CN202167837U - 一种pfc过流保护电路及应用该电路的空调器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种PFC过流保护电路及应用该电路的空调器，用于对PFC电路进行过流保护，在所述PFC电路中包含有整流电路、电感和开关管，所述整流电路的交流侧连接交流电源输入端，直流侧通过电感连接所述的开关管；在所述整流电路的直流侧连接有用于检测所述电感中流经电流大小的电流采样电路，其采样值输出至一比较器与设定值进行比较，所述比较器的输出端连接一与运算电路的输入端，与用于控制所述开关管通断的脉冲信号进行逻辑与运算，输出运算结果至所述开关管的控制极。采用本实用新型的PFC过流保护电路可以降低PFC电路中关键器件的损坏率，提高PFC电路运行的可靠性，尤其适合应用在空调器室外机的电源电路设计中。

Description

一种PFC过流保护电路及应用该电路的空调器
技术领域
本实用新型属于功率因数校正技术领域，具体地说，是涉及一种为确保功率因数校正电路安全运行而设计的过流保护电路以及采用所述过流保护电路设计的空调器。
背景技术
为了抑制电网侧的谐波电流污染，提高电网质量，获得高效率的功率因数，在变频空调控制系统中，普遍应用PFC的设计方案。PFC是英文“Power Factor Correction”的简称，意思是“功率因数校正”。功率因数指的是有效功率与视在功率之间的关系，也就是有效功率除以视在功率的比值。基本上，功率因数可以衡量电力被有效利用的程度，功率因数值越大，代表其电能的利用效率越高。
目前的PFC电路有两种：一种是无源PFC（也称为被动式PFC）；一种是有源PFC（也称为主动式PFC）。无源PFC电路一般采用电感补偿的方式使交流输入的基波电流和电压之间相位差减小，以此来提高功率因数。但是，无源PFC的功率因数不是很高，只能达到07-0.8。而有源PFC电路则由电感、电容及控制芯片等电子元器件组成，可以达到高于0.99的功率因数，并且具有低损耗和高可靠性等优点，但是成本相对较高。
对于目前普遍应用的PFC电路来说，其中所涉及的关键器件，比如IGBT开关管等，其保护方式还不是很完善，损坏率较高，这也对应用该PFC电路的电子产品工作的可靠性造成一定程度的影响。
发明内容
本实用新型为了解决现有PFC电路因缺少对其内部关键器件进行保护的措施，而造成其关键器件易损坏的问题，提出了一种PFC过流保护电路，以提高PFC电路运行的可靠性。
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PFC过流保护电路，用于对PFC电路进行过流保护，在所述PFC电路中包含有整流电路、电感和开关管，所述整流电路的交流侧连接交流电源输入端，直流侧通过电感连接所述的开关管；在所述整流电路的直流侧连接有用于检测所述电感中流经电流大小的电流采样电路，其采样值输出至一比较器与设定值进行比较，所述比较器的输出端连接一与运算电路的输入端，与用于控制所述开关管通断的脉冲信号进行逻辑与运算，输出运算结果至所述开关管的控制极。
进一步的，在所述与运算电路的输出端连接有一驱动电路，所述驱动电路对与运算电路输出的运算结果进行信号放大处理后，输出至所述开关管的控制极。
又进一步的，所述脉冲信号为单片机输出的PWM信号；所述比较器的输出端输出信号至所述的单片机，通知单片机是否输出PWM信号。
再进一步的，在所述电流采样电路中包含有一采样电阻，连接在所述整流电路直流侧的负极与开关管之间，所述整流电路直流侧的负极通过一电阻连接比较器的同相输入端，所述比较器的同相输入端通过上拉电阻连接直流电源，反相输入端连接所述设定值所对应的参考电压。
优选的，所述开关管为IGBT功率管，所述IGBT功率管的发射极一方面通过所述采样电阻连接整流电路直流侧的负极，另一方面连接系统地；IGBT功率管的集电极一方面通过所述电感连接整流电路直流侧的正极，另一方面通过一二级管分别连接电解电容的正极和直流电压输出端，所述电解电容的负极连接系统地。
更进一步的，所述整流电路为单相桥式整流电路。
基于上述PFC过流保护电路结构，本实用新型还提出了一种采用所述PFC过流保护电路设计的空调器，包括电源电路，在所述电源电路中包含有交流电源输入端、PFC电路和用于对PFC电路进行过流保护的PFC过流保护电路；在所述PFC电路中包含有整流电路、电感和开关管，所述整流电路的交流侧连接交流电源输入端，直流侧通过电感连接所述的开关管；在所述整流电路的直流侧连接有用于检测所述电感中流经电流大小的电流采样电路，其采样值输出至一比较器与设定值进行比较，所述比较器的输出端连接一与运算电路的输入端，与用于控制所述开关管通断的脉冲信号进行逻辑与运算，输出运算结果至所述开关管的控制极。
优选的，所述电源电路设置于空调器的室外机中，输出室外机中压缩机模块所需的直流工作电源，为压缩机供电。
与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型通过检测PFC电路直流侧的电流大小，并与设定值进行比较，当发生过流故障时通过将用于控制开关管通断的脉冲信号屏蔽掉，使开关管停止工作，从而实现了对开关管的过流保护，降低了PFC电路中关键器件的损坏率，提高了PFC电路运行的可靠性，尤其适合应用在空调器室外机的电源电路设计中，为压缩机提供安全供电。
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PFC过流保护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，在现有的PFC电路中一般都设置有整流电路BR1、电感L、开关管V1、二极管D1和电解电容E1等主要组成部分，参见图1所示。对于单相交流供电来说，所述整流电路BR1可以采用集成的单相整流硅桥进行电路设计，将其交流侧连接到交流电源输入端AC，直流侧通过电感L分别与开关管V1和二极管D1的阳极相连接，二极管D1的阴极连接直流电源输出端Vout，并通过电解电容E1连接系统地GND。所述开关管V1可以采用IGBT、MOS等功率管，本实施例以IGBT功率管为例进行说明，将IGBT功率管V1的集电极连接电感L，发射极连接整流电路BR1直流侧的负极，并与系统地GND相连接，栅极接收控制芯片输出的脉冲信号，并在所述脉冲信号的控制下通断，进而使流经电感L的电流波形能够跟随整流输出的电压波形，从而使得电流谐波大为减少，达到提高功率因数的目的。
在本实施例中，所述用于控制开关管V1通断的控制芯片可以采用单片机实现，输出占空比可调的PWM信号至开关管V1的控制极，以实现对开关管V1的通断控制。
采用现有的PFC电路在实际应用过程中有时会出现过流故障，若不采取保护措施容易造成开关管V1等关键器件的损毁，为了解决这一问题，本实施例提出了一种PFC过流保护电路的结构设计，参见图1中的虚线框部分，以提高PFC电路运行的安全性。
在本实施例的PFC过流保护电路中设置有用于对流经电感L的电流进行检测的电流采样电路、比较器U1和与运算电路U2。电流采样电路将采集到的电流值传输至比较器U1与设定值进行比较，当流经电感L的电流大于设定值时，输出低电平至与运算电路U2，同单片机输出的PWM信号进行逻辑与运算，进而通过与运算电路U2输出低电平，即阻断PWM信号的输出，使开关管V1关断，停止工作，实现对其的保护。
作为本实施例的一种优选设计方案，所述电流采样电路可以采用一颗采样电阻R1连接在整流电路BR1直流侧的负极与IGBT功率管V1的发射极之间，如图1所示。整流电路BR1直流侧的负极同时通过电阻R2连接比较器U1的同相输入端+，所述比较器U1的同相输入端+经上拉电阻R3连接直流电源VCC，反相输入端-连接参考电压Vref。所述参考电压Vref的幅值应根据设定的电流保护值转换计算确定，但应小于直流电源VCC的幅值。
当PFC电路工作正常时，比较器U1同相输入端+的电压接近于直流电压VCC的幅值，大于参考电压Vref的幅值。此时，通过比较器U1输出高电平，与单片机输出的PWM信号进行逻辑与运算后，通过与运算电路输出的脉冲信号波形与PWM信号的波形一致，输出至IGBT功率管V1的栅极，对其进行通断控制。
为了提高与运算电路U2输出的PWM信号的驱动能力，本实施例在与运算电路U2的输出端与IGBT功率管V1的栅极之间还连接有一驱动电路U3，如图1所示。利用所述驱动电路U3对与运算电路U2输出的PWM信号进行放大处理后输出，以满足IGBT功率管V1的驱动控制要求。
当PFC电路出现过流故障时，比较器U1同相输入端+的电压降低，低于参考电压Vref的幅值。此时，通过比较器U1输出低电平，与单片机输出的PWM信号进行逻辑与运算后，通过与运算电路U2输出零电平，即将单片机输出的PWM信号屏蔽掉了，由此便可以控制IGBT功率管V1关断，使其停止工作，进入保护状态，达到过流保护的目的。
将比较器U1输出的信号同时传输至单片机，使单片机在接收到比较器U1输出的零电平信号时，停止输出PWM信号，控制PFC电路停止工作。
本实施例采用硬件方式设计过流保护电路来降低PFC电路中关键器件的损坏率，电路结构简单，效果显著，有效提升了PFC电路工作的可靠性。将其应用在变频空调器室外机的电源电路设计中，为室外机中的压缩机模块提供其工作所需的直流电压，可以同时起到对室外机电路的保护作用，使得空调产品的整机品质得以提升。当然，本实施例所提出的PFC过流保护电路设计方式同样适用于除空调器以外的其他需要使用PFC电路的电子产品的电源电路设计中。
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PFC过流保护电路，用于对PFC电路进行过流保护，在所述PFC电路中包含有整流电路、电感和开关管，所述整流电路的交流侧连接交流电源输入端，直流侧通过电感连接所述的开关管；其特征在于：在所述整流电路的直流侧连接有用于检测所述电感中流经电流大小的电流采样电路，其采样值输出至一比较器与设定值进行比较，所述比较器的输出端连接一与运算电路的输入端，与用于控制所述开关管通断的脉冲信号进行逻辑与运算，输出运算结果至所述开关管的控制极。
2.根据权利要求1所述的PFC过流保护电路，其特征在于：在所述与运算电路的输出端连接有一驱动电路，所述驱动电路对与运算电路输出的运算结果进行信号放大处理后，输出至所述开关管的控制极。
3.根据权利要求1所述的PFC过流保护电路，其特征在于：所述脉冲信号为单片机输出的PWM信号；所述比较器的输出端输出信号至所述的单片机。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的PFC过流保护电路，其特征在于：在所述电流采样电路中包含有一采样电阻，连接在所述整流电路直流侧的负极与开关管之间，所述整流电路直流侧的负极通过一电阻连接比较器的同相输入端，所述比较器的同相输入端通过上拉电阻连接直流电源，反相输入端连接所述设定值所对应的参考电压。
5.根据权利要求4所述的PFC过流保护电路，其特征在于：所述开关管为IGBT功率管，所述IGBT功率管的发射极一方面通过所述采样电阻连接整流电路直流侧的负极，另一方面连接系统地；IGBT功率管的集电极一方面通过所述电感连接整流电路直流侧的正极，另一方面通过一二级管分别连接电解电容的正极和直流电压输出端，所述电解电容的负极连接系统地。
6.根据权利要求5所述的PFC过流保护电路，其特征在于：所述整流电路为单相桥式整流电路。
7.一种空调器，包括电源电路，在所述电源电路中包含有交流电源输入端和PFC电路，其特征在于：在所述电源电路中还包含有如权利要求1至6中任一项权利要求所述的PFC过流保护电路。
8.根据权利要求7所述的空调器，其特征在于：所述电源电路设置于空调器的室外机中，输出室外机中压缩机模块所需的直流工作电源。
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