CN110401340B - Pfc控制电路、电路板及空调器 - Google Patents

Pfc控制电路、电路板及空调器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种PFC控制电路、电路板及空调器。本发明通过整流桥接收交流市电，并将交流市电转换为直流电压后发送至控制芯片和开关单元；控制芯片获取输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号，并根据输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号生成控制信号，发送控制信号至开关单元；开关单元根据控制信号进行通断，以输出功率因数校正后的直流电压。其中，通过整流桥的输出端与控制芯片的接地脚连接，将落地点接入整流桥的输出端，降低了从整流桥输出端获取的输入电压采样信号的噪声，使输入电压采样信号更加准确，提高了PFC控制的准确性。

Description

PFC控制电路、电路板及空调器
技术领域
本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种PFC控制电路、电路板及空调器。
背景技术
随着变频技术的普及，交错式PFC(Power Factor Corrector，功率因数校正)控制电路因通过在多个平衡相位中共享负载电流而有效地降低输入电流纹波，减少开关管的电流应力，成为高功率应用中广泛使用的拓扑结构。
常用的交错式PFC控制电路的落地点在母线电容处，PFC控制芯片的接地脚与母线电容连接。当功率密度提高时，系统中的干扰信号进入电压前馈通道，导致输入波形不良，影响母线采样信号和输入电压采样信号的准确性，如果母线采样不准，则母线电压不准确，如果输入电压采样不准，那么输入电流跟踪的目标就会产生偏差，输入的THDI(TotalHarmonic Current Distortion，总谐波电流畸变率)则会恶化，影响PFC控制的准确性。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种PFC控制电路、电路板及空调器，旨在解决现有技术中交错式PFC控制电路落地点的设置影响PFC控制准确性的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种PFC控制电路、电路板及空调器，所述电路包括整流桥、开关单元及控制芯片，所述整流桥的输出端与所述控制芯片的接地脚连接；其中，
所述整流桥，用于接收交流市电，并将所述交流市电转换为直流电压后发送至所述控制芯片和所述开关单元；
所述控制芯片，用于获取输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号，并根据所述输入电压采样信号、所述输入电流采样信号及所述输出母线电压信号生成控制信号，发送所述控制信号至所述开关单元；
所述开关单元，用于根据所述控制信号进行通断，以输出功率因数校正后的直流电压。
优选地，所述开关单元包括第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一开关管及第二开关管；其中，
所述第一电容的第一端与所述整流桥的正极连接，所述第一电容的第二端与所述整流桥的负极及所述控制芯片的接地脚分别连接；
所述第一电感的第一端与所述整流桥的正极及所述第一电容的第一端分别连接，所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阳极及所述第一开关管的集电极分别连接；
所述第一二极管的阴极与所述第二电容的第一端、所述第二二极管的阴极及输出端分别连接；
所述第二电感的第一端与所述整流桥的正极及所述第一电容的第一端分别连接，所述第二电感的第二端与所述第二二极管的阳极及所述第二开关管的集电极分别连接；
所述第二二极管的阴极与所述第二电容的第一端连接；
所述第二电容的第二端、所述第一开关管的发射极及所述第二开关管的发射极分别经所述第三电感与所述控制芯片的接地脚连接。
本发明还提出一种电路板，所述电路板包括如上所述的PFC控制电路。
优选地，所述电路板设置有无源器件区、功率器件区及PFC控制区；其中，
所述无源器件区，用于放置所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感、所述第一电容及所述第二电容；
所述功率器件区，用于放置所述整流桥、所述第一二极管、所述第二二极管、所述第一开关管及所述第二开关管；
所述PFC控制区，用于放置所述控制芯片。
优选地，所述PFC控制区，还用于放置输入电压采样电路，所述输入电压采样电路与所述整流桥的输出端及所述控制芯片分别连接，并采用地线覆盖。
优选地，所述功率器件区还用于放置风机IPM及压缩机IPM；所述PFC控制电路与所述风机IPM或所述压缩机IPM连接；所述整流桥、所述第一二极管、所述第二二极管、所述第一开关管及所述第二开关管、所述风机IPM及所述压缩机IPM依次排布在功率器件区，且安装于同一散热器上。
优选地，还包括低压控制区，用于放置微控制器，所述微控制器与所述压缩机IPM及所述风机IPM分别连接，且所述微控制器与所述压缩机IPM的直线距离小于所述微控制器与所述风机IPM的距离。
优选地，所述低压控制区，还用于放置无Y电容的辅助电源，所述辅助电源与所述PFC控制电路及所述输入电压采样电路分别连接。
优选地，还包括缓冲区，用于放置缓冲电路，所述缓冲区设置于所述无源器件区及所述功率器件区之间，所述无源器件区设置于所述电路板的中心位置。
本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的PFC控制电路或如上所述的电路板。
本发明通过整流桥接收交流市电，并将交流市电转换为直流电压后发送至控制芯片和开关单元；控制芯片获取输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号，并根据输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号生成控制信号，发送控制信号至开关单元；开关单元根据控制信号进行通断，以输出功率因数校正后的直流电压。其中，通过整流桥的输出端与控制芯片的接地脚连接，将落地点接入整流桥的输出端，降低了从整流桥输出端获取的输入电压采样信号的噪声，使输入电压采样信号更加准确，本发明还通过电路板中采用地线覆盖输入电压采样电路降低了空间电磁场的干扰，通过辅助电源绕组间不安装Y电容，防止其他共模干扰通过Y电容引入输入电压采样电路及PFC控制电路，降低了落地点远离母线电容造成母线电压采样不准的影响，提高了PFC控制的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1是本发明一种PFC控制电路一实施例的结构示意图；
图2是基于PFC控制电路一实施例的电路板结构示意图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
BR 整流桥 10 无源器件区
IC 控制芯片 20 功率器件区
L1～L4 第一电感至第四电感 30 PFC控制区
C1～C2 第一电容至第二电容 40 缓冲区
D1～D2 第一二极管至第二二极管 50 低压控制区
Q1～Q2 第一三极管至第二三极管 100 开关单元
GND 地
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提供一种PFC控制电路。
参照图1，在一实施例中，所述PFC控制电路包括整流桥BR、开关单元100及控制芯片IC，所述整流桥BR的输出端与所述控制芯片IC的接地脚GND连接；其中，所述整流桥BR，用于接收交流市电，并将所述交流市电转换为直流电压后发送至所述控制芯片IC和所述开关单元100；所述控制芯片IC，用于获取输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号，并根据所述输入电压采样信号、所述输入电流采样信号及所述输出母线电压信号生成控制信号，发送所述控制信号至所述开关单元100；所述开关单元100，用于根据所述控制信号进行通断，以输出功率因数校正后的直流电压。
需要说明的是，PFC控制的目标是稳定母线电压，即功率因数校正后的直流电压，PFC控制的原理是：将输出母线电压与参考电压之间的误差通过PI(比例积分)环节放大，并与输入电压采样信号共同加到控制芯片IC中乘法器的输入端，作为电流环平均值给定。为了跟踪输入电压，需要获取输入电压采样信号，与电流环平均值给定相乘，得到电流环瞬时值给定。电流环瞬时值给定与输入电流采样信号之差经过PI环节放大作为开关管动作依据。在PFC控制过程中，如果母线采样不准，则输出母线电压信号不准确；如果输入电压采样不准，那么输入电流跟踪的目标就会产生偏差，输入的THDI则会恶化。
传统的PFC控制电路中，控制芯片的接地脚与母线电容连接，由于输入电压采样信号非常容易受到干扰，本实施例中控制芯片IC的落地点不再为母线电容处，而是将落地点接到整流桥BR输出端，这样可以充分利用电容的滤波作用，降低输入电压采样信号的噪声，获得更加准确的输入电压采样信号。
进一步地，所述开关单元100包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第一电容C1、第二电容C2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一开关管Q1及第二开关管Q2；其中，所述第一电容C1的第一端与所述整流桥BR的正极V+连接，所述第一电容C1的第二端与所述整流桥BR的负极V-及所述控制芯片IC的接地脚GND分别连接；所述第一电感L1的第一端与所述整流桥BR的正极V+及所述第一电容C1的第一端分别连接，所述第一电感L1的第二端与所述第一二极管D1的阳极及所述第一开关管Q1的集电极分别连接；所述第一二极管D1的阴极与所述第二电容C2的第一端、所述第二二极管D2的阴极及输出端Vout分别连接；所述第二电感L2的第一端与所述整流桥BR的正极V+及所述第一电容C1的第一端分别连接，所述第二电感L2的第二端与所述第二二极管D2的阳极及所述第二开关管Q2的集电极分别连接；所述第二二极管D2的阴极与所述第二电容C2的第一端连接；所述第二电容C2的第二端、所述第一开关管Q1的发射极及所述第二开关管Q2的发射极分别经所述第三电感L3与所述控制芯片IC的接地脚GND连接。
应当理解的是，所述第一电容C1为滤波电容，用于稳定整流桥的输出波形，所述第二电容C2为母线电容，用于滤除直流母线中的干扰信号，所述第一电感L1和第二电感L2为升压电感，所述第三电感L3为寄生电感。
需要说明的是，第一开关管Q1和第二开关管Q2的基极可以通过驱动单元与控制芯片IC连接，以根据控制芯片IC的控制信号实现第一开关管Q1和第二开关管Q2的通断。
本实施例通过整流桥接收交流市电，并将交流市电转换为直流电压后发送至控制芯片和开关单元；控制芯片获取输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号，并根据输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号生成控制信号，发送控制信号至开关单元；开关单元根据控制信号进行通断，以输出功率因数校正后的直流电压。其中，通过整流桥的输出端与控制芯片的接地脚连接，将落地点接入整流桥的输出端，降低了从整流桥输出端获取的输入电压采样信号的噪声，使输入电压采样信号更加准确，提高了PFC控制的准确性。
参照图2，图2为基于PFC控制电路提出的电路板。
本实施例中，所述电路板设置有无源器件区10、功率器件区20及PFC控制区30；其中，所述无源器件区10，用于放置所述第一电感L1、所述第二电感L2、所述第三电感L3、所述第一电容C1及所述第二电容C2；所述功率器件区20，用于放置所述整流桥BR、所述第一二极管D1、所述第二二极管D2、所述第一开关管Q1及所述第二开关管Q2；所述PFC控制区30，用于放置所述控制芯片IC。
应当理解的是，无源器件是微波射频器件中重要的一类，主要包括电容、电感、转换器、滤波器等，本实施例电路板的无源器件区10用于放置PFC控制电路中的电感和电容。功率器件区20主要用于放置进行功率处理的器件，如具有处理高电压，大电流能力的半导体器件，本实施例中可以放置PFC控制电路中的整流桥、二极管及开关管。
进一步地，PFC控制区30还用于放置输入电压采样电路，所述输入电压采样电路与所述整流桥BR的输出端及所述控制芯片IC分别连接，并采用地线覆盖。
应当理解的是，输入电压采样电路用于对输入电压进行采样，为了降低输入电压采样电路中的空间电磁场干扰，在连接线的周围需要使用地线覆盖。
进一步地，所述功率器件区20还用于放置风机IPM及压缩机IPM；所述PFC控制电路与所述风机IPM或所述压缩机IPM连接；所述整流桥BR、所述第一二极管D1、所述第二二极管D2、所述第一开关管Q1及所述第二开关管Q2、所述风机IPM及所述压缩机IPM依次排布在功率器件区，且安装于同一散热器上。
需要说明的是，现有三路交错的冷媒管散热器只能给整流桥、开关管、二极管和压缩机IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)三个功率器件散热，风机IPM需要单独使用风冷散热器，而本实施例中，整流桥、开关管，二极管、风机IPM，压缩机IPM，依次在功率器件区排开，高度基本一致，因此可以安装在一个散热器上。作为一实施例，当散热器为冷媒管散热器时，可以将功率器件设置于电路板和冷媒管散热器之间，实现整个电路板全冷媒管散热。
在具体实现中，为方便安装，可以将散热器和功率器件区20放置在电路板偏下部分，无源器件区10放在电路板中心位置。无源器件区10和功率器件区20之间设置用于放置缓冲电路的缓冲区40，在缓冲区40中加螺钉固定，防止电路板震动失效。
进一步地，电路板还包括低压控制区50，用于放置微控制器，所述微控制器与所述压缩机IPM及所述风机IPM分别连接。为了减少干扰，所述微控制器与所述压缩机IPM的直线距离小于所述微控制器与所述风机IPM的距离。
应当理解的是，低压控制区，可以放置常见的低压器件，如熔断器、继电器、漏电保护器、微控制器等。本实施例中还可以放置微控制器和辅助电源。
进一步地，所述低压控制区50，还用于放置无Y电容的辅助电源，所述辅助电源与所述PFC控制电路及所述输入电压采样电路分别连接。
应当理解的是，传统PFC电源电路板设计中，辅助电源绕组之间安装Y电容，而本实施例中，由于控制芯片IC的落地点远离母线电容，可能造成母线电容采样不准的负面影响，为了防止其他共模干扰通过Y电容引入PFC的控制电路及输入电压采样电路，辅助电源绕组间不安装Y电容。
另外，电路板还可以包括开关区、接口区、驱动接口区及IPM驱动区。其中，IPM驱动区和驱动接口区靠近功率器件区20设置，以便于驱动风机IPM和压缩机IPM。开关区用于放置软启动电路，实现PFC控制电路的软启动。
本实施例通过整流桥接收交流市电，并将交流市电转换为直流电压后发送至控制芯片和开关单元；控制芯片获取输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号，并根据输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号生成控制信号，发送控制信号至开关单元；开关单元根据控制信号进行通断，以输出功率因数校正后的直流电压。其中，通过整流桥的输出端与控制芯片的接地脚连接，将落地点接入整流桥的输出端，降低了从整流桥输出端获取的输入电压采样信号的噪声，使输入电压采样信号更加准确，本发明还通过电路板中采用地线覆盖输入电压采样电路降低了空间电磁场的干扰，通过辅助电源绕组间不安装Y电容，防止其他共模干扰通过Y电容引入输入电压采样电路及PFC控制电路，降低了落地点远离母线电容造成母线电压采样不准的影响，提高了PFC控制的准确性。
本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的PFC控制电路或电路板，所述空调器的PFC控制电路的电路结构或电路板结构可参照上述实施例，在此不再赘述；可以理解的是，由于本实施例的空调器采用了上述PFC控制电路或电路板的技术方案，因此所述空调器具有上述所有的有益效果。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种电路板，其特征在于，所述电路板包括PFC控制电路；所述PFC控制电路包括整流桥、开关单元及控制芯片，所述整流桥的输出端与所述控制芯片的接地脚连接；其中，
所述整流桥，用于接收交流市电，并将所述交流市电转换为直流电压后发送至所述控制芯片和所述开关单元；
所述控制芯片，用于获取输入电压采样信号、输入电流采样信号及输出母线电压信号，并根据所述输入电压采样信号、所述输入电流采样信号及所述输出母线电压信号生成控制信号，发送所述控制信号至所述开关单元；
所述开关单元，用于根据所述控制信号进行通断，以输出功率因数校正后的直流电压；
所述开关单元包括第一电容，所述第一电容的第一端与所述整流桥的正极连接，所述第一电容的第二端与所述整流桥的负极及所述控制芯片的接地脚分别连接；
所述电路板设置有PFC控制区及低压控制区，所述PFC控制区用于放置输入电压采样电路，所述低压控制区用于放置无Y电容的辅助电源，所述辅助电源与所述PFC控制电路及所述输入电压采样电路分别连接。
2.如权利要求1所述的电路板，其特征在于，所述开关单元还包括第一电感、第二电感、第三电感、第二电容、第一二极管、第二二极管、第一开关管及第二开关管；其中，
所述第一电感的第一端与所述整流桥的正极及所述第一电容的第一端分别连接，所述第一电感的第二端与所述第一二极管的阳极及所述第一开关管的集电极分别连接；
所述第一二极管的阴极与所述第二电容的第一端、所述第二二极管的阴极及输出端分别连接；
所述第二电感的第一端与所述整流桥的正极及所述第一电容的第一端分别连接，所述第二电感的第二端与所述第二二极管的阳极及所述第二开关管的集电极分别连接；
所述第二二极管的阴极与所述第二电容的第一端连接；
所述第二电容的第二端、所述第一开关管的发射极及所述第二开关管的发射极分别经所述第三电感与所述控制芯片的接地脚连接；
所述第一开关管的基极及所述第二开关管的基极均通过驱动单元与所述控制芯片连接。
3.如权利要求2所述的电路板，其特征在于，所述电路板设置有无源器件区及功率器件区；其中，
所述无源器件区，用于放置所述第一电感、所述第二电感、所述第三电感、所述第一电容及所述第二电容；
所述功率器件区，用于放置所述整流桥、所述第一二极管、所述第二二极管、所述第一开关管及所述第二开关管；
所述PFC控制区，用于放置所述控制芯片。
4.如权利要求3所述的电路板，其特征在于，所述输入电压采样电路与所述整流桥的输出端及所述控制芯片分别连接，并采用地线覆盖。
5.如权利要求4所述的电路板，其特征在于，所述功率器件区还用于放置风机IPM及压缩机IPM；所述PFC控制电路与所述风机IPM或所述压缩机IPM连接；所述整流桥、所述第一二极管、所述第二二极管、所述第一开关管及所述第二开关管、所述风机IPM及所述压缩机IPM依次排布在功率器件区，且安装于同一散热器上。
6.如权利要求5所述的电路板，其特征在于，所述低压控制区，还用于放置微控制器，所述微控制器与所述压缩机IPM及所述风机IPM分别连接，且所述微控制器与所述压缩机IPM的直线距离小于所述微控制器与所述风机IPM的距离。
7.如权利要求3至6中任一项所述的电路板，其特征在于，还包括缓冲区，用于放置缓冲电路，所述缓冲区设置于所述无源器件区及所述功率器件区之间，所述无源器件区设置于所述电路板的中心位置。
8.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求1-7任一权利要求所述的电路板。
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