CN109274059B - 三相apfc的过流保护电路及空调器 - Google Patents
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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
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 (9)
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),用于采样三相电压源(1)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;
其中,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的两个输入端,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的两个输入端,所述第一比较器、所述第二比较器的输出端输出过流保护信号。
2.根据权利要求1所述的过流保护电路,其特征在于,所述过流保护电路还包括储能升压电路(2),所述储能升压电路(2)包括三个电感,所述三个电感的一端分别与三相电压源(1)连接,所述三个电感另一端又分别连接到所述三个上桥臂。
3.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两个电压采样电阻,输出端连接到控制芯片(7)。
4.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两个电压采样电阻,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。
5.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,所述三个下桥臂的一端分别连接三相电压源(1),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)。
6.根据权利要求5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)。
7.根据权利要求1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。
8.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。
9.一种空调器,其特征在于,包括如权利要求1至8中任一所述的三相APFC的过流保护电路。
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