CN207010547U - Pfc电路及变频空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种PFC电路和变频空调器，通过设置两个包括由二极管和自带续流二极管的IGBT管串联组成的支路并联构成整流模块，且电抗器连接交流电源的输入端，电抗器、整流模块串联在交流电源回路中，第一电容和第二电容串联后并联在整流模块输出端且第一电容和第二电容的共接点连接交流回路。本实用新型实施例的PFC电路在工作时，其电流回路只经过一个二极管或一个IGBT管的续流二极管，相对现有技术的需要经过两个整流桥堆的每个二极管，大大减少了二极管的工作数量，因此降低了整个PFC电路的发热损耗降低了能量的浪费。

Description

PFC电路及变频空调器

技术领域

本实用新型涉及PFC控制领域，尤其涉及一种PFC电路及变频空调器。

背景技术

现有用于低电压如100VAC供电电压下的驱动变频压缩机或者直流电机的PFC(Power Factor Correction，功率因素校正)电路通常采用倍压整流后再输出供电，现有的倍压整流方案的PFC电路都包括两只整流桥堆，其中一只桥堆用于倍压整流，另外一只用于全波整流后给PFC部分供电，在整个PFC 电路工作过程中，这两只桥堆的每个二极管总共有8个二极管都要工作，由于PFC电路的工作电流大，因此这两个桥堆发热大，造成很大的能量浪费。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种PFC电路及变频空调器，目的在于解决现有倍压整流方式的PFC电路桥堆发热大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种PFC电路，包括电抗器、整流模块、第一电容、第二电容、控制器及驱动模块；

所述电抗器连接交流电源的输入端，所述电抗器、整流模块串联在交流电源回路中；

所述第一电容和第二电容串联后并联在所述整流模块输出端，

所述驱动模块并联在所述整流模块输出端，所述整流模块对输入的交流电整流成直流电，以为所述驱动模块工作提供电源，所述驱动模块控制端连接所述控制器，所述控制器控制所述驱动模块以驱动负载运行；

所述整流模块包括第一整流单元和第二整流单元，所述第一整流单元包括第一二极管和第一IGBT管，所述第二整流单元包括第二二极管和第二 IGBT管，所述第一整流单元和第二整流单元并联，所述第一整流单元和第二整流单元分别包括由二极管和自带续流二极管的IGBT管串联组成的支路，所述整流模块的两个IGBT管的控制端分别连接所述控制器，所述整流模块的两个IGBT管在控制器控制下进行开关切换，以对所述整流模块输出的直流电压和直流电流进行功率因素校正；

所述第一电容和第二电容的共接点连接所述交流电源回路，以使由整流模块和所述第一电容以及第二电容组成倍压整流电路。

优选的，所述第一二极管的正极连接所述第一IGBT管的源级，所述第二二极管的正极连接所述第二IGBT管的源级，所述第一二极管负极与所述第二二极管的负极并联做为所述整流模块的正极输出端，所述第一IGBT管的漏极与所述第二IGBT管的漏极并联做为所述整流模块的负极输出端。

优选的，所述第一二极管的正极连接所述第一IGBT管的源级，所述第二二极管的正极连接所述第二IGBT管的源级，所述第一IGBT管的源级与所述第二IGBT管的源级并联做为所述整流模块的正极输出端，所述第一二极管负极与所述第二二极管的负极并联做为所述整流模块的负极输出端。

优选的，所述第一电容和第二电容的共接点连接所述交流电压的零线输入端。

优选的，所述第一电容和第二电容的共接点连接所述交流电压的火线输入端。

优选的，还包括电流检测模块，

所述电流检测模块串联于所述交流回路，所述电流检测模块的输出端连接所述控制器，以检测所述交流电源输入的交流电流值。

优选的，还包括过零检测模块，

所述过零检测模块并联在所述交流电源输入端，所述过零检测模块输出端连接所述控制器，以检测所述交流电源的电压过零信号，所述控制器根据所述电压过零信号控制所述整流模块的两个IGBT管的开关状态进行切换。

优选的，还包括电压检测模块，

所述电压检测模块并联在所述整流模块输出端，所述电压检测模块的输出端连接所述控制器，以检测所述整流模块输出的直流电压值。

为实现上述目的，本实用新型还提供一种变频空调器，所述变频空调器包括所述的PFC电路。

本实用新型提供的PFC电路，通过设置两个包括由二极管和自带续流二极管的IGBT管串联组成的支路并联构成整流模块，且电抗器连接交流电源的输入端，电抗器、整流模块串联在交流电源回路中，第一电容和第二电容串联后并联在整流模块输出端且第一电容和第二电容的共接点连接交流回路，本实用新型实施例的PFC电路在工作时，其电流回路只经过一个二极管或一个IGBT管的续流二极管，相对现有技术的需要经过两个整流桥堆的每个二极管，大大减少了二极管的工作数量，因此降低了整个PFC电路的发热损耗降低了能量的浪费。

附图说明

图1为本实用新型PFC电路第一实施例的电路结构示意图；

图2为第一实施例中电抗器在储能时的电流回路示意图；

图3为第一实施例中对第一电容充电的电流回路示意图；

图4为第一实施例中电抗器在储能时的另一电流回路示意图；

图5为第一实施例中对第二电容充电的电流回路示意图；

图6为本实用新型PFC电路第二实施例的电路结构示意图；

图7为第二实施例中对第二电容充电的电流回路示意图；

图8为第二实施例中对第一电容充电的电流回路示意图；

图9为本实用新型PFC电路第三实施例的电路结构示意图；

图10为本实用新型PFC电路第四实施例的电路结构示意图。

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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

参照图1，图1为本实用新型第一实施例提供的PFC电路结构图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

本实用新型实施例提供的PFC电路包括电抗器L、整流模块10、第一电容E1、第二电容E2、控制器20及驱动模块30；

电抗器L连接交流电源的输入端，电抗器L、整流模块10串联在交流电源回路中；

第一电容E1和第二电容E2串联后并联在整流模块10输出端，

驱动模块30并联在整流模块10输出端，整流模块10对输入的交流电整流成直流电，以为驱动模块30工作提供电源，驱动模块30控制端连接控制器20，控制器20控制驱动模块30以驱动负载运行；

整流模块10包括第一整流单元11和第二整流单元12，第一整流单元11 包括第一二极管D1和第一IGBT管Q1，第二整流单元12包括第二二极管 D2和第二IGBT管Q2，第一整流单元11和第二整流单元12并联，第一整流单元11和第二整流单元12分别包括由二极管和自带续流二极管的IGBT管 (Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)串联组成的支路，整流模块10的两个IGBT管的控制端分别连接控制器20，整流模块10的两个IGBT管在控制器20控制下进行开关切换，以对整流模块10输出的直流电压和直流电流进行功率因素校正；

第一电容E1和第二电容E2的共接点连接交流电源回路，以使由整流模块10和第一电容E1以及第二电容E2组成倍压整流电路。

整流模块10的第一整流单元11包括第一二极管D1和第一IGBT管Q1，第二整流单元12包括第二二极管D2和第二IGBT管Q2；

第一二极管D1的正极连接第一IGBT管Q1的集电极，第二二极管D2 的正极连接第二IGBT管Q2的集电极，第一二极管D1负极与第二二极管D2 的负极并联做为整流模块10的正极输出端，第一IGBT管Q1的发射极与第二IGBT管Q2的发射极并联做为整流模块10的负极输出端。

第一电容E1和第二电容E2的共接点连接在交流电源的零线输入端。

本实施例的PFC电路还包括过零检测模块50，过零检测模块50并联在交流电源输入端，过零检测模块50输出端连接控制器20，以检测交流电源的电压过零信号，控制器根据电压过零信号控制整流模块10的两个IGBT管的开关状态进行切换。过零检测模块50的具体电路可参考现有技术，在此不再赘述。

本实施例的PFC电路还包括电流检测模块40，电流检测模块40串联于交流回路，图1中电流检测模块40串联在交流电源的火线端，当然也可以串联在交流电源的零线端，电流检测模块40的输出端连接控制器20，以检测交流电源输入的交流电流值。电流检测模块40由包括电流互感器T1和外加检测电路构成，电流检测模块40的具体电路可参考现有技术，在此不再赘述。

本实施例的PFC电路还包括电压检测模块60，电压检测模块60并联在整流模块10输出端，电压检测模块60的输出端连接控制器20，以检测整流模块10输出的直流电压值。电压检测模块60可采用基于电阻分压结构形式的简单电路组成，具体电路可参考现有技术，在此不再赘述。

本实施例所示的PFC电路工作原理如下：由整流模块10和第一电容E1 以及第二电容E2组成的整流滤波电路工作在倍压整流模式。如图2所示，当控制器20控制第一IGBT管Q1导通、第二IGBT管Q2截止时，此时交流电源电流从火线即L线出发经电抗器L、第一IGBT管Q1的集电极和发射极、第二IGBT管Q2的续流二极管D4的正极和负极回到交流电源零线即N线构成回路，实现对电抗器L的储能；如图3所示，当控制器20控制第一IGBT 管Q1截止时，电抗器L上产生感应电动势，其流经电抗器L的电流方向与第一IGBT管Q1截止前保持一致，此时电抗器L的感应电动势产生的电流经第一二极管D1、第一电容E1构成回路以对第一电容E1充电，以此实现了交流电源电流从L线出发方向时的从整流模块10输出的直流电压和电流的功率因素校正。如图4所示，当控制器30控制第二IGBT管Q2导通、第一IGBT 管Q1截止时，此时交流电源电流从火线即N线出发经第二IGBT管Q2的集电极和发射极、第一IGBT管Q1的续流二极管D3的正极和负极、电抗器L 回到交流电源零线即L线构成回路，实现对电抗器L的储能；如图5所示，当控制器20控制第二IGBT管Q2截止时，电抗器L上产生感应电动势，其流经电抗器L的电流方向与第二IGBT管Q2截止前保持一致，此时电抗器L 的感应电动势产生的电流经第二电容E2、第一IGBT管Q1的续流二极管D3 成电流回路以对第二电容E2充电，以此实现了交流电源电流从N线出发方向时的从整流模块10输出的直流电压和电流的功率因素校正。上述电抗器L产生的不同极性感应电动势分别对第一电容E1和第二电容E2充电，因此第一电容E1和第二电容E2两端的电压为单个电容上电压的一倍，实现了倍压整流方式。因此，控制器分别通过控制第一IGBT管Q1和第二IGBT管Q2的交替导通和截止，实现了倍压整流模式下的功率因素校正功能。

本实施例所示的PFC电路，驱动模块30驱动的负载包括压缩机或者电机，这里的压缩机或电机为永磁同步电机，驱动模块包括由IPM模块(Intelligent Power Module，智能功率模块)组成的电路，在控制器20控制下，实现将加载在IPM模块上的直流电逆变成交流电实现对压缩机或者电机的驱动。本实施例的PFC电路在工作时，由于PFC电路输入的是交流电，因此需要保证在第一IGBT管Q1或第二IGBT管Q2工作时维持电流，以实现对电抗器L的储能，因而控制器需要通过零检测模块50检测交流电的过零信号，在过零以后才控制第一IGBT管Q1或第二IGBT管导通以保证能通过持续的电流实现对电抗器L的储能。而且PFC电路在工作过程中，控制器20还需要通过电流检测模块40获取当前电路的工作电流，如果发现负载的工作电流过高，导致 PFC电路的工作电流过高时，控制器20控制两个IGBT管关闭以关闭PFC电路工作保护整个PFC电路。本实施例的PFC电路在过程中，控制器20还需要通过电压检测模块60实时检测整流模块输出的直流电压即直流母线电压，在直流母线电压值偏高时，可通过调整第一IGBT管Q1或第二IGBT管导通的脉宽值，以降低输出的直流母线电压值，实现了直流母线电压值的稳定。

本实施例的PFC电路从上述的工作过程可以知道，当工作在倍压整流模式下时，在电抗器L储能时，电流回路只经过其中一个IGBT管的续流二极管，而在电抗器L产生感应电动势对第一电容E1和第二电容E2充电时，电流回路只经过其中的一个二极管或者其中一个IGBT管的续流二极管。因此相对现有技术的采样两只整流桥堆的PFC电路工作时，每只桥堆的每个二极管都工作，本实用新型实施例的PFC电路在工作时大大减少了二极管的工作数量，因此降低了整个PFC电路的发热损耗降低了能量的浪费。

本实用新型实施例提供的PFC电路，通过设置两个包括由二极管和自带续流二极管的IGBT管串联组成的支路并联构成整流模块10，且电抗器L连接交流电源的输入端，电抗器L、整流模块10串联在交流电源回路中，第一电容E1和第二电容E2串联后并联在整流模块10输出端，且第一电容E1和第二电容E2的共接点连接交流回路。本实用新型实施例的PFC电路在工作时，其电流回路只经过一个二极管或一个IGBT管的续流二极管，相对现有技术的需要经过两个整流桥堆的每个二极管，大大减少了二极管的工作数量，因此降低了整个PFC电路的发热损耗降低了能量的浪费。

进一步的，基于本实用新型PFC电路第一实施例，本实用新型第二实施例的PFC电路如图6所示，与第一实施例不同之处是第一电容E1和第二电容E2共接点连接方式不同。

第一电容E1和第二电容E2共接点连接交流电源的火线输入端。

在本实施例中，第一电容E1和第二电容E2共接点改为连接在近交流电源的火线即L线端，具体是并联在电抗器L和整流模块20的一交流输入端之间。

本实施例的PFC电路工作时，当第一IGBT管Q1或第二IGBT管Q2导通使得电抗器L处于储能状态下时其工作原理与第一实施例相同，不同之处是当第一IGBT管Q1或第二IGBT管Q2截止使得电抗器L产生的感应电动势形成的电流回路不同。如图7所示，当第一IGBT管Q1从导通变成截止时，电抗器L上产生感应电动势，其流经电抗器L的电流方向与第一IGBT管Q1 截止前保持一致，此时电抗器L的感应电动势产生的电流经第二电容E2、第二IGBT管Q2的续流二极管D4构成回路以对第二电容E2充电，以此实现了交流电源电流从L线出发方向时的从整流模块10输出的直流电压和电流的功率因素校正；如图8所示，当第二IGBT管Q2从导通变成截止时，电抗器L 上产生感应电动势，其流经电抗器L的电流方向与第二IGBT管Q2截止前保持一致，此时电抗器L的感应电动势产生的电流经第二二极管D2、第一电容 E1构成回路以对第一电容E1充电，以此实现了交流电源电流从N线出发方向时的从整流模块10输出的直流电压和电流的功率因素校正。上述充电过程均只经过一个二极管，相对现有技术要经过两个整流桥堆的每个二极管要大大减少，因此降低了整个PFC电路的发热损耗。

进一步的，基于本实用新型PFC电路第一实施例，本实用新型第三实施例的PFC电路如图9所示，与第一实施例不同之处是整流模块10的电路结构不同。

第一二极管的正极连接第一IGBT管Q1的集电极，第二二极管的正极连接第二IGBT管Q2的集电极，第一二极管负极与第二二极管的负极并联做为整流模块的正极输出端，第一IGBT管Q1的发射极与第二IGBT管Q2的发射极并联做为整流模块的负极输出端。即第一整流单元11和第二整流单元12 中的二极管和IGBT管的连接位置相对第一实施例调换。

本实施例的PFC电路原理与第一实施例相似，在PFC电路的第一IGBT 管Q1或第二IGBT管Q2导通时，其电流在电流回路中分别经过其中一个 IGBT管的续流二极管和另外一个IGBT管的集电极和发射极以对电抗器L储能；而在第一IGBT管Q1或第二IGBT管Q2导通变成截止时，其电抗器L 产生的感应电动势分别经第一IGBT管Q1的续流二极管D3或者第一二极管 D1对第一电容E1或第二电容E2充电，其充电回路最多只经过一个二极管或一个IGBT管的续流二极管，与第一实施例的二极管工作数量相同，因此相对现有技术同样大大减少了二极管的工作数量，因此降低了整个PFC电路的发热损耗降低了能量的浪费。

进一步的，基于本实用新型PFC电路第三实施例，本实用新型第四实施例的PFC电路如图10所示，与第三实施例不同之处是第一电容E1和第二电容E2共接点连接方式不同。第一电容E1和第二电容E2共接点的连接方式同第二实施例中第一电容E1和第二电容E2共接点的电路连接方式。

本实施例的PFC电路原理与第三实施例相似，在PFC电路工作过程中，其电流回路中最多只经过一个二极管或一个IGBT管的续流二极管，与第一实施例的二极管工作数量相同，因此相对现有技术同样大大减少了二极管的工作数量，因此降低了整个PFC电路的发热损耗降低了能量的浪费。

本实用新型还提供一种变频空调器，由室内机、室外机组成，其中室外机包括变频压缩机，室外机控制电路中包括上述PFC电路，其具体的实施方式可参考上述实施例，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“第一实施例”、“第二实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置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必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种功率因素校正电路，其特征在于，包括电抗器、整流模块、第一电容、第二电容、控制器及驱动模块；

所述电抗器连接交流电源的输入端，所述电抗器、整流模块串联在交流电源回路中；

所述第一电容和第二电容串联后并联在所述整流模块输出端，

所述驱动模块并联在所述整流模块输出端，所述整流模块对输入的交流电整流成直流电，以为所述驱动模块工作提供电源，所述驱动模块控制端连接所述控制器，所述控制器控制所述驱动模块以驱动负载运行；

所述整流模块包括第一整流单元和第二整流单元，所述第一整流单元包括第一二极管和第一IGBT管，所述第二整流单元包括第二二极管和第二IGBT管，所述第一整流单元和第二整流单元并联，所述第一整流单元和第二整流单元分别包括由二极管和自带续流二极管的IGBT管串联组成的支路，所述整流模块的两个IGBT管的控制端分别连接所述控制器，所述整流模块的两个IGBT管在控制器控制下进行开关切换，以对所述整流模块输出的直流电压和直流电流进行功率因素校正；

所述第一电容和第二电容的共接点连接所述交流电源回路，以使由整流模块和所述第一电容以及第二电容组成倍压整流电路。

2.如权利要求1所述的功率因素校正电路，其特征在于，

所述第一二极管的正极连接所述第一IGBT管的源级，所述第二二极管的正极连接所述第二IGBT管的源级，所述第一二极管负极与所述第二二极管的负极并联做为所述整流模块的正极输出端，所述第一IGBT管的漏极与所述第二IGBT管的漏极并联做为所述整流模块的负极输出端。

3.如权利要求1所述的功率因素校正电路，其特征在于，

所述第一二极管的正极连接所述第一IGBT管的源级，所述第二二极管的正极连接所述第二IGBT管的源级，所述第一IGBT管的源级与所述第二IGBT管的源级并联做为所述整流模块的正极输出端，所述第一二极管负极与所述第二二极管的负极并联做为所述整流模块的负极输出端。

4.如权利要求1所述的功率因素校正电路，其特征在于，

所述第一电容和第二电容的共接点连接所述交流电压的零线输入端。

5.如权利要求1所述的功率因素校正电路，其特征在于，

所述第一电容和第二电容的共接点连接所述交流电压的火线输入端。

6.如权利要求1所述的功率因素校正电路，其特征在于，还包括电流检测模块，

所述电流检测模块串联于所述交流回路，所述电流检测模块的输出端连接所述控制器，以检测所述交流电源输入的交流电流值。

7.如权利要求1所述的功率因素校正电路，其特征在于，还包括过零检测模块，

所述过零检测模块并联在所述交流电源输入端，所述过零检测模块输出端连接所述控制器，以检测所述交流电源的电压过零信号，所述控制器根据所述电压过零信号控制所述整流模块的两个IGBT管的开关状态进行切换。

8.如权利要求1所述的功率因素校正电路，其特征在于，还包括电压检测模块，

所述电压检测模块并联在所述整流模块输出端，所述电压检测模块的输出端连接所述控制器，以检测所述整流模块输出的直流电压值。

9.一种变频空调器，包括如权利要求1至8任一项所述功率因素校正电路。