CN202888809U - Pfc双重保护电路及空调 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于功率因数校正技术领域，尤其涉及一种PFC双重保护电路及空调。本实用新型提供的PFC双重保护电路中的检测单元通过检测PFC主干电路的电感电流值、并转化为电压值再与比较单元中预设的电压保护阀值进行比较。若达到保护条件，比较单元将同时输出信号给主控制芯片和PFC驱动芯片，主控制芯片接收到比较单元发送的PFC中断信号，马上发出关断PFC电路的控制指令给PFC驱动芯片；与此同时，PFC驱动芯片也接收到比较单元输出的保护信号，也将马上响应并关断PFC功率器件，避免因过流造成对功率器件的损坏，起到了双重保护作用。并且，整个保护电路中只增加采用了电阻、电容及比较器，达到了低成本的要求。

Description

PFC双重保护电路及空调

技术领域

[0001] 本实用新型属于功率因数校正技术领域，尤其涉及一种PFC双重保护电路及空调。

背景技术

[0002] 通常在空调器设备的电源电路中会采用PFC (Power Factor Correction,功率因数校正）电路。PFC电路可以在将交流电转化为直流电时提高电源对市电的利用率，减少转化过程的电能损耗，达到节能的目的。PFC电路还能减少电源对市电电网的影响，避免其突然启动时对其他电器的影响。

[0003] 在PFC电路设计中，如果选取的功率器件规格余量不能足够大，在出现异常工作时，将容易引起PFC中的电感饱和，导致周围电路功率器件损坏。加大PFC电感值与选用规格更大的功率器件，能够在一定程度上解决PFC电感饱和的问题，但同时也使得成本增加，并且也解决不了因过流造成器件损坏的问题。在现有技术中，一般采用增加PFC过流保护电路来解决PFC电感饱和的问题，但这些保护电路主要是通过主控制器/主控制芯片对PFC开关器件的操作完成保护作用的，如果主控制器/主控制芯片失效，则PFC开关器件也会出现瞬间失控，PFC过流保护电路将会失去保护作用。

[0004] 因此，有必要提供一种成本较低、并能有效防止主控制器/主控制芯片失效的双重PFC保护电路。

实用新型内容

[0005] 本实用新型的目的在于提供一种PFC双重保护电路，旨在解决现有的PFC过流保护电路存在的当主控制器/主控制芯片失效时、整个保护电路会丧失保护功能的技术问题。

[0006] 本实用新型是这样实现的：

[0007] 一种PFC双重保护电路，用于对PFC主干电路进行过流保护，所述PFC主干电路包括整流桥、电感L1、开关管S1、二极管DI和电解电容EI，所述整流桥的交流侧与市电交流电源相接，所述整流桥的直流侧通过电感LI同时接所述开关管SI的高电位端和二极管Dl的阳极，所述二极管Dl的阴极为所述PFC主干电路的输出端，所述电解电容El连接在所述二极管Dl的阴极与地之间，而所述PFC双重保护电路包括：

[0008] 连接在所述整流桥的直流侧负极、用于获取所述PFC主干电路上的电感电流值的检测单元；

[0009] 将所述检测单元获取的电感电流值转化为电压值、并与预设的电压保护阈值进行比较，通过两个输出端同时输出相应信号的比较单元；

[0010] 输入端接所述比较单元的第一输出端、将接收到的信号转化为控制信号并发送给PFC驱动芯片的主控制芯片；以及

[0011] 连接在所述主控制芯片的输出端和开关管SI的控制端之间，同时接收所述比较单元的第二输出端输出的信号，根据两个输入端接收到的信号控制所述开关管Si的通断、提供双重保护的PFC驱动芯片。

[0012] 作为本实用新型的优选技术方案：

[0013] 所述检测单元包括无感电阻Rl ;所述无感电阻Rl连接在所述整流桥的直流侧负极与所述开关管S I的低电位端之间，并且所述无感电阻Rl的第一端和第二端分别为所述检测单兀的第一输出端和第二输出端。

[0014] 所述比较单元包括：第一直流电源VCC、第二直流电源VDD、第一比较器、第二比较器、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9 ;所述电阻R2的第一端接所述检测单元的第一输出端，所述电阻R2的第二端通过所述电阻R4同时接所述第一比较器的同相输入端和所述第二比较器的同相输入端，所述电阻R3的第一端接所述检测单元的第二输出端，所述电阻R3的第二端通过所述电阻R5同时接所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的反相输入端，所述直流电源VCC同时接所述第一比较器和第二比较器的电源端，所述直流电源VCC通过所述电阻R6同时接所述第一比较器和所述第二比较器的反相输入端，所述直流电源VCC还通过所述电阻R7同时接所述第一比较器和所述第二比较器的同相输入端，所述第一比较器的输出端通过所述电阻R9接所述第二直流电源VDD，所述第一比较器的输出端同时通过所述电阻R8接所述主控制芯片的输入端，所述第二比较器的输出端为所述比较单元的第二输出端、接所述PFC驱动芯片的第二输入端。

[0015] 进一步地，所述比较单元还包括：电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5 ;所述电容Cl的第一端接所述电阻R2和电阻R4的共接端，所述电容Cl的第二端接所述电阻R3和电阻R5的共接端，所述电容C2接在所述第一比较器的同相输入端与地之间，所述电容C3接在所述第一比较器的反相输入端与地之间，所述电容C4接在所述第一比较器的同相输入端与反相输入端之间，所述电容C5接在所述主控制芯片的输入端与地之间。

[0016] 所述开关管SI为IGBT功率管，所述IGBT功率管的栅极为所述开关管SI的控制端，所述IGBT功率管的集电极为所述开关管SI的高电位端，所述IGBT功率管的发射极为所述开关管SI的低电位端。

[0017] 本实用新型的另一目的在于提供一种空调，所述空调包括电源电路，所述电源电路包括交流电源输入端和PFC主干电路，并且，作为改进，所述电源电路中还包括了上述任意一种形式的用于对PFC主干电路进行过流保护的PFC双重保护电路。

[0018] 本实用新型实施例提供了 PFC双重保护电路及采用了此电路设计的空调。PFC双重保护电路中的检测单元通过检测PFC主干电路的电感电流值、并转化为电压值再与比较单元中预先设定的电压保护阀值进行比较。若达到保护条件，比较单元将同时输出信号给主控制芯片和PFC驱动芯片，主控制芯片接收到比较单元发送的PFC中断信号，马上发出关断PFC电路的控制指令给PFC驱动芯片；与此同时，PFC驱动芯片也接收到比较单元输出的保护信号，也将马上响应并关断PFC功率器件，避免因过流造成对功率器件的损坏，起到了双重保护作用。当电流值下降后，比较单元输出相反的电平信号，PFC保护信息解除，PFC电路将恢复正常工作状态。

附图说明

[0019] 图1是本实用新型实施例提供的PFC双重保护电路的结构框图；[0020] 图2是本实用新型实施例提供的PFC双重保护电路的示例电子元器件图。

具体实施方式

[0021] 为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

[0022] 本实用新型实施例提供了 PFC双重保护电路及采用了此电路设计的空调。采用此双重保护电路的电源电路，可以降低对主控制芯片的依赖程度，即便主控制芯片失效、整个保护电路也不会因此丧失保护功能。

[0023] 图1是本实用新型实施例提供的PFC双重保护电路的结构框图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。如图所示：

[0024] 一种PFC双重保护电路，用于对PFC主干电路10进行过流保护，PFC主干电路10包括整流桥BRl、电感L1、开关管S1、二极管Dl和电解电容El，整流桥BRl的交流侧与市电交流电源AC相接，整流桥BRl的直流侧通过电感LI同时接开关管SI的高电位端和二极管Dl的阳极，二极管Dl的阴极为PFC主干电路10的输出端Vout，电解电容El连接在二极管Dl的阴极与地之间；

[0025] PFC双重保护电路包括：检测单元200、比较单元300、主控制芯片400和PFC驱动芯片500 ;其中，检测单元200连接在整流桥BRl的直流侧负极，用于获取PFC主干电路100上的电感电流值并发送给比较单元300 ;比较单元300将接收到的电感电流值转化为电压值、并与预设的电压保护阈值进行比较，通过两个输出端同时输出相应信号给主控制芯片400和PFC驱动芯片500 ;主控制芯片400接比较单元300的第一输出端、将接收到的信号转化为控制信号并发送给PFC驱动芯片500 ;PFC驱动芯片500连接在主控制芯片400的输出端和开关管SI的控制端之间，同时接收比较单元300的第二输出端输出的信号，根据接收到的信号控制开关管SI的通断、为PFC主干电路10提供双重保护。

[0026] 图2是本实用新型实施例提供的PFC双重保护电路的示例电子元器件图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。本实用新型的优选实施方式如图所示：

[0027] 开关管SI选用IGBT功率管，IGBT功率管的栅极为控制端、集电极为其高电位端、发射极为其低电位端。

[0028] 检测单元200包括无感电阻Rl ;无感电阻Rl连接在整流桥BRl的直流侧负极与开关管SI的低电位端之间，并且无感电阻Rl的第一端和第二端分别为检测单元200的第一输出端和第二输出端，同时，无感电阻Rl的第二端接地。

[0029] 比较单元300包括：第一直流电源VCC、第二直流电源VDD、第一比较器、第二比较器、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9 ；电阻R2的第一端接检测单元200的第一输出端，电阻R2的第二端通过电阻R4同时接第一比较器Ul和第二比较器U2的同相输入端，电阻R3的第一端接检测单元200的第二输出端，电阻R3的第二端通过电阻R5同时接第一比较器Ul和第二比较器U2的反相输入端，第一直流电源VCC同时接第一比较器Ul和第二比较器U2的电源端，第一直流电源VCC还通过电阻R6同时接第一比较器Ul和第二比较器U2的反相输入端，第一直流电源VCC还通过电阻R7同时接第一比较器Ul和第二比较器U2的同相输入端，第一比较器Ul的输出端通过电阻R9接第二直流电源VDD，第一比较器Ul的输出端同时通过电阻R8接主控制芯片400的输入端，第二比较器U2的输出端为比较单元300的第二输出端、接PFC驱动芯片500的第二输入端。

[0030] 作为优选实施例，该比较单元300还可以包括：电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5 ;电容Cl连接在电阻R2和电阻R4的共接端与电阻R3和电阻R5的共接端之间，电容C2接在第一比较器Ul的同相输入端与地之间，电容C3接在第一比较器Ul的反相输入端与地之间，电容C4连接在第一比较器Ul的同相输入端与反相输入端之间，电容C5接在主控制芯片400的输入端与地之间。在具体实现时，通过计算选用合适的电容容值，可以滤掉一些噪声信号对检测数据的干扰，让检测到的电压信息更接近真实值，避免了因噪声信号造成的误触发。电容的选取影响到两个比较器的反应时间，不能取得过大，需根据实际情况进行调整。通过计算分压电路的相关电阻参数，从而对电流保护值进行设定。

[0031] 需要特别说明的是，比较单元300中的两个比较器的供电电源为第一直流电源VCC，其与给主控制芯片400供电的第二直流电源VDD为不同电源。在主控制芯片400的工作过程中，有可能碰到电源突然失效的情况，对于一些低电平有效的PFC控制电路，若此时PFC电路还处在工作中，则会引起PFC—直误开通而导致电流急增，对功率器件造成损毁；而加入第二比较器U2、并且用不同直流电源供电，仍然可以将控制信号直接发送到PFC驱动芯片500的保护端口，从而关断PFC电路的开关器件。也就是说，采用两个直流电源供电的目的，是为了保证当主控制芯片400失效时，其保护作用一样有效。

[0032] 本实用新型实施例还提供了一种空调，此空调的电源电路包括交流电源输入端和PFC主干电路，并且，作为改进，电源电路中还包括了上述任意一种形式的用于对PFC主干电路进行过流保护的PFC双重保护电路。

[0033] 本实用新型实施例提供了 PFC双重保护电路及采用了此电路设计的空调。PFC双重保护电路中的检测单元通过检测PFC主干电路的电感电流值、并转化为电压值再与比较单元中预先设定的电压保护阀值进行比较。若达到保护条件，比较单元将同时输出信号给主控制芯片和PFC驱动芯片，主控制芯片接收到比较单元发送的PFC中断信号，马上发出关断PFC电路的控制指令给PFC驱动芯片；与此同时，PFC驱动芯片也接收到比较单元输出的保护信号，也将马上响应并关断PFC功率器件，避免因过流造成对功率器件的损坏，起到了双重保护作用。当电流值下降后，比较单元输出相反的电平信号，PFC保护信息解除，PFC电路将恢复正常工作状态。另一方面，整个保护电路中只增加采用了电阻、电容及比较器，达到了低成本的要求。

[0034] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种PFC双重保护电路，用于对PFC主干电路进行过流保护，所述PFC主干电路包括整流桥、电感L1、开关管S1、二极管DI和电解电容EI，所述整流桥的交流侧与市电交流电源相接，所述整流桥的直流侧通过电感LI同时接所述开关管SI的高电位端和二极管Dl的阳极，所述二极管Dl的阴极为所述PFC主干电路的输出端，所述电解电容El连接在所述二极管Dl的阴极与地之间，其特征在于，所述PFC双重保护电路包括：连接在所述整流桥的直流侧负极、用于获取所述PFC主干电路上的电感电流值的检测单元；将所述检测单元获取的电感电流值转化为电压值、并与预设的电压保护阈值进行比较，通过两个输出端同时输出相应信号的比较单元；输入端接所述比较单元的第一输出端、将接收到的信号转化为控制信号并发送给PFC 驱动芯片的主控制芯片；以及连接在所述主控制芯片的输出端和开关管SI的控制端之间，同时接收所述比较单元的第二输出端输出的信号，根据两个输入端接收到的信号控制所述开关管SI的通断、提供双重保护的PFC驱动芯片。

2.如权利要求1所述的PFC双重保护电路，其特征在于，所述检测单元包括无感电阻Rl ;所述无感电阻Rl连接在所述整流桥的直流侧负极与所述开关管SI的低电位端之间， 并且所述无感电阻Rl的第一端和第二端分别为所述检测单元的第一输出端和第二输出端。

3.如权利要求1所述的PFC双重保护电路，其特征在于，所述比较单元包括：第一直流电源VCC、第二直流电源VDD、第一比较器、第二比较器、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、 电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9 ；所述电阻R2的第一端接所述检测单元的第一输出端，所述电阻R2的第二端通过所述电阻R4同时接所述第一比较器的同相输入端和所述第二比较器的同相输入端，所述电阻 R3的第一端接所述检测单元的第二输出端，所述电阻R3的第二端通过所述电阻R5同时接所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的反相输入端，所述第一直流电源VCC同时接所述第一比较器和第二比较器的电源端，所述第一直流电源VCC通过所述电阻R6同时接所述第一比较器和所述第二比较器的反相输入端，所述第一直流电源VCC还通过所述电阻R7同时接所述第一比较器和所述第二比较器的同相输入端，所述第一比较器的输出端通过所述电阻R9接所述第二直流电源VDD，所述第一比较器的输出端同时通过所述电阻R8 接所述主控制芯片的输入端，所述第二比较器的输出端为所述比较单元的第二输出端、接所述PFC驱动芯片的第二输入端。

4.如权利要求3所述的PFC双重保护电路，其特征在于，所述比较单元还包括：电容 Cl、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5 ；所述电容Cl的第一端接所述电阻R2和电阻R4的共接端，所述电容Cl的第二端接所述电阻R3和电阻R5的共接端，所述电容C2接在所述第一比较器的同相输入端与地之间， 所述电容C3接在所述第一比较器的反相输入端与地之间，所述电容C4接在所述第一比较器的同相输入端与反相输入端之间，所述电容C5接在所述主控制芯片的输入端与地之间。

5.如权利要求1-4任一项所述的PFC双重保护电路，其特征在于，所述开关管SI为IGBT功率管，所述IGBT功率管的栅极为所述开关管SI的控制端，所述IGBT功率管的集电极为所述开关管SI的高电位端，所述IGBT功率管的发射极为所述开关管SI的低电位端。

6. 一种空调，包括电源电路，所述电源电路包括交流电源输入端和PFC主干电路，其特征在于，所述电源电路中还包括一种用于对PFC主干电路进行过流保护的PFC双重保护电路；所述PFC主干电路包括整流桥、电感L1、开关管S1、二极管Dl和电解电容El，所述整流桥的交流侧与市电交流电源相接，所述整流桥的直流侧通过电感LI同时接所述开关管SI 的高电位端和二极管Dl的阳极，所述二极管Dl的阴极为所述PFC主干电路的输出端，所述电解电容El连接在所述二极管Dl的阴极与地之间；所述PFC双重保护电路包括：连接在所述整流桥的直流侧负极、用于获取所述PFC主干电路上的电感电流值的检测单元；将所述检测单元获取的电感电流值转化为电压值、并与预设的电压保护阈值进行比较，通过两个输出端同时输出相应信号的比较单元；输入端接所述比较单元的第一输出端、将接收到的信号转化为控制信号并发送给PFC 驱动芯片的主控制芯片；以及连接在所述主控制芯片的输出端和开关管SI的控制端之间，同时接收所述比较单元的第二输出端输出的信号，根据两个输入端接收到的信号控制所述开关管SI的通断、提供双重保护的PFC驱动芯片。

7.如权利要求6所述的空调，其特征在于，所述检测单元包括无感电阻Rl ；所述无感电阻Rl连接在所述整流桥的直流侧负极与所述开关管SI的低电位端之间， 并且所述无感电阻Rl的第一端和第二端分别为所述检测单元的第一输出端和第二输出端。

8.如权利要求6所述的空调，其特征在于，所述比较单元包括：第一直流电源VCC、第二直流电源VDD、第一比较器、第二比较器、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻 R7、电阻R8、电阻R9 ；所述电阻R2的第一端接所述检测单元的第一输出端，所述电阻R2的第二端通过所述电阻R4同时接所述第一比较器的同相输入端和所述第二比较器的同相输入端，所述电阻 R3的第一端接所述检测单元的第二输出端，所述电阻R3的第二端通过所述电阻R5同时接所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的反相输入端，所述直流电源VCC同时接所述第一比较器和第二比较器的电源端，所述直流电源VCC通过所述电阻R6同时接所述第一比较器和所述第二比较器的反相输入端，所述直流电源VCC还通过所述电阻R7同时接所述第一比较器和所述第二比较器的同相输入端，所述第一比较器的输出端通过所述电阻R9 接所述第二直流电源VDD，所述第一比较器的输出端同时通过所述电阻R8接所述主控制芯片的输入端，所述第二比较器的输出端为所述比较单元的第二输出端、接所述PFC驱动芯片的第二输入端。

9.如权利要求8所述的空调，其特征在于，所述比较单元还包括：电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5 ；所述电容Cl的第一端接所述电阻R2和电阻R4的共接端，所述电容Cl的第二端接所述电阻R3和电阻R5的共接端，所述电容C2接在所述第一比较器的同相输入端与地之间， 所述电容C3接在所述第一比较器的反相输入端与地之间，所述电容C4的第一端接所述第一比较器的同相输入端，所述电容C4的第二端接所述第一比较器的反相输入端，所述电容 C5接在所述主控制芯片的输入端与地之间。

10.如权利要求6-9任一项所述的空调，其特征在于，所述开关管SI为IGBT功率管，所述IGBT功率管的栅极为所述开关管SI的控制端，所述IGBT功率管的集电极为所述开关管 SI的高电位端，所述IGBT功率管的发射极为所述开关管SI的低电位端。