CN201075821Y - 变频空调用功率因数校正装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变频空调用功率因数校正装置，包括有源升压主变换模块、控制模块，所述的有源升压主变换模块、控制模块相互连接。与现有技术相比，本实用新型可以有效抑制变频空调控制器功率变换过程中产生的电流畸变，降低谐波电流对电网的污染，提高电网的利用率；提高直流输入电压，满足驱动模块对于输入电压的需求，满足压缩机的高转速运行的要求；可实现高功率因数，适应宽输入电压范围，并集成多种保护电路，具备优良的散热设计，大大提高变频空调控制器的可靠性；模块体积小，结构紧凑，实现了小型化，因而不受变频空调控制器安装条件的限制；组装连接简易，便于拆卸与维护。

Description

变频空调用功率因数校正装置

技术领域

本实用新型涉及电源技术领域，特别是涉及一种变频空调用功率因数校正装置。

背景技术

为实现变频空调压缩机的驱动，需要把交流220V输入通过非控整流获取直流电压(即AC/DC变换)。这种变换输入电压波形为正弦波，但输入电流波形却发生严重畸变，并呈脉冲状。这是因为只有当输入交流电压高于整流滤波电容电压的短时间内才能从电网抽取电流。而滤波电容的等效阻抗低，电流的瞬时值很高，造成电网侧输入电流的严重非正弦化，含有大量的谐波成分。这样，一方面EMI噪声较大，输入电流谐波超标，对电网造成严重污染，不利于电网的安全运行，干扰其他电子设备的正常工作；另一方面大大降低了输入电路的功率因数(一般在0.8左右)，不利于电网的经济运行。由于变频空调的使用量大面广，其危害更加严重。

再次，因为旋转式变频空调压缩机是时变的负载，为保持智能功率模块(IPM)输入端直流电压的稳定，也需要功率因数校正模块实时的动态调整，降低电压纹波，降低转速波动。

在电网电压比较低的时候，交流整流之后得到的直流母线电压已经不能满足压缩机高转速的需求，只有用升压电路把电压提高才能达到要求。

传统的变频空调控制器整流装置通常都是由整流器加大容量的滤波电容构成，并采用电感电容组成的低通滤波器滤波，笨重且滤波效果差。

发明内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功率因数高的变频空调用功率因数校正装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：变频空调用功率因数校正装置，其特征在于，包括有源升压主变换模块、控制模块，所述的有源升压主变换模块、控制模块相互连接。

所述的有源升压主变换模块包括整流桥、升压二极管、功率开关、采样电阻，所述的整流桥的2、4端与电源AC连接，该整流桥的3端连接一电感后与升压二极管的A端连接，该升压二极管的K端与用于变频空调压缩机驱动的智能功率模块连接，所述的功率开关的2端与升压二极管的A端连接，其3端与采样电阻的一端及智能功率模块连接，所述的采样电阻的另一端与整流桥的1端连接。

所述的控制模块包括控制IC，所述的控制IC的1脚接地，所述的控制IC的2脚连接一电容后接地，所述的控制IC的3脚连接一电阻后与采样电阻连接，所述的控制IC的4脚连接一电阻后接地，所述的控制IC的5脚连接有电阻及两个电容，该电阻的一端与控制IC的5脚连接，另一端连接一电容后接地，另一电容的一端与控制IC的5脚连接，其另一端接地，所述的控制IC的6脚连接有两个电阻，该两个电阻串联后跨接与升压二极管的K端及功率开关的3端之间，所述的控制IC的8脚连接一电阻后与功率开关的1端连接。

所述的控制IC的6脚还连接有外部信号源。

所述的控制IC的7脚与外加电源连接。

与现有技术相比，本实用新型可以有效抑制变频空调控制器功率变换过程中产生的电流畸变，降低谐波电流对电网的污染，提高电网的利用率；提高直流输入电压，满足驱动模块对于输入电压的需求，满足压缩机的高转速运行的要求；可实现高功率因数，适应宽输入电压范围，并集成多种保护电路，具备优良的散热设计，大大提高变频空调控制器的可靠性；模块体积小，结构紧凑，实现了小型化，因而不受变频空调控制器安装条件的限制；组装连接简易，便于拆卸与维护。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，变频空调用功率因数校正装置，包括有源升压主变换模块、控制模块，所述的有源升压主变换模块、控制模块相互连接。

所述的有源升压主变换模块包括整流桥、升压二极管、功率开关、采样电阻，所述的整流桥的2、4端与电源AC连接，该整流桥的3端连接一电感后与升压二极管的A端连接，该升压二极管的K端与用于变频空调压缩机驱动的智能功率模块连接，所述的功率开关的2端与升压二极管的A端连接，其3端与采样电阻的一端及智能功率模块连接，所述的采样电阻的另一端与整流桥的1端连接；所述的控制模块包括控制IC，所述的控制IC的1脚接地，所述的控制IC的2脚连接一电容后接地，所述的控制IC的3脚连接一电阻后与采样电阻连接，所述的控制IC的4脚连接一电阻后接地，所述的控制IC的5脚连接有电阻及两个电容，该电阻的一端与控制IC的5脚连接，另一端连接一电容后接地，另一电容的一端与控制IC的5脚连接，其另一端接地，所述的控制IC的6脚连接有两个电阻，该两个电阻串联后跨接与升压二极管的K端及功率开关的3端之间，所述的控制IC的8脚连接一电阻后与功率开关的1端连接；所述的控制IC的6脚还连接有外部信号源；所述的控制IC的7脚与外加电源连接。

功率因数校正电路由主电路和控制电路组成。功率因数校正的基本思想是通过控制主电路的开关管Q1的通断，控制电感L1的充电和放电时序，完成电压提升，同时让电流波形跟随输入电压，获得很高的功率因素。附图中虚线框内的电路，是本模块电路，具体的实现方法如下：

IC(ICE2PCS01)的核心是一个比较器，它对电流采样转换得到的正弦波信号和电压检测端采入并转换的斜坡信号这两个信号进行比较，这个斜坡信号是由内部电压比较器输出，经过非线性增益得到。经过内部电流放大器后把放大的电流信号和斜坡信号比较后，得到不同占空比的信号经过门极驱动8脚输出。交流输入电流就会变成近似正弦波，功率因数接近于1。

其中主电路是典型的非隔离升压拓扑结构的有源升压式主变换器，一个周期的部分时间(D)，开关管Q1导通时，输入电压加于电感L1上，电流以某一斜率上升，并把能量存储于电感L1上，当开关管Q1关断时，电感电流经过二极管流向输出电容E1和用于变频空调压缩机驱动的智能功率模块(IPM)。其中：电源AC输入至整流桥B1的2和4脚，电感L1一端连接整流桥3脚，另一端连接升压二极管D1的A端，D1的K端连接输出IPM的U0端，IPM的GND端连接功率开关Q1的3脚，同时连接着采样电阻R3的一端，R3的另一端连接整流桥B1的1脚，电解电容E1联于IPM的两端。

控制电路是由控制IC(ICE2PCS01)及其周边电路组成，通过双闭环控制实现有源功率因数校正。在图示电路中，电流环(内环、高动态响应)是由IC内部的电流误差放大器和过电流比较器和外部的电阻R3、R5和电容C3组成的比例积分控制电路。电压环是外环，是由IC内部的电压误差放大器和外部的电阻R1、R2，实现电流采样反馈。电阻R7、电容C1和C2组成的比例积分控制电路，调节开关管Q1的输出脉冲宽度，实现稳压功能。

IC的1脚接地；IC的2脚接电容C3，起到电流采样补偿的作用；通过对采样电阻R3的压降来采样电流，经过限流电阻R5，连接至IC的3脚；IC的4脚连接电阻R6，用于设定芯片的工作频率IC的5脚连接R7、C1和C2，用于电压采样的补偿；；电阻R1和R2相互连接，两端分别连接于IPM的U0和GND，起到分压的作用，电阻R2的电压进入IC的6脚，起到采集输出电压的作用，外加信号EN直接连接IC的6脚，当电压小于0.6V时，能够使芯片停止工作；IC的7脚连接外加电源+15V，给芯片IC供电；IC的8脚输出驱动信号，经过驱动电阻R4，到开关管的1脚，控制开关管Q1的导通或是关断。其中：外加电源的地连接IC的1脚，这个地和IPM的GND连接；电容C3一端接IC的1脚，另一端接IC的2脚IC的3脚连接电阻R5的一端，R5的另一端连接R3的一端；电阻R6的一端连接IC的4脚，另一端接地；电阻R7一端连接IC的5脚，另一端连接电容C2，电容C2另一端接地，电容C1连接IC的5脚，另一端接地；外部信号EN连IC的6脚，IC的6脚还连接至电阻R1和R2的连接处，R1另一端连IPM的U0，R2的另一端连IPM的GND；外加电源+15V连接至IC1的7脚；电阻R4的一端连接至IC的8脚，另一端连接至开关管的1脚。

升压二极管D1采用600V超快恢复二极管，因它没有电荷贮存而具有非常好的开关特性(没有反向恢复而且没有温度对开关特性的干扰)。功率开关管Q1采用超快恢复、低导通压降的IGBT管，从而降低了开关应力值，抑制了开关浪涌电压，抗干扰能力增强，且噪声和电磁干扰低。

本功率因数校正模块具有良好的散热设计，大大提高了模块的可靠性。为了扩大散热面积以便使PCB板上的热分布比较均衡，开关管Q1，二极管D1以及整流桥B1相隔一定距离，并且排成一排，便于焊接和安装。使用绝缘材料垫片，使该模块与散热系统(安装平台)实现了完全电隔离，保证安全性。同时使模块可与后级的用于压缩机驱动的智能功率模块(IPM)安装在同一散热器上，节省成本，连接引线大大缩短，减少了引线电感，提高了可靠性。该散热器可借助变频空调室外机风机增强散热效果。

为了有效抑制电流开关元件工作过程中产生的干扰，采用了多种技术加以抑制，如合理接地、合理布局布线、空间方位分离、滤波、吸收和旁路等。

本实用新型的功率因数校正模块应用在日立公司开发的小型家用KFR26空调样机上。采用该功率因数校正模块的样机进行了冷量试验及整机性能测试，空调的整机性能达到了国家家用电器标准。为了测试功率因数校正模块的可靠性、稳定性，进行了恶劣工况试验，制热试验工况：室外环境温度7℃，室内环境温度0℃，设定25℃。空调长时间连续运行，无故障；制冷试验工况：室外环境温度45℃，室内环境温度40℃，设定25℃，空调长时间连续运行，无故障。此外还进行了样机长时间连续运行试验，功率因数校正模块实现了无故障运行500小时。

Claims (5)

1.变频空调用功率因数校正装置，其特征在于，包括有源升压主变换模块、控制模块，所述的有源升压主变换模块、控制模块相互连接。

2.根据权利要求1所述的变频空调用功率因数校正装置，其特征在于，所述的有源升压主变换模块包括整流桥、升压二极管、功率开关、采样电阻，所述的整流桥的(2)、(4)端与电源AC连接，该整流桥的(3)端连接一电感后与升压二极管的(A)端连接，该升压二极管的(K)端与用于变频空调压缩机驱动的智能功率模块连接，所述的功率开关的(2)端与升压二极管的(A)端连接，其(3)端与采样电阻的一端及智能功率模块连接，所述的采样电阻的另一端与整流桥的(1)端连接。

3.根据权利要求1所述的变频空调用功率因数校正装置，其特征在于，所述的控制模块包括控制IC，所述的控制IC的(1)脚接地，所述的控制IC的(2)脚连接一电容后接地，所述的控制IC的(3)脚连接一电阻后与采样电阻连接，所述的控制IC的(4)脚连接一电阻后接地，所述的控制IC的(5)脚连接有电阻及两个电容，该电阻的一端与控制IC的(5)脚连接，另一端连接一电容后接地，另一电容的一端与控制IC的(5)脚连接，其另一端接地，所述的控制IC的(6)脚连接有两个电阻，该两个电阻串联后跨接与升压二极管的(K)端及功率开关的(3)端之间，所述的控制IC的(8)脚连接一电阻后与功率开关的(1)端连接。

4.根据权利要求3所述的变频空调用功率因数校正装置，其特征在于，所述的控制IC的(6)脚还连接有外部信号源。

5.根据权利要求3所述的变频空调用功率因数校正装置，其特征在于，所述的控制IC的(7)脚与外加电源连接。

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