CN104124949A - 自举电路、逆变器和空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自举电路，包括第一二极管D1、三极管Q1、第一电阻R2、第一电容器C3和稳压二极管D3；三极管Q1的基极连接稳压二极管D3的阴极，稳压二极管D3的阳极作为自举电路的电压参考端；三极管Q1的发射极作为自举电路的输出端，三极管Q1的发射极与稳压二极管的阳极之间串联第一电容器C3；三极管Q1的集电极连接第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接至输入电源；第一电阻R2串联在三极管Q1的基极和三极管Q1的集电极之间。本发明还涉及一种逆变器和空调器。本发明的自举电路、逆变器和空调器，实现了该自举电路具有精确稳定的自举电压的目的，提高了逆变器的性能。

Description

自举电路、逆变器和空调器

技术领域

本发明涉及空调器技术领域，特别是涉及一种自举电路、逆变器和空调器。

背景技术

逆变电路的开关器件需要稳定的驱动电压，由于逆变电路的下桥臂的开关器件与低压电源共地，所以低压电源即可为其提供稳定的驱动电压，但上桥臂的开关器件没有与低压电源共地，无法直接由低压电源提供驱动电压，需要自举电路为上桥臂的开关器件提供稳定的驱动电压。

一般的自举电路的自举电压误差大且不稳定，这样可能使逆变器的上桥臂的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)等驱动开关和下桥臂的IGBT等驱动开关的性能不一致，导致逆变器的输出不平衡，从而影响逆变器的性能。

发明内容

鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种自举电路、逆变器和空调器，该自举电路具有精确稳定的自举电压，提高了逆变器的不同桥臂上开关器件性能的一致性，提高了逆变器的性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自举电路，包括第一二极管D1、三极管Q1、第一电阻R2、第一电容器C3和稳压二极管D3；

所述三极管Q1的基极连接所述稳压二极管D3的阴极，所述稳压二极管D3的阳极作为所述自举电路的电压参考端；所述三极管Q1的发射极作为所述自举电路的输出端，所述三极管Q1的发射极与所述稳压二极管的阳极之间串联所述第一电容器C3；

所述三极管Q1的集电极连接所述第一二极管D1的阴极，所述第一二极管D1的阳极连接至输入电源；所述第一电阻R2串联在所述三极管Q1的基极和所述三极管Q1的集电极之间。

在其中一个实施例中，还包括用于限流的第二电阻R1，所述第二电阻R1串联在所述第一二极管D1的阳极和所述输入电源之间。

在其中一个实施例中，还包括用于滤波的第二电容器C1和第三电容器C2，所述第二电容器C1的一端连接至所述三极管Q1的集电极，所述第二电容器C1的另一端连接至所述稳压二极管D3的阳极；

所述第三电容器C2并联在所述稳压二极管D3的两端。

在其中一个实施例中，还包括第二二极管D2，所述第二二极管D2的阳极连接所述三极管Q1的发射极，所述第二二极管D2的阴极连接所述三极管Q1的集电极。

在其中一个实施例中，所述三极管Q1为NPN型三极管。

本发明还涉及一种逆变器，包括逆变电路，还包括驱动电路和上述任一项所述的自举电路；

所述自举电路的电压参考端连接所述驱动电路的接地端和所述逆变电路，所述自举电路的输出端连接所述驱动电路的第一输入端，所述驱动电路的第二输入端用于输入PWM信号，所述驱动电路的输出端连接所述逆变电路。

在其中一个实施例中，所述逆变电路为单相半桥逆变电路、单相全桥逆变电路或三相桥式逆变电路。

在其中一个实施例中，所述逆变电路为单相全桥逆变电路，包括四个晶体管，分别为第一晶体管Z1、第二晶体管Z2、第三晶体管Z3和第四晶体管Z4；

所述第一晶体管Z1的集电极和所述第四晶体管Z4的集电极均连接至直流母线，所述第一晶体管Z1的发射极连接所述第二晶体管Z2的集电极，所述第四晶体管Z4的发射极连接所述第三晶体管Z3的集电极；所述第二晶体管Z2的发射极和所述第三晶体管Z3的发射极均接地；

所述驱动电路的数量为两个，分别为第一驱动电路和第二驱动电路；所述第一晶体管Z1的基极连接至所述第一驱动电路的输出端、所述第四晶体管Z4的基极连接至所述第二驱动电路的输出端。

在其中一个实施例中，所述自举电路的数量为两个，分别为第一自举电路和第二自举电路；所述第一自举电路与所述第一驱动电路对应连接，所述第二自举电路与所述第二驱动电路对应连接；

所述第一自举电路的电压参考端连接至所述第一晶体管Z1的发射极和所述第二晶体管Z2的集电极的相应公共端；

所述第二自举电路的电压参考端连接至所述第四晶体管Z4的发射极和所述第三晶体管Z3的集电极的相应公共端。

在其中一个实施例中，所述第一晶体管Z1、所述第二晶体管Z2、所述第三晶体管Z3和所述第四晶体管Z4均为NPN型三极管或IGBT晶体管。

本发明还涉及一种空调器，包括上述任一项所述的自举电路或者上述任一项所述的逆变器。

本发明的有益效果是：

本发明的自举电路、逆变器和空调器，通过第一二极管D1、第一电阻R2、稳压二级管D3、三极管Q1和第一电容器C3的连接，当该自举电路的电压参考端的电压为0V时，通过稳压二极管D3使得三极管Q1的基极电压钳位在稳压二极管的稳压值U_Z，三极管Q1导通后向第一电容器C3充电；当该自举电路的电压参考端的电压为直流母线电压时，通过第一二极管D1防止电流回流至输入电源，使得该自举电路的输出端的输出电压稳定在U_Z-U_be，实现了该自举电路具有精确稳定的自举电压的目的，从而提高了逆变器的不同桥臂上开关器件的性能的一致性，提高了逆变器的性能。

附图说明

图1为本发明的自举电路一实施例的示意图；

图2为本发明的逆变器一实施例的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案更加清楚，以下结合附图，对本发明的自举电路、逆变器和空调器作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明并不用于限定本发明。

参见图1和图2，如图1所示，本发明的自举电路包括第一二极管D1、第一电阻R2、三极管Q1、第一电容器C3和稳压二极管D3。其中，三极管Q1的基极连接稳压二极管D3的阴极，稳压二极管D3的阳极作为自举电路的电压参考端P1。三极管Q1的发射极作为自举电路的输出端输出自举电压U_out，三极管Q1的发射极与稳压二极管D3的阳极之间串联第一电容器C3，第一电容器C3作为自举电容器用于储存电能。三极管Q1的集电极连接第一二极管D1的阴极，第一二极管D1的阳极连接至输入电源U_in，第一二极管D1用于防止电流回流至输入电源U_in，保证输入电源U_in不被损坏。优选地，三极管Q1为NPN型三极管。

第一电阻R2串联在三极管Q1的基极和三极管Q1的集电极之间，用于为三极管Q1的基极提供偏置电流，同时使得三极管Q1的基极和三极管Q1的集电极之间形成了反馈回路。

当自举电路的电压参考端P1的电压为0V时，第一二极管D1、第一电阻R2和稳压二极管D3形成通路，使得三极管Q1的基极电压钳位在三极管Q1的稳压值U_Z。此时，当自举电路的输出端输出的自举电压U_out小于U_Z-U_be(U_be为三极管Q1的基极—发射极之间的电压)时，三极管Q1导通时，输入电源U_in通过三极管Q1的放大电流对第一电容器C3进行充电，第一电容器C3储存电能。

当自举电路的电压参考端P1的电压为直流母线DC的电压U_DC时，第一二极管D1反向截止，使得输入电源U_in与自举电路的电压参考端P1的电压和输出端的自举电压U_out隔离开，防止了输入电源U_in被烧坏。此时，第一电容器C3进行放电，通过自举电路的输出端输出的自举电压U_out向外供电。

通过第一二极管D1、第一电阻R2、稳压二级管D3、三极管Q1和第一电容器C3的连接，当该自举电路的电压参考端P1的电压为0V时，通过稳压二极管D3使得三极管Q1的基极电压钳位在稳压二极管的稳压值U_Z，三极管Q1导通后向第一电容器C3充电；当该自举电路的电压参考端P1的电压为直流母线DC的电压U_DC时，通过第一二极管D1防止电流回流至输入电源，使得该自举电路的输出端的输出电压稳定在U_Z-U_be，实现了该自举电路具有精确稳定的自举电压的目的，从而提高了逆变器的不同桥臂上开关器件的性能的一致性，提高了逆变器的性能。

作为一种可实施方式，该自举电路还包括第二电阻R1，第二电阻R1串联在第一二极管D1的阳极和输入电源U_in之间，第二电阻R1用于限流。在本实施例中，通过设置第二电阻R1可以限制第一电容器C3的充电电流，防止第一电容器C3的充电电流过大时导致第一电容器C3被击穿，降低元器件的使用寿命。

较优地，该自举电路还包括用于滤波的第二电容器C1和第三电容器C2，第二电容器C1的一端连接至三极管Q1的集电极，第二电容器C1的另一端连接至稳压二极管D3的阳极；第三电容器C2并联在所述稳压二极管D3的两端。

较优地，该自举电路还包括第二二极管D2，第二二极管D2的阳极连接三极管Q1的发射极，第二二极管D2的阴极连接三极管Q1的集电极，第二二极管D2用于防止三极管Q1被击穿，保证三极管和整个自举电路的正常工作。

本发明还涉及一种逆变器，包括逆变电路、驱动电路和上述任一实施例的自举电路；自举电路的电压参考端P1连接驱动电路的接地端和逆变电路，自举电路的输出端连接驱动电路的第一输入端，驱动电路的第二输入端用于输入PWM信号，驱动电路的输出端连接至逆变电路。这样，通过使用自举电路的输出作为逆变器的输入，可以保证逆变器的输入电压稳定，提高逆变器的性能。

作为一种可实施方式，逆变电路可以为单相半桥逆变电路、单相全桥逆变电路或三相桥式逆变电路。

较优地，在本实施例中，逆变电路为单相全桥逆变电路，包括四个晶体管，分别为第一晶体管Z1、第二晶体管Z2、第三晶体管Z3和第四晶体管Z4。优选地，第一晶体管Z1、第二晶体管Z2、第三晶体管Z3和第四晶体管Z4均为NPN型三极管或IGBT晶体管。

其中，第一晶体管Z1的集电极和第四晶体管Z4的集电极均连接至直流母线DC，第一晶体管Z1的发射极连接第二晶体管Z2的集电极，第四晶体管Z4的发射极连接第三晶体管Z3的集电极；第二晶体管Z2的发射极和所述第三晶体管Z3的发射极均接地。在本实施例中，第一晶体管Z1和第四晶体管Z4形成逆变电路的上桥臂，第二晶体管Z2和第三晶体管Z3形成逆变电路的下桥臂。且在本实施例中，逆变电路的四个晶体管形成两路输出。第一路输出连接第一晶体管Z1和第二晶体管Z2的相应公共端，第二路输出连接第三晶体管Z3和第四晶体管Z4的相应公共端。

驱动电路的数量为两个，分别为第一驱动电路和第二驱动电路；第一晶体管Z1的基极连接至第一驱动电路的输出端、第四晶体管Z4的基极连接至第二驱动电路的输出端。第一驱动电路用于为第一晶体管Z1提供稳定的驱动电压，第二驱动电路用于为第四晶体管Z4提供稳定的驱动电压。

较优地，自举电路的数量为两个，分别为第一自举电路和第二自举电路；第一自举电路与第一驱动电路对应连接，第二自举电路与第二驱动电路对应连接。即第一自举电路的输出端连接至第一驱动电路的第一输入端，第二自举电路的输出端连接至第二驱动电路的第一输入端。且第一自举电路的电压参考端P1连接至第一晶体管Z1的发射极和第二晶体管Z2的集电极的相应公共端；同理，第二自举电路的电压参考端P1同时连接至第四晶体管Z4的发射极和第三晶体管Z3的集电极的相应公共端。

在其他实施例中，该逆变电路也可以是单相半桥逆变电路，该单相半桥逆变电路包括两个晶体管，两个晶体管在逆变器中的线路连接关系与第一晶体管Z1和第二晶体管Z2的连接方式相同。此时，第一驱动电路和第一自举电路的数量为一个，用于为上桥臂的晶体管提供稳定的驱动电压。

当然，该逆变电路也可以是三相逆变电路。其中，三相逆变电路包括六个晶体管，六个晶体管连接形成三个单相半桥逆变电路，三个单相半桥逆变电路之间并联设置，并引出三路输出。此时，自举电路和驱动电路的数量均为三个，三个自举电路与三个驱动电路一一对应设置。三相逆变电路的连接方式与本实施例中的逆变电路相似，此处不再赘述。

下面说明该逆变器的工作原理：

当逆变电路下桥臂上的晶体管导通时，即第二晶体管Z2和第三晶体管Z3导通时，自举电路的电压参考端P1的电压被拉低至0V(不考虑晶体管内部的导通压降)，此时由低压直流电源U_dc(在本实施例中，自举电路的输入电源U_in为低压直流电源U_dc)、第一电阻R1、第一二极管D1、第二电阻R2和稳压二极管D3形成通路。稳压二极管D3使三极管Q1的基极电压稳定在稳压二极管D3的稳压值U_Z，自举电路的输出端输出自举电压U_out向驱动电路供电。当自举电路的输出端的自举电压U_out下降至小于U_Z-U_be(U_be为三极管Q1的基极—发射极之间的电压)时，三极管Q1导通。由于三极管Q1的发射极电压等于自举电路的输出端的自举电压U_out，因此，U_be＝U_b-U_e＝U_Z-U_out，其中，U_b为三极管Q1的基极电压，U_e为三极管Q1的发射极电压。

三极管Q1导通后，三极管Q1的基极电流I_b增大，三极管Q1的电流放大作用使三极管Q1向第一电容器C3充电的电流βI_b增大，自举电路的输出端的自举电压U_out上升。当自举电路的输出端的自举电压U_out升高后，三极管Q1的基极—发射极之间的电压U_be减小，使得三极管Q1的基极电流I_b减小，第一电容器C3的充电电流βI_b逐渐减小，最后趋于0，这样使得自举电路的输出端的电压U_out稳定在U_Z-U_be。

当逆变电路上桥臂的晶体管导通时，即第一晶体管Z1和第二晶体管Z4导通时，自举电路的电压参考端P1的电压被拉高到直流母线电压U_DC，自举电路的输出端的自举电压U_out相对于地的电压提高到U_DC+U_Z-U_be，自举电路的输出端的自举电压U_out向驱动电路提供U_Z-U_be的输入电压。此时第一二极管D1反向截止，自举电路的输出端的自举电压U_out和自举电路的电压参考端P1的高压以及低压直流电源U_dc被隔断，保证了低压直流电源U_dc的安全。

本发明还涉及一种空调器，包括上述任一实施例中的自举电路或者上述任一实施例中的逆变器。

本发明的自举电路、逆变器和空调器，通过第一二极管D1、第一电阻R2、稳压二级管D3、三极管Q1和第一电容器C3的连接，当该自举电路的电压参考端P1的电压为0V时，通过稳压二极管D3使得三极管Q1的基极电压钳位在稳压二极管的稳压值U_Z，三极管Q1导通后向第一电容器C3充电；当该自举电路的电压参考端P1的电压为直流母线电压时，通过第一二极管D1防止电流回流至输入电源，使得该自举电路的输出端的输出电压稳定在U_Z-U_be，实现了该自举电路具有精确稳定的自举电压的目的，从而提高了逆变器的不同桥臂上开关器件的性能的一致性，提高了逆变器的性能。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (11)

1.一种自举电路，其特征在于，包括第一二极管D1、三极管Q1、第一电阻R2、第一电容器C3和稳压二极管D3；

所述三极管Q1的基极连接所述稳压二极管D3的阴极，所述稳压二极管D3的阳极作为所述自举电路的电压参考端；所述三极管Q1的发射极作为所述自举电路的输出端，所述三极管Q1的发射极与所述稳压二极管的阳极之间串联所述第一电容器C3；

所述三极管Q1的集电极连接所述第一二极管D1的阴极，所述第一二极管D1的阳极连接至输入电源；所述第一电阻R2串联在所述三极管Q1的基极和所述三极管Q1的集电极之间。

2.根据权利要求1所述的自举电路，其特征在于：

还包括用于限流的第二电阻R1，所述第二电阻R1串联在所述第一二极管D1的阳极和所述输入电源之间。

3.根据权利要求1所述的自举电路，其特征在于：

还包括用于滤波的第二电容器C1和第三电容器C2，所述第二电容器C1的一端连接至所述三极管Q1的集电极，所述第二电容器C1的另一端连接至所述稳压二极管D3的阳极；

所述第三电容器C2并联在所述稳压二极管D3的两端。

4.根据权利要求1所述的自举电路，其特征在于：

还包括第二二极管D2，所述第二二极管D2的阳极连接所述三极管Q1的发射极，所述第二二极管D2的阴极连接所述三极管Q1的集电极。

5.根据权利要求1所述的自举电路，其特征在于：

所述三极管Q1为NPN型三极管。

6.一种逆变器，包括逆变电路，其特征在于，还包括驱动电路和权利要求1-5任一项所述的自举电路；

所述自举电路的电压参考端连接所述驱动电路的接地端和所述逆变电路，所述自举电路的输出端连接所述驱动电路的第一输入端，所述驱动电路的第二输入端用于输入PWM信号，所述驱动电路的输出端连接所述逆变电路。

7.根据权利要求6所述的逆变器，其特征在于：

所述逆变电路为单相半桥逆变电路、单相全桥逆变电路或三相桥式逆变电路。

8.根据权利要求7所述的逆变器，其特征在于：

所述逆变电路为单相全桥逆变电路，包括四个晶体管，分别为第一晶体管Z1、第二晶体管Z2、第三晶体管Z3和第四晶体管Z4；

所述第一晶体管Z1的集电极和所述第四晶体管Z4的集电极均连接至直流母线，所述第一晶体管Z1的发射极连接所述第二晶体管Z2的集电极，所述第四晶体管Z4的发射极连接所述第三晶体管Z3的集电极；所述第二晶体管Z2的发射极和所述第三晶体管Z3的发射极均接地；

所述驱动电路的数量为两个，分别为第一驱动电路和第二驱动电路；所述第一晶体管Z1的基极连接至所述第一驱动电路的输出端、所述第四晶体管Z4的基极连接至所述第二驱动电路的输出端。

9.根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于：

所述自举电路的数量为两个，分别为第一自举电路和第二自举电路；所述第一自举电路与所述第一驱动电路对应连接，所述第二自举电路与所述第二驱动电路对应连接；

所述第一自举电路的电压参考端连接至所述第一晶体管Z1的发射极和所述第二晶体管Z2的集电极的相应公共端；

所述第二自举电路的电压参考端连接至所述第四晶体管Z4的发射极和所述第三晶体管Z3的集电极的相应公共端。

10.根据权利要求8所述的逆变器，其特征在于：

所述第一晶体管Z1、所述第二晶体管Z2、所述第三晶体管Z3和所述第四晶体管Z4均为NPN型三极管或IGBT晶体管。

11.一种空调器，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的自举电路或者包括权利要求6-10任一项所述的逆变器。