CN110594985A

CN110594985A - 空调器和集成式空调控制器

Info

Publication number: CN110594985A
Application number: CN201810606293.6A
Authority: CN
Inventors: 李叶生; 冯宇翔
Original assignee: Midea Group Co Ltd; Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd; GD Midea Air Conditioning Equipment Co Ltd
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2019-12-20
Anticipated expiration: 2038-06-13
Also published as: CN110594985B

Abstract

本发明公开了一种空调器和集成式空调控制器，其中，控制器包括：基板、整流桥、功率因数校正PFC驱动电路、压缩机驱动电路和压缩机控制芯片，其中，PFC驱动电路和压缩机驱动电路中至少有一部分器件为SiC器件，且另一部分器件为Si器件；电压转换器，用于根据电源电压生成转换电压，其中，当电源电压为第一电压时，电压转换器生成第二电压，且当电源电压为第二电压时，电源转换器生成第一电压，其中，第一电压为Si器件供电，第二电压为SiC或GaN器件供电。由此，通过采用SiC器件替代部分Si器件的方式，并通过设置电压转换器，从而使驱动电路可兼容不同开关器件，提升控制器的性能及其可靠性。

Description

空调器和集成式空调控制器

技术领域

本发明涉及电控技术领域，特别涉及一种集成式空调控制器以及一种空调器。

背景技术

随着电力电子技术应用范围的不断扩大，日益严苛的应用场合和人们对电力电子设备要求的不断提高，传统的变频空调室外电控板上的这四种功率器件采用各自插针式安装在PCB板上，然后用同一块散热器(翅片)进行集中散热，并采用具有高压、高温、低损耗的新材料SiC功率半导体器件以替代传统的Si基功率半导体器件。

但相关技术的问题在于，如果通过采用分立的整流桥、PFC开关、压缩机IPM、风机IPM的插针式安装方式，会导致变频空调室外电控板出现体积较大，而且部分插针安装成本较高。

另外，空调电控板需要设置在空调内，由于受到空调内部空间的限制，使得空调电控板的自身结构不能过大，如何在保证空调电控板性能的同时，对电控板的体积进行限制成为需要考虑的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种集成式空调控制器，该控制器通过采用SiC器件替代部分Si器件的方式，并通过设置电压转换器，从而使驱动电路可兼容不同开关器件，提升控制器的性能及其可靠性。

本发明的第二个目的在于提出一种空调器。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出的一种集成式空调控制器包括：基板；设置在所述基板之上的整流桥；设置在所述基板之上且与整流桥相连的功率因数校正PFC驱动电路；设置在所述基板之上驱动压缩机的压缩机驱动电路；驱动所述压缩机驱动电路的压缩机控制芯片，所述压缩机控制芯片设置在所述基板之上且与所述压缩机驱动电路相连，其中，所述PFC驱动电路和所述压缩机驱动电路中至少有一部分器件为SiC器件，且另一部分器件为Si器件；所述集成式空调控制器，还包括：设置在所述基板之上的电压转换器，用于根据电源电压生成转换电压，其中，当所述电源电压为第一电压时，所述电压转换器生成第二电压，且当所述电源电压为第二电压时，所述电源转换器生成第一电压，其中，所述第一电压为所述Si器件供电，所述第二电压为SiC或GaN器件供电。

根据本发明实施例的集成式空调控制器，将PFC驱动电路和压缩机驱动电路中至少有一部分器件替换为具有高压、高温、低损耗的特性的SiC器件，另一部分器件保留为Si器件，并通过设置电压转换器根据电源电压生成转换电压，从而使驱动电路可同时满足SiC器件与Si器件两种开关器件的驱动电压需求，提升控制器的性能、兼容性及其可靠性。

另外，根据本发明上述实施例提出的集成式空调控制器还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述压缩机驱动电路包括第一至第六开关管以及与所述第一至第六开关管并联的第一至第六快速恢复二极管，所述PFC驱动电路包括PFC二极管和PFC开关管。

根据本发明的一个实施例，所述第一至第六开关管以及与所述第一至第六开关管并联的第一至第六快速恢复二极管为Si器件，所述PFC开关管为所述SiC或GaN器件。

根据本发明的一个实施例，所述的集成式空调控制器还包括：设置在所述基板之上的欠压保护器，用于稳定所述第一电压或所述第二电压。

根据本发明的一个实施例，所述的集成式空调控制器还包括：设置在所述基板之上的过流保护器，用于检测所述压缩机驱动电路和所述PFC驱动电路的电流，并进行过流保护。

根据本发明的一个实施例，所述的集成式空调控制器还包括：设置在所述基板之上的过温保护器，用于检测所述集成式空调控制器的温度，并进行过温保护。

根据本发明的一个实施例，所述压缩机驱动电路和所述PFC驱动电路共用设施欠压保护器、所述过流保护器和所述过温保护器。

根据本发明的一个实施例，所述整流桥、所述PFC驱动电路、所述压缩机驱动电路、所述压缩机控制芯片之间通过金属导线和金属跳线相连。

根据本发明的一个实施例，所述集成式空调控制器为DIP封装。

根据本发明的一个实施例，所述基板的底部裸露在所述DIP封装之外。

根据本发明的一个实施例，所述整流桥、所述PFC驱动电路、所述压缩机驱动电路中的器件均为裸芯片，所述压缩机控制芯片为管芯。

为达到上述目的，本发明第二方面提出了一种空调器，其包括上述集成式空调控制器。

根据本发明提出的空调器，采用上述集成式空调控制器，将PFC驱动电路和压缩机驱动电路中至少有一部分器件替换为具有高压、高温、低损耗的特性的SiC器件，另一部分器件保留为Si器件，并通过设置电压转换器根据电源电压生成转换电压，从而使驱动电路可同时满足SiC器件与Si器件两种开关器件的驱动电压需求，提升控制器的性能、兼容性及其可靠性。

本发明附加的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

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本发明实施例的集成式空调控制器的方框示意图；

图2是根据本发明一个实施例的集成式空调控制器的电路原理图；

图3是根据本发明一个实施例的集成式空调控制器的方框示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的集成式空调控制器的方框示意图；

图5是根据本发明又一个实施例的集成式空调控制器的方框示意图；

图6是根据本发明一个具体实施例的集成式空调控制器的电路原理图；

图7是根据本发明实施例的空调器的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例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例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图来描述本发明实施例的空调器和集成式空调控制器。

图1是根据本发明实施例的集成式空调控制器的方框示意图。

如图1所示，集成式空调控制器100包括：基板1、整流桥2、功率因数校正PFC电路3、压缩机驱动电路4和驱动压缩机驱动电路4的压缩机控制芯片5。

具体地，功率因数校正PFC驱动电路3设置在基板1之上；驱动压缩机的压缩机驱动电路4设置在基板1之上；压缩机控制芯片5设置在基板1之上且与压缩机驱动电路4相连；其中，PFC驱动电路3和压缩机驱动电路4中至少有一部分器件为SiC器件，且另一部分器件为Si器件，另外，集成式空调控制器100还包括：设置在基板1之上的电压转换器6，用于根据电源电压生成转换电压，其中，当电源电压为第一电压时，电压转换器生成第二电压，且当电源电压为第二电压时，电源转换器生成第一电压，其中，第一电压为Si器件供电，第二电压为SiC或GaN器件供电。

本发明实施例中，经过整流桥2整流后的市电变为直流电，可给功率因数校正PFC电路3和压缩机驱动电路4提供工作电压，使集成式空调控制器100能正常工作；功率因数校正PFC电路3可根据整流后的电流进行功率因数校正，即通过补偿电流和电压之间的相位差所造成交换功率损失，提高用电设备功率因数，也就是提升集成式空调控制器100对电力的有效利用。

进一步地，压缩机驱动电路4与空调内的压缩机连接，可以驱动压缩机工作。具体地，压缩机控制芯片5可控制压缩机驱动电路4输出驱动信号，通过驱动信号驱动压缩机工作。

另外，本发明实施例中，还通过设置在基板1之上的电压转换器6根据电源电压生成转换电压，其中，当电源电压为第一电压时，电压转换器生成第二电压，且当电源电压为第二电压时，电源转换器生成第一电压，其中，第一电压为Si器件供电，第二电压为SiC或GaN器件供电。

可选地，第一电压可根据Si器件的最优驱动电压进行相应的设置，例如15V，第二电压可根据SiC或GaN器件的最优驱动电压进行相应的设置，例如18～22V。

进一步地，根据本发明的一个实施例，压缩机驱动电路4包括第一至第六开关管以及与第一至第六开关管并联的第一至第六快速恢复二极管，PFC驱动电路3包括PFC二极管和PFC开关管。

进一步地，根据本发明的一个实施例，第一至第六开关管以及与第一至第六开关管并联的第一至第六快速恢复二极管为Si器件，PFC开关管为SiC或GaN器件。

具体地，如图2所示，VCC为驱动电压输入端口，为压缩机驱动电路4和PFC开关器件驱动电路提供驱动电压，即给HVIC(High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路)供电。HIN4，5，6为压缩机上桥驱动信号输入口，HVIC从HIN4，5，6接收MCU(MicrocontrollerUnit，微控制单元)传送过来的驱动信号，经过内部处理，从输出端口HO4，5，6输出，输出端口HO4，5，6另一端与栅极电阻R9，10，11相连，R9，10，11另一端与IGBT8，9，10栅极相连；LIN4，5，6为压缩机上桥驱动信号输入口，HVIC从LIN4，5，6接收MCU传送过来的驱动信号，经过内部处理，从输出端口LO4，5，6输出，输出端口LO4，5，6另一端与栅极电阻R12，13，14相连，R12，13，14另一端与IGBT11，12，13栅极相连；IGBT8，9，10发射极和IGBT11，12，13的集电极相连，协同工作，为压缩机提供U1/V1/W1三相电流；IGBT11，12，13发射极通过采样电阻R17接地(GND)。

需要说明的是，HVIC内部可包括施密特电路、滤波电路、死区产生电路、脉冲发生电路和延时电路等，因此，内部处理可包括通过施密特电路将驱动信号整波为矩形波、通过滤波电路进行滤波、通过死区产生电路产生死区时间、通过脉冲发生电路产生脉冲以及通过延时电路进行脉冲延时等，从而使输出信号符合驱动要求。

PFCIN为PFC驱动信号输入口，PFCIN一端接收MCU传过来的控制信号，HVIC从PFCIN接收MCU传送过来的驱动信号，经过内部处理，从输出端口PFCO输出，输出端口PFCO另一端与栅极电阻R15相连，R15另一端与IGBT14栅极相连，IGBT14漏极与高集成IPM端口PFC相连，同时与二极管D2正极相连，二极管D2负极与高集成IPM端口P2相连；IGBT14发射极通过电阻R16接地(GND)。

进一步地，集成式空调控制器100还设有整流桥2的交流电输入端口AC1和AC2，及输出端口DC_N和DC_P。

由此，该集成式空调控制器100通过对压缩机驱动电路4和PFC电路3的优化整合，并将整流桥2、PFC电路3和压缩机驱动电路4进行集成，不仅极大提高了集成式空调控制器100的集成度与可靠性，降低电控成本，并满足空调器对的需求。

进一步地，如图3所示，根据本发明的一个实施例，集成式空调控制器100还包括：设置在基板1之上的欠压保护器7，用于稳定第一电压或第二电压。

也就是说，当驱动Si器件时，通过欠压保护器7确保驱动电路的输出电压稳定在第一电压，当驱动SiC或GaN器件时，通过欠压保护器7确保驱动电路的输出电压稳定在第二电压，提升集成式空调控制器100的稳定性。

进一步地，如图4所示，集成式空调控制器100还包括：设置在基板1之上的过流保护器8，用于检测压缩机驱动电路4和PFC驱动电路3的电流，并进行过流保护。

也就是说，当检测风机驱动电路3、压缩机驱动电路4和PFC驱动电路2的电流超过正常工作电流时，可通过设置在基板1之上的过流保护器8进行过流保护，提升集成式空调控制器100的安全性与可靠性。

进一步地，如图5所示，根据本发明的一个实施例，集成式空调控制器100还包括：设置在基板1之上的过温保护器9，用于检测集成式空调控制器100的温度，并进行过温保护。

也就是说，当检测集成式空调控制器100的温度出现异常时，可通过设置在基板1之上的过温保护器9进行过温保护，提升集成式空调控制器100的安全性与可靠性。

进一步地，根据本发明的一个实施例，压缩机驱动电路4和PFC驱动电路3共用设施欠压保护器7、过流保护器8和过温保护器9。

也就是说，欠压保护器7、过流保护器8和过温保护器9中的任一触发了保护机制，均可使集成式空调控制器100输出低电平信号，从而使电机停止工作，即可有效防止分离的压缩机驱动电路4和PFC驱动电路3的任一电路出现问题，而其他驱动电路仍然继续工作的情况出现，从而更好的提升集成式空调控制器100的可靠性。

进一步地，根据本发明的一个实施例，整流桥2、PFC驱动电路3、压缩机驱动电路4、压缩机控制芯片5之间通过金属导线和金属跳线相连。

也就是说，通过设置有与器件相连的金属布线，并通过金属跳线相连，节省器件层占用体积，从而减小集成式空调控制器100的体积，并降低制造成本。

进一步地，根据本发明的一个实施例，集成式空调控制器100为DIP封装。

具体地，可通过使用DIP封装形式(例如塑封、灌胶)对内部电路内的整流桥2、PFC电路3、压缩机驱动电路4和压缩机控制芯片5等器件进行填充包裹，以起到对集成式空调控制器100内部电路的保护作用。

进一步地，根据本发明的一个实施例，基板1的底部裸露在DIP封装之外。

可以理解的是，基板1的底部裸露在DIP封装之外，可与外界存在更大的接触面积，以便于对集成式空调控制器100进行散热。

进一步地，根据本发明的一个实施例，整流桥2、PFC驱动电路3、压缩机驱动电路4中的器件均为裸芯片，压缩机控制芯片5为管芯。

具体而言，根据本发明一个具体实施例提出的集成式空调控制器100，如图6所示，VCC为驱动电压输入端口，为压缩机驱动电路4和PFC开关器件驱动电路提供驱动电压，即给HVIC(High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路)供电。HIN4，5，6为压缩机上桥驱动信号输入口，HVIC从HIN4，5，6接收MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)传送过来的驱动信号，经过内部处理，从输出端口HO4，5，6输出，输出端口HO4，5，6另一端与栅极电阻R9，10，11相连，R9，10，11另一端与IGBT8，9，10栅极相连；LIN4，5，6为压缩机上桥驱动信号输入口，HVIC从LIN4，5，6接收MCU传送过来的驱动信号，经过内部处理，从输出端口LO4，5，6输出，输出端口LO4，5，6另一端与栅极电阻R12，13，14相连，R12，13，14另一端与IGBT11，12，13栅极相连；IGBT8，9，10发射极和IGBT11，12，13的集电极相连，协同工作，为压缩机提供U1/V1/W1三相电流；IGBT11，12，13发射极通过采样电阻R17接地(GND)。

进一步地，集成式空调控制器100还设有整流桥1的交流电输入端口AC1和AC2，及输出端口DC_N和DC_P；电流检测电阻R8一端与集成式空调控制器100的端口DC_N相连，另一端接地，电感L2一端与集成式空调控制器100端口PFC端口相连，另一端与集成式空调控制器100端口的DC_P相连，电容C3一端与集成式空调控制器100端口的DC_P相连，另一端接地，电容C4一端与集成式空调控制器100的端口P2相连，另一端接地。由此，将压缩机驱动电路4的驱动HVIC和PFC开关器件3的驱动IC(Integrated Circuit，集成电路)集成在同一个HVIC中，进一步提高了集成式空调控制器100的集成度，简化电路结构。

综上，根据本发明实施例提出的集成式空调控制器，将PFC驱动电路和压缩机驱动电路中至少有一部分器件替换为具有高压、高温、低损耗的特性的SiC器件，另一部分器件保留为Si器件，并通过设置电压转换器根据电源电压生成转换电压，从而使驱动电路可同时满足SiC器件与Si器件两种开关器件的驱动电压需求，提升控制器的性能、兼容性及其可靠性。

图7是根据发明实施例的空调器的方框示意图。如图7所示，该空调器1000包括上述实施例的集成式空调控制器100。

根据本发明实施例提出的空调，采用前述实施例的集成式空调控制器，将PFC驱动电路和压缩机驱动电路中至少有一部分器件替换为具有高压、高温、低损耗的特性的SiC器件，另一部分器件保留为Si器件，并通过设置电压转换器根据电源电压生成转换电压，从而使驱动电路可同时满足SiC器件与Si器件两种开关器件的驱动电压需求，提升控制器的性能、兼容性及其可靠性。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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该特征。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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。

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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种集成式空调控制器，其特征在于，包括：

基板；

设置在所述基板之上的整流桥；

设置在所述基板之上且与整流桥相连的功率因数校正PFC驱动电路；

设置在所述基板之上驱动压缩机的压缩机驱动电路；

驱动所述压缩机驱动电路的压缩机控制芯片，所述压缩机控制芯片设置在所述基板之上且与所述压缩机驱动电路相连；

其中，所述PFC驱动电路和所述压缩机驱动电路中至少有一部分器件为SiC器件，且另一部分器件为Si器件；

所述集成式空调控制器，还包括：

设置在所述基板之上的电压转换器，用于根据电源电压生成转换电压，其中，当所述电源电压为第一电压时，所述电压转换器生成第二电压，且当所述电源电压为第二电压时，所述电源转换器生成第一电压，其中，所述第一电压为所述Si器件供电，所述第二电压为SiC或GaN器件供电。

2.如权利要求1所述的集成式空调控制器，其特征在于，其中，所述压缩机驱动电路包括第一至第六开关管以及与所述第一至第六开关管并联的第一至第六快速恢复二极管，所述PFC驱动电路包括PFC二极管和PFC开关管。

3.如权利要求2所述的集成式空调控制器，其特征在于，其中，所述第一至第六开关管以及与所述第一至第六开关管并联的第一至第六快速恢复二极管为Si器件，所述PFC开关管为所述SiC或GaN器件。

4.如权利要求1所述的集成式空调控制器，其特征在于，还包括：

设置在所述基板之上的欠压保护器，用于稳定所述第一电压或所述第二电压。

5.如权利要求1或4所述的集成式空调控制器，其特征在于，还包括：

设置在所述基板之上的过流保护器，用于检测所述压缩机驱动电路和所述PFC驱动电路的电流，并进行过流保护。

6.如权利要求5所述的集成式空调控制器，其特征在于，还包括：

设置在所述基板之上的过温保护器，用于检测所述集成式空调控制器的温度，并进行过温保护。

7.如权利要求6所述的集成式空调控制器，其特征在于，所述压缩机驱动电路和所述PFC驱动电路共用设施欠压保护器、所述过流保护器和所述过温保护器。

8.如权利要求1所述的集成式空调控制器，其特征在于，其中，所述整流桥、所述PFC驱动电路、所述压缩机驱动电路、所述压缩机控制芯片之间通过金属导线和金属跳线相连。

9.如权利要求1所述的集成式空调控制器，其特征在于，所述集成式空调控制器为DIP封装。

10.如权利要求9所述的集成式空调控制器，其特征在于，所述基板的底部裸露在所述DIP封装之外。

11.如权利要求1所述的集成式空调控制器，其特征在于，所述整流桥、所述PFC驱动电路、所述压缩机驱动电路中的器件均为裸芯片，所述压缩机控制芯片为管芯。

12.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的集成式空调控制器。