CN110011531A - 功率因数校正电路和空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种功率因数校正电路和空调器,其中,功率因数校正电路包括:功率因数校正模块,接收供电信号,功率因数校正模块包括开关管,开关管被配置为控制供电信号对负载供电;驱动模块,连接至开关管的驱动输入端,用于向开关管输出开关信号;控制模块,连接至驱动模块,用于控制开关驱动模块开启输出开关信号或关闭输出开关信号;电流互感器,设置于功率因数校正模块的输入侧,以采集采样信号;驱动保护模块,与电流互感器以及控制模块连接,用向控制模块输出保护信号。通过本发明的技术方案,能够更加直接的检测到整流器是否出现异常,以及在确定出现异常时,在不同的工况下能够确定对应的异常部件。

Description

功率因数校正电路和空调器

技术领域

本发明涉及空调技术领域,具体而言,涉及一种功率因数校正电路和一种空调器。

背景技术

相关技术中,功率因数校正电路(Power Factor Correction,即PFC电路)采用大功率MOS开关技术作为主功率器件替代IGBT器件,利用MOS低导通阻抗的特性取代IGBT导通压降恒定的特性实现在中小功率下的功耗降低,以实现降低空调器的功耗。

采用四个开关管构成功率因数校正模块,并采用两个半桥驱动芯片驱动,其中一个驱动芯片具有保护功能,结合采样电阻进行过流检测,若检测到大电流,则触发关闭对四个开关的驱动输出,以进行过流保护,但是该方案存在以下缺陷:

如图1所示,现有的保护方案只能实现上下的Q1与Q3出现异常,或上下的Q2与Q4出现异常时的检测,而在实际应用中上下两个开关管由于驱动模块本身可以内置互锁保护电路,上下桥臂直通很难出现,所以该保护方案对应的故障出现的概率很低,实用性比较差。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此,本发明的一个目的在于提供一种功率因数校正电路。

本发明的另一个目的在于提供一种空调器。

为了实现上述目的,根据本发明的第一方面的实施例,提供了一种功率因数校正电路,包括:功率因数校正模块,接收供电信号,所述功率因数校正模块包括开关管,所述开关管被配置为控制所述供电信号对负载供电;驱动模块,连接至所述开关管的驱动输入端,用于向所述开关管输出开关信号;控制模块,连接至所述驱动模块,用于控制所述驱动模块开启输出所述开关信号或关闭输出所述开关信号;电流互感器,设置于所述功率因数校正模块的输入侧,以采集采样信号;驱动保护模块,与所述电流互感器以及所述控制模块连接,用于检测到所述采样信号大于或等于第一安全阈值,向所述控制模块输出保护信号,所述保护信号用于触发所述控制模块关闭所述驱动模块的输出。

在该技术方案中,在功率因数校正模块的交流输入端设置电流互感器,电流互感器基于设置的位置,采集功率因数校正模块的输入电流,或输出电流,并将电流转换为电压信号输出驱动保护模块上,以由驱动保护模块检测是否出现过流现象,以在检测到出现过流现象的情况下,控制停止向功率因数校正模块输出开关信号,一方面,由于电流互感器不与被测电路发生电接触,能够不消耗被测电源的功率,因此不影响变频设备的高效低功耗控制,另一方面,由于电流互感器直接采集功率因数校正模块的输入端电流,使功率因数校正模块在执行不同的功能操作时对应的不同电流流路均可以通过电流互感器进行电路异常检测,因此能够更加直接的检测到整流器是否出现异常,以及在确定出现异常时,在不同的工况下能够确定对应的异常部件,相对于现有技术中采用具有保护功能的驱动芯片结合采样电阻进行过流检测的方案,局限性更小,并且更加具有针对性与实用性。

其中,第一安全阈值为检测功率因数校正模块的输入侧的安全电压,优选的为安全电压上限值。

其中,本领域的技术人员能够理解的是,电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换为二次侧小电流来测量的仪器,电流互感器应用于工频大电流的测量场合,以实现变流和电气隔离功能,基于电磁感应原理,输出电压与交流侧电流的变化率成正比,因此能够准确检测交流侧是否出现过流现象,通过电流互感器采集通过电抗器的电流信号,并转为相应的电压信号输送给驱动保护模块,以基于电流互感器采集的电压信号,判断是否出现过流现象。

在上述技术方案中,可选地,还包括:采样电阻,设置在所述功率因数校正模块的负极输出端,并连接至所述驱动保护模块,所述驱动保护模块在检测到所述采样电阻上的压降超过第二安全阈值,所述控制模块输出所述保护信号。

进一步地,通过在功率因数校正模块的交流侧串联一个电流互感器,用于负责检测交流侧的电流,然后将该传感器输出的电压信号作为驱动保护模块的输入信号,结合在功率因数校正模块的负极输出端串联的采样电阻,该采样电阻检测的电压也输入驱动保护模块,当这两路的输入电压任何一个超过电流检测及驱动保护模块的预设电压时,都将触发电流检测及驱动保护模块的保护并关断功率因数校正模块,从而在输入输出侧均可以实现对过流现象的检测功能。

第二安全阈值为检测功率因数校正模块的输出侧的安全电压,优选的为安全电压上限值。

在上述任一项技术方案中,可选地,还包括:第一电抗器和第二电抗器,所述第一电抗器设置于交流电源的火线、所述第二电抗器设置于所述交流电源的零线上;过零检测模块,设置在所述交流电源的火线端与零线端之间,并连接至所述控制模块,所述过零检测模块用于采集所述火线端与所述零线端之间的过零检测信号;所述控制模块还用于:根据所述过零检测模块输出的过零检测信号确定所述交流电源的相位状态,以根据所述相位状态向所述驱动模块输出对应的开关控制信号,其中,所述交流电源用于输出所述供电信号,所述电流互感器设置于所述交流电源的火线端与所述第一电抗器之间,或设置于所述交流电源的零线端与所述第二电抗器之间。

在该技术方案中,通过设置第一电抗器和第二电抗器,相对于单电抗器电路,一方面,能够可现两个电抗器叠加的效果,另一方面,能够代替装配困难的大尺寸电抗器,安装在功率因数校正电路中,以降低安装难度。

进一步地,通过将并联的第一电抗器与第二电抗器设置在功率因数校正模块的交流输入端与交流电源之间,在交流电源进行交流输出时,并联的第一电抗器与第二电抗器能够将从交流电源供给的电能转换为磁能以作为能量存储,并能够通过释放该能量来实现PFC电路的升压和功率因数的改善。

另外,通过在火线与零线之间设置过零检测模块,以由过零检测模块判断交流电源的实时相位,以便根据不同的相位状态驱动功率因数校正模块中不同的开关器件执行开关操作,以分别实现整流功能或功率因数校正(PFC)功能,从而基于整流功能实现负载端的直流供电,或通过PFC控制,使交流侧电压与交流侧电流在相位上达到一致。

另外,产生过流现象的原因很多,比如电路受到干扰引起控制模块死机复位,或者并联的第一电抗器与第二电抗器发生短路异常等等。

在上述任一项技术方案中,可选地,所述电流互感器设置在所述交流电源的火线端与所述第一电抗器之间,或所述电流互感器设置在所述交流电源的零线端与所述第二电抗器之间;所述驱动保护模块还用于:若检测到所述电压信号大于第一安全阈值,则向所述控制模块输出所述保护信号,以关闭所述驱动模块的输出。

在上述任一项技术方案中,可选地,所述功率因数校正模块由第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管构造形成,所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管与所述第四开关管均自带续流二极管,将所述第一开关管的漏极与所述第二开关管的漏极串联,并将连接点确定为所述功率因数校正模块的正极输出端,将所述第三开关管的源极与第四开关管的源极串联,并将连接点与所述采样电阻串联后接地,将所述第一开关管的源极与所述第三开关管的漏极串联,并将连接点连接至所述火线端,将所述第二开关管的源极与所述第四开关管的漏极串联,并将连接点连接至所述零线端。

所述功率因数校正模块由第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管构造形成,第一开关管与第二开关管设置于功率因数校正模块的上部,第三开关管与第四开关管设置于功率因数校正模块的下部,第一开关管与第三开关管设置于功率因数校正模块的左部,第二开关管与第四开关管设置于功率因数校正模块的右部,所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管与所述第四开关管均自带续流二极管,将所述第一开关管的漏极与所述第二开关管的漏极串联,并将连接点确定为所述功率因数校正模块的正极输出端,将所述第三开关管的源极与第四开关管的源极串联,并将连接点与所述采样电阻串联后接地,将所述第一开关管的源极与所述第三开关管的漏极串联,并将连接点连接至所述火线端,将所述第二开关管的源极与所述第四开关管的漏极串联,并将连接点连接至所述零线端。

具体地,第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管均可以为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect TransIstor,金属氧化物半导体场效应晶体管,即MOS管),例如超结MOSFET、或者SiC-MOSFET。

MOS管的工作方式,通过栅极控制源极与漏极之间通断实现开关,导通时需要栅极电源大于源极电源。

在该技术方案中,通过设置由四个开关管构成的功率因数校正模块,结合控制模块输出的控制指令,控制电路分别执行整流操作或功率因数校正操作,在作为电机驱动系统的构成部分时,通过交替地进行“功率因数改善动作”以及“同步整流动作”来进行升压,以达到提高电机转速的允许限度的目的,并且在工作过程中,通过在电路中增加设置电流互感器以检测运行电流,并且在检测到出现电流异常的情况下,控制功率因数校正模块停止工作,在异常排除后重新运行,从而保证电机驱动过程的安全性。

在该技术方案中,通过在功率因数校正模块的交流输入端设置电流互感器,无论在执行整流操作还是功率因数校正操作,均有电流流过电流互感器,从而在检测到有电流流过电流互感器时,该器件将输出相应的电压,根据功率因数校正模块的四个开关管能够承受的电流值,在驱动保护模块或电流互感器内置的过流检测单元中设定需要保护的电压值,第一开关管于第二开关管串联在火线于零线之间,第三开关管于第四开关管串联在火线于零线之间,当第一开关管-第二开关管或者第三开关管-第四开关管出现异常过流时,该电流将通过电流互感器输出相应电压并触发驱动保护模块,进而关断驱动模块的开关信号,从而保护实现对开关管的过流,当过流信号解除,驱动保护模块将解除对过流驱动模块的控制,以恢复正常工作,从而在整流操作过程中,或功率因数校正过程中均可实现对概率比较高的故障的及时有效的检测,以达到提升整个PFC电路的安全性的目的。

具体地,将第三开关管的源极与第四开关管的源极互联后,将连接点连接至采样电阻的一端,并将采样电阻的另一端接地,通过采集采样电阻两端的电压信号,并将该电压信号传输至驱动保护模块,从而在检测到采样电阻两端的压降超过第二安全阈值后,触发控制模块关闭所述驱动模块的输出。

对于设置有电流互感器与采样电阻的功率因数校正电路,在不同的电流流路中均可以基于电流互感器和/或采样电阻对电压进行采样,并根据采样电压的检测结果确定是否存在短路现象,因此能够满足功率因数校正模块中第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管的不同结合流路的检测需求。

在上述任一项技术方案中,可选地,所述驱动模块包括用于驱动所述第一开关管与所述第三开关管的第一驱动模块,以及用于驱动所述第二开关管与所述第四开关管的第二驱动模块,其中,若所述驱动保护模块在检测到所述电压信号大于第一安全阈值和/或所述压降大于第二安全阈值,则触发所述控制模块关闭所述第一驱动模块与所述第二驱动模块的驱动输出。

在该技术方案中,驱动模块包括第一驱动模块与第二驱动模块,以实现H桥整理器的半桥驱动。

具体地,第一开关管与第三开关管采用第一驱动模块驱动,第二开关管与第四开关管采用第二驱动模块驱动,电流互感器输出的电压信号和采样电阻的电压采样信号均连接到驱动保护模块,当驱动保护模块检测到电流互感器输出的电压和采样电阻上的电压采样信号超出预设值将强制关断第一驱动模块与第二驱动模块,从而保护四个开关管。

其中,电流互感器主要用于当电流依次经过第一开关管与第二开关管,或者当电流依次经过第三开关管和第四开关管时发生短路异常时的检测,采样电阻主要用于当电流依次经过第一开关管与第三开关管,或者当电流依次经过第二开关管和第四开关管时发生短路异常时的检测。

其中,本领域的技术人员能够理解的是,基于电流互感器触发生成的保护信号与基于采样电阻触发生成的保护信号的优先级相同,任何一路发生异常均触发驱动保护模块,过流原因可能为电路受到电磁或者浪涌干扰引起控制模块死机复位,或者电抗器发生短路异常等等。

在上述任一项技术方案中,可选地,还包括:母线电容,所述母线电容的一端连接至所述正极输出端,所述母线电容的另一端接地,驱动模块输出所述开关信号,通过所述交流电源对所述母线电容充电,或所述母线电容放电,驱动模块不输出所述开关信号,所述母线电容放电。

在上述任一项技术方案中,可选地,所述控制模块还用于:若所述交流电源的输入电压处于正半周,则控制所述驱动模块输出用于使所述第一开关管与所述第四开关管导通的开关信号,并旁路对应的续流二极管;所述控制模块还用于:若所述交流电源的输入电压处于负半周,则控制所述驱动模块输出用于使所述第二开关管与所述第三开关管导通的开关信号,并旁路对应的续流二极管,以实现同步整流。

其中,在第一开关管的内部具有续流二极管,续流二极管是在第一开关管的源极与漏极之间存在的PN结的部分,第一开关管的饱和电压(接通状态下的漏极源极间电压)低于续流二极管的正向的电压降。由此,在第一开关管的源极漏极中流过电流与在寄生二极管中流过电流相比,电压降变小,甚至能够降低导通损失。易于理解地讲,在接通状态的第一开关管中流过电流与在断开状态的第一开关管中的续流二极管中流过电流相比,使导通损失变小,此外,对于其他的第二开关管、第三开关管与第四开关管也适用。

在该技术方案中,通过利用MOS管低导通压降的原理,根据交流电的相位状态开通相应的MOS管即可实现低功耗同步整流。

具体的,控制模块根据过零检测模块检测到的当前交流电相位进行输出相应的控制信号,驱动相应的开关管工作。

相关技术中,在进行同步整流时,在交流电源正半周时,电流经过电流互感器及电抗器,然后通过第一开关管于第四开关管的续流二极管整流对系统供电,此时由于续流二极管压降较大,造成能源浪费。

在该技术方案中,此时控制模块根据过零检测模块判断在交流电源的正半周开始时,电流经过电流互感器及电抗器,输出开关信号驱动第一开关管与第四开关管导通,使流过第一开关管、采样电阻第四开关管上续流二极管的电流流过MOS管,利用MOS管的低导通特性,旁路续流二极管,从而降低导通损耗。同理在交流电源负半周时,控制模块则控制开通第二开关管与第三开关管,使四个MOS管实现同步整流功能,在同步整流过程中,通过对经过电流互感器与采样电阻上的电流检测,检测是否出现过流现象。

在上述任一项技术方案中,可选地,所述控制模块30还用于:若所述交流电源的输入电压处于正半周,则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4开闭,所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4导通,以对所述电抗器L1进行充电,关断所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4,所述第一开关管Q1导通,所述电抗器L1向负载供电;所述控制模块30还用于:若所述交流电源的输入电压处于负半周,则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4开闭,所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4导通,以对所述电抗器L1进行充电,关断所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4,驱动所述第二开关管Q2导通,所述电抗器L1向负载供电,以实现功率因数校正。

在该技术方案中,在电路用于进行PFC操作时,在输入处于交流电源的正半周时,控制模块根据过零检测信号,驱动第三开关管与第四开关管导通,对电抗器进行充电,在充电过程中,通过检测电流互感器上的电流确定是否出现短路现象,当关断第三开关管与第四开关管时,控制模块驱动第一开关管打开,电抗器储存的电能将通过第一开关管释放给后级电路,给母线电容与负载(比如电机)供电,在输入处于交流电源的负半周时,控制模块根据过零检测信号,驱动第三开关管与第四开关管导通,对电抗器进行充电,当关断第三开关管与第四开关管时,控制模块驱动第二开关管打开,电抗器储存的电能将通过第二开关管释放给后级电路,给母线电容与负载(比如电机)供电,通过向母线电容释放在电抗器中积蓄的能量,对母线电容的直流电压进行升压,从而能够通过短路电流,减小电流波形的失真,使电流波形接近正弦波,进而能够改善PFC电路的功率因数,进一步地,通过根据负载的母线电压计算第三开关管或第一开关管的脉宽,能够合理调整PFC电路中短路电流的持续时间,根据脉冲变化次数合理控制各个开关导通/关断的次数,能够降低开关单元的导通损失,降低开关损耗,提高效率。

在上述任一项技术方案中,可选地,还包括:负载驱动模块,设置于所述正极输出端与所述负极输出端之间,用于接收所述功率因数校正模块的直流输出,以对负载供电;直流母线电压检测模块,连接至所述功率因数校正模块的直流输出端,并与所述负载驱动模块并联设置,用于检测直流母线电压。

在该技术方案中,在负载为电机的应用场景中,负载驱动模块用于将稳压直流逆变为三相交流输出,以实现对电机供电,结合直流母线电压检测模块的设置,通过对功率因数校正模块的直流输出的母线电压的检测,及所述输入电压的检测,控制功率因数校正模块中各个开关管元的开关状态以及各个开关管导通时的脉宽。

在上述任一项技术方案中,可选地,所述控制模块还连接至负载驱动模块连接,以用于向所述负载驱动模块输出逆变控制信号。

根据本发明的第二方面的实施例,提供了一种空调器,包括:如本发明第一方面技术方案中所述的功率因数校正电路。

具体地,功率因数校正电路应用于压缩机的电机驱动系统中,通过检测电路中是否出现过流现象,以防止过流时造成电机转速过快,导致压缩机出现退磁现象。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出,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例的描述中将变得明显和容易理解,其中:

图1示出了相关技术中的功率因数校正电路的示意图;

图2示出了根据本发明的一个实施例的功率因数校正电路的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

如图2所示,根据本发明的一个实施例的功率因数校正电路,适用于空调器,包括:功率因数校正模块10,接收供电信号,所述功率因数校正模块10包括开关管,所述开关管被配置为控制所述供电信号对负载供电;驱动模块,连接至所述开关管的驱动输入端,用于向所述开关管输出开关信号;控制模块30,连接至所述驱动模块,用于控制所述驱动模块开启输出所述开关信号或关闭输出所述开关信号;电流互感器40,设置于所述功率因数校正模块的输入侧,以采集采样信号;驱动保护模块50,与所述电流互感器以及所述控制模块连接,用于检测到所述采样信号大于或等于第一安全阈值,向所述控制模块输出保护信号,所述保护信号用于触发所述控制模块关闭所述驱动模块的输出。

在该实施例中,在功率因数校正模块10的交流输入端设置电流互感器40,电流互感器40基于设置的位置,采集功率因数校正模块10的输入电流,或输出电流,并将电流转换为电压信号输出驱动保护模块50上,以由驱动保护模块50检测是否出现过流现象,以在检测到出现过流现象的情况下,控制停止向功率因数校正模块10输出开关信号,一方面,由于电流互感器40不与被测电路发生电接触,能够不消耗被测电源的功率,因此不影响变频设备的高效低功耗控制,另一方面,由于电流互感器40直接采集功率因数校正模块10的输入端电流,而输入端连接至交流电源的火线与零线端N,因此能够更加直接的检测到整流器是否出现异常,以及在确定出现异常时,在不同的工况下能够确定对应的异常部件,相对于现有技术中采用具有保护功能的驱动芯片结合采样电阻Rs进行过流检测的方案,局限性更小,并且更加具有针对性与实用性。

其中,本领域的技术人员能够理解的是,电流互感器40是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换为二次侧小电流来测量的仪器,电流互感器40应用于工频大电流的测量场合,以实现变流和电气隔离功能,基于电磁感应原理,输出电压与交流侧电流的变化率成正比,因此能够准确检测交流侧是否出现过流现象,通过电流互感器40采集通过电抗器的电流信号,并转为相应的电压信号输送给驱动保护模块50,以基于电流互感器40采集的电压信号,判断是否出现过流现象。

实施例二

如图2所示,在上述实施例中,可选地,还包括:采样电阻Rs,设置在所述功率因数校正模块10的负极输出端,并连接至所述驱动保护模块50,所述驱动保护模块50在检测到所述采样电阻Rs上的压降超过第二安全阈值,所述控制模块30输出所述保护信号。

在该实施例中,通过在功率因数校正模块10的交流侧串联一个电流互感器40,用于负责检测交流侧的电流,然后将该传感器输出的电压信号作为驱动保护模块50的输入信号,结合在功率因数校正模块10的负极输出端串联的采样电阻Rs,该采样电阻Rs检测的电压也输入驱动保护模块50,当这两路的输入电压任何一个超过电流检测及驱动保护模块50的预设电压时,都将触发电流检测及驱动保护模块50的保护并关断功率因数校正模块10。

如图2所示,在上述任一项实施例中,可选地,还包括:第一电抗器L1与第二电抗器L2,所述第一电抗器L1设置于所述交流电源的火线、所述第二电抗器L2设置于所述交流电源的零线上;过零检测模块60,设置在所述交流电源的火线端L与零线端N之间,并连接至所述控制模块30,所述过零检测模块60用于采集所述火线端L与所述零线端N之间的过零检测信号;所述控制模块30还用于:根据所述过零检测模块60输出的过零检测信号确定所述交流电源的相位状态,以根据所述相位状态向所述驱动模块输出对应的开关控制信号,其中,所述电流互感器40设置于所述交流电源的火线端L与所述第一电抗器L1之间,或设置于所述交流电源的零线端N与所述第二电抗器L2之间。

在该实施例中,通过设置两个并联的第一电抗器L1和第二电抗器L2,相对于单电抗器电路,一方面,能够可现两个电抗器叠加的效果,另一方面,能够代替装配困难的大尺寸电抗器,安装在功率因数校正电路中,以降低安装难度。

进一步地,通过将并联的第一电抗器L1与第二电抗器L2设置在功率因数校正模块10的交流输入端与交流电源之间,在交流电源进行交流输出时,并联的第一电抗器L1与第二电抗器L2能够将从交流电源供给的电能转换为磁能以作为能量存储,并能够通过释放该能量来实现PFC电路的升压和功率因数的改善。

另外,通过在火线与零线之间设置过零检测模块60,以由过零检测模块60判断交流电源的实时相位,以便根据不同的相位状态驱动功率因数校正模块10中不同的开关器件执行开关操作,以分别实现整流功能或功率因数校正(PFC)功能,从而基于整流功能实现负载端的直流供电,或通过PFC控制,使交流侧电压与交流侧电流在相位上达到一致。

另外,产生过流现象的原因很多,比如电路受到干扰引起控制模块30死机复位,或者第一电抗器L1与第二电抗器L2发生短路异常等等。

实施例三

如图2所示,在上述任一项实施例中,可选地,所述功率因数校正模块10由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4构造形成,第一开关管Q1与第二开关管Q2设置于功率因数校正模块10的上部,第三开关管Q3与第四开关管Q4设置于功率因数校正模块10的下部,第一开关管Q1与第三开关管Q3设置于功率因数校正模块10的左部,第二开关管Q2与第四开关管Q4设置于功率因数校正模块10的右部,所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4均自带续流二极管,将所述第一开关管Q1的漏极与所述第二开关管Q2的漏极串联,并将连接点确定为所述功率因数校正模块10的正极输出端,将所述第三开关管Q3的源极与第四开关管Q4的源极串联,并将连接点与所述采样电阻Rs串联后接地,将所述第一开关管Q1的源极与所述第三开关管Q3的漏极串联,并将连接点连接至所述火线端L,将所述第二开关管Q2的源极与所述第四开关管Q4的漏极串联,并将连接点连接至所述零线端N。

具体地,第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4均可以为MOSFT(Mta-Oxid-Smicoductor Fid-ffct TrasIstor,金属氧化物半导体场效应晶体管,即MOS管),例如超结MOSFT、或者SiC-MOSFT。

MOS管的工作方式,通过栅极控制源极与漏极之间通断实现开关,导通时需要栅极电源大于源极电源。

在该实施例中,通过设置由四个开关管构成的功率因数校正模块10,结合控制模块30输出的控制指令,控制电路分别执行整流操作或功率因数校正操作,在作为电机驱动系统的构成部分时,通过交替地进行“功率因数改善动作”以及“同步整流动作”来进行升压,以达到提高电机转速的允许限度的目的,并且在工作过程中,通过在电路中增加设置电流互感器40以检测运行电流,并且在检测到出现电流异常的情况下,控制功率因数校正模块10停止工作,在异常排除后重新运行,从而保证电机驱动过程的安全性。

在上述任一项实施例中,可选地,所述驱动模块包括用于驱动所述第一开关管Q1与所述第三开关管Q3的第一驱动模块202,以及用于驱动所述第二开关管Q2与所述第四开关管Q4的第二驱动模块204,其中,若所述驱动保护模块50在检测到所述电压信号大于第一安全阈值和/或所述压降大于第二安全阈值,则触发所述控制模块30关闭所述第一驱动模块202与所述第二驱动模块204的驱动输出。

在该实施例中,驱动模块包括第一驱动模块202与第二驱动模块204,以实现H桥整理器的半桥驱动。

具体地,第一开关管Q1与第三开关管Q3采用第一驱动模块202驱动,第二开关管Q2与第四开关管Q4采用第二驱动模块204驱动,电流互感器40输出的电压信号和采样电阻Rs的电压采样信号均连接到驱动保护模块50,当驱动保护模块50检测到电流互感器40输出的电压和采样电阻Rs上的电压采样信号超出预设值将强制关断第一驱动模块202与第二驱动模块204,从而保护四个开关管。

在上述任一项实施例中,可选地,还包括:母线电容E,所述母线电容的一端连接至所述正极输出端,所述母线电容的另一端接地,驱动模块输出所述开关信号,通过所述交流电源对所述母线电容充电,或所述母线电容放电,驱动模块不输出所述开关信号,所述母线电容放电。

实施例四

如图2所示,在上述任一项实施例中,可选地,所述电流互感器40设置在所述交流电源的火线端L与所述第一电抗器L1之间,或所述电流互感器40设置在所述交流电源的零线端N与所述第二电抗器L2之间。

在该实施例中,通过在功率因数校正模块10的交流输入端设置电流互感器40,无论在执行整流操作还是功率因数校正操作,均有电流流过电流互感器40,从而在检测到有电流流过电流互感器40时,该器件将输出相应的电压,根据功率因数校正模块10的四个开关管能够承受的电流值,在驱动保护模块50或电流互感器40内置的过流检测单元中设定需要保护的电压值,第一开关管Q1于第二开关管Q2串联在火线于零线之间,第三开关管Q3于第四开关管Q4串联在火线于零线之间,当第一开关管Q1-第二开关管Q2或者第三开关管Q3-第四开关管Q4出现异常过流时,该电流将通过电流互感器40输出相应电压并触发驱动保护模块50,进而关断驱动模块的开关信号,从而保护实现对开关管的过流,当过流信号解除,驱动保护模块50将解除对过流驱动模块的控制,以恢复正常工作,从而在整流操作过程中,或功率因数校正过程中均可实现对概率比较高的故障的及时有效的检测,以达到提升整个PFC电路的安全性的目的。

如图2所示,将第三开关管Q3的源极与第四开关管Q4的源极互联后,将连接点连接至采样电阻Rs的一端,并将采样电阻Rs的另一端接地,通过采集采样电阻Rs两端的电压信号,并将该电压信号传输至驱动保护模块50,从而在检测到采样电阻Rs两端的压降超过第二安全阈值后,触发控制模块30关闭所述驱动模块的输出。

对于电流互感器40与采样电阻Rs的功率因数校正电路,在不同的电流流路中均可以基于电流互感器40和/或采样电阻Rs对电压进行采样,并根据采样电压的检测结果确定是否存在短路现象,因此能够满足功率因数校正模块10中第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4的不同结合流路的检测需求。

第一开关管Q1与第三开关管Q3采用第一驱动模块202驱动,第二开关管Q2与第四开关管Q4采用第二驱动模块204驱动,电流互感器40输出的电压信号和采样电阻Rs的电压采样信号均连接到驱动保护模块50,当驱动保护模块50检测到电流互感器40输出的电压和采样电阻Rs上的电压采样信号超出预设值将强制关断第一驱动模块202与第二驱动模块204,从而保护四个开关管。

其中,电流互感器40主要用于当电流依次经过第一开关管Q1与第二开关管Q2,或者当电流依次经过第三开关管Q3和第四开关管Q4时发生短路异常时的检测,采样电阻Rs主要用于当电流依次经过第一开关管Q1与第三开关管Q3,或者当电流依次经过第二开关管Q2和第四开关管Q4时发生短路异常时的检测。

其中,本领域的技术人员能够理解的是,基于电流互感器40触发生成的保护信号与基于采样电阻Rs触发生成的保护信号的优先级相同,任何一路发生异常均触发驱动保护模块50,过流原因可能为电路受到电磁或者浪涌干扰引起控制模块30死机复位,或者电抗器发生短路异常等等。

实施例五

在上述任一项实施例中,可选地,所述控制模块30还用于:若所述交流电源的输入电压处于正半周,则控制所述驱动模块输出用于使所述第一开关管Q1与所述第四开关管Q4导通的开关信号,并旁路对应的续流二极管;所述控制模块30还用于:若所述交流电源的输入电压处于负半周,则控制所述驱动模块输出用于使所述第二开关管Q2与所述第三开关管Q3导通的开关信号,并旁路对应的续流二极管,以实现同步整流。

其中,在第一开关管Q1的内部具有续流二极管,续流二极管是在第一开关管Q1的源极与漏极之间存在的P结的部分,第一开关管Q1的饱和电压(接通状态下的漏极源极间电压)低于续流二极管的正向的电压降。由此,在第一开关管Q1的源极漏极中流过电流与在寄生二极管中流过电流相比,电压降变小,甚至能够降低导通损失。易于理解地讲,在接通状态的第一开关管Q1中流过电流与在断开状态的第一开关管Q1中的续流二极管中流过电流相比,使导通损失变小,此外,对于其他的第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4也适用。

在该实施例中,通过利用MOS管低导通压降的原理,根据交流电的相位状态开通相应的MOS管即可实现低功耗同步整流。

具体的,控制模块30根据过零检测模块60检测到的当前交流电相位进行输出相应的控制信号,驱动相应的开关管工作。

相关技术中,在进行同步整流时,在交流电源正半周时,电流经过电流互感器40及电抗器,然后通过第一开关管Q1于第四开关管Q4的续流二极管整流对系统供电,此时由于续流二极管压降较大,造成能源浪费。

在该实施例中,此时控制模块30根据过零检测模块60判断在交流电源的正半周开始时,电流经过电流互感器40及电抗器,输出开关信号驱动第一开关管Q1与第四开关管Q4导通,使流过第一开关管Q1、采样电阻Rs与第四开关管Q4上续流二极管的电流流过MOS管,利用MOS管的低导通特性,旁路续流二极管,从而降低导通损耗。同理在交流电源负半周时,控制模块30则控制开通第二开关管Q2与第三开关管Q3,使四个MOS管实现同步整流功能,在同步整流过程中,通过对经过电流互感器40与采样电阻Rs上的电流检测,检测是否出现过流现象。

实施例六

在上述任一项实施例中,可选地,所述控制模块30还用于:若所述交流电源的输入电压处于正半周,则根据所述过零检测信号,驱动所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4导通,以对所述电抗器进行充电,若关断所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4,驱动所述第一开关管Q1打开,所述电抗器储存的电能通过第一开关管Q1释放向负载供电;所述控制模块30还用于:若所述交流电源的输入电压处于负半周,则根据所述过零检测信号,驱动所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4导通,以对所述电抗器进行充电,若关断所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4,驱动所述第一开关管Q1打开,所述电抗器储存的电能通过第一开关管Q1释放向负载供电,以实现功率因数校正。

在该实施例中,在电路用于进行PFC操作时,在输入处于交流电源的正半周时,控制模块30根据过零检测信号,驱动第三开关管Q3与第四开关管Q4导通,对电抗器进行充电,当关断第三开关管Q3与第四开关管Q4时,控制模块30驱动第一开关管Q1打开,电抗器储存的电能将通过第一开关管Q1释放给后级电路,给母线电容E与负载(比如电机)供电,在输入处于交流电源的负半周时,控制模块30根据过零检测信号,驱动第三开关管Q3与第四开关管Q4导通,对电抗器进行充电,当关断第三开关管Q3与第四开关管Q4时,控制模块30驱动第二开关管Q2打开,电抗器储存的电能将通过第二开关管Q2释放给后级电路,给母线电容E与负载(比如电机)供电,通过向母线电容E释放在电抗器中积蓄的能量,对母线电容E的直流电压进行升压,从而能够通过短路电流,减小电流波形的失真,使电流波形接近正弦波,进而能够改善PFC电路的功率因数,进一步地,通过根据负载的母线电压计算第三开关管Q3或第一开关管Q1的脉宽,能够合理调整PFC电路中短路电流的持续时间,根据脉冲变化次数合理控制各个开关导通/关断的次数,能够降低开关单元的导通损失,降低开关损耗,提高效率。

如图2所示,在上述任一项实施例中,可选地,还包括:负载驱动模块70,设置于所述正极输出端与所述负极输出端之间,用于接收所述功率因数校正模块10的直流输出,以对负载供电;直流母线电压检测模块(图中未示出),连接至所述功率因数校正模块10的直流输出端,并与所述负载驱动模块70并联设置,用于检测直流母线电压。

在该实施例中,在负载为电机的应用场景中,负载驱动模块70用于将稳压直流逆变为三相交流输出,以实现对电机供电,结合直流母线电压检测模块的设置,通过对功率因数校正模块10的直流输出的母线电压的检测,及所述输入电压的检测,控制功率因数校正模块10中各个开关管元的开关状态以及各个开关管导通时的脉宽。

在上述任一项实施例中,可选地,所述控制模块30还连接至负载驱动模块70连接,以用于向所述负载驱动模块70输出逆变控制信号。

根据本发明的实施例的空调器,包括:上述任一项实施例所述的功率因数校正电路。

具体地,功率因数校正电路应用于压缩机的电机驱动系统中,通过检测电路中是否出现过流现象,以防止过流时造成电机转速过快,导致压缩机出现退磁现象。

与现有技术相比,本申请技术方案中公开的实施例至少具有下述有益效果:

(1)由于电流互感器直接采集功率因数校正模块的输入端电流,使功率因数校正模块在执行不同的功能操作时对应的不同电流流路均可以通过电流互感器进行电路异常检测,因此能够更加直接的检测到整流器是否出现异常,以及在确定出现异常时,在不同的工况下能够确定对应的异常部件,相对于现有技术中采用具有保护功能的驱动芯片结合采样电阻进行过流检测的方案,局限性更小,并且更加具有针对性与实用性。

(2)通过在功率因数校正模块的交流侧串联一个电流互感器,用于负责检测交流侧的电流,然后将该传感器输出的电压信号作为驱动保护模块的输入信号,结合在功率因数校正模块的负极输出端串联的采样电阻,该采样电阻检测的电压也输入驱动保护模块,当这两路的输入电压任何一个超过电流检测及驱动保护模块的预设电压时,都将触发电流检测及驱动保护模块的保护并关断功率因数校正模块,从而在输入输出侧均可以实现对过流现象的检测功能。

(3)对于电流互感器与采样电阻的功率因数校正电路,在不同的电流流路中均可以基于电流互感器和/或采样电阻对电压进行采样,并根据采样电压的检测结果确定是否存在短路现象,因此能够满足功率因数校正模块中第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管的不同结合流路的检测需求。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案,通过在功率因数校正模块的交流侧串联一个电流互感器,用于负责检测交流侧的电流,然后将该传感器输出的电压信号作为驱动保护模块的输入信号,结合在功率因数校正模块的负极输出端串联的采样电阻,该采样电阻检测的电压也输入驱动保护模块,当这两路的输入电压任何一个超过电流检测及驱动保护模块的预设电压时,都将触发电流检测及驱动保护模块的保护并关断功率因数校正模块。

本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是,在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的模块权利要求中,这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种功率因数校正电路,其特征在于,包括:
功率因数校正模块,接收供电信号,所述功率因数校正模块包括开关管,所述开关管被配置为控制所述供电信号对负载供电;
驱动模块,连接至所述开关管的驱动输入端,用于向所述开关管输出开关信号;
控制模块,连接至所述驱动模块,用于控制所述驱动模块开启输出所述开关信号或关闭输出所述开关信号;
电流互感器,设置于所述功率因数校正模块的输入侧,以采集采样信号;
驱动保护模块,与所述电流互感器以及所述控制模块连接,用于检测到所述采样信号大于或等于第一安全阈值,向所述控制模块输出保护信号,所述保护信号用于触发所述控制模块关闭所述驱动模块的输出。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路,其特征在于,还包括:
采样电阻,设置在所述功率因数校正模块的负极输出端,并连接至所述驱动保护模块,所述驱动保护模块在检测到所述采样电阻上的压降超过第二安全阈值,所述控制模块输出所述保护信号。
3.根据权利要求2所述的功率因数校正电路,其特征在于,还包括:
第一电抗器和第二电抗器,所述第一电抗器设置于交流电源的火线、所述第二电抗器设置于所述交流电源的零线上;
过零检测模块,设置在所述交流电源的火线端与零线端之间,并连接至所述控制模块,所述过零检测模块用于采集所述火线端与所述零线端之间的过零检测信号;
所述控制模块还用于:根据所述过零检测模块输出的过零检测信号确定所述交流电源的相位状态,以根据所述相位状态向所述驱动模块输出对应的开关控制信号,
其中,所述交流电源用于输出所述供电信号,所述电流互感器设置于所述交流电源的火线端与所述第一电抗器之间,或设置于所述交流电源的零线端与所述第二电抗器之间。
4.根据权利要求3所述的功率因数校正电路,其特征在于,
所述功率因数校正模块由第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管构造形成,所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管与所述第四开关管均自带续流二极管,将所述第一开关管的漏极与所述第二开关管的漏极串联,并将连接点确定为所述功率因数校正模块的正极输出端,将所述第三开关管的源极与第四开关管的源极串联,并将连接点与所述采样电阻串联后接地,将所述第一开关管的源极与所述第三开关管的漏极串联,并将连接点连接至所述火线端,将所述第二开关管的源极与所述第四开关管的漏极串联,并将连接点连接至所述零线端。
5.根据权利要求4所述的功率因数校正电路,其特征在于,
所述驱动模块包括用于驱动所述第一开关管与所述第三开关管的第一驱动模块,以及用于驱动所述第二开关管与所述第四开关管的第二驱动模块,
其中,若所述驱动保护模块在检测到所述采样信号大于第一安全阈值和/或所述压降大于第二安全阈值,则触发所述控制模块关闭所述第一驱动模块与所述第二驱动模块的驱动输出。
6.根据权利要求4所述的功率因数校正电路,其特征在于,
所述控制模块还用于:若所述交流电源的输入电压处于正半周,则控制所述驱动模块输出用于使所述第一开关管与所述第四开关管导通的开关信号,并旁路对应的续流二极管;
所述控制模块还用于:若所述交流电源的输入电压处于负半周,则控制所述驱动模块输出用于使所述第二开关管与所述第三开关管导通的开关信号,并旁路对应的续流二极管,以实现同步整流。
7.根据权利要求4所述的功率因数校正电路,其特征在于,
所述控制模块还用于:若所述交流电源的输入电压处于正半周,则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管与所述第四开关管开闭,所述第三开关管与所述第四开关管导通,以对所述电抗器进行充电,关断所述第三开关管与所述第四开关管,所述第一开关管导通,所述电抗器向负载供电;
所述控制模块还用于:若所述交流电源的输入电压处于负半周,则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管与所述第四开关管开闭,所述第三开关管与所述第四开关管导通,以对所述电抗器进行充电,关断所述第三开关管与所述第四开关管,驱动所述第二开关管导通,所述电抗器向负载供电,以实现功率因数校正。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的功率因数校正电路,其特征在于,还包括:
母线电容,所述母线电容的一端连接至所述正极输出端,所述母线电容的另一端接地,驱动模块输出所述开关信号,通过所述交流电源对所述母线电容充电,或所述母线电容放电,驱动模块不输出所述开关信号,所述母线电容放电。
9.根据权利要求4至7中任一项所述的功率因数校正电路,其特征在于,还包括:
负载驱动模块,设置于所述正极输出端与所述负极输出端之间,用于接收所述功率因数校正模块的直流输出,以对负载供电;
所述控制模块还连接至负载驱动模块连接,以用于向所述负载驱动模块输出逆变控制信号。
10.一种空调器,其特征在于,包括:如权利要求1至9中任一项所述的功率因数校正电路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110864427A (zh) * 2019-11-12 2020-03-06 广东弦波科技有限公司 变频压缩机控制器采样电阻检测方法及控制器自检方法
WO2020232995A1 (zh) * 2019-05-17 2020-11-26 广东美的制冷设备有限公司 功率因数校正电路和空调器
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