CN107248811A - 变频器的控制电路和变频器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变频器的控制电路和变频器，控制电路包括整流电路及逆变电路，所述逆变电路与所述整流电路相连接，所述逆变电路包括开关管及开关电路，所述开关电路包括采样电路及微分检测电路，所述采样电路的输入端与所述开关管的集电极相连接以采集所述开关管的集电极的电压波形，所述微分检测电路的输入端与所述采样电路的输出端相连接以检测所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率，所述微分检测电路的输出端与所述开关管的基极相连接以用于根据所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率控制所述开关管的导通状态。这样能够有效降低开关管的开关损耗，从而还可提高具有变频器的控制电路的变频器整体的效率。

Description

变频器的控制电路和变频器
技术领域
本发明涉及家用电器领域，尤其是涉及一种变频器的控制电路和变频器。
背景技术
现有技术通过同步检测电路实现开关管101(IGBT)的控制，如图1所示，由电阻1和电阻2取样A点电压，然后通过电容3滤波后输入到比较器4的负端；由电阻5和电阻6取样开关管101的集电极102电压，然后通过电容7滤波后输入到比较器4的正端，如图2所示，当开关管101的集电极102取样电压波形图x和A点的取样电压波形图y在m点相等，比较器4的输出电压发生翻转变为高电平，检测到此点后，在延迟一个固定时间t0，然后驱动开关管101导通。因此延迟的时间t0的长短就很重要，t0太短，开关管101的集电极102电压还没到零就再次开通，就会产生较严重的硬开关，将导致开关管101开关损耗增大，发热量较大，最终就会导致开关管101损坏；而t0设置的太长，就会有一段空闲时间，在此过程中变压器的寄生电感和开关管101的结电容会产生较大的谐振尖峰反向电流，同样会导致开关管101产生大量热量，效率降低。
发明内容
本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种变频器的控制电路和变频器。
本发明实施方式的变频器的控制电路包括整流电路及逆变电路，所述逆变电路与所述整流电路相连接，所述逆变电路包括开关管及开关电路，所述开关电路包括采样电路及微分检测电路，所述采样电路的输入端与所述开关管的集电极相连接以采集所述开关管的集电极的电压波形，所述微分检测电路的输入端与所述采样电路的输出端相连接以检测所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率，所述微分检测电路的输出端与所述开关管的基极相连接以用于根据所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率控制所述开关管的导通状态。
在本发明实施方式的变频器的控制电路中，由于采样电路能够采集开关管的集电极的电压波形，并且微分检测电路能够检测开关管的集电极的电压波形的实时斜率，并且能够根据开关管的集电极的电压波形的实时斜率控制开关管的导通状态，这样能够提高控制开关管的导通的时刻的精准度，从而使得开关管能够保持工作在较佳的工作状态，这样能够有效降低开关管的开关损耗，从而还可提高具有变频器的控制电路的变频器整体的效率。
在某些实施方式中，在所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率的绝对值小于或等于预设斜率值时，所述微分检测电路控制所述开关管导通，所述预设斜率值包括零。
在某些实施方式中，在所述开关管的集电极的电压值小于或等于预设电压值时，所述微分检测电路控制所述开关管导通，所述预设电压值包括零。
在某些实施方式中，所述采样电路包括串联的第一电阻和第二电阻，所述采样电路的输入端通过所述第一电阻的一端与所述开关管的集电极相连接以采集所述开关管的集电极的电压波形，所述采样电路的输出端通过所述第一电阻的另一端及所述第二电阻的一端与所述微分检测电路的输入端相连接，所述第二电阻的另一端接地。
在某些实施方式中，所述微分检测电路包括第一电容、第三电阻及运放电路，所述微分检测电路的输入端通过所述第一电容的一端及所述运放电路的正相输入端与所述采样电路的输出端相连接以检测所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率，所述第一电容的另一端与所述运放电路的负相输入端及所述第三电阻的一端相连接，所述第三电阻并联在所述运放电路的负相输入端与所述运放电路的输出端之间，所述微分检测电路的输出端通过所述运放电路的输出端及所述第一电阻的另一端与所述开关管的基极相连接以用于根据所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率控制所述开关管的导通状态。
在某些实施方式中，所述微分检测电路包括反馈电容，所述反馈电容与所述第三电阻并联，所述反馈电容并联在所述运放电路的负相输入端与所述运放电路的输出端之间。
在某些实施方式中，所述微分检测电路包括输入电阻，所述微分检测电路的输入端通过所述输入电阻的一端与所述采样电路的输出端相连接，所述输入电阻的另一端与所述第一电容的一端及所述运放电路的正相输入端相连接。
在某些实施方式中，所述微分检测电路包括第一通过电阻，所述运放电路的正相输入端通过所述第一通过电阻与所述采样电路的输出端相连接，所述第一通过电阻与所述第一电容并联。
在某些实施方式中，所述微分检测电路包括第二通过电阻，所述第二通过电阻的一端与所述第一通过电阻及所述运放电路的正相输入端相连接，所述第二通过电阻的另一端接地。
本发明实施方式的变频器包括上述任一实施方式所述的变频器的控制电路。
在本发明实施方式的变频器中，由于采样电路能够采集开关管的集电极的电压波形，并且微分检测电路能够检测开关管的集电极的电压波形的实时斜率，并且能够根据开关管的集电极的电压波形的实时斜率控制开关管的导通状态，这样能够提高控制开关管的导通的时刻的精准度，从而使得开关管能够保持工作在较佳的工作状态，这样能够有效降低开关管的开关损耗，从而还可提高具有变频器的控制电路的变频器整体的效率。
本发明实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术实施方式的变频器的电路示意图。
图2是现有技术实施方式的变频器的控制电路的开关管的电压波形图。
图3是本发明实施方式的变频器的电路示意图。
图4是本发明实施方式的变频器的控制电路的模块示意图。
图5是本发明实施方式的变频器的控制电路的开关管的电压波形图。
主要元件符号说明：
控制电路10、整流电路11、整流桥111、逆变电路12、谐振电容121、初级绕线122、次级绕线123、开关管13、集电极131、基极132、发射极133、采样电路15、输入端151、输出端152、第一电阻153、第二电阻154、微分检测电路16、输入端161、输出端162、第一电容163、第三电阻164、运放电路165、正相输入端1651、负相输入端1652、输出端1653、反馈电容166、输入电阻167、第一通过电阻168、第二通过电阻169、滤波电路17、滤波电容171、滤波电感172；
交流电源101、倍压整流电路102、磁控管20。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请一并参阅图2～图5，本发明实施方式的变频器的控制电路10包括整流电路11及逆变电路12。逆变电路12与整流电路11相连接。
逆变电路12包括开关管13及开关电路。开关电路包括采样电路15及微分检测电路16。采样电路15的输入端151与开关管13的集电极131相连接以采集开关管13的集电极131的电压波形。微分检测电路16的输入端161与采样电路15的输出端152相连接以检测开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率。微分检测电路16的输出端162与开关管13的基极132相连接以用于根据开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率控制开关管13的导通状态。
在本发明实施方式的变频器的控制电路10中，由于采样电路15能够采集开关管13的集电极131的电压波形，并且微分检测电路16能够检测开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率，并且能够根据开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率控制开关管13的导通状态，这样能够提高控制开关管13的导通的时刻的精准度，从而使得开关管13能够保持工作在较佳的工作状态，这样能够有效降低开关管13的开关损耗，从而还可提高具有变频器的控制电路10的变频器整体的效率。
需要说明的是，本发明实施方式的变频器的控制电路10可应用于微波炉的变频器中。整流电路11与交流电源101连接，用于将交流电变换成直流电。逆变电路12用于将上述直流电变换成为交流电。在一些例子中，整流电路11可包括整流桥111。
再有，开关电路用于控制开关管13的通断。在整流电路11与交流电源101接通后，开关电路便能够使得开关管13导通。然后，采样电路15便能够采集开关管13的集电极131的电压波形，并且能够通过采样电路15的输出端152将采集后的开关管13的集电极131的电压波形的信号传输至微分检测电路16以进行信号检测。然后，微分检测电路16能够根据检测到的开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率控制开关管13的导通状态。也就是说，微分检测电路16能够根据检测到的开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率控制开关管13再次导通或关闭。这种控制开关管13的导通状态的控制方式不仅精度较高，并且由于只需采集开关管13的集电极131的电压波形，这样简化了控制电路10(与现有的技术相比不需要设置额外检测A点的电压的电路)，并降低了控制电路10的成本。
另外，微分检测电路16用于对开关管13的集电极131的电压波形的斜率进行实时监测，即检测开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率。开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率与开关管13的集电极131的电压相关联。例如，在图5所示的例子中，在电压波形图c中，在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率为零时，开关管13的集电极131的电压为U1。
在本发明实施方式中，开关管13为开关三极管。
在某些实施方式中，控制电路10包括滤波电路17。滤波电路17电性连接整流电路11及逆变电路12。滤波电路17包括与开关管13的发射极133相连接的滤波电容171。逆变电路12还包括谐振电容121。谐振电容121与开关管13的集电极131相连接。
如此，滤波电路17可有效抑制和防止特定波段频率的干扰。
具体地，滤波电路17包括滤波电容171及滤波电感172。滤波电感172与滤波电容171串联。逆变电路12还包括初级绕线122和次级绕线123。初级绕线122的一端连接谐振电容121的一端，初级绕线122的另一端连接谐振电容121的另一端和开关管13的集电极131及采样电路15的输入端151。次级绕线123与倍压整流电路102连接，其中倍压整流电路102可连接磁控管20。
在某些实施方式中，在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率的绝对值小于或等于预设斜率值时，微分检测电路16控制开关管13导通。
如此，在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率的绝对值小于或等于预设斜率值时，开关管13处于导通状态。这样每次在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率的绝对值小于或等于预设斜率值时，开关管13便能够处于导通状态，这样能够以较精确的方式实现对开关管13的开关时间的控制，从而能够进一步提高控制开关管13的导通的时刻的精准度。
需要说明的是，上述预设斜率值可根据具体情况进行设置。例如，在一些例子中，可将上述预设斜率值设置的较小(例如预设斜率值接近零)，从而可使得开关管13能够在励磁放完或接近放完时处于导通状态，从而能够进一步有效降低开关管13的开关损耗。
当然，可以理解，在另一些例子中，在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率为零时，微分检测电路16控制开关管13导通。
在某些实施方式中，在开关管13的集电极131的电压值小于或等于预设电压值时，微分检测电路16控制开关管13导通。
如此，在开关管13的集电极131的电压值小于或等于预设电压值时，微分检测电路16能够检测到此时开关管13的集电极131的电压所对应的实时斜率，从而使得开关管13处于导通状态。这样每次在开关管13的集电极131的电压值小于或等于预设电压值时，开关管13便能够处于导通状态，这样能够以较精确的方式实现对开关管13的开关时间的控制，从而能够进一步提高控制开关管13的导通的时刻的精准度。
需要说明的是，上述预设电压值可根据具体情况进行设置。例如，在一些例子中，可将上述预设电压值设置的较小(例如预设电压值接近零)，从而可使得开关管13能够在开关管13的集电极131的电压较低(例如电压等于零或接近零)处于导通状态，这时导通开关管13便不会产生较严重的硬开关，从而能够有效降低开关管13的开关损耗，从而可延长开关管13的使用寿命。
当然，可以理解，在另一些例子中，在开关管13的集电极131的电压值等于零时，微分检测电路16控制开关管13导通。
在某些实施方式中，采样电路15包括串联的第一电阻153和第二电阻154。采样电路15的输入端151通过第一电阻153的一端与开关管13的集电极131相连接以采集开关管13的集电极131的电压波形。采样电路15的输出端152通过第一电阻153的另一端及第二电阻154的一端与微分检测电路16的输入端161相连接。第二电阻154的另一端接地，可对采样电路15起保护作用。
在某些实施方式中，微分检测电路16包括第一电容163、第三电阻164及运放电路165。微分检测电路16的输入端161通过第一电容163的一端及运放电路165的正相输入端1651与采样电路15的输出端152相连接以检测开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率。第一电容163的另一端与运放电路165的负相输入端1652及第三电阻164的一端相连接。第三电阻164并联在运放电路165的负相输入端1652与运放电路165的输出端1653之间。微分检测电路16的输出端162通过运放电路165的输出端1653及第一电阻153的另一端与开关管13的基极132相连接以用于根据开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率控制开关管13的导通状态。
如此，这样简化了微分检测电路16的电路结构，并能够对开关管13的集电极131的电压波形的斜率形进行有效的实时监测。
在某些实施方式中，微分检测电路16包括反馈电容166。反馈电容166与第三电阻164并联。反馈电容166并联在运放电路165的负相输入端1652与运放电路165的输出端1653之间。
如此，反馈电容166的设置能够使得微分检测电路16检测到的开关管13的集电极131的电压波形的信号产生较大角度(例如90度)的相移，从而保证微分检测电路16的稳定性。
在某些实施方式中，微分检测电路16包括输入电阻167。微分检测电路16的输入端161通过输入电阻167的一端与采样电路15的输出端152相连接。输入电阻167的另一端与第一电容163的一端及运放电路165的正相输入端1651相连接。
如此，输入电阻167的设置能够进一步使得微分检测电路16检测到的开关管13的集电极131的电压波形的信号产生较大角度(例如90度)的相移，从而进一步保证微分检测电路16系统的稳定性，从而提升整个系统的稳定性。
在某些实施方式中，微分检测电路16包括第一通过电阻168。运放电路165的正相输入端1651通过第一通过电阻168与采样电路15的输出端152相连接。第一通过电阻168与第一电容163并联。
如此，第一通过电阻168的设置可限制微分检测电路16系统的偏置电流，继而减小偏置电流对微分检测电路16系统的影响。
在某些实施方式中，微分检测电路16包括第二通过电阻169。第二通过电阻169的一端与第一通过电阻168及运放电路165的正相输入端1651相连接。第二通过电阻169的另一端接地。
如此，第一通过电阻168的设置能够进一步限制微分检测电路16系统的偏置电流，继而能够进一步减小偏置电流对微分检测电路16系统的影响，从而提升整个系统的稳定性。
在图5所示的例子中，电压波形图a、电压波形图b和电压波形图c表示开关管13在不同工作状态下的开关管13的集电极131的电压波形图，其中横坐标t表示时间，纵坐标U表示电压。再有，处于电压波形图a所示的工作状态下的控制电路10的负载的电阻的值小于处于电压波形图c所示的工作状态下的控制电路10的负载的电阻的值，而处于电压波形图c所示的工作状态下的控制电路10的负载的电阻的值小于处于电压波形图b所示的工作状态下的控制电路10的负载的电阻的值。
当开关管13处于电压波形图a所示的工作状态时，控制电路10的负载较小。这时可在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率的绝对值小于或等于预设斜率值(预设斜率值的大小可设置成接近于零)时或者在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率为零时，通过微分检测电路16控制开关管13导通或再次导通。上述控制开关管13的导通方式可根据具体情况进行设置。
当开关管13处于电压波形图b所示的工作状态时，控制电路10的负载较大，并且控制电路10处于较佳的工作状态。这时可在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率的绝对值小于或等于预设斜率值(预设斜率值的大小可设置成接近于零)时或者在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率为零时或者在开关管13的集电极131的电压的值小于或等于预设电压值时或者在开关管13的集电极131的电压的值等于零时，通过微分检测电路16控制开关管13导通或再次导通。上述控制开关管13的导通方式可根据具体情况进行设置。
当开关管13处于电压波形图c所示的工作状态时，控制电路10的负载适中，并且控制电路10处于更佳的工作状态。这时可在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率的绝对值小于或等于预设斜率值(预设斜率值的大小可设置成接近于零)时或者在开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率为零时或者在开关管13的集电极131的电压的值小于或等于预设电压值时或者在开关管13的集电极131的电压的值等于零时，通过微分检测电路16控制开关管13导通或再次导通。上述控制开关管13的导通方式可根据具体情况进行设置。
本发明实施方式的变频器包括上述任一实施方式所述的变频器的控制电路10。
在本发明实施方式的变频器中，由于采样电路15能够采集开关管13的集电极131的电压波形，并且微分检测电路16能够检测开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率，并且能够根据开关管13的集电极131的电压波形的实时斜率控制开关管13的导通状态，这样能够提高控制开关管13的导通的时刻的精准度，从而使得开关管13能够保持工作在较佳的工作状态，这样能够有效降低开关管13的开关损耗，从而还可提高具有变频器的控制电路10的变频器整体的效率。
需要说明的是，本发明实施方式的变频器可应用于微波炉中。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种变频器的控制电路，所述控制电路包括整流电路及逆变电路，所述逆变电路与所述整流电路相连接，其特征在于，所述逆变电路包括开关管及开关电路，所述开关电路包括采样电路及微分检测电路，所述采样电路的输入端与所述开关管的集电极相连接以采集所述开关管的集电极的电压波形，所述微分检测电路的输入端与所述采样电路的输出端相连接以检测所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率，所述微分检测电路的输出端与所述开关管的基极相连接以用于根据所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率控制所述开关管的导通状态。
2.如权利要求1所述的变频器的控制电路，其特征在于，在所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率的绝对值小于或等于预设斜率值时，所述微分检测电路控制所述开关管导通，所述预设斜率值包括零。
3.如权利要求1所述的变频器的控制电路，其特征在于，在所述开关管的集电极的电压值小于或等于预设电压值时，所述微分检测电路控制所述开关管导通，所述预设电压值包括零。
4.如权利要求1所述的变频器的控制电路，其特征在于，所述采样电路包括串联的第一电阻和第二电阻，所述采样电路的输入端通过所述第一电阻的一端与所述开关管的集电极相连接以采集所述开关管的集电极的电压波形，所述采样电路的输出端通过所述第一电阻的另一端及所述第二电阻的一端与所述微分检测电路的输入端相连接，所述第二电阻的另一端接地。
5.如权利要求1所述的变频器的控制电路，其特征在于，所述微分检测电路包括第一电容、第三电阻及运放电路，所述微分检测电路的输入端通过所述第一电容的一端及所述运放电路的正相输入端与所述采样电路的输出端相连接以检测所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率，所述第一电容的另一端与所述运放电路的负相输入端及所述第三电阻的一端相连接，所述第三电阻并联在所述运放电路的负相输入端与所述运放电路的输出端之间，所述微分检测电路的输出端通过所述运放电路的输出端及所述第一电阻的另一端与所述开关管的基极相连接以用于根据所述开关管的集电极的电压波形的实时斜率控制所述开关管的导通状态。
6.如权利要求5所述的变频器的控制电路，其特征在于，所述微分检测电路包括反馈电容，所述反馈电容与所述第三电阻并联，所述反馈电容并联在所述运放电路的负相输入端与所述运放电路的输出端之间。
7.如权利要求6所述的变频器的控制电路，其特征在于，所述微分检测电路包括输入电阻，所述微分检测电路的输入端通过所述输入电阻的一端与所述采样电路的输出端相连接，所述输入电阻的另一端与所述第一电容的一端及所述运放电路的正相输入端相连接。
8.如权利要求7所述的变频器的控制电路，其特征在于，所述微分检测电路包括第一通过电阻，所述运放电路的正相输入端通过所述第一通过电阻与所述采样电路的输出端相连接，所述第一通过电阻与所述第一电容并联。
9.如权利要求8所述的变频器的控制电路，其特征在于，所述微分检测电路包括第二通过电阻，所述第二通过电阻的一端与所述第一通过电阻及所述运放电路的正相输入端相连接，所述第二通过电阻的另一端接地。
10.一种变频器，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的变频器的控制电路。
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