CN202872686U - 功率变换模块及变频空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率变换模块及变频空调器。本实用新型的变频空调器的功率变换模块，包括集成在同一基板上的功率因数校正电路和逆变电路，逆变电路的功率器件通过逆变驱动引脚获取逆变驱动信号，该功率变换模块还包括驱动保护电路，用于对逆变驱动信号进行验证，驱动保护电路的输入端与逆变驱动引脚连接，驱动保护电路的输出端与逆变电路连接。对外部传输过来的驱动信号进行验证，如果上述驱动信号不满足验证要求，则采取向逆变电路封锁驱动信号，或者对驱动信号进行处理后向逆变电路发送，从而保证驱动控制器传输的驱动信号由于受到干扰或者本身出现严重问题时，断开驱动信号，以保护功率变换模块，提高了工作可靠性。

Description

功率变换模块及变频空调器

技术领域

本实用新型涉及空调领域，具体地，涉及一种功率变换模块及变频空调器。

背景技术

目前，家用变频空调中已经广泛采用交直交变频驱动方案，为解决该方案带来的交流侧的谐波含量大的问题，现有技术中一般使用在整流电路之后增加了功率因数校正电路。

现在的空调产品中多是采用分立绝缘栅双极型晶体管IGBT+快恢复二极管+智能功率模块来实现前级功率因数校正，后级连接分离变频器逆变构成整个变频调速系统。

图1和图2示出目前较为成熟的采用分立器件实现的带有功率因数校正功能的变频调速方案，参见图1和图2，此方案的较多功率器件在生产及装配过程中存在一定的问题：如功率器件安装高度统一及器件定位问题，为了保证安装高度需要采用特殊的定高工装，操作过程中严重影响生产效率；其次若安装高度不能完全匹配，各功率器件散热面将不在同一平面，安装螺钉定位造成器件引脚受力变形，同时模块散热会受到严重影响，扭曲的引脚和散热不良导致器件损坏的可能性增大；另外由于器件外形封装的限制和电器盒机构的影响导致功率器件引脚之间走线加长，过长的走线使线路上的寄生电感、电容增加，高速变化的电流信号使线路上产生较大的噪声电压，噪声电压的尖峰对器件的耐压提出了更高的要求，同时此噪声电压也是较大的干扰源，扩散在整个控制器电路中，控制系统的抗干扰能力需要进一步加强。

现有技术中，对于上述分立器件搭建交直交变频电路噪声电压大，装配复杂的问题，目前尚未提出有效解决方案。

实用新型内容

本实用新型的目的是提出一种功率变换模块及变频空调器，用于解决分立器件搭建交直交变频电路噪声电压大，装配复杂的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种变频空调器的功率变换模块。采用以下技术方案：该变频空调器的功率变换模块，包括集成在同一基板上的功率因数校正电路和逆变电路，逆变电路的功率器件通过逆变驱动引脚获取逆变驱动信号，该功率变换模块还包括驱动保护电路，用于对逆变驱动信号进行验证，驱动保护电路的输入端与逆变驱动引脚连接，驱动保护电路的输出端与逆变电路连接。

进一步地，上述逆变电路包括三相逆变单元，每相逆变单元用于逆变出一相交流电源，每相逆变单元包括：上桥臂功率器件和下桥臂功率器件，其中，上桥臂功率器件的第一端连接功率因数校正电路输出的正极，下桥臂功率器件的第二端连接功率因数校正电路输出的负极，上桥臂功率器件的第二端和下桥臂功率器件的第一端与该相的逆变输出端连接，上桥臂功率器件的驱动端和下桥臂功率器件驱动端分别与驱动保护电路的输出端连接。

进一步地，驱动保护电路的输出端与上桥臂功率器件的驱动端之间和驱动保护电路的输出端与上桥臂功率器件的驱动端之间分别设置有驱动电阻。

进一步地，逆变电路使用绝缘栅极晶体管或功率金属氧化物场效应管作为上桥臂功率器件和下桥臂功率器件。

进一步地，驱动保护电路还包括：直通保护电路，连接在逆变驱动引脚和逆变电路之间，用于在上桥臂功率器件的驱动信号和下桥臂功率器件驱动信号同时有效时输出相应的报警信号。

进一步地，驱动保护电路还包括输出信号封锁电路，与直通保护电路连接，用于在上桥臂功率器件的驱动信号和下桥臂功率器件驱动信号同时有效时控制驱动保护电路输出端停止输出。

进一步地，驱动保护电路还包括：强度保护电路，用于上桥臂功率器件或下桥臂功率器件发送驱动信号的强度超出预设的阈值时输出相应的报警信号。

进一步地，驱动保护电路还包括输出信号封锁电路，与强度保护电路连接，用于上桥臂功率器件或下桥臂功率器件发送驱动信号的强度超出预设的阈值时控制驱动保护电路输出端停止输出。

进一步地，驱动保护电路还包括：时序保护电路，用于当上桥臂功率器件和下桥臂功率器件的驱动信号的时序错误时输出相应的报警信号。

进一步地，驱动保护电路还包括输出信号封锁电路，与时序保护电路连接，用于当上桥臂功率器件和下桥臂功率器件发送驱动信号的时序错误时控制驱动保护电路输出端停止输出。

根据本实用新型的另一个方面，提供给了一种变频空调器。该变频空调器包括功率变换模块，该功率变换模块为上述任一种功率变换模块。

应用本实施例的变频空调器的功率变换模块，驱动保护电路的输入端和输出端分别连接与逆变驱动引脚和逆变电路驱动端连接，对外部传输过来的驱动信号进行验证，如果上述驱动信号满足要求，向逆变电路驱动端传输该驱动信号，如果上述驱动信号不满足验证要求，则采取向逆变电路封锁驱动信号，或者对驱动信号进行处理后向逆变电路发送，从而保证驱动控制器传输的驱动信号由于受到干扰或者控制器发出的驱动信号本身出现严重问题时，断开驱动信号，提高了功率变换模块的工作可靠性，防止出现因驱动信号导致的功率变换模块故障。同时由于功率因数校正电路和逆变电路集成设置，与传统分立器件方案相比，功率器件高度集成，降低了导线上的寄生参数，噪声电压也大大降低；各功率器件集成在模块内同一基板上，提高了生产效率，且增强了模块的可靠性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型背景技术所述的分立器件的变频调速系统结构示意图；

图2是将图1中功率变换模块的部分具体示出的结构图；

图3是根据本实用新型实施例的变频空调器的功率变换模块的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的本实用新型实施例的变频空调器的功率变换模块的三相逆变单元的示意图；

图5是根据本实用新型实施例的本实用新型实施例的变频空调器的功率变换模块的驱动保护电路的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

图3是根据本实用新型实施例的变频空调器的功率变换模块的示意图，如图3所示，该功率变换模块10包括：集成在同一基板上的功率因数校正电路11和逆变电路13，功率因数校正电路11，连接在直流输入引脚和逆变电路13之间，用于调节功率变换模块的功率因数；逆变电路13，连接在功率因数校正电路11和交流输出引脚之间，用于将输入电源转换用于电机变频调速的三相交流电源。逆变电路13的功率器件通过逆变驱动引脚获取逆变驱动信号。此外本实施例的功率变换模块10还包括驱动保护电路15，用于对逆变单元的逆变驱动信号进行验证，其中驱动保护电路15的输入端与逆变驱动引脚连接，驱动保护电路15的输出端与逆变电路13连接。该功率变换模块10集成封装可以采用能IPM（Intelligent Power Module，智功率模块）技术。

由于逆变电路13的驱动信号是由外部控制器发出的，通过引线的方式连接，传输过程中有可能因干扰或控制器的输出故障，导致驱动信号错误，而驱动信号的错误会影响整个功率变换模块的工作可靠性，因此，本实用新型在功率变换模块中设置了驱动保护电路对驱动信号进行验证。

应用本实施例的变频空调器的功率变换模块，驱动保护电路15的输入端和输出端分别连接与逆变驱动引脚和逆变电路13驱动端连接，对外部传输过来的驱动信号进行验证，如果上述驱动信号满足要求，向逆变电路13驱动端传输该驱动信号，如果上述驱动信号不满足验证要求，则采取向逆变电路13封锁驱动信号，或者对驱动信号进行处理后向逆变电路13发送，从而保证驱动控制器传输的驱动信号由于受到干扰或者控制器发出的驱动信号本身出现严重问题时，断开驱动信号，以保护功率变换模块，提高工作可靠性，防止出现因驱动信号导致的功率变换模块故障。

变频空调器一般使用三相变频压缩机，本实施例的逆变电路13可以包括三相逆变单元，每相逆变单元用于逆变出一相交流电源，图4是根据本实用新型实施例的本实用新型实施例的变频空调器的功率变换模块的三相逆变单元的示意图，如图4所示，每相逆变单元包括：上桥臂功率器件和下桥臂功率器件，其中，上桥臂功率器件的第一端连接功率因数校正电路11输出的正极，下桥臂功率器件的第二端连接功率因数校正电路11输出的负极，上桥臂功率器件的第二端和下桥臂功率器件的第一端与该相的逆变输出端连接，上桥臂功率器件的驱动端和下桥臂功率器件驱动端分别与驱动保护电路15的输出端连接。在图4中，Q1、Q3、Q5为上桥臂功率器件，Q2、Q4、Q6为下桥臂功率器件，Q1和Q4组成了U相逆变单元，Q3和Q6组成了V相逆变单元，Q5和Q2组成了W相逆变单元。

进一步地，驱动保护电路15的输出端与上桥臂功率器件的驱动端之间和驱动保护电路15的输出端与上桥臂功率器件的驱动端之间分别设置有驱动电阻。在图4中R1、R2、R3、R4、R5、R6，分别为Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的驱动电阻。逆变电路13可以使用绝缘栅极晶体管或功率金属氧化物场效应管作为上桥臂功率器件和下桥臂功率器件。

驱动保护电路15中具体保护电路可以包括以下的一种或几种：直通保护电路，强度保护电路、时序保护电路，图5是根据本实用新型实施例的本实用新型实施例的变频空调器的功率变换模块的驱动保护电路的示意图，如图5所示，所述驱动保护电路15包括：直通保护电路151，强度保护电路153、时序保护电路155，分别连接在所述逆变驱动引脚和所述逆变电路之间。其中，

直通保护电路151用于在上桥臂功率器件的驱动信号和下桥臂功率器件驱动信号同时有效时输出相应的直通报警信号。

强度保护电路153用于上桥臂功率器件或下桥臂功率器件发送驱动信号的强度超出预设的阈值时输出相应的报警信号。

时序保护电路155用于当上桥臂功率器件和下桥臂功率器件发送驱动信号的时序错误时输出相应的报警信号。

以上驱动保护电路15的具体保护电路可以同时使用，也可以根据实际需求选择配置，此外，根据驱动保护电路15输出的相应信息。可以使控制器获取到功率模块的具体工作情况。

驱动保护电路还可以包括输出信号封锁电路，该信号封锁电路与上述直通保护电路151、强度保护电路153、时序保护电路155分别连接，在上桥臂功率器件的驱动信号和所述下桥臂功率器件驱动信号同时有效时、上桥臂功率器件或下桥臂功率器件的驱动信号的强度超出预设的阈值时、上桥臂功率器件和下桥臂功率器件发送驱动信号的时序错误时控制所述驱动保护电路输出端停止输出。从而可以在出现上述错误时，封锁外部的驱动信号，驱动保护电路15的输出端停止输出驱动信号，并发出相应的提示信号。

此外，驱动保护电路15还可以设置放大器和衰减器，如果驱动信号强度过大，对该信号进行衰减后向功率器件发送，如果驱动信号强度过小，对该信号进行放大后向功率器件发送。

本实用新型的实施例还提供了一种变频空调器使用上述的功率变换模块10将整流电路输出的直流电源变换为变频压缩机使用的三相交流电源。

应用本实施例的变频空调器的功率变换模块，驱动保护电路15的输入端和输出端分别连接与逆变驱动引脚和逆变电路13驱动端连接，对外部传输过来的驱动信号进行验证，如果上述驱动信号满足要求，向逆变电路13驱动端传输该驱动信号，如果上述驱动信号不满足验证要求，则采取向逆变电路13封锁驱动信号，或者对驱动信号进行处理后向逆变电路13发送，从而保证驱动控制器传输的驱动信号由于受到干扰或者控制器发出的驱动信号本身出现严重问题时，断开驱动信号，以保护功率变换模块，提高工作可靠性，防止出现因驱动信号导致的功率变换模块故障。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变频空调器的功率变换模块，包括集成在同一基板上的功率因数校正电路和逆变电路，所述逆变电路的功率器件通过逆变驱动引脚获取逆变驱动信号，其特征在于，还包括驱动保护电路，用于对所述逆变驱动信号进行验证，所述驱动保护电路的输入端与所述逆变驱动引脚连接，所述驱动保护电路的输出端与所述逆变电路连接，其中， 

所述逆变电路包括三相逆变单元，每相所述逆变单元用于逆变出一相交流电源，每相所述逆变单元包括：上桥臂功率器件和下桥臂功率器件，其中，所述上桥臂功率器件的第一端连接所述功率因数校正电路输出的正极，所述下桥臂功率器件的第二端连接所述功率因数校正电路输出的负极，所述上桥臂功率器件的第二端和所述下桥臂功率器件的第一端与该相的逆变输出端连接，所述上桥臂功率器件的驱动端和所述下桥臂功率器件驱动端分别与所述驱动保护电路的输出端连接。 

2.根据权利要求1所述的功率变换模块，其特征在于，所述驱动保护电路的输出端与所述上桥臂功率器件的驱动端之间和驱动保护电路的输出端与所述上桥臂功率器件的驱动端之间分别设置有驱动电阻。 

3.根据权利要求1或2所述的功率变换模块，其特征在于，所述逆变电路使用绝缘栅极晶体管或功率金属氧化物场效应管作为所述上桥臂功率器件和所述下桥臂功率器件。 

4.根据权利要求1或2所述的功率变换模块，其特征在于，所述驱动保护电路还包括：直通保护电路，连接在所述逆变驱动引脚和所述逆变电路之间，用于在上桥臂功率器件的驱动信号和所述下桥臂功率器件驱动信号同时有效时输出相应的报警信号。 

5.根据权利要求4所述的功率变换模块，其特征在于，所述驱动保护电路还包括输出信号封锁电路，与所述直通保护电路连接，用于在上桥臂功率器件的驱动信号和所述下桥臂功率器件驱动信号同时有效时控制所述驱动保护电路输出端停止输出。 

6.根据权利要求1或2所述的功率变换模块，其特征在于，所述驱动保护电路还包括：强度保护电路，用于所述上桥臂功率器件或下桥臂功率器件发送驱动信号的强度超出预设的阈值时输出相应的报警信号。 

7.根据权利要求6所述的功率变换模块，其特征在于，所述驱动保护电路还包括输出信号封锁电路，与所述强度保护电路连接，用于所述上桥臂功率器件或下桥臂功率器件发送驱动信号的强度超出预设的阈值时控制所述驱动保护电路输出端停止输出。 

8.根据权利要求1或2所述的功率变换模块，其特征在于，所述驱动保护电路还包括：时序保护电路，用于当所述上桥臂功率器件和下桥臂功率器件的驱动信号的时序错误时输出相应的报警信号。 

9.根据权利要求8所述的功率变换模块，其特征在于，所述驱动保护电路还包括输出信号封锁电路，与所述时序保护电路连接，用于当所述上桥臂功率器件和下桥臂功率器件发送驱动信号的时序错误时控制所述驱动保护电路输出端停止输出。 

10.一种变频空调器，包括功率变换模块，其特征在于，所述功率变换模块为权利要求1至9中任一项所述的功率变换模块。 

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