CN104734530A - 变频器、变频空调及空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频器、变频空调及空调系统。其中，该变频器包括：整流电路用于将电源的输出电流整流为直流电流；充电电路用于为逆变电路的直流母线充电，充电电路包括：第一电容、第二电容、第一电阻以及功率管，第一电容的第一端与整流电路的输出端连接；第二电容的第一端与第一电容的第二端连接；第一电阻的第一端与第二电容的第二端连接，第一电阻的第二端接地；功率管的漏极与第二电容的第二端连接，功率管的源极接地；控制电路用于控制功率管的栅极电压；逆变电路。采用本发明，解决了现有技术中变频器使用继电器充电发热严重、占用空间大以及成本高的问题，实现了散热快、减小变频器体积以及减小成本的效果。

Description

变频器、变频空调及空调系统

技术领域

本发明涉及空调控制领域，具体而言，涉及一种变频器、变频空调及空调系统。

背景技术

现有技术一般都是采用限流电阻并联电磁继电器来给变频器（逆变电路）直流母线充电，限流电阻与继电器并联以下均称并联单元。

上述技术方案存在以下不足：

1、电磁继电器为机械装置，存在寿命问题。

2、发热严重，能量损失大：变频器有很大的电流流过，此电流在继电器触点上产生大量热损；若并联单元用在直流侧，在继电器切合电路过程中易产生电弧，使用一段时间后触点接触电阻增大，发热严重；而一般电磁电击器都放在变频器的PCB板上，继电器的发热会严重影响其他器件。其中，PCB（Printed Circuit Board）板为印制电路板，是电子元器件电气连接的提供者。

3、耐压、成本问题：一般常用继电器触点耐压都在300VAC以下（若用在直流，电压应小于额定的交流电压），在三相三线制供电的场合则就要选用高触点耐压的继电器，成本高。部分使用场合可采用固态继电器，但固态继电器价格一般是普通电磁继电器的数倍甚至是十几倍，很难普及使用。

4、体积：电磁继电器体积大，在PCB板上要占用较多的空间，对于三相供电系统若用在交流侧还需要两个继电器，更是占用空间。

针对现有技术中变频器使用继电器充电发热严重、占用空间大以及成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中变频器使用继电器充电发热严重、占用空间大以及成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案，为此，本发明的主要目的在于提供一种变频器、变频空调及空调系统，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种变频器，该变频器包括：整流电路，与电源连接，用于将电源的输出电流整流为直流电流；充电电路，与整流电路连接，用于为逆变电路的直流母线充电，充电电路包括：第一电容、第二电容、第一电阻以及功率管，其中，第一电容的第一端与整流电路的输出端连接；第二电容的第一端与第一电容的第二端连接；第一电阻的第一端与第二电容的第二端连接，第一电阻的第二端接地；功率管的漏极与第二电容的第二端连接，功率管的源极接地；控制电路，与功率管的栅极连接，用于控制功率管的栅极电压；逆变电路，与充电电路连接，用于将直流母线输送的直流电流逆变为交流电流。

进一步地，充电电路还包括：第一二极管，第一二极管的正极与功率管的源极连接，第一二极管的负极与功率管的漏极连接。

进一步地，充电电路还包括：第二电阻，第二电阻与第一电容并联连接；第三电阻，第三电阻与第二电容并联连接。

进一步地，功率管与第一二极管集成在功率器件中，功率器件的输入端与第二电容的第二端连接，功率器件的输出端接地，功率器件的控制端与控制电路连接。

进一步地，整流电路包括：第二二极管，第二二极管的正极与电源的第一相的输出端连接，第二二极管的负极与第一节点连接，第一节点与第一电容的第一端连接；第三二极管，第三二极管的正极接地，第三二极管的负极与第二二极管的正极连接；第四二极管，第四二极管的正极与电源的第二相的输出端连接，第四二极管的负极与第一节点连接；第五二极管，第五二极管的正极接地，第五二极管的负极与第四二极管的正极连接；第六二极管，第六二极管的正极与电源的第三相的输出端连接，第六二极管的负极与第一节点连接；第七二极管，第七二极管的正极接地，第七二极管的负极与第六二极管的正极连接。

进一步地，逆变电路包括：第一三极管，第一三极管的发射极用于输入直流电流，第一三极管的基极与控制电路连接；第二三极管，第二三极管的发射极与第一三极管的集电极连接于第二节点，第二三极管的集电极接地，第二三极管的基极与控制电路连接；第三三极管，第三三极管的发射极用于输入直流电流，第三三极管的基极与控制电路连接；第四三极管，第二三极管的发射极与第三三极管的集电极连接于第三节点，第四三极管的集电极接地，第四三极管的基极与控制电路连接；第五三极管，第五三极管的发射极用于输入直流电流，第五三极管的基极与控制电路连接；第六三极管，第六三极管的发射极与第五三极管的集电极连接于第四节点，第六三极管的集电极接地，第六三极管的基极与控制电路连接。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种变频空调，该变频空调包括：变频器。

进一步地，变频空调包括：电机，与变频器连接，电机的第一相与变频器的第二节点连接，电机的第二相与变频器的第三节点连接，电机的第三相与变频器的第四节点连接。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种空调系统，该空调系统包括：变频空调。

通过本发明，在充电电路中使用功率管，半导体功率管的寿命长；并且功率管的热损耗可以通过散热器散热，降低变频器PCB的温度；相比于常用的电磁继电器，半导体开关管可轻易达到高压变频器所需电压；功率管的体积小，成本低，可减小变频器体积。采用本发明，解决了现有技术中变频器使用继电器充电发热严重、占用空间大以及成本高的问题，实现了散热快、减小变频器体积以及减小成本的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的变频器的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种可选的变频器的结构示意图；以及

图3是根据本发明实施例的第一节点的电流波形示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的变频器的结构示意图。图2是根据本发明实施例的一种可选的变频器的结构示意图。

如图1和图2所示，该变频器可以包括：整流电路10，与电源20连接，用于将电源的输出电流整流为直流电流；充电电路30，与整流电路10连接，用于为逆变电路的直流母线充电，充电电路包括：第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1以及功率管Q1，其中，第一电容C1的第一端与整流电路的输出端连接；第二电容C2的第一端与第一电容的第二端连接；第一电阻R1的第一端与第二电容的第二端连接，第一电阻的第二端接地；功率管Q1的漏极与第二电容的第二端连接，功率管的源极接地；控制电路40，与功率管的栅极连接，用于控制功率管的栅极电压；逆变电路50，与充电电路连接，用于将直流母线输送的直流电流逆变为交流电流。

通过本发明，在充电电路中使用功率管，半导体功率管的寿命长；并且功率管的热损耗可以通过散热器散热，降低变频器PCB的温度；相比于常用的电磁继电器，半导体开关管可轻易达到高压变频器所需电压；功率管的体积小，成本低，可减小变频器体积。采用本发明，解决了现有技术中变频器使用继电器充电发热严重、占用空间大以及成本高的问题，实现了散热快、减小变频器体积以及减小成本的效果。

其中，上述实施例中的控制电路中可以包括DSP芯片。

如图2所示，充电电路还可以包括：第一二极管D1，第一二极管的正极与功率管的源极连接，第一二极管的负极与功率管的漏极连接。

在本发明的上述实施例中，充电电路还可以包括：第二电阻R2，第二电阻与第一电容并联连接；第三电阻R3，第三电阻与第二电容并联连接。

在图2中的电路中采用第一电容C1和第二电容C2串联连接，由于一般电解电容耐压为450V，对于高母线电压的变频器通过第一电容和第二电容串联使用来满足其耐压要求；而上述实施例中的第二电阻R2和第三电阻R3的作用是给第一电容C1和第二电容C2均压，从而使得第一电容和第二电容承受相同的压降，从而保证第一电容和第二电容的安全稳定运行。

进一步地，功率管Q1与第一二极管D1集成在功率器件中，功率器件的输入端与第二电容的第二端连接，功率器件的输出端接地，功率器件的控制端与控制电路连接。

在上述实施例中的功率管（如MOS管或IGBT管）的封装（即上述实施例中的功率器件）里都会有一个反并联的二极管（即上述实施例中的第一二极管D1），从而功率管Q1与第一二极管D1在实际电路中只有一个器件，这样就更利于散热。

如图2所示，整流电路可以包括：第二二极管D2，第二二极管的正极与电源的第一相的输出端L1连接，第二二极管的负极与第一节点连接，第一节点与第一电容的第一端连接；第三二极管D3，第三二极管的正极接地，第三二极管的负极与第二二极管的正极连接；第四二极管D4，第四二极管的正极与电源的第二相的输出端L2连接，第四二极管的负极与第一节点连接；第五二极管D5，第五二极管的正极接地，第五二极管的负极与第四二极管的正极连接；第六二极管D6，第六二极管的正极与电源的第三相的输出端L3连接，第六二极管的负极与第一节点连接；第七二极管D7，第七二极管的正极接地，第七二极管的负极与第六二极管的正极连接。

本发明上述实施例中的逆变电路中可以包括：第一三极管，第一三极管的发射极用于输入直流电流，第一三极管的基极与控制电路连接；第二三极管，第二三极管的发射极与第一三极管的集电极连接于第二节点，第二三极管的集电极接地，第二三极管的基极与控制电路连接；第三三极管，第三三极管的发射极用于输入直流电流，第三三极管的基极与控制电路连接；第四三极管，第二三极管的发射极与第三三极管的集电极连接于第三节点，第四三极管的集电极接地，第四三极管的基极与控制电路连接；第五三极管，第五三极管的发射极用于输入直流电流，第五三极管的基极与控制电路连接；第六三极管，第六三极管的发射极与第五三极管的集电极连接于第四节点，第六三极管的集电极接地，第六三极管的基极与控制电路连接。

在图2中并未示出控制电路与逆变电路之间的连接关系，在实际应用中，控制电路与逆变电路中的各个三极管的基极连接，发出控制信号，控制各个三极管的导通或闭合，以输出不同频率的电流。

下面结合图2和图3详细介绍本发明的变频器的工作原理：

初始上电时刻，电流通过第一回路，电流路径为C1—C2—R1，因是初次上电，第一电容C1和第二电容C2的初始电压为零，因此流过图2中第一节点A的电流值较大，此时第一节点A的电流对应图3的t1～t2时刻。在t2时刻由于第一电容和第二电容的电压达到一定的数值，整流电路的六个二极管停止导通，直到t3时刻整流电路的二极管再开始下一次导通。在t3～t4时刻重复以上过程，在这个时间段内主要是给第一电容C1和第二电容C2充电。在接近t4时刻，第一电容C1和第二C2上的电压已经达到某一较为稳定的值，此时控制电路控制功率管Q1的控制端（即功率管Q1的栅极）的电压为高电平。这样整流电路中的二极管在下一次导通时，给第一电容和第二电容充电的第一回路的路径为C1—C2—Q1，电流通过功率管Q1给电容充电，该过程对应图3中的t4～t5时刻。在t5时刻整流电路的各二极管均停止导通，而此时第一电容C1和第二电容C2的后级逆变电路的电流需要第一电容C1和第二电容C2来提供电压，此时电流的路径为第二回路：C1—C2—逆变电路—D1。

具体地，在变频器正常工作期间，充电电路的路径由功率管Q1提供，第一电容和第二电容给后级电路供电路径由第一二极管D1提供。在图2中示出的电路中增加第一二极管D7的目的是：在电容给负载（如变频器的直流母线）供电时，若无第一二极管D7的电流由第一电容C1的正极流出，最终流回第二电容C2的负极。由于功率管Q1的单向导电性，流回第二电容C2负极的电流只能通过第一电阻R1，这样会有很大的损耗，在负载为大功率的逆变电路的情况下，第一电阻R1和功率管Q1都被损坏的可能（其中，第一电阻R1是热损坏，功率管Q1则可能为集电极和发射极承受反压而损坏），与功率管反并联设置一个第一二极管D1，那么流回第二电容C2的负极的电流就会经过第一二极管D7，第一电阻R1不再会有大电流流过而发热，功率管Q1的集电极和发射极承受的反压也会被钳位在0.7V左右（二极管D7的导通压降），从而可以很好的保护了第一电阻和功率管，使得该变频器可以更加安全稳定的运行。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种变频空调，该变频空调包括：变频器。

通过本发明，在变频器的充电电路中使用功率管，半导体功率管的寿命长；并且功率管的热损耗可以通过散热器散热，降低变频器PCB的温度；相比于常用的电磁继电器，半导体开关管可轻易达到高压变频器所需电压；功率管的体积小，成本低，可减小变频器体积。采用本发明，解决了现有技术中变频器使用继电器充电发热严重、占用空间大以及成本高的问题，实现了散热快、减小变频器体积以及减小成本的效果。

在本发明的上述实施例中，变频空调可以包括：电机60（如图2示出），与变频器连接，电机的第一相与变频器的第二节点B连接，电机的第二相与变频器的第三节点C连接，电机的第三相与变频器的第四节点D连接。其中，第二节点连接的可以为电机的U相，第三节点连接的可以为电机的V相，第四节点连接的可以为电机的W相。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种空调系统，该空调系统包括：变频空调。

通过本发明，在变频器的充电电路中使用功率管，半导体功率管的寿命长；并且功率管的热损耗可以通过散热器散热，降低变频器PCB的温度；相比于常用的电磁继电器，半导体开关管可轻易达到高压变频器所需电压；功率管的体积小，成本低，可减小变频器体积。采用本发明，解决了现有技术中变频器使用继电器充电发热严重、占用空间大以及成本高的问题，实现了散热快、减小变频器体积以及减小成本的效果。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：

通过本发明，在变频器的充电电路中使用功率管，半导体功率管的寿命长；并且功率管的热损耗可以通过散热器散热，降低变频器PCB的温度；相比于常用的电磁继电器，半导体开关管可轻易达到高压变频器所需电压；功率管的体积小，成本低，可减小变频器体积。采用本发明，解决了现有技术中变频器使用继电器充电发热严重、占用空间大以及成本高的问题，实现了散热快、减小变频器体积以及减小成本的效果。

本发明所要保护的计算器以及构成该处理器的各个组件都是一种具有确定形状、构造且占据一定空间的实体产品。例如，控制电路、微处理器、图像处理器、子处理器等都是可以独立运行的、具有具体硬件结构的计算机设备、终端或服务器。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变频器，其特征在于，包括：

整流电路，与电源连接，用于将所述电源的输出电流整流为直流电流；

充电电路，与所述整流电路连接，用于为逆变电路的直流母线充电，所述充电电路包括：第一电容、第二电容、第一电阻以及功率管，其中，所述第一电容的第一端与所述整流电路的输出端连接；所述第二电容的第一端与所述第一电容的第二端连接；所述第一电阻的第一端与所述第二电容的第二端连接，所述第一电阻的第二端接地；所述功率管的漏极与所述第二电容的第二端连接，所述功率管的源极接地；

控制电路，与所述功率管的栅极连接，用于控制所述功率管的栅极电压；

所述逆变电路，与所述充电电路连接，用于将所述直流母线输送的所述直流电流逆变为交流电流。

2.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述充电电路还包括：

第一二极管，所述第一二极管的正极与所述功率管的源极连接，所述第一二极管的负极与所述功率管的漏极连接。

3.根据权利要求1或2所述的变频器，其特征在于，所述充电电路还包括：

第二电阻，所述第二电阻与所述第一电容并联连接；

第三电阻，所述第三电阻与所述第二电容并联连接。

4.根据权利要求2所述的变频器，其特征在于，所述功率管与所述第一二极管集成在功率器件中，所述功率器件的输入端与所述第二电容的第二端连接，所述功率器件的输出端接地，所述功率器件的控制端与所述控制电路连接。

5.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述整流电路包括：

第二二极管，所述第二二极管的正极与所述电源的第一相的输出端连接，所述第二二极管的负极与第一节点连接，所述第一节点与所述第一电容的第一端连接；

第三二极管，所述第三二极管的正极接地，所述第三二极管的负极与所述第二二极管的正极连接；

第四二极管，所述第四二极管的正极与所述电源的第二相的输出端连接，所述第四二极管的负极与所述第一节点连接；

第五二极管，所述第五二极管的正极接地，所述第五二极管的负极与所述第四二极管的正极连接；

第六二极管，所述第六二极管的正极与所述电源的第三相的输出端连接，所述第六二极管的负极与所述第一节点连接；

第七二极管，所述第七二极管的正极接地，所述第七二极管的负极与所述第六二极管的正极连接。

6.根据权利要求1所述的变频器，其特征在于，所述逆变电路包括：

第一三极管，所述第一三极管的发射极用于输入所述直流电流，所述第一三极管的基极与所述控制电路连接；

第二三极管，所述第二三极管的发射极与所述第一三极管的集电极连接于第二节点，所述第二三极管的集电极接地，所述第二三极管的基极与所述控制电路连接；

第三三极管，所述第三三极管的发射极用于输入所述直流电流，所述第三三极管的基极与所述控制电路连接；

第四三极管，所述第二三极管的发射极与所述第三三极管的集电极连接于第三节点，所述第四三极管的集电极接地，所述第四三极管的基极与所述控制电路连接；

第五三极管，所述第五三极管的发射极用于输入所述直流电流，所述第五三极管的基极与所述控制电路连接；

第六三极管，所述第六三极管的发射极与所述第五三极管的集电极连接于第四节点，所述第六三极管的集电极接地，所述第六三极管的基极与所述控制电路连接。

7.一种变频空调，其特征在于，包括：权利要求1至6中任意一项所述的变频器。

8.根据权利要求7所述的变频空调，其特征在于，所述变频空调还包括：

电机，与所述变频器连接，所述电机的第一相与所述变频器的第二节点连接，所述电机的第二相与所述变频器的第三节点连接，所述电机的第三相与所述变频器的第四节点连接。

9.一种空调系统，其特征在于，包括：权利要求7或8所述的变频空调。