CN201821258U - 一种空调器用电源电路及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空调器用电源电路，包括交流电源输入端子和与其连接的整流电路；在所述整流电路的输出侧并联有额定耐压值为420V的电解电容。本实用新型在空调器的电源电路中，特别是变频空调器室外机的电源电路中，采用额定耐压值为420V的电解电容来替换现有的450V电解电容。由于不同耐压值的电解电容的价格相差很大，因此，选用420V的电解电容代替450V的电解电容，可以有效降低电源电路的硬件成本，且不影响空调器的正常使用寿命。

Description

一种空调器用电源电路及空调器

技术领域

本实用新型属于电源电路技术领域，具体地说，是涉及一种用于空调器的电源电路以及采用所述电源电路设计的空调器。

背景技术

大容量的铝电解电容是目前变频空调器中电源电路的一个重要器件，起到对整流电路输出的单向正弦波电压进行平滑滤波的作用，从而为后级电路提供所需的比较平滑的直流母线电压。但是，该直流电压带有一定的纹波电压，此纹波电压会产生一定的纹波电流，此纹波电流会引起电解电容发热，从而影响电解电容的使用寿命，最终对整个空调器的使用寿命造成影响。

在国内变频空调行业和铝电解电容行业普遍认为：加载到滤波大电解电容两端的直流母线电压值应该保持在大电解电容额定耐压值的80％以下，才能保证电解电容的使用寿命不受影响，从而确保空调器的长期可靠运行。也就是说，如果我们加载在电解电容两端的直流母线电压值是350V，那么需要选用的电解电容的额定耐压值就应该为350÷80％＝437V。根据目前电解电容的档位，应选用额定耐压值为450V这个档位的电解电容来进行电源电路的设计，且需要同时并联设置两颗450V耐压的电解电容来满足容量设计要求。由于不同耐压值的电解电容，其价格相差是很大的，提高一个档位，就意味着整个硬件电路成本将上升一个较大的幅度，这对空调器制造企业来说是非常不利的，也间接地影响了消费者的经济利益。

基于此，如何在满足空调器正常使用寿命的前提下，尽可能地降低其电源模块的硬件成本，是目前空调器制造业乃至电源电路研发领域需要解决的一项主要问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空调器用电源电路，以降低电源电路的硬件成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种空调器用电源电路，包括交流电源输入端子和与其连接的整流电路；在所述整流电路的输出侧并联有额定耐压值为420V的电解电容。

优选的，所述电解电容优选设置两颗，均与所述整流电路的输出侧相并联。

进一步的，所述电解电容的正极连接整流电路输出侧的正极，电解电容的负极连接整流电路输出侧的负极。

又进一步的，所述整流电路为单相桥式整流电路。

优选的，所述电解电容优选采用大容量的铝电解电容。

再进一步的，在所述电解电容的后级连接有IPM集成电源模块，通过所述IPM集成电源模块连接空调器的后级用电负载。

更进一步的，所述电源电路设置于空调器的室外机中，所述空调器为变频空调器，所述用电负载为变频空调器室外机中的变频控制器。

基于上述电源电路结构，本实用新型又提供了一种采用上述电源电路设计的空调器，通过在空调器的室外机中整流电路的输出侧并联额定耐压值为420V的电解电容，利用整流电路对通过交流电源输入端子引入的交流市电进行从交流到直流的变换处理后，输出至420V的电解电容进行平滑滤波处理，从而在确保电解电容长时间可靠运行的前提下，为后级用电负载提供其所需的平滑的直流母线电压。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型在空调器的电源电路中，特别是变频空调器室外机的电源电路中，采用额定耐压值为420V的电解电容来替换现有的450V电解电容。由于不同耐压值的电解电容的价格相差很大，因此，选用420V的电解电容代替450V的电解电容，可以有效降低电源电路的硬件成本，且不影响空调器的正常使用寿命。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1是本实用新型所提出的空调器用电源电路的一种实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。

实施例一，本实施例以变频空调器室外机中的电源电路为例进行说明。参见图1所示，AC为空调器的交流电源输入端子，通过电源线连接220V交流市电。整流电路D的输入侧连接所述的交流电源输入端子AC，将交流电源整流成单向正弦波形的直流电源，通过其输出侧输出。在整流电路D的输出侧并联两颗额定耐压值为420V的电解电容CE1、CE2，即将电解电容CE1、CE2的正极连接整流电路D输出侧的正极+，电解电容CE1、CE2的负极连接整流电路D输出侧的负极一，以用于对通过整流电路D输出的直流电压波形进行平滑滤波处理，进而输出比较平滑的直流母线电压，提供给后级用电负载。

在本实施例中，同时并联设置两颗电解电容CE1、CE2是出于电容容量的考虑。当然，对于可支持大容量的额定耐压值为420V的电解电容来说，也可以仅并联一颗，本实施例对此不进行具体限制。

在变频空调器的室外机中，可以在电解电容CE1、CE2的后级进一步连接集成电源模块IPM，如图1所示，利用IPM进行过压、过流和过热等故障检测后，输出稳定的直流电源为后级负载供电。所述的后级负载在变频空调器室外机中可以具体指用于驱动变频压缩机运行的变频控制器等电路模块。当然，本实施例并不仅限于以上举例。

在本实施例中，所述整流电路D可以采用单相桥式整流电路；所述电解电容CE1、CE2优选采用铝电解电容进行电路设计。

下面对采用额定耐压值为420V的电解电容CE1、CE2来替代传统的耐压值为450V的电解电容进行空调器电源电路设计的可行性进行具体分析。

大容量的铝电解电容的内部关键部件是氧化铝膜，氧化铝膜的耐压和质量的不同，可由电解电容工作时的发热量反映出来，即温升。而温升是计算电解电容寿命的主要参数，也就是说电解电容的寿命由温升决定，温升由氧化铝膜的耐压和质量决定。因此，对420V和450V两种耐压值的电解电容分别进行温升测试，即可计算出两种电解电容的绝对寿命。

对于电解电容的寿命计算公式目前有以下两种：

I、业内理论公式：

$L=L_d\×2^{\left(\frac{T_0-T}{10}\right)}\×K^{\left(\frac{-\mathrm{\ΔT}}{10}\right)}---\left(1\right)$

其中，L_d：温度为T₀时，直流工作电压下的电解电容的使用寿命；

L：温度为T时的电解电容的使用寿命；

T：工作温度；

T₀：最高使用温度；

K：系数，当纹波电流在允许范围内时，取K＝2；当纹波电流超过允许范围内时，取K＝4；

ΔT：中心温升。

II、供货厂家经验公式：

$L=L_0\×2^{\frac{T_0{-T}_X}{10}}\×2^{\frac{\mathrm{\Δ}{T}_0-\mathrm{\Δ}{T}_X}{8}}\×{\left(\frac{V_0}{V_X}\right)}^{4.4}---\left(2\right)$

其中：L₀：工作在额定纹波电流和最高工作温度下的电解电容的使用寿命；

L：温度为T时的电解电容的使用寿命；

T₀：最高使用温度；

T_X：实际工作环境温度；

ΔT₀：在最高使用温度下的允许温升；

ΔT_X：实测温升；

V_X：施加在电解电容上的实际电压值；

V₀：电解电容的额定耐压值。

需要说明的是：公式(2)相对于公式(1)增加了电压比值一项，更能直观地体现电压裕量对电解电容使用寿命的影响，这正与本实施例对电解电容耐压值进行研究相吻合。

根据上述理论知识，在两种额定耐压值的电解电容的中心埋入热电偶，装到空调器室外机中，在最大制冷工况下进行测试，测得了以下的数据：

表1

根据公式(1)来分析两种规格的电解电容的使用寿命：

①、L_d的选取：

L_d为温度为T₀时，直流工作电压下的电解电容的使用寿命，即不带纹波电流时的使用寿命。本实施例选用的电解电容类型的使用寿命L_r定义为：工作在额定纹波电流和最高工作温度下的寿命为2000h；根据厂家经验推荐：L₄＝1.2L_r＝2400h。

②、K的选取：

工作温度(℃)	40-54	55-64	65-69	70-84	85-104	105以上
							允许温升ΔT	30	30	25	20	15	5

表2

表2为电解电容在不同工作温度下的允许温升对照表。将空调器整机放于45℃的环境中，运行稳定后，室外机箱内的温度会升高，选取最恶劣的温度点(即电解电容的表面温度)作为工作温度。从表2中可以看出：两种电解电容的最大表面温度为49℃，在49℃时允许温升为30℃。从表1可以看出：实际测量的温升远远低于30℃，因此K取2。

③、温度的选取：

在寿命计算公式(1)中，

可以看出：当K＝2时，工作温度T被正负抵消了，决定寿命的是最高使用温度和中心温度；其中，最高使用温度T₀＝85℃。

根据上述3条，将表1的值代入公式(1)，分别计算出两种规格的电解电容的使用寿命为：

420V电解电容的使用寿命L＝20578h；

450V电解电容的使用寿命L＝22055h。

以上计算为空调器一直在室外环境温度为45℃下连续运行的结果。

由于空调器的使用寿命规定为平均无故障运行20000h，因此，耐压值为420V的电解电容CE完全可以满足要求。

根据公式(2)来分析两种规格的电解电容的使用寿命：

①、L_d的选取：

L₀为工作在额定纹波电流和最高工作温度下的电解电容的使用寿命，根据电解电容的规格，选取2000h。

②、温度的选取：

最高使用温度T₀＝85℃；实际工作的环境温度T_X＝45℃；允许温升ΔT₀＝15℃；实际温升ΔT_X＝中心温度-环境温度。

③、电压的选取：

实际加压V_X＝350V；V₀为电解电容的额定耐压值。

根据上述3条，将表1的数据代入公式(2)，分别计算出两种规格的电解电容的使用寿命为：

420V电解电容的使用寿命L＝119884h；

450V电解电容的使用寿命L＝193381h。

由公式(1)、(2)的计算结果可知：从性能上分析，耐压值为420V的电解电容完全可以满足空调器使用寿命的要求。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种空调器用电源电路，包括交流电源输入端子和与其连接的整流电路；其特征在于：在所述整流电路的输出侧并联有额定耐压值为420V的电解电容。

2.根据权利要求1所述的空调器用电源电路，其特征在于：所述电解电容包括两颗，均与所述整流电路的输出侧相并联。

3.根据权利要求2所述的空调器用电源电路，其特征在于：所述电解电容的正极连接整流电路输出侧的正极，电解电容的负极连接整流电路输出侧的负极。

4.根据权利要求2所述的空调器用电源电路，其特征在于：所述电解电容为铝电解电容。

5.根据权利要求1所述的空调器用电源电路，其特征在于：所述整流电路为单相桥式整流电路。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的空调器用电源电路，其特征在于：在所述电解电容的后级连接有IPM集成电源模块，通过所述IPM集成电源模块连接用电负载。

7.根据权利要求6所述的空调器用电源电路，其特征在于：所述电源电路设置于空调器的室外机中，所述空调器为变频空调器，所述用电负载为变频控制器。

8.一种空调器，其特征在于：包括如权利要求1至7中任一项权利要求所述的空调器用电源电路。

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