CN203967733U - 无桥apfc系统的电流采样及过流保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无桥APFC系统的电流采样及过流保护装置，其包括电流采样电路和过流保护电路，电流采样电路包括：电流互感器，电流互感器的初级绕组连接在交流电源和PFC整流单元之间；分压电阻，分压电阻并联在电流互感器的次级绕组的两端；放大模块，放大模块分别与分压电阻的两端相连，放大模块对分压电阻两端的交流电压信号进行放大以输出第一电压信号和第二电压信号；加法器，加法器对第一电压信号和第二电压信号进行叠加以输出电流采样信号；过流保护电路与放大模块相连，过流保护电路根据第一电压信号和第二电压信号生成保护信号以关断输入到PFC整流单元的开关控制信号。该电流采样及过流保护装置的电路结构简单，稳定可靠。

Description

无桥APFC系统的电流采样及过流保护装置

技术领域

本实用新型涉及整流逆变技术领域，特别涉及一种无桥APFC(Active Power FactorCorrection，无桥有源功率因素校正)系统的电流采样及过流保护装置。

背景技术

近年来随着电机变频控制技术的快速发展，尤其是变频家电的批量上市，单相交流电整流逆变领域中的APFC技术得到大量应用。其中，无整流桥APFC技术因其省略了整流桥器件从而降低了系统整体发热损耗而具有更高的效率。但是与传统的BOOST PFC拓扑不同，无桥APFC电路中电感位于整流桥之前，电感电流的方向不再是唯一的，而是交变的，从而传统的通过直流回路单一分流电阻的采样电流的方式无法再用。

并且，目前普遍采用小阻值功率电阻的方式来采样电流，如图1中的采样电阻R11、R22、R33所示，但是这样会带来因采样电阻发热而产生的效率折损问题和热设计问题，尤其在大功率电器设备应用中非常明显。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决上述的技术缺陷。

为此，针对目前无桥APFC系统中采样交流输入电流的缺陷，本实用新型的目的在于提出一种简单且有效的无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置。

为达到上述目的，本实用新型提出的一种无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置，包括：电流采样电路，所述电流采样电路包括：电流互感器，所述电流互感器的初级绕组连接在交流电源和所述无桥APFC系统的PFC整流单元之间；分压电阻，所述分压电阻并联在所述电流互感器的次级绕组的两端；放大模块，所述放大模块分别与所述分压电阻的两端相连，所述放大模块对所述分压电阻两端的交流电压信号进行放大以输出第一电压信号和第二电压信号；加法器，所述加法器与所述放大模块相连，所述加法器对所述第一电压信号和第二电压信号进行叠加以输出电流采样信号；过流保护电路，所述过流保护电路与所述放大模块相连，所述过流保护电路根据所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号以关断输入到所述PFC整流单元的开关控制信号。

根据本实用新型提出的无桥APFC系统的电流采样及过流保护装置，能够对输入的交流电源的电流进行有效采样，解决了因采样电阻发热而产生的效率折损问题和热设计问题，并且通过过流保护电路能够在整个电路出现过电流时关断输入到PFC整流单元的开关控制信号，以达到保护整个电路的目的，提高了整个电路的可靠性。此外，该电流采样及过流保护装置的电路结构简单，稳定可靠。

其中，所述放大模块包括输出所述第一电压信号的第一放大单元和输出所述第二电压信号的第二放大单元。

具体地，所述第一放大单元具体包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述分压电阻的一端相连；第一放大器，所述第一放大器的同相输入端与所述第一电阻的另一端相连；第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一放大器的反相输入端与所述第一放大器的输出端之间，所述第一放大器的输出端输出所述第一电压信号。

所述第二放大单元具体包括：第三电阻，所述第三电阻的一端与所述分压电阻的另一端相连；第二放大器，所述第二放大器的同相输入端与所述第三电阻的另一端相连；第四电阻，所述第四电阻连接在所述第二放大器的反相输入端与所述第二放大器的输出端之间，所述第二放大器的输出端输出所述第二电压信号。

并且，所述第一放大器和所述第二放大器的供电电源采用单一正电源。

具体地，所述过流保护电路包括：第一比较器，所述第一比较器的正输入端与参考电压相连，所述第一比较器的负输入端与所述第一放大器的输出端相连；第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述参考电压相连，所述第二比较器的负输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述第二比较器的输出端与所述第一比较器的输出端相连以输出所述保护信号；过流保护单元，所述过流保护单元与所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端相连，所述过流保护单元根据所述保护信号关断输入到所述PFC整流单元的开关控制信号。

此外，所述过流保护电路还包括参考电压提供单元，所述参考电压提供单元包括串联的第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端与预设电源相连，所述第五电阻的另一端与所述第六电阻的一端相连且具有第一节点，所述第六电阻的另一端接地，其中，所述第一节点输出所述参考电压。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有的无桥APFC系统的电流采样电路的示意图；

图2为根据本实用新型实施例的无桥APFC系统的电流采样及过流保护装置的电路示意图；以及

图3为根据本实用新型一个示例的电流采样电路采样得到的交流电压信号S0、第一电压信号S1和第二电压信号S2的波形图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本实用新型实施例提出的无桥APFC系统的电流采样及过流保护装置。

图2为根据本实用新型实施例的无桥APFC系统的电流采样及过流保护装置的电路示意图。如图2所示，该无桥APFC系统的电流采样及过流保护装置包括：电流采样电路10和过流保护电路20。并且，该无桥APFC系统包括交流电源100、电感L1、PFC整流单元200以及输出单元300。

其中，需要说明的是，PFC整流单元200以及输出单元300其构造及工作原理是本领域内技术人员众所周知的，因此，本实用新型的实施例对此不再进行详细描述，并且本领域技术人员可以自由地设计所需的PFC整流单元200及输出单元300的构造，本实用新型不受这些模块和构造的具体形态限制。

如图2所示，电流采样电路10包括：电流互感器T1、分压电阻R0和放大模块101、加法器102。电流互感器T1的初级绕组连接在交流电源100和无桥APFC系统的PFC整流单元200之间，例如电流互感器T1的初级绕组的一端与交流电源100的第一端A相连，电流互感器T1的初级绕组的另一端与PFC整流单元200的第一输入端1相连，分压电阻R0并联在电流互感器T1的次级绕组的两端，这样，电感L1中流过的电流等同于流过电流互感器T1初级绕组的电流，并且经过电流互感器T1感应后，在T1的次级线圈产生正比于初级绕组电流大小的电流信号，进而在分压电阻R0上产生线性比例的交流电压信号S0。根据变压器的原理以及欧姆定律，只要电流互感器T1的绕组匝数比一定和R0的阻值一定，则交流电压信号S0值的大小正比于流过电感L1的电流值，而交流电压信号S0的极性反映流过电感L1电流的方向。

放大模块101分别与分压电阻R0的两端相连，放大模块101对分压电阻R0两端的交流电压信号S0进行放大以输出第一电压信号S1和第二电压信号S2，加法器102与放大模块101相连，加法器102对第一电压信号S1和第二电压信号S2进行叠加以输出电流采样信号。

具体而言，如图2所示，放大模块101包括输出第一电压信号S1的第一放大单元1011和输出第二电压信号S2的第二放大单元1012。

并且，第一放大单元1011具体包括：第一电阻R1、第一放大器OP1和第二电阻R2。第一电阻R1的一端与分压电阻R0的一端相连，第一放大器OP1的同相输入端与第一电阻R1的另一端相连，第二电阻R2连接在第一放大器OP1的反相输入端与第一放大器OP1的输出端之间，第一放大器OP1的输出端输出第一电压信号S1。

第二放大单元1012具体包括：第三电阻R3、第二放大器OP2和第四电阻R4。第三电阻R3的一端与分压电阻R0的另一端相连，第二放大器OP2的同相输入端与第三电阻R3的另一端相连，第四电阻R4连接在第二放大器OP2的反相输入端与第二放大器OP2的输出端之间，第二放大器OP2的输出端输出第二电压信号S2。

根据本实用新型的一个实施例，第一放大器OP1和第二放大器OP2的供电电源采用单一正电源。如图2所示，第一放大器OP1和第二放大器OP2的供电电源可以与无桥APFC系统的控制部分的电源共用，即图2中所示的Vcc和控制地。其中，Vcc的典型值可以为正5伏，或者为正3.3伏。

其中，第一放大器OP1工作于比例放大模式，第二放大器OP2以同样的增益比例和工作模式进行工作。并且，在本实用新型的实施例中，第一电压信号S1可以为比例放大后的交流电压信号S0的正半周波形，第二电压信号S2可以为比例放大后的交流电压信号S0的负半周波形。

在本实用新型的实施例中，无桥APFC系统的控制部分的电源地与直流主电路的负母线共地，并且无桥APFC系统的控制部分要求电流采样信号相对于控制地的极性都是正的。然而前述针对流过电感L1的电流的电压信号S0是一个交变信号，因此需要对交流电压信号S0实施整流，即言，通过放大模块101和加法器102的处理得到电流采样信号。

具体地，当交流电压信号S0处于正半周时，在分压电阻R0一端的电位高于控制部分的参考零电位时，第一放大器OP1就可以对交流电压信号S0的该半周信号进行比例放大并输出第一电压信号S1；同样，第二放大器OP2处理交流电压信号S0的另一半周波形并输出第二电压信号S2。第一电压信号S1和第二电压信号S2通过加法器102叠加后，就得到了交流电压信号S0的绝对值|S0|，信号|S0|即可作为电流采样信号被无桥APFC系统的控制部分使用。根据本实用新型的一个示例，电流采样电路采样得到的交流电压信号S0、第一电压信号S1和第二电压信号S2的波形如图3所示。

其中，可以理解的是，加法器102在具体实施例中可以有多种形态，例如可采用运算放大器组成的模拟加法电路来实现。

在本实用新型的实施例中，如图2所示，过流保护电路20与放大模块101相连，过流保护电路20根据第一电压信号S1和第二电压信号S2生成保护信号S4以关断输入到PFC整流单元200的开关控制信号。

其中，过流保护电路20包括：第一比较器CP1、第二比较器CP2和过流保护单元201。第一比较器CP1的正输入端与参考电压S3相连，第一比较器Cp1的负输入端与第一放大器OP1的输出端相连；第二比较器CP2的正输入端与参考电压S3相连，第二比较器CP2的负输入端与第二放大器OP2的输出端相连，第二比较器CP2的输出端与第一比较器CP1的输出端相连以输出保护信号S4；过流保护单元201与第一比较器CP1的输出端和第二比较器CP2的输出端相连，过流保护单元201根据保护信号S4关断输入到PFC整流单元200的开关控制信号即脉宽调制PWM驱动信号。

根据本实用新型的一个实施例，如图2所示，过流保护电路20还包括参考电压提供单元202，参考电压提供单元202包括串联的第五电阻R5和第六电阻R6，第五电阻R5的一端与预设电源即上述无桥APFC系统的控制部分的电源Vcc相连，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端相连且具有第一节点，第六电阻R6的另一端接地即连接到控制地，其中，第一节点输出参考电压S3。

综上所述，在本实用新型的实施例中，第一电压信号S1和第二电压信号S2还用于过流保护电路20中。如图2所示，第五电阻R5和第六电阻R6连接在控制电源Vcc与控制地之间，通过阻值比得到一个恒定的电压信号S3即参考电压。S3对应着无桥APFC系统的过流保护阀值，即当电感L1中流过的电流值超出本阀值时通过关断输入到PFC整流单元200的开关控制信号来彻底关断PFC整流单元200中的IGBT1和IGBT2，此时APFC功能停止。过流保护功能通过第一电压信号S1和第二电压信号S2分别与参考电压S3比较来完成。任一时刻当S1或S2的值高于S3的值，则相应的比较器CP1或者CP2的输出保护信号S4将由高电平翻转为低电平，这样使得过流保护单元201马上关闭PWM驱动信号输出，达到保护整个电路的目的。

需要说明的是，这种电平的翻转信号可作为保护电路动作的触发信号，为本领域技术人员所公知，即保护信号S4可以被输入到由数字逻辑门组成的数字电路即过流保护单元，由数字电路的逻辑门可靠地关断驱动IGBT的PWM信号。

根据本实用新型实施例提出的无桥APFC系统的电流采样及过流保护装置，能够对输入的交流电源的电流进行有效采样，解决了因采样电阻发热而产生的效率折损问题和热设计问题，并且通过过流保护电路能够在整个电路出现过电流时关断输入到PFC整流单元的开关控制信号，以达到保护整个电路的目的，提高了整个电路的可靠性。此外，该电流采样及过流保护装置的电路结构简单，稳定可靠。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置，其特征在于，包括：

电流采样电路，所述电流采样电路包括：

电流互感器，所述电流互感器的初级绕组连接在交流电源和所述无桥APFC系统的PFC整流单元之间；

分压电阻，所述分压电阻并联在所述电流互感器的次级绕组的两端；

放大模块，所述放大模块分别与所述分压电阻的两端相连，所述放大模块对所述分压电阻两端的交流电压信号进行放大以输出第一电压信号和第二电压信号；

加法器，所述加法器与所述放大模块相连，所述加法器对所述第一电压信号和第二电压信号进行叠加以输出电流采样信号；

过流保护电路，所述过流保护电路与所述放大模块相连，所述过流保护电路根据所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号以关断输入到所述PFC整流单元的开关控制信号。

2.如权利要求1所述的无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置，其特征在于，所述放大模块包括输出所述第一电压信号的第一放大单元和输出所述第二电压信号的第二放大单元。

3.如权利要求2所述的无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置，其特征在于，所述第一放大单元具体包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述分压电阻的一端相连；

第一放大器，所述第一放大器的同相输入端与所述第一电阻的另一端相连；

第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一放大器的反相输入端与所述第一放大器的输出端之间，所述第一放大器的输出端输出所述第一电压信号。

4.如权利要求3所述的无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置，其特征在于，所述第二放大单元具体包括：

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述分压电阻的另一端相连；

第二放大器，所述第二放大器的同相输入端与所述第三电阻的另一端相连；

第四电阻，所述第四电阻连接在所述第二放大器的反相输入端与所述第二放大器的输出端之间，所述第二放大器的输出端输出所述第二电压信号。

5.如权利要求4所述的无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器的供电电源采用单一正电源。

6.如权利要求4所述的无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置，其特征在于，所述过流保护电路包括：

第一比较器，所述第一比较器的正输入端与参考电压相连，所述第一比较器的负输入端与所述第一放大器的输出端相连；

第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述参考电压相连，所述第二比较器的负输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述第二比较器的输出端与所述第一比较器的输出端相连以输出所述保护信号；

过流保护单元，所述过流保护单元与所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端相连，所述过流保护单元根据所述保护信号关断输入到所述PFC整流单元的开关控制信号。

7.如权利要求6所述的无桥有源功率因素校正APFC系统的电流采样及过流保护装置，其特征在于，所述过流保护电路还包括参考电压提供单元，所述参考电压提供单元包括串联的第五电阻和第六电阻，所述第五电阻的一端与预设电源相连，所述第五电阻的另一端与所述第六电阻的一端相连且具有第一节点，所述第六电阻的另一端接地，其中，所述第一节点输出所述参考电压。