CN111641334A - 变频控制装置及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变频控制装置及空调器，其中，该变频控制装置包括交流输入端、电抗器、第一整流电路、电容储能电路、功率调整电路和电源输出端；交流输入端、电抗器、第一整流电路、电容储能电路和电源输出端依次连接；电抗器和第一整流电路、电容储能电路形成电源整流输出电路，以用于将交流输入端输入的交流电源转换成直流电源；功率调整电路，具有调整端，功率调整电路的调整端连接于电抗器和第一整流电路的公共端，功率调整电路用于对电源整流输出电路进行功率调整。本发明技术方案提升了空调器中变频控制装置的可靠性。

Description

变频控制装置及空调器

技术领域

本发明涉及变频控制技术领域，特别涉及一种变频控制装置及空调器。

背景技术

目前变频空调一般使用的是串联式PFC控制电路、高频板载方案。即AC交流输入通过桥堆整流、电解滤波后成为DC直流，IGBT通断升压和对电感的充放电，使得提供IPM智能功率模块的直流母线电压。

PFC(Power Factor Corrector)即功率因数校正器，它可以在交流转换为直流时提高电源对市电的利用率，减小转换过程的电能损耗，达到节能的目的。空调作为家用电器里的耗能大户，电源对市电的使用效率显得尤为重要，因此PFC是直流变频空调里的常用的装置之一。PFC有两种，一种是无源PFC，一种是有源PFC。无源PFC一般采用电感补偿方法，通过减小交流输入的基波电流和电压之间的相位差来提高功率因数。有源PFC一般由电感、IGBT、MCU或DSP、二极管等电子元器件组成。

然而，当变频空调中PFC控制电路和保险管失效，没有容差备用方案，整机将不能启动；当交流侧电压电流突变时，直流侧整流升压后，有损坏桥堆、IGBT、大电解电容的风险；以此使得产品寿命降低、可靠性较低，用户体验变差。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种变频控制装置及空调器，旨在提升空调器中变频控制装置的可靠性。

为实现上述目的，本发明提出的变频控制装置，所述变频控制装置包括交流输入端、电抗器、第一整流电路、电容储能电路、功率调整电路和电源输出端；

所述交流输入端、所述电抗器、所述第一整流电路、所述电容储能电路和所述电源输出端依次连接；

所述电抗器和所述第一整流电路、所述电容储能电路形成电源整流输出电路，以用于将所述交流输入端输入的交流电源转换成直流电源；

所述功率调整电路，具有调整端，所述功率调整电路的调整端连接于所述电抗器和所述第一整流电路的公共端，所述功率调整电路用于对所述电源整流输出电路进行功率调整。

在一实施例中，所述功率调整电路包括第二整流电路、压敏电阻、IGBT场效应管、第一电阻和第二电阻；

所述第二整流电路的输入端与所述交流输入端连接，所述第二整流电路的输出端与所述压敏电阻的第一端连接，所述压敏电阻的第一端与所述IGBT场效应管的集电极连接，所述IGBT场效应管的基极、所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端互相连接，所述IGBT场效应管的发射极、所述压敏电阻的第二端和所述第二电阻的第二端的公共端接地，所述第一电阻的第二端为所述功率调整电路的驱动端。

在一实施例中，所述功率调整电路还包括保险丝；

所述保险丝连接于所述交流输入端与第二整流电路之间。

在一实施例中，所述变频控制装置还包括输入电压采样电路、输出电压采样电路和控制器；

所述输入电压采样电路的输入端连接至所述交流输入端，所述输入电压采样电路的输出端连接至所述功率调整电路的控制端，所述输入电压采样电路的参考输入端与所述控制器的第一输出端连接，用于将采集的所述交流输入端的电压与所述控制器输出的第一参考电压进行比较，并对所述交流输入端的电压进行电流环控制，以驱动所述功率调整电路的导通与截止；

所述输出电压采样电路的输入端连接至所述电源输出端，所述输出电压采样电路的输出端连接至所述功率调整电路的控制端，所述输出电压采样电路的参考输入端与所述控制器的第二输出端连接，用于将所述电源输出端的采样电压与所述控制器输出的第二参考电压进行比较，并对所述电源输出端的采样电压进行电流环控制，以驱动所述功率调整电路的导通与截止。

在一实施例中，所述输入电压采样电路包括串联连接的第一比较器和电流环调节器，所述输出电压采样电路包括串联连接的第二比较器和电压环调节器。

在一实施例中，所述变频控制装置还包括EMI电路，所述EMI电路串联连接于所述交流输入端。

在一实施例中，所述变频控制装置还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；

所述第一二极管的阴极与所述第一整流电路的输出端连接，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与所述第三二极管的阴极连接，且连接于所述交流输入端，所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阴极连接，所述第四二极管的阳极接地。

在一实施例中，所述电容储能电路包括第一极性电容、第二极性电容、第三极性电容和第四极性电容；

所述第一极性电容的正极和所述第二极性电容的正极均与所述第一整流电路的输出端连接，且与负载连接，所述第一极性电容的负极和所述第二极性电容的负极、所述第三极性电容的正极和所述第四极性电容的正极互相连接，且与所述第二二极管的阳极、第三二极管的阴极连接，所述第三极性电容的阴极和所述第四极性电容的阴极均接地。

在一实施例中，所述变频控制装置还包括故障输出端口，所述故障输出端口与所述控制器互相连接，用于在所述控制器的控制下，输出故障代码至调试设备。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的变频控制装置，所述变频控制装置包括交流输入端、电抗器、第一整流电路、电容储能电路、功率调整电路和电源输出端；

所述交流输入端、所述电抗器、所述第一整流电路、所述电容储能电路和所述电源输出端依次连接；

所述电抗器和所述第一整流电路、所述电容储能电路形成电源整流输出电路，以用于将所述交流输入端输入的交流电源转换成直流电源；

所述功率调整电路，具有调整端，所述功率调整电路的调整端连接于所述电抗器和所述第一整流电路的公共端，所述功率调整电路用于对所述电源整流输出电路进行功率调整。

本发明技术方案通过在变频控制装置的电抗器和第一整流电路的公共端并联连接一功率调整电路，即是在电抗器的后级侧并联连接功率调整电路的调整端。使得交流输入端输入的交流电源经过电抗器以输出至功率调整电路，功率调整电路进行boost升压处理，以供给第一整流电路整流处理和电容储能电路倍压处理，并供给负载运行。也即是当功率调整电路失效或者有效时，或者交流侧的电压电流突变时，均能使得负载正常运行。解决了空调器中PFC控制电路和保险管失效，导致整机将不能启动，或者当交流侧电压电流突变，直流侧整流升压后，导致桥堆、IGBT、大电解电容损坏的问题，提升了空调器中变频控制装置的可靠性。

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为现有技术中变频控制装置一实施例的电路结构示意图；

图2为本发明变频控制装置一实施例的电路结构示意图。

附图标号说明：

本发明目的的实现、功能特点及可点将结合实施例，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。

需要说明的是，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。

本发明提出一种变频控制装置，应用于空调器。需要说明的是，在相关技术中，参照如图1所示，使用的是串联式PFC控制电路、高频板载方案。即交流输入端输入的交流电源通过桥堆整流、电解滤波后成为直流电源，IGBT场效应管通断升压，以及对电感的充放电，使得提供IPM压缩机驱动模块的P直流母线电压。该方案中，如果PFC控制电路或者保险管失效，没有容差备用电路，整机将不能启动；以及当交流侧电压电流突变时，直流侧整流升压后，会导致桥堆、IGBT、大电解电容等损坏，可靠性较低。

为了解决上述问题，在本发明一实施例中，参照如图2所示，所述变频控制装置包括交流输入端、电抗器L、第一整流电路10、电容储能电路20、功率调整电路30和电源输出端；

所述交流输入端、所述电抗器L、所述第一整流电路10、所述电容储能电路20和所述电源输出端依次连接；

所述电抗器L和所述第一整流电路10、所述电容储能电路20形成电源整流输出电路，以用于将所述交流输入端输入的交流电源转换成直流电源；

所述功率调整电路30，具有调整端，所述功率调整电路30的调整端连接于所述电抗器L和所述第一整流电路10的公共端，所述功率调整电路30用于对所述电源整流输出电路进行功率调整。

本实施例中，交流输入端具有火线端和零线端，电抗器L即是串联连接于交流输入端的火线端，电抗器L的输出端与第一整流电路10连接，整流电路的输出端连接有电容储能电路20，功率调整电路30的调整端连接于电抗器L和第一整流电路10的公共端，即是在电抗器L的后级侧并联连接。本方案即是通过电抗器L、电容储能电路20、功率调整电路30组成PFC电路，以此控制电抗器L的充放能，并通过电容储能电路20储能，为负载供电。可以理解的是，交流输入端输入的交流电源经过电抗器L以输出至功率调整电路30，功率调整电路30进行boost升压处理，以供给第一整流电路10整流处理和电容储能电路20倍压处理，并供给负载运行。

本实施例中，通过上述并联连接于交流侧的功率调整电路30，当功率调整电路30失效时，交流输入端输入的交流电源通过第一整流电路10和电容储能电路20，也即功率调整电路30作无源电路使用、配合降频降功率，负载端的空调仍可正常运行。当功率调整电路30有效时，经过功率调整电路30升压处理，以供给第一整流电路10和电容储能电路20，也即功率调整电路30作有源电路使用，以此可以使得负载端的空调器按额定频率正常运行，使得提升了变频控制装置的可靠性。

可以理解的是，本方案中的第一整流电路10为整流桥桥堆，以对经电抗器L输入的交流电源进行整流处理，电容储能电路20为电容组，以对经第一整流电路10整流处理后的电源进行倍压储能处理，并为后级的负载供电。

在一实施例中，参照如图2所示，所述功率调整电路30包括第二整流电路31、压敏电阻R3、IGBT场效应管Q、第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第二整流电路31的输入端与所述交流输入端连接，所述第二整流电路31的输出端与所述压敏电阻R3的第一端连接，所述压敏电阻R3的第一端与所述IGBT场效应管Q的集电极连接，所述IGBT场效应管Q的基极、所述第一电阻R1的第一端和所述第二电阻R2的第一端互相连接，所述IGBT场效应管Q的发射极、所述压敏电阻R3的第二端和所述第二电阻R2的第二端的公共端接地，所述第一电阻R1的第二端为所述功率调整电路30的驱动端。

本实施例中，所述功率调整电路30还包括保险丝F；

所述保险丝F连接于所述交流输入端与第二整流电路31之间。

本实施例中，通过经电抗器L输入的交流电源输出至第二整流电路31，然后通过IGBT场效应管Q、第一电阻R1和第二电阻R2对进行功率调整处理，并供给第一整流电路10整流处理和电容储能电路20倍压处理，以供给负载端空调器正常运行。可以理解的是，本方案中的第二整流电路31用于对输入的交流电源进行整流处理，以使得IGBT场效应管Q的集电极一直处于正极状态，可以使得IGBT场效应管Q正常工作，以结合第一电阻R1和第二电阻R2对输入的电源进行功率调整处理。

本实施例中，在第二整流电路31的前级侧串联有一保险丝F，可以在电路出现短路等故障时，保险丝F熔断以保护后端的功率调整电路30，提升变频控制装置的可靠性。同时在保险丝F失效时，功率调整电路30失效，交流输入端输入的交流电源通过第一整流电路10和电容储能电路20，也即功率调整电路30作无源电路使用、配合降频降功率，负载端的空调仍可正常运行。也即是此中功率调整电路30最为备用电路，在功率调整电路30失效时，变频控制装置切换到无源方案，负载以低频运行，也提升了用户满意度。

此外，本方案中通过上述变频控制装置中PFC功率因素调节电路的拓扑结构，可以使得功率调整电路30在有源与无源之间的切换，以避免交流侧电压电流突变时，直流侧整流升压后，损坏整流桥堆、IGBT场效应管Q、大电解电容的风险，提升了空调器等负载的使用寿命。

本发明技术方案通过在变频控制装置的电抗器L和第一整流电路10的公共端并联连接一功率调整电路30，即是在电抗器L的后级侧并联连接功率调整电路30的调整端。使得交流输入端输入的交流电源经过电抗器L以输出至功率调整电路30，功率调整电路30进行boost升压处理，以供给第一整流电路10整流处理和电容储能电路20倍压处理，并供给负载运行。也即是当功率调整电路30失效或者有效时，或者交流侧的电压电流突变时，均能使得负载正常运行。解决了空调器中PFC控制电路和保险管失效，导致整机将不能启动，或者当交流侧电压电流突变，直流侧整流升压后，导致桥堆、IGBT、大电解电容损坏的问题，提升了空调器中变频控制装置的可靠性。

在一实施例中，参照如图2所示，所述变频控制装置还包括输入电压采样电路40、输出电压采样电路50和控制器70；

所述输入电压采样电路40的输入端连接至所述交流输入端，所述输入电压采样电路40的输出端连接至所述功率调整电路30的控制端，所述输入电压采样电路40的参考输入端与所述控制器70的第一输出端连接，用于将采集的所述交流输入端的电压与第一参考电压进行比较，并对所述交流输入端的电压进行电流环控制，以驱动所述功率调整电路30的导通与截止；需要说明的是，所述输入电压采样电路40包括串联连接的第一比较器U1和电流环调节器41。

本实施例中，输入电压采样电路40是对交流输入端输入的电流进行采集，并经第一比较器U1的反相输入端输入，与正相输入端输入的第一参考电压进行比较，并经电流环调节器41进行处理。可以理解的是，输入电压采样电路40实质上是采集的PFC电流，以通过对采集的PFC电流进行比较，调节PFC输出电压使其保持稳定，并判断变频控制装置中交流输入端是否过流，对其后级电路中的整流桥堆、IGBT场效应管Q、大电解电容进行保护，提升了空调器等负载的使用寿命。

所述输出电压采样电路50的输入端连接至所述电源输出端，所述输出电压采样电路50的输出端连接至所述功率调整电路30的控制端，所述输出电压采样电路50的参考输入端与所述控制器70的第二输出端连接，用于将所述电源输出端的采样电压与第二参考电压进行比较，并对所述电源输出端的采样电压进行电流环控制，以驱动所述功率调整电路30的导通与截止，需要说明的是，所述输出电压采样电路50包括串联连接的第二比较器U2和电压环调节器51。

本实施例中，输出电压采样电路50对电源输出端的电压进行采集，并经第二比较器U2的反相输入端输入，与正相输入端输入的第二参考电压进行比较，并经电压环调节器51进行处理。可以理解的是，输出电压采样电路50通过对电源输出端的电压进行比较，调节PFC输出电压使其保持稳定，并判断变频控制装置中电源输出端是否过压，对空调器等负载进行保护，提升了空调器等负载的使用寿命。

需要说明的是，本方案的控制器70中预设有降频模式，在上述保险丝失效或者功率调整电路失效时，可以通过控制器70中降频模式使得变频控制装置电源输出端输出的功率降低，使得空调器等负载可以正常运行，解决变频控制装置中PFC电路失效时，导致输出电流增大的问题，提升了变频控制装置的可靠性。

在一实施例中，参照如图2所示，所述变频控制装置还包括EMI电路，所述EMI电路串联连接于所述交流输入端。可以理解的是，EMI电路可以滤除交流输入端输入交流电源中的电磁干扰。

在一实施例中，参照如图2所示，所述变频控制装置还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4；

所述第一二极管D1的阴极与所述第一整流电路10的输出端连接，所述第一二极管D1的阳极与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第二二极管D2的阳极与所述第三二极管D3的阴极连接，且连接于所述交流输入端，所述第三二极管D3的阳极与所述第四二极管D4的阴极连接，所述第四二极管D4的阳极接地。可以理解的是，第一二极管D1和第二二极管D2组合成一组，第三二极管D3和第四二极管D4组合成一组，以防止电容储能电路20的反向电压，可以实现对变频控制电路的保护。

在一实施例中，参照如图2所示，所述电容储能电路20包括第一极性电容C1、第二极性电容C2、第三极性电容C3和第四极性电容C4；

所述第一极性电容C1的正极和所述第二极性电容C2的正极均与所述第一整流电路10的输出端连接，且与负载连接，所述第一极性电容C1的负极和所述第二极性电容C2的负极、所述第三极性电容C3的正极和所述第四极性电容C4的正极互相连接，且与所述第二二极管D2的阳极、第三二极管D3的阴极连接，所述第三极性电容C3的阴极和所述第四极性电容C4的阴极均接地。可以理解的是，通过第一极性电容C1和第二极性电容C2的组合，以及第三极性电容C3和第四电容的组合，以对第一整流输出电路输出的电压进行倍压储能处理，并为连接至电源输出端的负载供电。

在一实施例中，所述变频控制装置还包括故障输出端口(图中未标出)，所述故障输出端口与所述控制器互相连接，用于在所述控制器70的控制下，输出故障代码至调试设备。需要说明的是，当变频控制装置中交流输入端过流、电源输出端过压、保险丝失效或者功率调整电路失效时，可以通过上述方案中的控制器70输出故障代码至调试设备，以告知维修人员变频控制装置故障原因，可以实现快点定位，便于维修人员进行维修。

可以理解的是，故障代码是预先写入控制器70，此处不对故障代码进行限定，如变频控制装置中交流输入端过流的故障代码可以是100，电源输出端过压故障代码可以是200，保险丝失效故障代码可以是300，功率调整电路失效故障代码可以是400，当维修人员在售后调试时，就可以通过调试设备上显示的故障代码对变频控制装置中相应的位置进行维修。

本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的变频控制装置，所述变频控制装置包括交流输入端、电抗器L、第一整流电路10、电容储能电路20、功率调整电路30和电源输出端；

所述交流输入端、所述电抗器L、所述第一整流电路10、所述电容储能电路20和所述电源输出端依次连接；

所述电抗器L和所述第一整流电路10、所述电容储能电路20形成电源整流输出电路，以用于将所述交流输入端输入的交流电源转换成直流电源；

所述功率调整电路30，具有调整端，所述功率调整电路30的调整端连接于所述电抗器L和所述第一整流电路10的公共端，所述功率调整电路30用于对所述电源整流输出电路进行功率调整。

该变频控制装置的具体结构参照上述实施例，由于本空调器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

Claims (10)

1.一种变频控制装置，其特征在于，所述变频控制装置包括交流输入端、电抗器、第一整流电路、电容储能电路、功率调整电路和电源输出端；

所述交流输入端、所述电抗器、所述第一整流电路、所述电容储能电路和所述电源输出端依次连接；

所述电抗器和所述第一整流电路、所述电容储能电路形成电源整流输出电路，以用于将所述交流输入端输入的交流电源转换成直流电源；

所述功率调整电路，具有调整端，所述功率调整电路的调整端连接于所述电抗器和所述第一整流电路的公共端，所述功率调整电路用于对所述电源整流输出电路进行功率调整。

2.如权利要求1所述的变频控制装置，其特征在于，所述功率调整电路包括第二整流电路、压敏电阻、IGBT场效应管、第一电阻和第二电阻；

所述第二整流电路的输入端与所述交流输入端连接，所述第二整流电路的输出端与所述压敏电阻的第一端连接，所述压敏电阻的第一端与所述IGBT场效应管的集电极连接，所述IGBT场效应管的基极、所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端互相连接，所述IGBT场效应管的发射极、所述压敏电阻的第二端和所述第二电阻的第二端的公共端接地，所述第一电阻的第二端为所述功率调整电路的驱动端。

3.如权利要求2所述的变频控制装置，其特征在于，所述功率调整电路还包括保险丝；

所述保险丝连接于所述交流输入端与第二整流电路之间。

4.如权利要求3所述的变频控制装置，其特征在于，所述变频控制装置还包括输入电压采样电路、输出电压采样电路和控制器；

所述输入电压采样电路的输入端连接至所述交流输入端，所述输入电压采样电路的输出端连接至所述功率调整电路的控制端，所述输入电压采样电路的参考输入端与所述控制器的第一输出端连接，用于将采集的所述交流输入端的电压与所述控制器输出的第一参考电压进行比较，并对所述交流输入端的电压进行电流环控制，以驱动所述功率调整电路的导通与截止；

所述输出电压采样电路的输入端连接至所述电源输出端，所述输出电压采样电路的输出端连接至所述功率调整电路的控制端，所述输出电压采样电路的参考输入端与所述控制器的第二输出端连接，用于将所述电源输出端的采样电压与所述控制器输出的第二参考电压进行比较，并对所述电源输出端的采样电压进行电流环控制，以驱动所述功率调整电路的导通与截止。

5.如权利要求4所述的变频控制装置，其特征在于，所述输入电压采样电路包括串联连接的第一比较器和电流环调节器，所述输出电压采样电路包括串联连接的第二比较器和电压环调节器。

6.如权利要求1所述的变频控制装置，其特征在于，所述变频控制装置还包括EMI电路，所述EMI电路串联连接于所述交流输入端。

7.如权利要求1所述的变频控制装置，其特征在于，所述变频控制装置还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管；

所述第一二极管的阴极与所述第一整流电路的输出端连接，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与所述第三二极管的阴极连接，且连接于所述交流输入端，所述第三二极管的阳极与所述第四二极管的阴极连接，所述第四二极管的阳极接地。

8.如权利要7所述的变频控制装置，其特征在于，所述电容储能电路包括第一极性电容、第二极性电容、第三极性电容和第四极性电容；

所述第一极性电容的正极和所述第二极性电容的正极均与所述第一整流电路的输出端连接，且与负载连接，所述第一极性电容的负极和所述第二极性电容的负极、所述第三极性电容的正极和所述第四极性电容的正极互相连接，且与所述第二二极管的阳极、第三二极管的阴极连接，所述第三极性电容的阴极和所述第四极性电容的阴极均接地。

9.如权利要求4所述的变频控制装置，其特征在于，所述变频控制装置还包括故障输出端口，所述故障输出端口与所述控制器互相连接，用于在所述控制器的控制下，输出故障代码至调试设备。

10.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括如权利要求1-9任一所述的变频控制装置。

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