CN102403911B - 供电电路 - Google Patents

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Abstract

提供了一种供电电路。所述供电电路检测在功率因数补偿电路中是否产生异常电流，如果产生异常电流，则强制停止交错功率因数补偿电路控制器的操作。所述供电电路包括：整流器；功率因数补偿电路，包括多个电抗器、多个开关和多个电流检测器；功率因数补偿电路控制器，控制所述开关的切换并控制功率因数补偿操作；功率因数补偿电路保护电路，接收从多个电流检测器输出的电压，如果从多个电流检测器输出的电压中的至少一个异常，则停止功率因数补偿电路控制器的操作。因此，可防止由于异常电流导致的开关和电流检测器的故障。

Description

供电电路
技术领域
本公开的实施例涉及一种保护功能因数补偿电路免受异常电流的供电电路。
背景技术
通常，逆变器是将DC电压转换为具有特定可变频率的3相AC电压(U、V和W)的电压转换装置，并且由于能效和输出控制便利，逆变器已广泛被用于对电器产品(诸如，洗衣机、冰箱、空调或电梯)中采用的马达的控制。
将正常AC电压整流为DC电压并使DC电压平稳的电路连接到逆变器。由所述电路整流并平稳的电压被供应到逆变器。整流电路的功率因数低至大约0.5到0.6。另外，由于输入电压(正常AC电压)和输入电流(正常AC电流)之间的相位差，所述功率因数减小，因此，由于无功功率而发生功耗损失。
为了防止这样的损失，使用用于增大功率因数的有源功率因数补偿电路，其中，有源功率因数补偿电路使用一个具有相对较小尺寸的电感器以及开关元件，使用升压DC-DC转换器的原理来增大有源功率因数。然而，有源功率因数补偿电路的优点在于使用具有相对较小尺寸的电感器并且DC电压大于输入电压的峰值电压，但是缺点在于为了降低由于电感器的切换而产生的波纹电流，效率低下并且切换频率增加，从而切换损失增加。为了解决这样的缺点，已开发了通过将两个有源功率因数补偿电路并联在一起来执行功率因数补偿操作的交错功率因数补偿电路。
发明内容
因此，本公开的一方面在于提供一种供电电路，其中，所述供电电路检测在交错功率因数补偿电路中是否产生异常电流，如果产生异常电流，则强制停止交错功率因数补偿电路的操作。
本公开的另外方面将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述中部分将是清楚的，或者通过本公开的实施可以被理解。
根据本公开的一方面，提供一种供电电路，包括：整流器，对从电源输出的电压进行整流；功率因数补偿电路，包括：多个电抗器，存储并输出从整流器输出的电流，多个开关，进行切换，使得电流被存储在电抗器或被输出，多个电流检测器，根据来自电抗器的电流输出电压；功率因数补偿电路控制器，控制所述开关的切换并控制功率因数补偿操作；功率因数补偿电路保护电路，接收从所述多个电流检测器输出的电压，如果从所述多个电流检测器输出的电压中的至少一个异常，则停止功率因数补偿电路控制器的操作。
功率因数补偿电路可以是交错功率因数补偿电路，功率因数补偿电路还包括多个反向电流防止二极管，并且电抗器的数量和开关的数量与反向电流防止二极管的数量相应。
功率因数补偿电路保护电路可包括接收多个电流检测器的输出电压以及参考电压的多个比较器，所述比较器中的每个可将输出电压与参考电压进行比较，并根据将输出电压与参考电压进行比较的结果输出错误信号。
当从多个比较器中的至少一个输出错误信号时，可停止功率因数补偿电路控制器的操作。
停止功率因数补偿电路控制器的操作可将所述开关切换为断开，使得电流不流入所述开关和电流检测器。
根据本公开的另一方面，提供一种供电电路，包括：整流器，对从电源输出的电压进行整流；功率因数补偿电路，包括：多个电抗器，存储并输出从整流器输出的电流，多个开关，进行切换，使得电流被存储在电抗器或被输出，多个电流检测器，根据来自电抗器的电流输出电压；功率因数补偿电路控制器，控制所述开关的切换并控制功率因数补偿操作；功率因数补偿电路保护电路，根据从多个电流检测器输出的电压计算电流的值，根据每两个电流的值之间的差，停止功率因数补偿电路控制器的操作。
在根据每两个电流的值之间的差来停止功率因数补偿电路控制器的操作中，如果根据多个电流检测器的输出电压计算的每两个电流的值之间的差大于或等于预定值，则可停止功率因数补偿电路控制器的操作。
功率因数补偿电路可以是交错功率因数补偿电路，功率因数补偿电路还包括多个反向电流防止二极管，并且电抗器的数量和开关的数量与反向电流防止二极管的数量相应。
功率因数补偿电路保护电路可包括比较器，所述比较器可根据从多个检测器输出的电压计算电流的值，计算电流的值的平均值，并对所述平均值进行比较。
如果与从多个电流检测器中的每两个输出的电压相应的电流的值的平均值之间的差大于或等于预定值，则比较器可将操作停止信号输出到功率因数补偿电路控制器。
如果接收到操作停止信号，则功率因数补偿电路控制器可控制所述开关切换为断开，使得电流不流入所述开关和电流检测器。
电流检测器可以是输出与输入电流相应的电压的电流互感器。
附图说明
通过以下结合附图的实施例的描述，本公开的这些和/或其它方面将变得清楚，并更易于理解，其中：
图1A是包括交错功率因数补偿电路的供电电路的框图；
图1B是包括交错功率因数补偿电路的供电电路的电路图；
图2A是根据本公开的实施例的包括交错功率因数补偿电路的保护单元的供电电路的框图；
图2B是根据本公开的实施例的包括交错功率因数补偿电路的保护单元的供电电路的电路图；
图3是示出根据本公开的实施例的交错功率因数补偿电路的保护单元的操作的流程图。
具体实施方式
现在，将详细参照本公开的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的元件。
图1A是包括交错功率因数补偿电路的供电电路的框图，图1B是包括交错功率因数补偿电路的供电电路的电路图。
包括交错功率因数补偿电路的供电电路包括：普通电源10、整流器20、功率因数补偿电路30、功率因数补偿电路控制器40和DC电压产生器50。逆变器60连接到DC电压产生器50。
整流器20主要对由普通电源10输出的AC电压进行整流。整流器20是包括四个二极管的桥式整流器。
功率因数补偿电路30可包括：电抗器31a和31b，接收整流器20的输出；反向电流防止二极管32a和32b，分别连接到电抗器31a和31b的输出端；开关34a和34b，进行快速切换，使得在输出信号的电压和电流之间不产生相位差；电流检测器33a和33b，检测电流的值。
电抗器31a和31b可包括两个或更多个升压电感器。如果开关34a和34b导通，则电抗器31a和31b被充入电流，如果开关34a和34b断开，则电抗器31a和31b释放已充的电流。
反向电流防止二极管32a和32b防止电流从DC电压产生器50流向普通电源10。可与电抗器31a和31b的数量一致地提供两个或更多个反向电流防止二极管32a和32b。
开关34a和34b根据功率因数补偿电路控制器40的信号进行快速切换。开关34a和34b进行快速切换，使得在输出到逆变器60的信号的电压和电流之间不产生相位差。绝缘栅双极晶体管(IGBT)开关可被用作开关34a和34b，并且可与电抗器31a和31b的数量一致地提供两个或更多个开关。
电流检测器33a和33b可接收电流，并输出与其相应的电压。公知的电流感测器(诸如电流互感器(currenttransformer))可被用作电流检测器33a和33b。在电流互感器中，线圈绕在圆心上，当初级电流流过圆心的孔时，根据线圈的匝数比在次级侧产生电压。可通过产生的电压的电平来估计初级电流的值。
可与电抗器31a和31b的数量一致地提供两个或更多个电流检测器33a和33b。电流检测器33a和33b输出与从电抗器31a和31b输出的电流的值成正比的电压或与电抗器31a和31b输出的电流的值成反比的电压，并将电压信息发送到功率因数补偿电路控制器40。
功率因数补偿电路控制器40通过脉宽调制(PWM)来控制开关34a和34b的切换操作。功率因数补偿电路控制器40通过PWM快速切换开关34a和34b，以使电抗器31a和31b的电流的相位与输入电压的相位一致。如果开关34a和34b导通，则由整流器20整流的电压被施加到电抗器31a和31b，并且电抗器电流线性增大。这时，反向电压使得反向电流防止二极管32a和32b截止，并且在DC电压产生器50中充入的能量被供应到逆变器60。相反，如果开关34a和34b断开，则反向电流防止二极管32a和32b导通，使得通过从输出电压减去输入电压而获得的电压被施加到电抗器31a和31b，并且电抗器电流线性减小。这时，在电能从输入级被供应到输出级的同时，电压被充入DC电压产生器50中。如果重复上述操作，则在电抗器电流的相位依从输入电压的相位的同时，功率因数增大。
功率因数补偿电路控制器40可根据从电流检测器33a和33b发送的电压信息来控制IGBT开关34a和34b的切换。
大电容器可被用作DC电压产生器50。DC电压产生器50从功率因数补偿电路30接收具有增大的功率因数的信号，并使用接收的信号产生DC电压。
图1A和图1B示出交错功率因数补偿电路。现在将描述交错功率因数补偿电路的保护单元。
图2A是根据本公开的实施例的包括交错功率因数补偿电路的保护单元的供电电路的框图，图2B是根据本公开的实施例的包括交错功率因数补偿电路的保护单元的供电电路的电路图。
由相同的标号和相同的术语指示与图1A和图1B相同的组件，并将省略对这些相同组件的描述。
包括交错功率因数补偿电路的供电电路包括：普通电源10、整流器20、功率因数补偿电路30、功率因数补偿电路控制器40、功率因数补偿电路保护单元70和DC电压产生器50。逆变器60连接到DC电压产生器50。
功率因数补偿电路保护单元70可包括：第一比较器71a、第二比较器71b、第三比较器71c和或(OR)门73。
第一比较器71a和第二比较器71b接收从电流检测器33a和33b输出的电压，并将所述电压分别与参考电压Ref.V进行比较。如果从电流检测器33a和33b输出的电压异常，则第一比较器71a和第二比较器71b输出错误信号。如果从电流检测器33a和33b输出的电压大于第一参考电压或者如果从电流检测器33a和33b输出的电压小于第二参考电压，则可确定从电流检测器33a和33b输出的电压异常。所述确定可根据设计电流检测器33a和33b的方法而改变。例如，在电流检测器33a和33b中的每个输出与输入电流成正比的电压的情况下，由于如果输出电压大于第一参考电压，则会流过过电流，因此确定异常电流被输出。在电流检测器33a和33b中的每个输出与输入电流成反比的电压的情况下，由于如果输出电压小于第二参考电压，则会流过过电流，因此确定异常电流被输出。这里，由设计者将第一参考电压和第二参考电压设置为不同的电压值。
在电流检测器33a和33b中的每个输出与输入电流成正比的电压的情况下，如果从电流检测器33a和33b输出的电压超过参考电压，则第一比较器71a和第二比较器71b可输出错误信号。错误信号可以是高信号或者低信号。在图2A和图2B的实施例中，假设错误信号是高信号。
或门73接收第一比较器71a和第二比较器71b的输出信号。如果从第一比较器71a和第二比较器71b输出的数字信号中的至少一个为“1”，则或门73输出数字信号“1”。这里，数字信号“1”表示电压的电平在2到6V的范围内，数字信号“0”表示电压的电平在0到2V的范围内。可根据设计来改变标准。如果输出数字信号“1”，则输出高信号，如果输出数字信号“0”，则输出低信号。
如果从或门73输出的数字信号为“1”，则功率因数补偿电路控制器40的操作被停止。当或门73的两个输入中的至少一个为“1”时，或门73输出数字信号“1”。从第一比较器71a和第二比较器71b输出的信号被输入到或门73。在图2A和图2B的实施例中，如果第一比较器71a和第二比较器71b输出数字信号“1”，则指示从电流检测器33a和33b输出的电压大于参考电压。当从电抗器31a和31b输出过电流或者从电流检测器33a和33b输出过电流时，从电流检测器33a和33b输出的电压大于参考电压。
如果普通电源10异常或者如果电抗器31a和31b异常，则从电抗器31a和31b输出过电流。如果普通电源10异常，如果电抗器31a和31b异常，或者如果电流检测器33a和33b异常，则从电流检测器33a和33b输出过电流。
第三比较器71c可根据从多个电流检测器33a和33b输出的电压计算电流的值，并根据电流的值之间的差来停止功率因数补偿电路控制器40的操作。例如，如果根据多个电流检测器33a和33b的输出电压计算的电流的值之间的差大于或等于预定值，则停止功率因数补偿电路控制器40的操作。
根据本公开的另一实施例，第三比较器71c接收从电流检测器33a和33b输出的电压，转换电压信息并计算电流的平均值。可计算与电流检测器33a和33b的输出电压相应的电流的值，并可对预定时间内的瞬时电流的值求平均以获得平均值。
第三比较器71c将与从多个电流检测器33a和33b中的任意一个电流检测器输出的电压相应的电流的平均值和与从电流检测器33a和33b中的其他电流检测器输出的电压相应的电流的平均值进行比较，如果所述平均值之间的差大于或等于预定值，则将操作停止信号发送到功率因数补偿电路控制器40。
虽然在上述的实施例中，或门73被用在功率因数补偿电路保护单元70中，但是也可使用其它逻辑门或其它电路配置。如果使用与(AND)门，则比较器71a和71b可被设计为如果输入电压大于参考电压则将低信号输出作为错误信号，并且可以以这样的方式来设计功率因数补偿电路控制器40：如果从与门输出的信号为低信号则停止功率因数补偿电路控制器40的操作。
在本公开的另一实施例中，电流检测器33a和33b可被设计为输出与输入电流成反比的电压，并且如果输入电压小于参考电压，则比较器71a和71b中的每个可将作为错误信号的高信号输出到或门73。
如上所述，各种逻辑门或电路配置可被用于代替或门73，电流检测器33a和33b可输出与输入电流成正比的电压或与输入电流成反比的电压，比较器71a和71b中的每个将输入电压与参考电压进行比较，并根据电压之间的差来输出低信号或高信号。
将描述根据本公开的实施例的通过交错功率因数补偿电路保护单元70来保护功率因数补偿电路的两种情况。
存在以下两种情况：从电流检测器33a和33b中的至少一个输出的电压大于参考电压；使用从多个电流检测器33a和33b输出的电压计算的多个电流的平均值之间的差大于或等于预定值。在前一种情况下，使用第一比较器71a、第二比较器71b和或门73将预定信号发送到功率因数补偿电路控制器40，从而以硬件的方式停止功率因数补偿电路控制器40的操作。相反，在后一种情况下，第三比较器71c计算所述差，并将操作停止信号发送到功率因数补偿电路控制器40，从而以软件的方式停止功率因数补偿电路控制器40的操作。停止功率因数补偿电路控制器40的操作的步骤可包括功率因数补偿电路控制器40控制将所述开关切换为断开，使得电流不流入所述开关和电流检测器。第三比较器71c可以是微计算机。以下，将描述使用第三比较器71c的后一种情况。
图3是示出根据本公开的实施例的交错功率因数补偿电路的保护单元的操作的流程图。
包括在功率因数补偿电路保护单元70中的第三比较器71c接收从多个电流检测器33a和33b输出的电压信息。电流检测器33a和33b输出与输入电流相应的电压，其中，所述电压取决于电流检测器33a和33b的负载电阻和线圈匝数。第三比较器71c预先存储电流检测器33a和33b的设计规则，并根据设计规则计算与从电流检测器33a和33b输出的电压相应的电流值(操作100和操作110)。
接下来，第三比较器71c计算实时计算的电流的值的平均值，并对多个平均值进行比较(操作120和操作130)。接下来，如果多个平均值之间的差大于或等于预定值，则第三比较器71c确定产生了异常电流，并将操作停止信号发送到功率因数补偿电路控制器40，当接收到操作停止信号时，停止功率因数补偿电路控制器40(操作140和操作150)。
根据本公开的实施例，可防止由于异常电流而导致的执行元件的故障。
虽然已显示并描述了本公开的一些实施例，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可在这些实施例中进行改变，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种供电电路，包括：
整流器，对从电源输出的电压进行整流；
功率因数补偿电路，包括：多个电抗器，存储并输出从整流器输出的电流；多个开关，进行切换，使得电流被存储在电抗器或被输出；多个电流检测器，根据来自电抗器的电流输出电压；
功率因数补偿电路控制器，控制所述开关的切换并控制功率因数补偿操作；
功率因数补偿电路保护电路，计算从所述多个电流检测器中的每个电流检测器输出的电压所相应的电流的平均值，根据每两个电流的平均值之间的差，停止功率因数补偿电路控制器的操作。
2.如权利要求1所述的供电电路，其中，功率因数补偿电路是交错功率因数补偿电路，功率因数补偿电路还包括多个反向电流防止二极管，并且电抗器的数量和开关的数量均与反向电流防止二极管的数量相应。
3.如权利要求1所述的供电电路，其中，功率因数补偿电路保护电路包括比较器，所述比较器计算从所述多个检测器中的每个电流检测器输出的电压所相应的电流的值，计算电流的值的平均值，并对所述平均值进行比较。
4.如权利要求3所述的供电电路，其中，如果从所述多个电流检测器之中的每两个电流检测器中的一个电流检测器输出的电压所相应的电流的值的平均值和从所述多个电流检测器之中的每两个电流检测器中的另一个电流检测器输出的电压所相应的电流的值的平均值之间的差大于或等于预定值，则比较器将操作停止信号输出到功率因数补偿电路控制器。
5.如权利要求4所述的供电电路，其中，如果接收到操作停止信号，则功率因数补偿电路控制器控制所述开关切换为断开，使得电流不流入所述开关和电流检测器。
6.如权利要求1所述的供电电路，其中，电流检测器是输出与输入电流相应的电压的电流互感器。
7.如权利要求1所述的供电电路，其中，功率因数补偿电路保护电路包括第一比较器、第二比较器、第三比较器和逻辑门。
8.如权利要求7所述的供电电路，其中，第一比较器和第二比较器被配置以在从所述多个电流检测器输出的电压异常的情况下，将错误信号输出到逻辑门，如果所述输出的电压大于第一参考电压或者如果所述输出的电压小于第二参考电压，则从所述多个电流检测器输出的电压为异常。
9.如权利要求7所述的供电电路，其中，第三比较器被配置以接收从所述多个电流检测器输出的电压，计算与电压相应的电流的值，并计算电流的平均值，计算从所述多个电流检测器之中的每两个电流检测器中的一个电流检测器输出的电压所相应的电流的值的平均值和从所述多个电流检测器之中的每两个电流检测器中的另一个电流检测器输出的电压所相应的电流的值的平均值之间的差，如果存在大于或等于预定值的平均值之间的差，则将操作停止信号发送到功率因数补偿电路控制器。
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