CN109274059A - 三相apfc的过流保护电路及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三相APFC的过流保护电路，所述三相APFC的过流保护电路包括：三相电压源；桥臂电路，包括三个上桥臂与三个下桥臂，连接到所述三相电压源；电压采样电路，连接到所述三相电压源，用于采样三相电源中的任意两相的电压差；电流采样电路，连接至所述桥臂电路，用于将电流信号转换为电压信号进行采样；控制芯片，连接至所述电压采样电路及电流采样电路；以及过流保护电路，设置在所述三相电压源的任意两相上，包括电流互感器及比较器，其中所述电流互感器感应相电流并转换为电压，所述比较器设定电压保护点，输出过流保护信号。本发明三相APFC的过流保护电路结构简单，可有效降低成本。

Description

三相APFC的过流保护电路及空调器

技术领域

本发明涉及APFC电路(有源功率因数校正电路)技术领域，特别涉及一种三相APFC的过流保护电路及空调器。

背景技术

目前，三相电源变频空调已得到广泛应用，然而在其使用的过程中会存在为电源谐波问题。为解决这一技术问题，现有技术一般采用三相APFC(有源功率因数校正)控制电路，这其中就需要采样三相电源的电流和电压信号，但现有APFC电路中，当上桥任意两个IGBT导通短路时，会发生过流现象，电路将得不到保护，轻则烧毁器件，重则产生火灾。传统的方式是使用电流霍尔传感器进行电流检测和保护，但是该方案成本过高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种三相APFC的过流保护电路及空调器，以检测三相APFC电路的过电流，从而保护电路。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种三相APFC的过流保护电路，所述三相APFC的过流保护电路包括：

三相电压源，用于提供三相交流电；

桥臂电路，包括三个上桥臂与三个下桥臂，所述上桥臂与下桥臂为可控功率器件，连接到所述三相电压源；

电压采样电路，连接到所述三相电压源，用于采样三相电源中的任意两相的电压差；

电流采样电路，连接至所述桥臂电路，用于将电流信号转换为电压信号进行采样；

控制芯片，连接至所述电压采样电路及电流采样电路；以及

过流保护电路，设置在所述三相电压源的任意两相上，包括电流互感器及比较器，其中所述电流互感器感应相电流并转换为电压，所述比较器设定电压保护点，输出过流保护信号，用于过流时使APFC电路停止工作。

进一步的，所述过流保护电路包括第一过流保护支路及第二过流保护支路，所述第一过流保护支路包括第一电流互感器、第一电阻、第二电阻、第一比较器；所述第二过流保护支路包括第二电流互感器、第三电阻、第四电阻、第二比较器，所述第一电流互感器、第二电流互感器输入分别连接到所述三相电压源的任意两相，所述第一电流互感器输出线圈两端分别通过所述第一电阻、第二电阻连接所述第一比较器，所述第二电流互感器输出线圈两端分别通过所述第三电阻、第四电阻连接所述第二比较器，所述第一比较器、所述第二比较器输出过流保护信号。

进一步的，所述过流保护电路还包括储能升压电路，所述储能升压电路包括三相电压源分别连接的三个电感，所述三个电感另一端又分别连接到所述三个上桥臂。

进一步的，所述电压采样电路包括两个采样支路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到控制芯片。

进一步的，该电压采样电路包括三个采样电路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到所述控制芯片，得到三个电压差，检验获得的三个电压是否准确。

进一步的，所述过流保护电路还包括滤波电容，所述三个上桥臂的一端连接三相电压源，另一端通过滤波电容接地，所述三个下桥臂的另一端中至少两个分别连接到所述电流采样电路，并通过所述电流采样电路连接到所述控制芯片，若所述下桥臂的另一端未连接到所述电流采样电路，则直接接地；所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样电阻一端接地，另一端与下桥臂另一端连接，并连接到所述控制芯片。

进一步的，电流采样电路还包括一运算放大器，所述运算放大器输入端连接到电流采样电阻与下桥臂连接的一端，输出端连接到控制芯片，用于将电流采样电阻采样的电压信号进行放大，再输出到控制芯片。

进一步的，所述控制芯片输入端连接到所述第一比较器以及第二比较器输出端。

进一步的，所述上桥臂与下桥臂为绝缘栅双极型晶体管IGBT、金氧半场效应晶体管MOSFET或者智能功率模块IPM。

相对于现有技术，本发明所述的三相APFC的过流保护电路及空调器具有以下优势：

本发明所述的三相APFC的过流保护电路结构简单，采用成本较低的电流互感器及比较器，对过电流进行检测，因此无需采用价格较高的霍尔电流传感器，降低了三相APFC电路进行过流保护的成本。

本发明的另一目的在于提出一种空调器，以解决三相APFC控制电路短路时出现过电流的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种空调器，包括前述的三相APFC的过流保护电路。

所述空调器与上述三相APFC的过流保护电路相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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为本发明实施例所述的三相APFC控制电路；

图2为本发明实施例采用了过流保护电路的三相APFC电路。

附图标记说明：

1-三相电压源，2-储能升压电路，3-桥臂电路，4-滤波电容，5-电压采样电路，6-电流采样电路，7-控制芯片，8-过流保护电路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明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。

目前三相电源变频空调为解决电源谐波问题，需要采用三相APFC控制电路，需要采样三相电源的电流和电压信号，如图1所示，图1为本发明三相APFC电路，包括三相电压源1、储能升压电路2、包括三个上桥臂与三个下桥臂的桥臂电路3、滤波电容4、电流采样电路6、电压采样电路5及控制芯片7。

但是，如图1所示，由于电流采样电路6中采样电阻RS1/RS2的位置关系，当上桥任意两组IGBT导通短路时，电路将得不到保护，发生过电流现象将会烧毁器件，甚至引发火灾。因此在本发明一实施例中，提供了一种三相APFC的过流保护电路。图2为本发明实施例采用了过流保护电路的三相APFC电路，为了解决图1中的结构可能导致过电流的问题，在三相电压源的任意两相上设置过流保护电路。

以下对三相APFC的过流保护电路各个部分进行详细说明。

如图2所示，三相电压源1提供三相交流电UA、UB、UC，连接到电压采样电路5，所述电压采样电路5包括两个采样支路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到控制芯片。所述电压采样电路用于采样三相电源中的任意两相的电压差(即Ubc、Uac和Uab其中任意两个)，即三相交流电中任意两个电压的电压差；以及将任意两相电压差输出至所述控制芯片，从而获取所述三相交流电的三相电压；所述三相交流电的电压UA、UB、UC满足关系：UA+UB+UC＝0。

请再结合图2，在本实施例中，两个电压采样电路5分别与电压源UA和UB、UB和UC相连接，分别采样了Uab和Ubc这两个电压差，再通过UA+UB+UC＝0，即可获得三相电压的电压值。在其他实施例中，采样电路还可以采样Ubc和Uac、Uab、Uac和Uac、或者Uab和Uac，其实际情况与本实施例类似，在此不再赘述。

还需说明的是，该电路还可以包括三个采样电路，得到三个电压差，再结合三个电压相加为0的规律，以此检验求得的三个电压是否准确。

三相电压源UA、UB、UC还分别连接到所述储能升压电路中三个电感(La、Lb、Lc)，所述三个电感又分别连接到三个上桥臂(G1、G2、G3)与三个下桥臂(G4、G5、G6)，所述各上桥臂与下桥臂均为绝缘栅双极型晶体管IGBT。三个上桥臂的另一端通过滤波电容接地，三个下桥臂的另一端中至少两个分别连接到电流采样电路6，并通过电流采样电路连接到控制芯片，若下桥臂的另一端未连接到电流采样电路，则直接接地。所述储能升压电路通过三个电感进行储能和升压，三个电感和后面的三相桥臂组成三相PFC电路。

所述电流采样电路6包括电流采样电阻(RS1、RS2)，电流采样电阻用于将电流信号转换为电压信号进行采样。所述电流采样电阻一端接地，另一端与下桥臂另一端连接，并连接到控制芯片。

进一步地，电流采样电阻还可以包括一运算放大器，所述运算放大器输入端连接到电流采样电阻与下桥臂连接的一端，输出端连接到控制芯片，用于将电流采样电阻采样的电压信号进行放大，再输出到控制芯片。控制芯片通过流经至少两个电阻的电流，结合三相电流相加为零的性质，即可采样得到三相电流的取值，从而能够较为简便地实现三相电流的正弦化。

过流保护电路8设置两组在三相交流电源的任意两相上，其中由第一电流互感器HG1、第一电阻R7、第二电阻R8、第一比较器U6组成的过流保护电路设置在三相交流电源的UB相上；由第二电流互感器HG2、第三电阻R5、第四电阻R6、第二比较器U5组成的过流保护电路设置在三相交流电源的UA相上，所述第一比较器U6、第二比较器U5输出连接到所述控制芯片。具体地，所述第一电流互感器HG1、第二电流互感器HG2输入分别连接到三相交流电源的任意两相，第一电流互感器HG1输出线圈两端分别通过第一电阻R7、第二电阻R8连接第一比较器U6，第二电流互感器HG2输出线圈两端分别通过第三电阻R5、第四电阻R6连接第二比较器U5，第一比较器U6、所述第二比较器U5输出过流保护信号。

第一电流互感器HG1、第二电流互感器HG2感应相电流并转换为电压。第一比较器U6、第二比较器U5设定电压保护点。当出现过电流时，比较器产生电平会发生翻转。控制芯片输入所述第一比较器或第二比较器输出电平，发现其中任一电平翻转即停止控制芯片输出，使APFC电路停止工作。

进一步地，所述第一比较器及第二比较器的输出还可以连接到分立元件，并由分立元件使APFC电路停止工作。

在一实施例中，所述分立元件包括锁存器与异或门、非门及与门电路，所述锁存器输入端连接到比较器输出信号，其输出与比较器输出连接到异或门电路，再连接非门，并与控制芯片输出作为与门的输入。锁存器在电路上电时对比较器输出信号进行锁存，此时锁存器输出与比较器输出相同，异或输出为0，其取反后为1再与控制芯片输出相与，则控制芯片输出可以继续；当所述第一比较器或第二比较器任一个的输出电平翻转，其与锁存器输出进行异或则输出变为1，其取反后为0，再与控制芯片输出相与，则停止控制芯片输出。

在其他实施例中，所述分立元件包括继电器，所述第一比较器及第二比较器的输出连接到继电器，所述继电器连接到三相电压源输入端，当所述第一比较器或第二比较器任一个输出电平翻转，所述继电器停止三相电压源输出。

本实施例中所述上桥臂与下桥臂为IGBT，在其他实施例中，所述上桥臂与下桥臂可以为其他可控功率器件(例如金氧半场效应晶体管MOSFET或者智能功率模块IPM等)。

本实施例三相APFC的过流保护电路结构简单，采用成本较低的电流互感器及比较器，对过电流进行检测，因此无需采用价格较高的霍尔电流传感器，降低了三相APFC电路进行过流保护的成本。

在本发明另一个实施例中，还提供了一种空调器，包括前述的三相APFC的过流保护电路，从而解决了三相APFC控制电路短路时出现过电流的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种三相APFC的过流保护电路，其特征在于，所述三相APFC的过流保护电路包括：

三相电压源(1)，用于提供三相交流电；

桥臂电路(3)，包括三个上桥臂与三个下桥臂，所述上桥臂与下桥臂为可控功率器件，连接到所述三相电压源(1)；

电压采样电路(5)，连接到所述三相电压源(1)，用于采样三相电源中的任意两相的电压差；

电流采样电路(6)，连接至所述桥臂电路(3)，用于将电流信号转换为电压信号进行采样；

控制芯片(7)，连接至所述电压采样电路(5)及电流采样电路(6)；以及

过流保护电路(8)，设置在所述三相电压源(1)的任意两相上，包括电流互感器及比较器，其中所述电流互感器感应相电流并转换为电压，所述比较器设定电压保护点，输出过流保护信号，用于过流时使APFC电路停止工作。

2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路(8)包括第一过流保护支路及第二过流保护支路，所述第一过流保护支路包括第一电流互感器、第一电阻、第二电阻、第一比较器；所述第二过流保护支路包括第二电流互感器、第三电阻、第四电阻、第二比较器，所述第一电流互感器、第二电流互感器输入分别连接到所述三相电压源(1)的任意两相，所述第一电流互感器输出线圈两端分别通过所述第一电阻、第二电阻连接所述第一比较器，所述第二电流互感器输出线圈两端分别通过所述第三电阻、第四电阻连接所述第二比较器，所述第一比较器、所述第二比较器输出过流保护信号。

3.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括储能升压电路(2)，所述储能升压电路(2)包括三相电压源(1)分别连接的三个电感，所述三个电感另一端又分别连接到所述三个上桥臂。

4.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述电压采样电路(5)包括两个采样支路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到控制芯片(7)。

5.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，该电压采样电路(5)包括三个采样电路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到所述控制芯片(7)，得到三个电压差，检验获得的三个电压是否准确。

6.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括滤波电容，所述三个上桥臂的一端连接三相电压源(1)，另一端通过滤波电容接地，所述三个下桥臂的另一端中至少两个分别连接到所述电流采样电路(6)，并通过所述电流采样电路(6)连接到所述控制芯片(7)，若所述下桥臂的另一端未连接到所述电流采样电路(6)，则直接接地；所述电流采样电路(6)包括电流采样电阻，所述电流采样电阻一端接地，另一端与下桥臂另一端连接，并连接到所述控制芯片(7)。

7.根据权利要求6所述的过流保护电路，其特征在于，电流采样电路(6)还包括一运算放大器，所述运算放大器输入端连接到电流采样电阻与下桥臂连接的一端，输出端连接到控制芯片(7)，用于将电流采样电阻采样的电压信号进行放大，再输出到控制芯片(7)。

8.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述控制芯片(7)输入端连接到所述第一比较器以及第二比较器的输出端。

9.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述上桥臂与下桥臂为绝缘栅双极型晶体管IGBT、金氧半场效应晶体管MOSFET或者智能功率模块IPM。

10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一所述的三相APFC的过流保护电路。