比的約2倍。

在功率因數(shù)改善電路1中設(shè)置有測(cè)定電路和控制電路(均未圖示)。測(cè)定電路隨時(shí)測(cè)定從交流電源7提供到功率因數(shù)改善電路1的電壓和電流?？刂齐娐坊陔妷汉碗娏鞯臏y(cè)定結(jié)果，控制MOSFET21、22的占空比而使得電流與電壓成正比。另外，控制電路將測(cè)定出的電壓(輸入電壓)與第1閾值及第2閾值進(jìn)行比較，在輸入電壓低于第1閾值時(shí)將動(dòng)作模式切換為第1動(dòng)作模式，在輸入電壓高于第2閾值時(shí)將動(dòng)作模式切換為第2動(dòng)作模式。這樣，根據(jù)輸入電壓切換動(dòng)作模式，也能夠自動(dòng)適應(yīng)輸入電壓大幅變動(dòng)的情況。

在將第1閾值和第2閾值均設(shè)定為140V的情況下，控制電路在輸入電壓低于140V時(shí)將動(dòng)作模式切換為第1動(dòng)作模式，在輸入電壓高于140V時(shí)將動(dòng)作模式切換為第2動(dòng)作模式。在任一動(dòng)作模式中，均能夠使功率因數(shù)改善電路1的輸出電壓成為相同電平(例如，400V)。

在將第1閾值設(shè)定為130V并將第2閾值設(shè)定為140V的情況下，控制電路在輸入電壓低于130V時(shí)將動(dòng)作模式切換為第1動(dòng)作模式，在輸入電壓高于140V時(shí)將動(dòng)作模式切換為第2動(dòng)作模式。此外，當(dāng) 將第1閾值和第2閾值設(shè)定為不同的值時(shí)，關(guān)于動(dòng)作開(kāi)始時(shí)的輸入電壓處在第1閾值與第2閾值之間的情況，需要預(yù)先決定動(dòng)作模式的初始值。

如上所示，本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路1具備：第1輸入端子51和第2輸入端子52，其用于輸入輸入電壓；第1輸出端子53和第2輸出端子54；線圈11；開(kāi)關(guān)電路(MOSFET21、22)，其與線圈11協(xié)作，對(duì)輸入電壓進(jìn)行升壓，生成升壓電壓；第1電容器41，其一端連接到第1輸出端子，另一端連接到中間節(jié)點(diǎn)Nm；以及第2電容器42，其一端連接到中間節(jié)點(diǎn)Nm，另一端連接到第2輸出端子。在第1動(dòng)作模式中，當(dāng)?shù)?輸入端子的電位高于第2輸入端子的電位時(shí)(輸入正電壓時(shí))，將升壓電壓施加到第1電容器的兩端而使得一端的電位高于另一端的電位，在第1動(dòng)作模式中，當(dāng)?shù)?輸入端子的電位低于第2輸入端子的電位時(shí)(輸入負(fù)電壓時(shí))，將升壓電壓施加到第2電容器的兩端而使得一端的電位高于另一端的電位，在第2動(dòng)作模式中，將升壓電壓施加到串聯(lián)連接的第1電容器和第2電容器的兩端而使得第1電容器的一端的電位高于第2電容器的另一端的電位。

將升壓電壓在第1動(dòng)作模式中交替施加到2個(gè)電容器的兩端，在第2動(dòng)作模式中施加到串聯(lián)連接的2個(gè)電容器的兩端。因此，在使各動(dòng)作模式中的升壓條件(由開(kāi)關(guān)電路生成的升壓電壓)相同的情況下，第1動(dòng)作模式中的升壓比為第2動(dòng)作模式中的升壓比的約2倍。因此，在輸入電壓高時(shí)，能夠?qū)?dòng)作模式切換為升壓比低且高效率的第2動(dòng)作模式，抑制輸出電壓。從而，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路1，能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓。另外，能夠使用具有低耐壓的部件，因此能夠?qū)⒐β室驍?shù)改善電路1小型化、低成本化。

另外，開(kāi)關(guān)電路包含：第1晶體管(MOSFET21)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)N1與第2節(jié)點(diǎn)N2之間；以及第2晶體管(MOSFET22)，其連接到第2節(jié)點(diǎn)與第3節(jié)點(diǎn)N3之間。功率因數(shù)改善電路1具備：模式切換電路(開(kāi)關(guān)12)，其一端連接到第2節(jié)點(diǎn)，另一端連接到中間節(jié)點(diǎn) Nm，在第1動(dòng)作模式中為導(dǎo)通狀態(tài)，在第2動(dòng)作模式中為截止?fàn)顟B(tài)；第1整流元件(二極管31)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)與第1電容器的一端之間而使得電流從第1節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；第2整流元件(二極管32)，其連接到第3節(jié)點(diǎn)與第2電容器的另一端之間而使得電流流向第3節(jié)點(diǎn)側(cè)；第3整流元件(二極管33)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)與第4節(jié)點(diǎn)N4之間而使得電流流向第1節(jié)點(diǎn)側(cè)；以及第4整流元件(二極管34)，其連接到第3節(jié)點(diǎn)與第4節(jié)點(diǎn)之間而使得電流從第3節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)。線圈11連接到第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn)之間。通過(guò)將線圈、2個(gè)晶體管、模式切換電路、4個(gè)整流元件以及2個(gè)電容器如上述這樣連接，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的電路構(gòu)成，在第1動(dòng)作模式中對(duì)2個(gè)電容器的兩端交替施加升壓電壓，在第2動(dòng)作模式中對(duì)串聯(lián)連接的2個(gè)電容器的兩端施加升壓電壓。

另外，第1晶體管是具有連接到第1節(jié)點(diǎn)的漏極端子和連接到第2節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET，第2晶體管是具有連接到第2節(jié)點(diǎn)的漏極端子和連接到第3節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET。能夠使用2個(gè)MOSFET構(gòu)成與線圈協(xié)作來(lái)生成升壓電壓的開(kāi)關(guān)電路。

另外，功率因數(shù)改善電路1具備控制電路，上述控制電路在輸入電壓低于第1閾值時(shí)將動(dòng)作模式切換為第1動(dòng)作模式，在輸入電壓高于第2閾值時(shí)將動(dòng)作模式切換為第2動(dòng)作模式。這樣，根據(jù)輸入電壓切換動(dòng)作模式，也能夠適應(yīng)輸入電壓大幅變動(dòng)的情況。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路1，能夠構(gòu)成以下的變形例。圖1所示的功率因數(shù)改善電路1具備N溝道型的MOSFET21、22，但變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備P溝道型的MOSFET。另外，變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備取代MOSFET21、22的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵極端子雙極晶體管)或者雙極晶體管。在該情況下，對(duì)每個(gè)IGBT或者雙極晶體管外置FRD。FRD的陽(yáng)極端子連接到IGBT或者雙極晶體管的發(fā)射極端子，F(xiàn)RD的陰極端子連接到IGBT或者雙極晶體管的集電極端子。

另外，變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備取代 MOSFET21、22的GaN-HEMT(GaN-High Electron Mobility Transistor:氮化鎵高電子遷移率晶體管)。在GaN-HEMT為常截止型的情況下，對(duì)每個(gè)GaN-HEMT外置FRD等。在GaN-HEMT為常導(dǎo)通型的情況下，優(yōu)選對(duì)每個(gè)GaN-HEMT以共源共柵的方式連接硅MOSFET。

(第2實(shí)施方式)

圖4是本發(fā)明的第2實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖4所示的功率因數(shù)改善電路2是在第1實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路1中變更了線圈11的連接位置。在以下所示的各實(shí)施方式中，對(duì)于各實(shí)施方式的構(gòu)成要素中的與之前所述的實(shí)施方式相同的構(gòu)成要素，標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記并省略說(shuō)明。以下，說(shuō)明與第1實(shí)施方式的不同點(diǎn)。

在功率因數(shù)改善電路2中，線圈11的一端(在附圖中為左端)連接到輸入端子51。線圈11的另一端連接到二極管33的陽(yáng)極端子和二極管34的陰極端子。輸入端子52不經(jīng)由線圈地連接到MOSFET21的源極端子、MOSFET22的漏極端子以及開(kāi)關(guān)12的一端(在附圖中為左端)。

在功率因數(shù)改善電路2中，線圈11連接到第1輸入端子(輸入端子51)與第4節(jié)點(diǎn)N4之間。功率因數(shù)改善電路2與第1實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路1同樣地動(dòng)作。功率因數(shù)改善電路2，與功率因數(shù)改善電路1同樣，能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓。

另外，在功率因數(shù)改善電路2中，開(kāi)關(guān)12的一端直接連接到輸入端子52，因此，在開(kāi)關(guān)12為導(dǎo)通狀態(tài)的第1動(dòng)作模式中，中間節(jié)點(diǎn)Nm的電位等于交流電源7的第2端子的電位。因此，第1動(dòng)作模式中的輸出端子53、54的電位從交流電源7的第2端子的電位在相反方向上偏移相同的量。因此，功率因數(shù)改善電路2，在線圈11的兩端的電壓發(fā)生變動(dòng)時(shí)也能夠降低共模噪聲。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路2，能夠構(gòu)成以下的變形例。圖1所示的功率因數(shù)改善電路1具備連接到第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn)之間的線圈，圖4所示的功率因數(shù)改善電路2具備連接到 第1輸入端子與第4節(jié)點(diǎn)之間的線圈。變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備連接到第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn)之間的線圈和連接到第1輸入端子與第4節(jié)點(diǎn)之間的線圈。通過(guò)該功率因數(shù)改善電路，也能夠得到與第1實(shí)施方式及第2實(shí)施方式同樣的效果。這樣，功率因數(shù)改善電路只要在第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn)之間以及第1輸入端子與第4節(jié)點(diǎn)之間中的至少一方具備線圈即可。另外，關(guān)于功率因數(shù)改善電路2，也能夠構(gòu)成取代N溝道型MOSFET而具備P溝道型MOSFET、IGBT、雙極晶體管或者GaN-HEMT的變形例。

(第3實(shí)施方式)

圖5是本發(fā)明的第3實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖5所示的功率因數(shù)改善電路3具備：線圈11；開(kāi)關(guān)12；N溝道型的MOSFET23～26；二極管35、36；電容器41、42；輸入端子51、52；以及輸出端子53、54。MOSFET23～26分別內(nèi)置有寄生二極管63～66。MOSFET23、24構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)13。二極管35、36分別作為第1整流元件和第2整流元件發(fā)揮功能，MOSFET25、26分別作為第3整流元件和第4整流元件發(fā)揮功能。

在功率因數(shù)改善電路3中，線圈11的一端(在附圖中為左端)連接到輸入端子51。線圈11的另一端連接到MOSFET23的源極端子、二極管35的陽(yáng)極端子以及二極管36的陰極端子。MOSFET23的漏極端子連接到MOSFET24的漏極端子。二極管35的陰極端子連接到MOSFET25的漏極端子、電容器41的一端以及輸出端子53。MOSFET25的源極端子連接到輸入端子52、MOSFET24的源極端子、MOSFET26的漏極端子以及開(kāi)關(guān)12的一端(在附圖中為左端)。電容器41的另一端連接到電容器42的一端(在附圖中為左端)和開(kāi)關(guān)12的另一端。電容器42的另一端和MOSFET26的源極端子連接到輸出端子54和二極管36的陽(yáng)極端子。寄生二極管63的陽(yáng)極端子連接到MOSFET23的源極端子，寄生二極管63的陰極端子連接到MOSFET23的漏極端子。寄生二極管64～66也同樣如此。

MOSFET23、24為串聯(lián)連接，構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)13。雙向開(kāi)關(guān)13的一端(在附圖中為上端)經(jīng)由線圈11連接到輸入端子51，從交流電 源7的第1端子接受供電。雙向開(kāi)關(guān)13的另一端連接到輸入端子52，從交流電源7的第2端子接受供電。

電容器41、42串聯(lián)連接。電容器41的一端經(jīng)由二極管35連接到雙向開(kāi)關(guān)13的一端。電容器42的另一端經(jīng)由二極管36連接到雙向開(kāi)關(guān)13的一端。中間節(jié)點(diǎn)Nm經(jīng)由開(kāi)關(guān)12連接到雙向開(kāi)關(guān)13的另一端。

以下，將MOSFET23的源極端子所連接的節(jié)點(diǎn)稱為N1，將MOSFET24的源極端子所連接的節(jié)點(diǎn)稱為N2，將MOSFET23的漏極端子所連接的節(jié)點(diǎn)稱為連接節(jié)點(diǎn)。二極管35連接到節(jié)點(diǎn)N1與電容器41的一端之間而使得電流從節(jié)點(diǎn)N1側(cè)流過(guò)來(lái)。二極管36連接到節(jié)點(diǎn)N1與電容器42的另一端之間而使得電流流向節(jié)點(diǎn)N1側(cè)。MOSFET25連接到節(jié)點(diǎn)N2與電容器41的一端之間而使得電流從節(jié)點(diǎn)N2側(cè)流過(guò)來(lái)。MOSFET26連接到節(jié)點(diǎn)N2與電容器42的另一端之間而使得電流流向節(jié)點(diǎn)N2側(cè)。

與第1實(shí)施方式同樣，功率因數(shù)改善電路3的輸入側(cè)連接有交流電源7，輸出側(cè)連接有負(fù)載8。在功率因數(shù)改善電路3中，對(duì)于輸入電壓，也設(shè)置有第1閾值和第1閾值以上的第2閾值。在輸入電壓低于第1閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)12成為導(dǎo)通狀態(tài)，功率因數(shù)改善電路3以第1動(dòng)作模式動(dòng)作。在輸入電壓高于第2閾值時(shí)，開(kāi)關(guān)12成為截止?fàn)顟B(tài)，功率因數(shù)改善電路3以第2動(dòng)作模式動(dòng)作。第1閾值和第2閾值例如均設(shè)定為140V。

功率因數(shù)改善電路3在第1動(dòng)作模式與第2動(dòng)作模式中進(jìn)行不同的動(dòng)作。另外，功率因數(shù)改善電路3在輸入正電壓時(shí)與輸入負(fù)電壓時(shí)進(jìn)行不同的動(dòng)作。而且，功率因數(shù)改善電路3根據(jù)雙向開(kāi)關(guān)13的狀態(tài)進(jìn)行不同的動(dòng)作。

圖6A～圖6D是示出功率因數(shù)改善電路3的第1動(dòng)作模式中的電流路徑的圖。在此，假設(shè)輸入電壓為100V的交流電壓。在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖6A所示的路徑P21流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子51、線圈11、MOSFET23、MOSFET24以及輸入端子52流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P21流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈11 的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈11。

為在輸入正電壓時(shí)使得雙向開(kāi)關(guān)13成為導(dǎo)通狀態(tài)而使MOSFET24成為導(dǎo)通狀態(tài)。在輸入正電壓時(shí)且MOSFET24為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，即使MOSFET23為截止?fàn)顟B(tài)，電流也會(huì)經(jīng)由MOSFET23的寄生二極管63流動(dòng)。不過(guò)，為了降低導(dǎo)通電阻，此時(shí)優(yōu)選使MOSFET23成為導(dǎo)通狀態(tài)。

在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖6B所示的路徑P22流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子51、線圈11、二極管35、電容器41、開(kāi)關(guān)12以及輸入端子52流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P22流動(dòng)的期間，線圈11與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈11釋放能量。此時(shí)，將輸入電壓升壓后的電壓施加到電容器41，利用升壓電壓對(duì)電容器41充電。

為在輸入正電壓時(shí)使得雙向開(kāi)關(guān)13成為截止?fàn)顟B(tài)而使MOSFET24成為截止?fàn)顟B(tài)。在輸入正電壓時(shí)且MOSFET24為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，不管MOSFET23是何種狀態(tài)，雙向開(kāi)關(guān)13均成為截止?fàn)顟B(tài)。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖6C所示的路徑P23流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子52、MOSFET24、MOSFET23、線圈11以及輸入端子51流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P23流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈11的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈11。

為在輸入負(fù)電壓時(shí)使得雙向開(kāi)關(guān)13成為導(dǎo)通狀態(tài)而使MOSFET23成為導(dǎo)通狀態(tài)。在輸入負(fù)電壓時(shí)且MOSFET23為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，即使MOSFET24為截止?fàn)顟B(tài)，電流也會(huì)經(jīng)由MOSFET24的寄生二極管64流動(dòng)。不過(guò)，為了降低導(dǎo)通電阻，此時(shí)優(yōu)選使MOSFET24成為導(dǎo)通狀態(tài)。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖6D所示的路徑P24流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子52、開(kāi)關(guān)12、電容器42、二極管36、線圈11以及輸入端子51流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P24流動(dòng)的期間，線圈11與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈11釋放能量。此時(shí)，將輸入電壓升壓后的電壓施 加到電容器42，利用升壓電壓對(duì)電容器42充電。

為在輸入負(fù)電壓時(shí)使得雙向開(kāi)關(guān)13成為截止?fàn)顟B(tài)而使MOSFET23成為截止?fàn)顟B(tài)。在輸入負(fù)電壓時(shí)且MOSFET23為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，無(wú)論MOSFET24是何種狀態(tài)，雙向開(kāi)關(guān)13均成為截止?fàn)顟B(tài)。

圖7A～圖7D是示出功率因數(shù)改善電路3的第2動(dòng)作模式中的電流路徑的圖。在此，假設(shè)輸入電壓為200V的交流電壓。在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖7A所示的路徑P25流動(dòng)。路徑P25與圖6A所示的路徑P21相同。在電流沿路徑P25流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈11的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈11。

在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖7B所示的路徑P26流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子51、線圈11、二極管35、電容器41、電容器42、MOSFET26以及輸入端子52流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P26流動(dòng)的期間，線圈11與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈11釋放能量。此時(shí)，將輸入電壓升壓后的電壓施加到串聯(lián)連接的電容器41、42，利用升壓電壓對(duì)電容器41、42充電。

在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即使MOSFET26為截止?fàn)顟B(tài)，電流也會(huì)經(jīng)由MOSFET26的寄生二極管66流動(dòng)。不過(guò)，為了降低寄生二極管66中的損耗，此時(shí)優(yōu)選使MOSFET26成為導(dǎo)通狀態(tài)。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖7C所示的路徑P27流動(dòng)。路徑P27與圖6C所示的路徑P23相同。在電流沿路徑P27流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈11的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈11。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖7D所示的路徑P28流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子52、MOSFET25、電容器41、電容器42、二極管36、線圈11以及輸入端子51流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P28流動(dòng)的期間，線圈11與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈11釋放能量。此時(shí)，將輸入電 壓升壓后的電壓施加到串聯(lián)連接的電容器41、42，利用升壓電壓對(duì)電容器41、42充電。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)13為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即使MOSFET25為截止?fàn)顟B(tài)，電流也會(huì)經(jīng)由MOSFET25的寄生二極管65流動(dòng)。不過(guò)，為了降低寄生二極管65中的損耗，此時(shí)優(yōu)選使MOSFET25成為導(dǎo)通狀態(tài)。

與第1實(shí)施方式同樣，在第1動(dòng)作模式中，開(kāi)關(guān)12成為導(dǎo)通狀態(tài)，在輸入正電壓時(shí)，將升壓電壓施加到電容器41的兩端而使得一端的電位高于另一端的電位，在輸入負(fù)電壓時(shí)，將升壓電壓施加到電容器42的兩端而使得一端的電位高于另一端的電位。在第2動(dòng)作模式中，開(kāi)關(guān)12成為截止?fàn)顟B(tài)，在輸入正電壓時(shí)和輸入負(fù)電壓時(shí)，將升壓電壓均施加到串聯(lián)連接的電容器41、42的兩端而使得電容器41的一端的電位高于電容器42的另一端的電位。串聯(lián)連接的電容器41、42的兩端的電壓從輸出端子53、54輸出。因此，在使各動(dòng)作模式中的升壓條件(MOSFET23、24的占空比)相同的情況下，第1動(dòng)作模式中的升壓比為第2動(dòng)作模式中的升壓比的約2倍。

與第1實(shí)施方式同樣，在功率因數(shù)改善電路3中設(shè)置有測(cè)定電路和控制電路。測(cè)定電路隨時(shí)測(cè)定從交流電源7提供到功率因數(shù)改善電路3的電壓和電流?？刂齐娐坊陔妷汉碗娏鞯臏y(cè)定結(jié)果，控制MOSFET23、24的占空比而使得電流與電壓成正比。另外，控制電路將測(cè)定出的電壓(輸入電壓)與第1閾值及第2閾值進(jìn)行比較，在輸入電壓低于第1閾值時(shí)將動(dòng)作模式切換為第1動(dòng)作模式，在輸入電壓高于第2閾值時(shí)將動(dòng)作模式切換為第2動(dòng)作模式。第1閾值和第2閾值例如均設(shè)定為140V。

在此，將第1實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路1的電流路徑與本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路3的電流路徑進(jìn)行比較。在功率因數(shù)改善電路1中，在向線圈11存儲(chǔ)能量時(shí)，電流通過(guò)1個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET和1個(gè)二極管(圖2A、圖2C、圖3A以及圖3C)。在功率因數(shù)改善電路3中，在向線圈11存儲(chǔ)能量時(shí)，電流通過(guò)1個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET和1個(gè)任意狀態(tài)的MOSFET(圖6A、圖6C、圖7A 以及圖7C)。能夠?qū)⑷我鉅顟B(tài)的MOSFET控制為導(dǎo)通狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET的電阻(導(dǎo)通電阻)小于二極管的正向電阻。因此，在向線圈11存儲(chǔ)能量時(shí)，功率因數(shù)改善電路3的電流路徑的電阻小于功率因數(shù)改善電路1的電流路徑的電阻。

在功率因數(shù)改善電路1中，在第1動(dòng)作模式中從線圈11釋放能量時(shí)，電流通過(guò)2個(gè)二極管(圖2B和圖2D)。在第2動(dòng)作模式中從線圈11釋放能量時(shí)，電流通過(guò)3個(gè)二極管和1個(gè)任意狀態(tài)的MOSFET(圖3B和圖3D)。在功率因數(shù)改善電路3中，在第1動(dòng)作模式中從線圈11釋放能量時(shí)，電流通過(guò)1個(gè)二極管(圖6B和圖6D)。在第2動(dòng)作模式中從線圈11釋放能量時(shí)，電流通過(guò)1個(gè)二極管和1個(gè)任意狀態(tài)的MOSFET(圖7B和圖7D)。因此，在從線圈11釋放能量時(shí)，功率因數(shù)改善電路3的電流路徑的電阻也小于功率因數(shù)改善電路1的電流路徑的電阻。這樣，功率因數(shù)改善電路3，與功率因數(shù)改善電路1相比，能夠減少電流路徑上的元件的數(shù)量，減小電流路徑的電阻，進(jìn)一步提高效率。

另外，功率因數(shù)改善電路3具有以下的效果。一般來(lái)說(shuō)，在內(nèi)置有MOSFET的半導(dǎo)體芯片中，MOSFET的漏極端子連接到封裝體的散熱板裝配部的金屬部分。在功率因數(shù)改善電路3中，由于MOSFET23的漏極端子的電位等于MOSFET24的漏極端子的電位，因此能夠?qū)OSFET23、24連接到1個(gè)散熱器。

在功率因數(shù)改善電路3中，為了減小電流路徑的寄生電感，優(yōu)選MOSFET23、24間的距離小。在MOSFET23、24分別單獨(dú)裝配有散熱器的情況下，由于散熱器的電位不同，因此需要在散熱器間設(shè)置一定程度的爬電距離或者空間距離。通過(guò)使MOSFET23、24共用1個(gè)散熱器，能夠減小MOSFET23、24間的距離，減小電流路徑的寄生電感，減小功率因數(shù)改善電路3的噪聲。

一般來(lái)說(shuō)，在發(fā)熱量不同的2個(gè)元件共用1個(gè)散熱器的情況下，熱會(huì)從發(fā)熱量多的元件傳導(dǎo)到發(fā)熱量少的元件，因此，共用散熱器未必是可取的。在功率因數(shù)改善電路3中，在輸入正電壓時(shí)MOSFET24啟動(dòng)，在輸入負(fù)電壓時(shí)MOSFET23啟動(dòng)，因此， MOSFET23中的發(fā)熱量與MOSFET24中的發(fā)熱量大致相等。因此，在功率因數(shù)改善電路3中，在MOSFET23、24共用1個(gè)散熱器的情況下不會(huì)發(fā)生問(wèn)題，而能夠只得到效果。

另外，在功率因數(shù)改善電路中，雙向開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)是以MOSFET的源極端子的電位為基準(zhǔn)生成的。在后述的第4實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路(圖8)中，雙向開(kāi)關(guān)14的控制電路連接到MOSFET23、24的連接點(diǎn)(連接節(jié)點(diǎn))。因此，在MOSFET23、24均為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由于各種電涌、噪聲，連接節(jié)點(diǎn)的電位有時(shí)會(huì)低于雙向開(kāi)關(guān)13的兩端的電位。此時(shí)，MOSFET23、24的源極端子成為浮置狀態(tài)。

在功率因數(shù)改善電路3中，MOSFET23的控制電路連接到雙向開(kāi)關(guān)13的一端，MOSFET24的控制電路連接到雙向開(kāi)關(guān)13的另一端。因此，MOSFET23、24的控制電路直接連接到交流電源7。因此，功率因數(shù)改善電路3，能夠防止控制電路受到噪聲、電涌的影響，防止控制電路發(fā)出輻射噪聲。另外，能夠使MOSFET23、24的提供基準(zhǔn)電位的源極端子的電位穩(wěn)定化，削減噪聲，使功率因數(shù)改善電路3穩(wěn)定地動(dòng)作。

如上所示，本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路3具備：第1輸入端子51和第2輸入端子52，其用于輸入輸入電壓；第1輸出端子53和第2輸出端子54；線圈11；開(kāi)關(guān)電路(雙向開(kāi)關(guān)13)，其與線圈11協(xié)作，對(duì)輸入電壓進(jìn)行升壓，生成升壓電壓；第1電容器41，其一端連接到第1輸出端子，另一端連接到中間節(jié)點(diǎn)Nm；以及第2電容器42，其一端連接到中間節(jié)點(diǎn)Nm，另一端連接到第2輸出端子。升壓電壓是以與第1實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路1同樣的方式，施加到第1電容器的兩端、第2電容器的兩端以及串聯(lián)連接的第1電容器和第2電容器的兩端中的任意一者。因此，功率因數(shù)改善電路3，與功率因數(shù)改善電路1同樣，能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓。

另外，開(kāi)關(guān)電路是雙向開(kāi)關(guān)，包含：第1晶體管(MOSFET23)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)N1與連接節(jié)點(diǎn)之間；以及第2晶體管 (MOSFET24)，其連接到連接節(jié)點(diǎn)與第2節(jié)點(diǎn)N2之間。功率因數(shù)改善電路3具備：模式切換電路(開(kāi)關(guān)12)，其一端連接到第2節(jié)點(diǎn)，另一端連接到中間節(jié)點(diǎn)Nm，在第1動(dòng)作模式中為導(dǎo)通狀態(tài)，在第2動(dòng)作模式中為截止?fàn)顟B(tài)；第1整流元件(二極管35)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)與第1電容器的一端之間而使得電流從第1節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；第2整流元件(二極管36)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)與第2電容器的另一端之間而使得電流流向第1節(jié)點(diǎn)側(cè)；第3整流元件(MOSFET25)，其連接到第2節(jié)點(diǎn)與第1電容器的一端之間而使得電流從第2節(jié)點(diǎn)側(cè)流過(guò)來(lái)；以及第4整流元件(MOSFET26)，其連接到第2節(jié)點(diǎn)與第2電容器的另一端之間而使得電流流向第2節(jié)點(diǎn)側(cè)。線圈11連接到第1輸入端子與第1節(jié)點(diǎn)之間。通過(guò)將線圈、2個(gè)晶體管、模式切換電路、4個(gè)整流元件以及2個(gè)電容器如上述這樣連接，能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的電路構(gòu)成，在第1動(dòng)作模式中對(duì)2個(gè)電容器的兩端交替施加升壓電壓，在第2動(dòng)作模式中對(duì)串聯(lián)連接的2個(gè)電容器的兩端施加升壓電壓。另外，能夠減少電流路徑上的元件的數(shù)量，減小電流路徑的電阻，進(jìn)一步提高效率。

另外，第1晶體管是具有連接到第1節(jié)點(diǎn)的源極端子和連接到連接節(jié)點(diǎn)的漏極端子的MOSFET23，第2晶體管是具有連接到連接節(jié)點(diǎn)的漏極端子和連接到第2節(jié)點(diǎn)的源極端子的MOSFET24。能夠使用將漏極端子彼此連接的2個(gè)MOSFET構(gòu)成與線圈協(xié)作來(lái)生成升壓電壓的雙向開(kāi)關(guān)。另外，能夠使2個(gè)MOSFET共用1個(gè)散熱器，減小2個(gè)MOSFET間的距離，減小電流路徑的寄生電感，減小噪聲。另外，能夠防止雙向開(kāi)關(guān)的控制電路受到噪聲、電涌的影響，防止控制電路發(fā)出輻射噪聲。另外，能夠使第1晶體管和第2晶體管的源極端子的電位穩(wěn)定化，削減噪聲，使功率因數(shù)改善電路3穩(wěn)定地動(dòng)作。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路3，能夠構(gòu)成以下的變形例。圖5所示的功率因數(shù)改善電路3具備連接到第1輸入端子與第1節(jié)點(diǎn)之間的線圈。變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路可以具備連接到第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn)之間的線圈，也可以具備連接到第1輸入端子與第1節(jié)點(diǎn)之間的線圈和連接到第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn) 之間的線圈。這樣，功率因數(shù)改善電路只要在第1輸入端子與第1節(jié)點(diǎn)之間以及第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn)之間中的至少一方具備線圈即可。另外，變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備作為第3整流元件和第4整流元件的二極管，用二極管取代作為第3整流元件和第4整流元件的MOSFET25、26。另外，關(guān)于功率因數(shù)改善電路3，也能夠構(gòu)成具備取代N溝道型MOSFET的P溝道型MOSFET、IGBT、雙極晶體管或者GaN-HEMT的變形例。

(第4實(shí)施方式)

圖8是本發(fā)明的第4實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖8所示的功率因數(shù)改善電路4是在第3實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路3中變更了MOSFET23、24的連接方式。以下，說(shuō)明與第3實(shí)施方式的不同點(diǎn)。

在功率因數(shù)改善電路4中，MOSFET23、24串聯(lián)連接，構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)14。線圈11的另一端(在附圖中為右端)連接到MOSFET23的漏極端子、二極管35的陽(yáng)極端子以及二極管36的陰極端子。MOSFET23的源極端子連接到MOSFET24的源極端子。MOSFET25的源極端子連接到輸入端子52、MOSFET24的漏極端子、MOSFET26的漏極端子以及開(kāi)關(guān)12的一端(在附圖中為左端)。雙向開(kāi)關(guān)14的一端(在附圖中為上端)經(jīng)由線圈11連接到輸入端子51，從交流電源7的第1端子接受供電。雙向開(kāi)關(guān)14的另一端連接到輸入端子52，從交流電源7的第2端子接受供電。

如上所述，在功率因數(shù)改善電路中，雙向開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)是以MOSFET的源極端子的電位為基準(zhǔn)生成的。在功率因數(shù)改善電路4中，MOSFET23、24的源極端子彼此連接，因此，MOSFET23、24的源極端子的電位相同。因此，MOSFET23、24的控制電路的電源可以是1個(gè)。因此，功率因數(shù)改善電路4，能夠簡(jiǎn)化雙向開(kāi)關(guān)14的控制電路的電源。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路4，能夠構(gòu)成以下的變形例。變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路可以具備連接到第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn)之間的線圈，也可以具備連接到第1輸入端子與 第1節(jié)點(diǎn)之間的線圈和連接到第2輸入端子與第2節(jié)點(diǎn)之間的線圈。另外，關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路4，也能夠構(gòu)成具備取代N溝道型MOSFET的P溝道型MOSFET、IGBT、雙極晶體管或者GaN-HEMT的變形例。

(第5實(shí)施方式)

圖9是本發(fā)明的第5實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖9所示的功率因數(shù)改善電路5是在第4實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路4中將開(kāi)關(guān)12置換為雙向開(kāi)關(guān)15并追加了齊納二極管37、38和電容器43、44。以下，說(shuō)明與第4實(shí)施方式的不同點(diǎn)。

雙向開(kāi)關(guān)15包含串聯(lián)連接的MOSFET27、28，作為模式切換電路發(fā)揮功能。MOSFET27、28分別內(nèi)置有寄生二極管67、68。MOSFET27的源極端子連接到MOSFET28的源極端子。MOSFET27的漏極端子連接到輸入端子52等。MOSFET28的漏極端子連接到電容器41的另一端等。

齊納二極管37、38分別與電容器41、42并聯(lián)連接。齊納二極管37的陰極端子連接到電容器41的一端，齊納二極管37的陽(yáng)極端子連接到電容器41的另一端。齊納二極管37防止電容器41的兩端的電位顯著不同。齊納二極管38的連接方式和功能同樣如此。

電容器43與MOSFET25并聯(lián)連接到輸入端子52與輸出端子53之間。電容器44與MOSFET26并聯(lián)連接到輸入端子52與輸出端子54之間。電容器43的一端連接到MOSFET25的漏極端子，電容器43的另一端連接到MOSFET25的源極端子。電容器44的一端連接到MOSFET26的漏極端子，電容器44的另一端連接到MOSFET26的源極端子。

在功率因數(shù)改善電路5中，從雙向開(kāi)關(guān)14的一端(在附圖中為上端)經(jīng)由電容器43到達(dá)雙向開(kāi)關(guān)14的另一端的配線路徑比從雙向開(kāi)關(guān)14的一端經(jīng)由MOSFET25到達(dá)雙向開(kāi)關(guān)14的另一端的配線路徑短。從雙向開(kāi)關(guān)14的另一端經(jīng)由電容器44到達(dá)雙向開(kāi)關(guān)14的一端的配線路徑比從雙向開(kāi)關(guān)14的另一端經(jīng)由MOSFET26到達(dá)雙向開(kāi)關(guān)14的一端的配線路徑短。因此，通過(guò)將從線圈11提供的電力存儲(chǔ) 到設(shè)置在雙向開(kāi)關(guān)14附近的電容器43、44中，能夠縮短電流量由于啟動(dòng)而很大地變化的配線路徑，降低開(kāi)關(guān)時(shí)的噪聲。

為了得到上述的效果，優(yōu)選電容器43、44使用響應(yīng)速度快的薄膜電容器等。另外，當(dāng)電容器43、44的靜電電容過(guò)小時(shí)，無(wú)法將通過(guò)1次開(kāi)關(guān)提供的電力充分存儲(chǔ)到電容器43、44中。反之，當(dāng)電容器43、44的靜電電容過(guò)大時(shí)，在第2動(dòng)作模式中輸入電壓的極性會(huì)反轉(zhuǎn)，在電容器43、44高速進(jìn)行充放電時(shí)，電流峰值會(huì)變大?？紤]到這些方面，優(yōu)選電容器43、44的靜電電容例如設(shè)為0.005μF～0.5μF。

如上所示，本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路5具備：第3電容器43，其與第3整流元件(MOSFET25)并聯(lián)連接到第2節(jié)點(diǎn)N2與第1電容器41的一端之間；以及第4電容器44，其與第4整流元件(MOSFET26)并聯(lián)連接到第2節(jié)點(diǎn)與第2電容器42的另一端之間。從第1節(jié)點(diǎn)N1經(jīng)由第3電容器到達(dá)第2節(jié)點(diǎn)的配線路徑比從第1節(jié)點(diǎn)經(jīng)由第3整流元件到達(dá)第2節(jié)點(diǎn)的配線路徑短，從第2節(jié)點(diǎn)經(jīng)由第4電容器到達(dá)第1節(jié)點(diǎn)的配線路徑比從第2節(jié)點(diǎn)經(jīng)由第4整流元件到達(dá)第1節(jié)點(diǎn)的配線路徑短。因此，功率因數(shù)改善電路5，通過(guò)將從線圈11提供的電力存儲(chǔ)到設(shè)置在雙向開(kāi)關(guān)14附近的電容器43、44中，能夠縮短電流量由于啟動(dòng)而很大地變化的配線路徑，降低開(kāi)關(guān)時(shí)的噪聲。

另外，功率因數(shù)改善電路5具備作為模式切換電路的、包含源極端子彼此相互連接的第1MOSFET和第2MOSFET(MOSFET27、28)的雙向開(kāi)關(guān)。第1MOSFET的漏極端子連接到第2節(jié)點(diǎn)，第2MOSFET的漏極端子連接到中間節(jié)點(diǎn)Nm。這樣，能夠使用將源極端子彼此連接的2個(gè)MOSFET構(gòu)成電流雙向流動(dòng)的模式切換電路。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路5，也能夠構(gòu)成與第4實(shí)施方式同樣的變形例。另外，本實(shí)施方式的變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備作為模式切換電路的、包含漏極端子彼此相互連接的第1MOSFET和第2MOSFET的雙向開(kāi)關(guān)。在該情況下，第1MOSFET的源極端子連接到第2節(jié)點(diǎn)，第2MOSFET的源極端 子連接到中間節(jié)點(diǎn)Nm。這樣，能夠使用將漏極端子彼此連接的2個(gè)MOSFET構(gòu)成電流雙向流動(dòng)的模式切換電路。

此外，第1～第4實(shí)施方式及其變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備作為模式切換電路的、源極端子彼此相互連接的2個(gè)MOSFET或者漏極端子彼此相互連接的2個(gè)MOSFET。

(第6實(shí)施方式)

圖10是示出本發(fā)明的第6實(shí)施方式所涉及的電源裝置的構(gòu)成的框圖。圖10所示的電源裝置6具備功率因數(shù)改善電路71和DC/DC轉(zhuǎn)換器72。功率因數(shù)改善電路71是第1～第5實(shí)施方式及其變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路中的任意一種。DC/DC轉(zhuǎn)換器72將功率因數(shù)改善電路71的輸出電壓轉(zhuǎn)換為所希望電平的直流電壓。電源裝置6具有用于接受商用電源的電力的插頭73。電源裝置6連接到負(fù)載74來(lái)使用。

根據(jù)本實(shí)施方式，能夠使用第1～第5實(shí)施方式及其變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路，提供能夠高效率地適應(yīng)大范圍的輸入電壓的電源裝置6。

(第7實(shí)施方式)

圖11是本發(fā)明的第7實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖11所示的功率因數(shù)改善電路101具備：線圈111；N溝道型的MOSFET121、122；二極管131、132；電容器141、142；輸入端子151、152；以及輸出端子153、154。MOSFET121、122分別內(nèi)置有寄生二極管123、124。

MOSFET121的漏極端子連接到節(jié)點(diǎn)N11。MOSFET121的源極端子連接到MOSFET122的源極端子。MOSFET122的漏極端子連接到節(jié)點(diǎn)N12。由此，構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)120，其包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)MOSFET121、122，一端連接到節(jié)點(diǎn)N11，另一端連接到節(jié)點(diǎn)N12。寄生二極管123的陽(yáng)極端子和陰極端子分別連接到MOSFET121的源極端子和漏極端子。寄生二極管124也同樣如此。

電容器141的一端(在附圖中為上端)連接到輸出端子153和二極管131的陰極端子。電容器141的另一端和電容器142的一端(在 附圖中為上端)連接到節(jié)點(diǎn)N12。電容器142的另一端連接到輸出端子154和二極管132的陽(yáng)極端子。二極管131的陽(yáng)極端子和二極管132的陰極端子連接到節(jié)點(diǎn)N11。這樣，電容器141、142串聯(lián)連接到輸出端子153、154之間。二極管131連接到節(jié)點(diǎn)N11與電容器141的一端之間而使得電流從節(jié)點(diǎn)N11側(cè)流過(guò)來(lái)。二極管132連接到節(jié)點(diǎn)N11與電容器142的另一端之間而使得電流流向節(jié)點(diǎn)N11側(cè)。

輸入端子151連接到節(jié)點(diǎn)N11。節(jié)點(diǎn)N12連接到線圈111的一端(在附圖中為右端)。線圈111的另一端連接到輸入端子152。在雙向開(kāi)關(guān)120為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在輸入端子151、152之間形成經(jīng)由節(jié)點(diǎn)N11、雙向開(kāi)關(guān)120、節(jié)點(diǎn)N12以及線圈111的電流路徑。這樣，功率因數(shù)改善電路101在輸入端子151、152之間具有經(jīng)由線圈111和雙向開(kāi)關(guān)120的電流路徑。線圈111連接到節(jié)點(diǎn)N12與輸入端子152之間。

功率因數(shù)改善電路101的輸入側(cè)連接有交流電源7，輸出側(cè)連接有負(fù)載8。交流電源7的第1端子(在附圖中為上側(cè)的端子)連接到輸入端子151，交流電源7的第2端子(在附圖中為下側(cè)的端子)連接到輸入端子152。負(fù)載8的一端子連接到輸出端子153，負(fù)載8的另一端子連接到輸出端子154。從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子151將電力提供到雙向開(kāi)關(guān)120的一端(節(jié)點(diǎn)N11)。從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子152和線圈111將電力提供到雙向開(kāi)關(guān)120的另一端(節(jié)點(diǎn)N12)。

線圈111在進(jìn)行升壓動(dòng)作(詳細(xì)內(nèi)容后述)時(shí)進(jìn)行充電和放電。線圈111的電感例如為100μH～1mH。線圈111的電感也可以是該范圍外的值。二極管131、132分別作為第1整流元件和第2整流元件發(fā)揮功能。二極管131、132例如使用FRD、SiC二極管等。電容器141、142存儲(chǔ)電力并將輸出平滑化。電容器141、142例如使用電解電容器。電容器141、142的靜電電容例如為100μF～10mF。電容器141、142的靜電電容也可以是該范圍外的值。

以下，參照?qǐng)D12A和圖12B來(lái)說(shuō)明功率因數(shù)改善電路101的動(dòng)作。功率因數(shù)改善電路101在輸入端子151的電位高于輸入端子152的電位時(shí)(以下，稱為輸入正電壓時(shí))與輸入端子151的電位低于 輸入端子152的電位時(shí)(以下，稱為輸入負(fù)電壓時(shí))進(jìn)行不同的動(dòng)作。

圖12A是示出輸入正電壓時(shí)的電流路徑的圖。在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)120為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖12A中單點(diǎn)劃線所示的路徑P31流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子151、節(jié)點(diǎn)N11、MOSFET121、MOSFET122、節(jié)點(diǎn)N12、線圈111以及輸入端子152流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P31流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈111的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈111。

在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)120為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖12A中虛線所示的路徑P32流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子151、節(jié)點(diǎn)N11、二極管131、電容器141、節(jié)點(diǎn)N12、線圈111以及輸入端子152流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P32流動(dòng)的期間，線圈111與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈111釋放能量。此時(shí)，從交流電源7提供的電壓升壓后的電壓提供到電容器141，利用升壓電壓對(duì)電容器141充電。

在輸入正電壓時(shí)，雙向開(kāi)關(guān)120的開(kāi)關(guān)切換(導(dǎo)通/截止控制)是通過(guò)控制MOSFET121的狀態(tài)進(jìn)行的。在將MOSFET121控制為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，無(wú)論MOSFET122是何種狀態(tài)，雙向開(kāi)關(guān)120均成為截止?fàn)顟B(tài)。在將MOSFET121控制為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，即使MOSFET122為截止?fàn)顟B(tài)，電流也會(huì)經(jīng)由MOSFET122內(nèi)的寄生二極管124流動(dòng)，因此，雙向開(kāi)關(guān)120成為導(dǎo)通狀態(tài)。不過(guò)，為了降低寄生二極管124中的由于電壓下降導(dǎo)致的損耗，在將MOSFET121控制為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，優(yōu)選將MOSFET122也控制為導(dǎo)通狀態(tài)。特別是，在輸入正電壓時(shí)，優(yōu)選一邊將MOSFET122保持為導(dǎo)通狀態(tài)，一邊使MOSFET121啟動(dòng)。由此，能夠降低寄生二極管124中的由于電壓下降導(dǎo)致的損耗。

圖12B是示出輸入負(fù)電壓時(shí)的電流路徑的圖。在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)120為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖12B中單點(diǎn)劃線所示的路徑P33流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子152、線圈111、節(jié)點(diǎn)N12、MOSFET122、MOSFET121、節(jié)點(diǎn)N11以及輸入端子151流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P33流動(dòng)的期間，將電壓 從交流電源7施加到線圈111的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈111。

在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)120為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖12B中虛線所示的路徑P34流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子152、線圈111、節(jié)點(diǎn)N12、電容器142、二極管132、節(jié)點(diǎn)N11以及輸入端子151流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P34流動(dòng)的期間，線圈111與交流電源7串聯(lián)連接，從線圈111釋放能量。此時(shí)，將從交流電源7提供的電壓升壓后的電壓施加到電容器142，利用升壓電壓對(duì)電容器142充電。

在輸入負(fù)電壓時(shí)，雙向開(kāi)關(guān)120的開(kāi)關(guān)是通過(guò)控制MOSFET122的狀態(tài)進(jìn)行的。在將MOSFET122控制為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，無(wú)論MOSFET121是何種狀態(tài)，雙向開(kāi)關(guān)120均成為截止?fàn)顟B(tài)。在將MOSFET122控制為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，即使MOSFET121為截止?fàn)顟B(tài)，電流也會(huì)經(jīng)由MOSFET121內(nèi)的寄生二極管123流動(dòng)，因此，雙向開(kāi)關(guān)120成為導(dǎo)通狀態(tài)。不過(guò)，為了降低寄生二極管123中的由于電壓下降導(dǎo)致的損耗，在將MOSFET122控制為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，優(yōu)選將MOSFET121也控制為導(dǎo)通狀態(tài)。特別是，在輸入負(fù)電壓時(shí)，優(yōu)選一邊將MOSFET121保持為導(dǎo)通狀態(tài)，一邊使MOSFET122啟動(dòng)。由此，能夠降低寄生二極管123中的由于電壓下降導(dǎo)致的損耗。

在功率因數(shù)改善電路101中設(shè)置有測(cè)定電路和控制電路(均未圖示)。測(cè)定電路隨時(shí)測(cè)定從交流電源7提供到功率因數(shù)改善電路101的電壓和電流。控制電路基于電壓和電流的測(cè)定結(jié)果，控制MOSFET121、122的占空比而使得電流與電壓成正比。

電容器141在輸入正電壓時(shí)被充電，電容器142在輸入負(fù)電壓時(shí)被充電。由于電容器141、142串聯(lián)連接到輸出端子153、154之間，因此，輸出端子153、154間的電壓等于電容器141的兩端電壓V1與電容器142的兩端電壓V2之和。電壓V1等于電壓V2，因此，功率因數(shù)改善電路101的輸出電壓(輸出端子153、154間的電壓)為電壓V1的2倍。功率因數(shù)改善電路101將由包含線圈111和雙向開(kāi)關(guān)120的升壓電路生成的電壓的2倍的電壓施加到負(fù)載8。

以下，說(shuō)明本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路101的效果。 功率因數(shù)改善電路101，通過(guò)將由包含線圈111和雙向開(kāi)關(guān)120的升壓電路生成的電壓交替施加到2個(gè)電容器141、142，能夠?qū)⒂缮龎弘娐飞傻碾妷旱?倍的電壓輸出。因此能夠使用耐壓小的小型的元件構(gòu)成功率因數(shù)改善電路101。因此能夠?qū)⒐β室驍?shù)改善電路101小型化、低成本化。另外，由于升壓電路中的升壓比小，因此能夠降低隨著升壓電壓變高而變大的開(kāi)關(guān)損耗，能夠提高功率因數(shù)改善電路101的效率。

另外，在圖18所示的功率因數(shù)改善電路9中需要4個(gè)二極管，而功率因數(shù)改善電路101所包含的二極管的個(gè)數(shù)為2個(gè)。這樣，功率因數(shù)改善電路101還具有整流元件的個(gè)數(shù)少的效果。如上所述，在功率因數(shù)改善電路9中，二極管D4防止在輸入正電壓時(shí)不必要的電流持續(xù)流動(dòng)，二極管D3防止在輸入負(fù)電壓時(shí)不必要的電流持續(xù)流動(dòng)。因此，對(duì)功率因數(shù)改善電路9來(lái)說(shuō)，二極管D3、D4是必不可少的要素。這是因?yàn)?，在功率因?shù)改善電路9中，F(xiàn)ET:T1、T2是正向串聯(lián)連接的，電力從交流電源7提供到FET:T1、T2的兩端。

而另一方面，在功率因數(shù)改善電路101中，MOSFET121、122是反向串聯(lián)連接的，電力從交流電源7提供到MOSFET121、122的兩端。在輸入正電壓時(shí)，MOSFET121啟動(dòng)，利用升壓電壓對(duì)電容器141充電。在輸入負(fù)電壓時(shí)，MOSFET122啟動(dòng)，利用升壓電壓對(duì)電容器142充電。因此，在功率因數(shù)改善電路101中，不需要與功率因數(shù)改善電路9的二極管D3、D4相當(dāng)?shù)脑Ｒ虼?，功率因?shù)改善電路101，與功率因數(shù)改善電路9相比，能夠減少整流元件的數(shù)量，提高效率。

另外，在功率因數(shù)改善電路9中，在對(duì)電容器C1充電時(shí)，電流通過(guò)二極管D1、D3。而另一方面，在功率因數(shù)改善電路101中，在對(duì)電容器141充電時(shí)，電流僅通過(guò)二極管131(圖12A)。因此，功率因數(shù)改善電路101，與功率因數(shù)改善電路9相比，能夠降低整流元件中的損耗。

如上所示，本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路101具備：第1輸入端子151和第2輸入端子152；第1輸出端子153和第2輸出端 子154；線圈111；雙向開(kāi)關(guān)120，其包含反向串聯(lián)連接的第1晶體管和第2晶體管(MOSFET121、122)，一端連接到第1節(jié)點(diǎn)N11，另一端連接到第2節(jié)點(diǎn)N12；第1電容器141，其一端連接到第1輸出端子153，另一端連接到第2節(jié)點(diǎn)N12；第2電容器142，其一端連接到第2節(jié)點(diǎn)N12，另一端連接到第2輸出端子154；第1整流元件(二極管131)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)N11與第1電容器141的一端之間而使得電流從第1節(jié)點(diǎn)N11側(cè)流過(guò)來(lái)；以及第2整流元件(二極管132)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)N11與第2電容器142的另一端之間而使得電流流向第1節(jié)點(diǎn)側(cè)。功率因數(shù)改善電路101在第1輸入端子151和第2輸入端子152之間具有經(jīng)由線圈111和雙向開(kāi)關(guān)120的電流路徑。線圈111連接到第2節(jié)點(diǎn)N12與輸入端子152之間。

因此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路101，通過(guò)將由包含設(shè)置在第2輸入端子152側(cè)的線圈111和雙向開(kāi)關(guān)120的升壓電路生成的電壓交替施加到2個(gè)電容器141、142，能夠?qū)⒂缮龎弘娐飞傻碾妷旱?倍的電壓輸出。因此能夠使用耐壓小的小型的元件構(gòu)成功率因數(shù)改善電路101，將電路小型化、低成本化。另外，升壓電路中的升壓比小，因此能夠降低開(kāi)關(guān)損耗，提高功率因數(shù)改善電路101的效率。另外，整流元件的個(gè)數(shù)可以為2個(gè)。因此能夠提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路101。

另外，第1晶體管是具有源極端子和連接到第1節(jié)點(diǎn)N11的漏極端子的MOSFET121，第2晶體管是具有連接到第1晶體管的源極端子的源極端子和連接到第2節(jié)點(diǎn)N12的漏極端子的MOSFET122。因此能夠?qū)?個(gè)MOSFET121、122的源極端子彼此連接，構(gòu)成包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)晶體管的雙向開(kāi)關(guān)120，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路101。

另外，在第1輸入端子151的電位高于第2輸入端子152的電位時(shí)，第1晶體管啟動(dòng)，在第1輸入端子151的電位低于第2輸入端子152的電位時(shí)，第2晶體管啟動(dòng)。這樣，通過(guò)使第1晶體管和第2晶體管根據(jù)輸入電壓的極性啟動(dòng)，能夠?qū)⒂砂€圈111和雙向開(kāi)關(guān)120的升壓電路生成的電壓交替施加到2個(gè)電容器141、142，將由升壓電 路生成的電壓的2倍的電壓輸出。

另外，在第1輸入端子151的電位高于第2輸入端子152的電位時(shí)，將第2晶體管控制為導(dǎo)通狀態(tài)，在第1輸入端子151的電位低于第2輸入端子152的電位時(shí)，將第1晶體管控制為導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，通過(guò)將第1晶體管和第2晶體管中的未啟動(dòng)的晶體管控制為導(dǎo)通狀態(tài)，能夠降低由內(nèi)置于該晶體管的寄生二極管中的電壓下降導(dǎo)致的損耗。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路101，能夠構(gòu)成以下的變形例。例如，雙向開(kāi)關(guān)也可以包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)P溝道型的晶體管。另外，雙向開(kāi)關(guān)也可以包含將發(fā)射極端子彼此連接的2個(gè)IGBT或者將發(fā)射極端子彼此連接的2個(gè)雙極晶體管。在該雙向開(kāi)關(guān)中，對(duì)每個(gè)IGBT或者雙極晶體管外置FRD等。FRD的陽(yáng)極端子連接到IGBT或者雙極晶體管的發(fā)射極端子，F(xiàn)RD的陰極端子連接到IGBT或者雙極晶體管的集電極端子。

這樣，第1晶體管也可以是具有發(fā)射極端子和連接到第1節(jié)點(diǎn)N11的集電極端子的IGBT或者雙極晶體管，第2晶體管也可以是具有連接到第1晶體管的發(fā)射極端子的發(fā)射極端子和連接到第2節(jié)點(diǎn)N12的集電極端子的IGBT或者雙極晶體管。在該情況下，也能夠?qū)?個(gè)IGBT(或者雙極晶體管)的發(fā)射極端子彼此連接，構(gòu)成包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)晶體管的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。

另外，雙向開(kāi)關(guān)也可以包含與第1晶體管及第2晶體管反向并聯(lián)連接的整流元件(FRD)。由此，在第1晶體管和第2晶體管未內(nèi)置寄生二極管的情況下，也能夠通過(guò)將整流元件與第1晶體管及第2晶體管反向并聯(lián)連接而構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。

另外，雙向開(kāi)關(guān)也可以包含將源極端子彼此連接的2個(gè)GaN-HEMT。在GaN-HEMT為常截止型的情況下，對(duì)每個(gè)GaN-HEMT外置FRD等。在GaN-HEMT為常導(dǎo)通型的情況下，優(yōu)選對(duì)每個(gè)GaN-HEMT以共源共柵的方式連接硅MOSFET。這樣，能夠 將2個(gè)HEMT的源極端子彼此連接，構(gòu)成包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)晶體管的雙向開(kāi)關(guān)，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路。

(第8實(shí)施方式)

圖13是本發(fā)明的第8實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖13所示的功率因數(shù)改善電路102具備：線圈112；N溝道型的MOSFET121、122；二極管131、132；電容器141、142；輸入端子151、152；以及輸出端子153、154。

功率因數(shù)改善電路102是在第7實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路101中變更了線圈的連接位置。在功率因數(shù)改善電路102中，輸入端子151連接到線圈112的一端(在附圖中為左端)。線圈112的另一端連接到雙向開(kāi)關(guān)120的一端(節(jié)點(diǎn)N11)。二極管131的陽(yáng)極端子和二極管132的陰極端子也均連接到節(jié)點(diǎn)N11。雙向開(kāi)關(guān)120的另一端(節(jié)點(diǎn)N12)連接到電容器141的另一端(在附圖中為下端)、電容器142的一端(在附圖中為上端)以及輸入端子152。在雙向開(kāi)關(guān)120為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，在輸入端子151、152之間形成經(jīng)由線圈112、節(jié)點(diǎn)N11、雙向開(kāi)關(guān)120以及節(jié)點(diǎn)N12的電流路徑。這樣，功率因數(shù)改善電路102在輸入端子151、152之間具有經(jīng)由線圈112和雙向開(kāi)關(guān)120的電流路徑。線圈112連接到輸入端子151與節(jié)點(diǎn)N11之間。

功率因數(shù)改善電路102與第7實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路101同樣地動(dòng)作。在輸入正電壓時(shí)，MOSFET121啟動(dòng)，利用從交流電源7提供的電壓升壓后的電壓對(duì)電容器141充電。在輸入負(fù)電壓時(shí)，MOSFET122啟動(dòng)，利用從交流電源7提供的電壓升壓后的電壓對(duì)電容器142充電。功率因數(shù)改善電路102將由包含線圈112和雙向開(kāi)關(guān)120的升壓電路生成的電壓的2倍的電壓施加到負(fù)載8。

因此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路102，與功率因數(shù)改善電路101同樣，能夠?qū)㈦娐沸⌒突?、低成本化，提高效率，減少整流元件的個(gè)數(shù)，降低整流元件中的損耗。

另外，功率因數(shù)改善電路102具有以下的效果。在功率因數(shù)改善電路101中，電容器141、142的連接點(diǎn)(以下，稱為中點(diǎn))經(jīng)由 線圈111連接到交流電源7的第2端子。因此，由于線圈111的兩端的電壓的變動(dòng)，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生共模噪聲。而另一方面，在功率因數(shù)改善電路102中，中點(diǎn)不經(jīng)由線圈地連接到交流電源7的第2端子。因此，中點(diǎn)的電位與交流電源7的第2端子的電位始終相等，輸出端子153與中點(diǎn)之間的電位差的有效值等于輸出端子154與中點(diǎn)之間的電位差的有效值。因此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路102，與功率因數(shù)改善電路101相比，能夠減小共模噪聲。

如上所示，在本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路102中，線圈112連接到第1輸入端子151與第1節(jié)點(diǎn)N11之間。因此能夠使用設(shè)置在第1輸入端子151側(cè)的線圈112和雙向開(kāi)關(guān)120構(gòu)成升壓電路，將由升壓電路生成的電壓施加到2個(gè)電容器141、142。另外，2個(gè)電容器141、142的連接點(diǎn)不經(jīng)由線圈地連接到第2輸入端子152，因此能夠減小共模噪聲。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路102，能夠構(gòu)成以下的變形例。例如，變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備2個(gè)線圈。在該功率因數(shù)改善電路中，一個(gè)線圈連接到輸入端子151與雙向開(kāi)關(guān)120的一端(節(jié)點(diǎn)N11)之間，另一個(gè)線圈連接到雙向開(kāi)關(guān)120的另一端(節(jié)點(diǎn)N12)與輸入端子152之間。

在該功率因數(shù)改善電路中，在第1輸入端子151與第1節(jié)點(diǎn)N11之間以及第2節(jié)點(diǎn)N12與第2輸入端子152之間均連接有線圈。因此能夠使用設(shè)置在第1輸入端子151側(cè)和第2輸入端子152側(cè)的2個(gè)線圈和雙向開(kāi)關(guān)120構(gòu)成升壓電路，將由升壓電路生成的電壓施加到2個(gè)電容器141、142。另外，通過(guò)使用2個(gè)線圈，能夠減小各線圈的電感。這樣，在功率因數(shù)改善電路中，線圈只要連接到第1輸入端子151與第1節(jié)點(diǎn)N11之間以及第2節(jié)點(diǎn)N12與第2輸入端子152之間中的至少一方即可。

另外，雙向開(kāi)關(guān)也可以包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)P溝道型的晶體管。另外，雙向開(kāi)關(guān)還可以包含將發(fā)射極端子彼此連接的2個(gè)IGBT，將發(fā)射極端子彼此連接的2個(gè)雙極晶體管或者將源極端子彼此連接的2個(gè)GaN-HEMT。

(第9實(shí)施方式)

圖14是本發(fā)明的第9實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖14所示的功率因數(shù)改善電路103具備：線圈112；N溝道型的MOSFET126、127；二極管131、132；電容器141、142；輸入端子151、152；以及輸出端子153、154。MOSFET126、127分別內(nèi)置有寄生二極管128、129。

功率因數(shù)改善電路103是在第8實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路102中變更了雙向開(kāi)關(guān)的構(gòu)成。在功率因數(shù)改善電路103中，MOSFET126的源極端子連接到節(jié)點(diǎn)N12。MOSFET126的漏極端子連接到MOSFET127的漏極端子。MOSFET127的源極端子連接到節(jié)點(diǎn)N11。由此，構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)125，其包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)MOSFET126、127，一端連接到節(jié)點(diǎn)N11，另一端連接到節(jié)點(diǎn)N12。寄生二極管128的陽(yáng)極端子和陰極端子分別連接到MOSFET126的源極端子和漏極端子。寄生二極管129也同樣如此。

功率因數(shù)改善電路103與第7和第8實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路101、102同樣地動(dòng)作。在輸入正電壓時(shí)，MOSFET126啟動(dòng)，利用從交流電源7提供的電壓升壓后的電壓對(duì)電容器141充電。在輸入負(fù)電壓時(shí)，MOSFET127啟動(dòng)，利用從交流電源7提供的電壓升壓后的電壓對(duì)電容器142充電。功率因數(shù)改善電路103將由包含線圈112和雙向開(kāi)關(guān)125的升壓電路生成的電壓的2倍的電壓施加到負(fù)載8。

在功率因數(shù)改善電路103中，當(dāng)輸入正電壓而將MOSFET126控制為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，優(yōu)選將MOSFET127也控制為導(dǎo)通狀態(tài)。特別是，在輸入正電壓時(shí)，優(yōu)選一邊將MOSFET127保持為導(dǎo)通狀態(tài)，一邊使MOSFET126啟動(dòng)。由此，能夠降低寄生二極管129中的由于電壓下降導(dǎo)致的損耗。另外，當(dāng)輸入負(fù)電壓而將MOSFET127控制為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，優(yōu)選將MOSFET126也控制為導(dǎo)通狀態(tài)。特別是，在輸入負(fù)電壓時(shí)，優(yōu)選一邊將MOSFET126保持為導(dǎo)通狀態(tài)，一邊使MOSFET127啟動(dòng)。由此，能夠降低寄生二極管128中的由于電壓下降導(dǎo)致的損耗。

因此，本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路103，與功率因數(shù)改善電路101、102同樣，能夠?qū)㈦娐沸⌒突?、低成本化，提高效率，減少整流元件的個(gè)數(shù)，降低整流元件中的損耗。

另外，功率因數(shù)改善電路103具有以下的效果。一般來(lái)說(shuō)，在內(nèi)置有MOSFET的半導(dǎo)體芯片中，MOSFET的漏極端子連接到封裝體的散熱板裝配部的金屬部分。在功率因數(shù)改善電路103中，MOSFET126的漏極端子的電位等于MOSFET127的漏極端子的電位，因此能夠?qū)OSFET126、127連接到1個(gè)散熱器。

在功率因數(shù)改善電路103中，為了減小電流路徑的寄生電感，優(yōu)選MOSFET126、127間的距離小。在MOSFET126、127分別單獨(dú)裝配有散熱器的情況下，由于散熱器的電位不同，因此需要在散熱器間設(shè)置一定程度的爬電距離或者空間距離。通過(guò)使MOSFET126、127共用1個(gè)散熱器，能夠減小MOSFET126、127間的距離，減小電流路徑的寄生電感，減小功率因數(shù)改善電路103的噪聲。

一般來(lái)說(shuō)，在發(fā)熱量不同的2個(gè)元件共用1個(gè)散熱器的情況下，熱會(huì)從發(fā)熱量多的元件傳到發(fā)熱量少的元件，因此，共用散熱器未必是可取的。在功率因數(shù)改善電路103中，在輸入正電壓時(shí)MOSFET126啟動(dòng)，在輸入負(fù)電壓時(shí)MOSFET127啟動(dòng)，因此，MOSFET126中的發(fā)熱量與MOSFET127中的發(fā)熱量大致相等。因此，在功率因數(shù)改善電路103中，在MOSFET126、127共用1個(gè)散熱器的情況下不會(huì)發(fā)生問(wèn)題，而能夠只得到效果。

另外，在功率因數(shù)改善電路中，雙向開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)是以MOSFET的源極端子的電位為基準(zhǔn)生成的。在功率因數(shù)改善電路101、102中，MOSFET121、122的控制電路(未圖示)連接到MOSFET121、122的連接點(diǎn)。因此，在MOSFET121、122均為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，由于各種電涌、噪聲，MOSFET121、122的連接點(diǎn)的電位有時(shí)會(huì)低于雙向開(kāi)關(guān)120的兩端的電位。此時(shí)，MOSFET121、122的提供用于開(kāi)關(guān)的基準(zhǔn)電位的源極端子成為浮置狀態(tài)。

在功率因數(shù)改善電路103中，MOSFET126的控制電路(未圖示)連接到雙向開(kāi)關(guān)120的另一端(節(jié)點(diǎn)N12)，MOSFET127的控制電路 (未圖示)連接到雙向開(kāi)關(guān)120的一端(節(jié)點(diǎn)N11)。因此，MOSFET126、127的控制電路直接連接到交流電源7。因此，功率因數(shù)改善電路103，能夠防止控制電路受到噪聲、電涌的影響，防止控制電路受到噪聲、電涌的影響而產(chǎn)生輻射噪聲。另外，能夠使MOSFET126、127的提供用于開(kāi)關(guān)的基準(zhǔn)電位的源極端子的電位穩(wěn)定化，削減噪聲，使電路穩(wěn)定地動(dòng)作。

如上所示，在本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路103中，第1晶體管是具有漏極端子和連接到第2節(jié)點(diǎn)N12的源極端子的MOSFET126，第2晶體管是具有連接到第1晶體管的漏極端子的漏極端子和連接到第1節(jié)點(diǎn)N11的源極端子的MOSFET127。

因此，能夠?qū)?個(gè)MOSFET126、127的漏極端子連接，構(gòu)成包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)晶體管的雙向開(kāi)關(guān)125，使用該雙向開(kāi)關(guān)，提供高效率且部件數(shù)量少的功率因數(shù)改善電路103。另外，能夠?qū)?個(gè)晶體管連接到1個(gè)散熱器，因此，能夠減小2個(gè)晶體管間的距離，減小電流路徑的寄生電感，減小功率因數(shù)改善電路103的噪聲。另外，通過(guò)將2個(gè)晶體管的源極端子連接到第1輸入端子151和第2輸入端子152，能夠防止雙向開(kāi)關(guān)125的控制電路受到噪聲等的影響，并且使2個(gè)晶體管的源極端子的電位穩(wěn)定化，使功率因數(shù)改善電路103穩(wěn)定地動(dòng)作。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路103，能夠構(gòu)成以下的變形例。例如，在變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路中，也可以在第1輸入端子151與第1節(jié)點(diǎn)N11之間以及第2節(jié)點(diǎn)N12與第2輸入端子152之間均連接有線圈。另外，雙向開(kāi)關(guān)也可以包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)P溝道型的晶體管。另外，雙向開(kāi)關(guān)還可以包含將集電極端子彼此連接的2個(gè)IGBT、將集電極端子彼此連接的2個(gè)雙極晶體管或者將漏極端子彼此連接的2個(gè)GaN-HEMT。

圖15是第9實(shí)施方式的一變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路的雙向開(kāi)關(guān)的電路圖。圖15所示的雙向開(kāi)關(guān)165包含IGBT166、167和FRD168、169。IGBT166的發(fā)射極端子連接到節(jié)點(diǎn)N12。IGBT166的集電極端子連接到IGBT167的集電極端子。IGBT167的發(fā)射極端 子連接到節(jié)點(diǎn)N11。FRD168、169分別外置于IGBT166、167。FRD168的陽(yáng)極端子和陰極端子分別連接到IGBT166的發(fā)射極端子和集電極端子。FRD169也同樣如此。

通過(guò)具備雙向開(kāi)關(guān)165的功率因數(shù)改善電路，也能得到與功率因數(shù)改善電路103同樣的效果。如果在功率因數(shù)改善電路103的效果的說(shuō)明中，將MOSFET126換成IGBT166，將MOSFET127換成IGBT167，將源極端子換成發(fā)射極端子，將漏極端子換成集電極端子，則對(duì)于具備雙向開(kāi)關(guān)165的功率因數(shù)改善電路也能夠應(yīng)用同樣的說(shuō)明。

這樣，第1晶體管也可以是具有集電極端子和連接到第2節(jié)點(diǎn)N12的發(fā)射極端子的IGBT或者雙極晶體管，第2晶體管也可以是具有連接到第1晶體管的集電極端子的集電極端子和連接到第1節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子的IGBT或者雙極晶體管。另外，第1晶體管還可以是具有漏極端子和連接到第2節(jié)點(diǎn)N12的源極端子的HEMT，第2晶體管還可以是具有連接到第1晶體管的集電極端子的集電極端子和連接到第1節(jié)點(diǎn)的發(fā)射極端子的HEMT。在這些情況下，均能得到與第1晶體管和第2晶體管為MOSFET的情況同樣的效果。

(第10實(shí)施方式)

圖16是本發(fā)明的第10實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路的電路圖。圖16所示的功率因數(shù)改善電路104具備：線圈112；MOSFET126、127、171～174；二極管131、132；電容器141、142；輸入端子151、152；以及輸出端子153、154。MOSFET126、127、171～174分別內(nèi)置有寄生二極管128、129、175～178。功率因數(shù)改善電路104是向第9實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路103追加了MOSFET171～174。以下，說(shuō)明與功率因數(shù)改善電路103的不同點(diǎn)。

在功率因數(shù)改善電路104中，電容器141的另一端(在附圖中為下端)和電容器142的一端(在附圖中為上端)連接到節(jié)點(diǎn)N13。MOSFET171的漏極端子連接到雙向開(kāi)關(guān)125的另一端(節(jié)點(diǎn)N12)。MOSFET171的源極端子連接到MOSFET172的源極端子。MOSFET172的漏極端子連接到節(jié)點(diǎn)N13。由此，構(gòu)成雙向開(kāi)關(guān)170， 其包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)MOSFET171、172，一端連接到節(jié)點(diǎn)N12，另一端連接到節(jié)點(diǎn)N13。寄生二極管175的陽(yáng)極端子和陰極端子分別連接到MOSFET171的源極端子和漏極端子。寄生二極管176也同樣如此。

MOSFET173的源極端子和MOSFET174的漏極端子連接到雙向開(kāi)關(guān)125的另一端(節(jié)點(diǎn)N12)。MOSFET173的漏極端子連接到二極管131的陰極端子、電容器141的一端以及輸出端子153。MOSFET174的源極端子連接到二極管132的陽(yáng)極端子、電容器142的另一端以及輸出端子154。寄生二極管177的陽(yáng)極端子和陰極端子分別連接到MOSFET173的源極端子和漏極端子。寄生二極管178也同樣如此。

這樣，雙向開(kāi)關(guān)170連接到節(jié)點(diǎn)N12與節(jié)點(diǎn)N13之間。MOSFET173連接到節(jié)點(diǎn)N12與電容器141的一端之間而使得電流從節(jié)點(diǎn)N12側(cè)流過(guò)來(lái)。MOSFET174連接到節(jié)點(diǎn)N12與電容器142的另一端之間而使得電流流向節(jié)點(diǎn)N12側(cè)。MOSFET173、174作為整流元件發(fā)揮功能。

功率因數(shù)改善電路104是能在世界各國(guó)使用的適應(yīng)各國(guó)的商用電源的功率因數(shù)改善電路。各國(guó)的商用電源的電壓大致在100V～240V的范圍內(nèi)。因此，現(xiàn)有的升壓型功率因數(shù)改善電路為在輸入電壓稍微超過(guò)240V(峰值電壓為約340V)時(shí)也穩(wěn)定地動(dòng)作，無(wú)論輸入電壓是何種電平，均將輸入電壓升壓到規(guī)定電平(例如，約400V)。因此，在輸入電壓低時(shí)，升壓比會(huì)變大，升壓電路中的損耗變大。這樣，現(xiàn)有的升壓型功率因數(shù)改善電路存在當(dāng)輸入電壓低時(shí)效率低的問(wèn)題。

為了解決該問(wèn)題，功率因數(shù)改善電路104具有切換動(dòng)作模式的功能。功率因數(shù)改善電路104將例如140V作為閾值，將各國(guó)的商用電源的電壓分類為100V～130V的組和200V～240V的組。功率因數(shù)改善電路104將輸入電壓(從交流電源7提供的電壓)與閾值進(jìn)行比較，基于比較結(jié)果控制雙向開(kāi)關(guān)170的狀態(tài)。在輸入電壓低于閾值時(shí)，將雙向開(kāi)關(guān)170控制為導(dǎo)通狀態(tài)，功率因數(shù)改善電路104以進(jìn)行 倍壓升壓的第1動(dòng)作模式動(dòng)作。在輸入電壓高于閾值時(shí)，將雙向開(kāi)關(guān)170控制為截止?fàn)顟B(tài)，功率因數(shù)改善電路104以不進(jìn)行倍壓升壓的第2動(dòng)作模式動(dòng)作。

在第1動(dòng)作模式中，雙向開(kāi)關(guān)170始終被控制為導(dǎo)通狀態(tài)，MOSFET173、174被控制為截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)，功率因數(shù)改善電路104成為與第9實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路103實(shí)質(zhì)相同的電路，與功率因數(shù)改善電路103同樣地動(dòng)作。在第1動(dòng)作模式中，功率因數(shù)改善電路104將由包含線圈112和雙向開(kāi)關(guān)125的升壓電路生成的電壓的2倍的電壓施加到負(fù)載8。此時(shí)，升壓比為一般的升壓電路的一半，因此，即使輸入電壓低，也能夠提高效率。

在第2動(dòng)作模式中，雙向開(kāi)關(guān)170始終被控制為截止?fàn)顟B(tài)。另外，優(yōu)選在輸入正電壓時(shí)將MOSFET174控制為導(dǎo)通狀態(tài)，在輸入負(fù)電壓時(shí)將MOSFET173控制為導(dǎo)通狀態(tài)。

圖17A是示出第2動(dòng)作模式且輸入正電壓時(shí)的電流路徑的圖。在第2動(dòng)作模式中，在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)125為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電流沿圖17A中單點(diǎn)劃線所示的路徑P35流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子151、線圈112、節(jié)點(diǎn)N11、MOSFET127、MOSFET126、節(jié)點(diǎn)N12以及輸入端子152流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P35流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈112的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈112。

在第2動(dòng)作模式中，在輸入正電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)125為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖17A中虛線所示的路徑P36流動(dòng)。電流從交流電源7的第1端子經(jīng)由輸入端子151、線圈112、節(jié)點(diǎn)N11、二極管131、電容器141、電容器142、MOSFET174、節(jié)點(diǎn)N12以及輸入端子152流到交流電源7的第2端子。在電流沿路徑P36流動(dòng)的期間，線圈112與交流電源7串聯(lián)連接，將存儲(chǔ)于線圈112的能量釋放。因此，從交流電源7提供的電壓升壓后的電壓施加到將電容器141、142串聯(lián)連接而成的電路，利用升壓電壓的一半的電壓分別對(duì)電容器141、142充電。

圖17B是示出第2動(dòng)作模式且輸入負(fù)電壓時(shí)的電流路徑的圖。在第2動(dòng)作模式中，在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)125為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，電 流沿圖17B中單點(diǎn)劃線所示的路徑P37流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子152、節(jié)點(diǎn)N12、MOSFET126、MOSFET127、節(jié)點(diǎn)N11、線圈112以及輸入端子151流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P37流動(dòng)的期間，將電壓從交流電源7施加到線圈112的兩端，將能量存儲(chǔ)到線圈112。

在第2動(dòng)作模式中，在輸入負(fù)電壓時(shí)且雙向開(kāi)關(guān)125為截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電流沿圖17B中虛線所示的路徑P38流動(dòng)。電流從交流電源7的第2端子經(jīng)由輸入端子152、節(jié)點(diǎn)N12、MOSFET173、電容器141、電容器142、二極管132、節(jié)點(diǎn)N11、線圈112以及輸入端子151流到交流電源7的第1端子。在電流沿路徑P38流動(dòng)的期間，線圈112與交流電源7串聯(lián)連接，將存儲(chǔ)于線圈112的能量釋放。因此，將從交流電源7提供的電壓升壓后的電壓施加到將電容器141、142串聯(lián)連接而成的電路，利用升壓電壓的一半的電壓分別對(duì)電容器141、142充電。因此，在第2動(dòng)作模式中，功率因數(shù)改善電路104將由包含線圈112和雙向開(kāi)關(guān)125的升壓電路生成的電壓原樣施加到負(fù)載8。

功率因數(shù)改善電路104的動(dòng)作模式例如是在將功率因數(shù)改善電路104連接到交流電源7時(shí)將輸入電壓與閾值進(jìn)行比較，根據(jù)此時(shí)的比較結(jié)果來(lái)選擇的。另外，為了也適應(yīng)輸入電壓大幅變動(dòng)的國(guó)家，功率因數(shù)改善電路104也可以將輸入電壓與閾值反復(fù)進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果適當(dāng)選擇動(dòng)作模式。

功率因數(shù)改善電路104在輸入電壓低于閾值時(shí)，以進(jìn)行倍壓升壓的第1動(dòng)作模式動(dòng)作。在第1動(dòng)作模式中，功率因數(shù)改善電路104抑制升壓比并以高效率動(dòng)作。在輸入電壓高于閾值時(shí)，功率因數(shù)改善電路104以不進(jìn)行倍壓升壓的第2動(dòng)作模式動(dòng)作。因此，本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路104，針對(duì)大范圍的輸入電壓均能夠輸出恒定的電壓，即使在輸入電壓低時(shí)，也能夠提高效率。

如上所示，本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路104具備：第1輸入端子151和第2輸入端子152；第1輸出端子153和第2輸出端子154；線圈112；第1雙向開(kāi)關(guān)125，其包含反向串聯(lián)連接的第1晶體管和第2晶體管(MOSFET126、127)，一端連接到第1節(jié)點(diǎn)N11， 另一端連接到第2節(jié)點(diǎn)N12；第1電容器141，其一端連接到第1輸出端子153，另一端連接到第3節(jié)點(diǎn)N13；第2電容器142，其一端連接到第3節(jié)點(diǎn)N13，另一端連接到第2輸出端子154；第2雙向開(kāi)關(guān)170，其連接到第2節(jié)點(diǎn)N12與第3節(jié)點(diǎn)N13之間；第1整流元件(二極管131)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)N11與第1電容器141的一端之間而使得電流從第1節(jié)點(diǎn)N11側(cè)流過(guò)來(lái)；第2整流元件(二極管132)，其連接到第1節(jié)點(diǎn)N11與第2電容器142的另一端之間而使得電流流向第1節(jié)點(diǎn)N11側(cè)；第3整流元件(MOSFET173)，其連接到第2節(jié)點(diǎn)N12與第1電容器141的一端之間而使得電流從第2節(jié)點(diǎn)N12側(cè)流過(guò)來(lái)；以及第4整流元件(MOSFET174)，其連接到第2節(jié)點(diǎn)N12與第2電容器142的另一端之間而使得電流流向第2節(jié)點(diǎn)N12側(cè)。功率因數(shù)改善電路104在第1輸入端子151和第2輸入端子152之間具有經(jīng)由線圈112和第1雙向開(kāi)關(guān)125的電流路徑。線圈112連接到第1輸入端子151與第1節(jié)點(diǎn)N11之間。

因此，根據(jù)本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路104，通過(guò)根據(jù)輸入電壓控制第2雙向開(kāi)關(guān)170的導(dǎo)通狀態(tài)，能夠選擇抑制升壓比并以高效率進(jìn)行倍壓升壓的第1動(dòng)作模式和不進(jìn)行倍壓升壓的第2動(dòng)作模式。因此，針對(duì)大的輸入電壓的范圍均能夠輸出恒定的電壓，即使在輸入電壓低時(shí)，也能夠提供高效率的功率因數(shù)改善電路104。

關(guān)于本實(shí)施方式所涉及的功率因數(shù)改善電路104，也能夠構(gòu)成各種變形例。例如，變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備取代線圈112的連接到雙向開(kāi)關(guān)125的另一端與輸入端子152之間的線圈，還可以是不僅具備線圈112也具備連接到雙向開(kāi)關(guān)125的另一端和輸入端子152之間的線圈。另外，變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路也可以具備包含反向串聯(lián)連接的2個(gè)IGBT、2個(gè)雙極晶體管、或者2個(gè)GaN-HEMT的雙向開(kāi)關(guān)。另外，動(dòng)作模式的選擇所使用的閾值也可以不是140V。

另外，雙向開(kāi)關(guān)170能夠使用對(duì)是否將節(jié)點(diǎn)N12、N13之間電連接進(jìn)行切換的任意的雙向開(kāi)關(guān)。例如，可以采用將2個(gè)P溝道型的晶 體管反向串聯(lián)連接而構(gòu)成的雙向開(kāi)關(guān)，也可以使用繼電器等使用了其它開(kāi)關(guān)元件的雙向開(kāi)關(guān)。另外，作為第3整流元件和第4整流元件，也可以取代MOSFET173、174而使用二極管。

(第11實(shí)施方式)

本發(fā)明的第11實(shí)施方式所涉及的電源裝置具有圖10所示的構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，功率因數(shù)改善電路71是第7～第10實(shí)施方式及其變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路中的任意一種。根據(jù)本實(shí)施方式，能夠使用第7～第10實(shí)施方式及其變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路，提供高效率且部件數(shù)量少的電源裝置6。

此外，也可以將第1～第5實(shí)施方式及其變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路的特征在不違背其性質(zhì)的前提下任意組合，來(lái)構(gòu)成具有多個(gè)實(shí)施方式或者變形例的特征的功率因數(shù)改善電路。另外，還可以將第7～第10實(shí)施方式及其變形例所涉及的功率因數(shù)改善電路的特征在不違背其性質(zhì)的前提下任意組合，來(lái)構(gòu)成具有多個(gè)實(shí)施方式或者變形例的特征的功率因數(shù)改善電路。