CN209402407U

CN209402407U - 抑制共模干扰的空调变频系统

Info

Publication number: CN209402407U
Application number: CN201821912695.0U
Authority: CN
Inventors: 甘鸿坚; 蒲波宇; 安伟国; 刘以峰
Original assignee: Zhejiang Kunwu Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Kunwu Fengdian Technology Co ltd
Priority date: 2018-11-20
Filing date: 2018-11-20
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2028-11-20

Abstract

本实用新型提供一种抑制共模干扰的空调变频系统，包括：空调外机机壳，设置于所述空调外机机壳内的共模滤波器及外机电控器；所述共模滤波器连接所述外机电控器，用于滤除共模干扰；其中，所述共模滤波器中滤波电容的接地端与所述空调外机机壳电气连接，所述滤波电容的接地端到所述空调外机机壳的电气连接点的距离小于所述滤波电容的接地端到空调外机的接地排的距离。本实用新型的抑制共模干扰的空调变频系统通过减小共模滤波器中滤波电容的接地线长度，减小寄生电感，使得更多共模电流通过共模滤波器回流，进而减少进入电网的共模电流，进一步抑制共模干扰，提高EMI传导以及辐射的高频性能。

Description

抑制共模干扰的空调变频系统

技术领域

本实用新型涉及共模干扰抑制领域，特别是涉及一种抑制共模干扰的空调变频系统。

背景技术

空调变频系统中的功率开关器件开关动作引起的电压变化(du/dt)与电路对地的寄生参数间的相互作用产生共模电流，形成共模干扰，共模干扰进入电网会对电网中的其它器件产生影响。

由于空调变频系统位于空调外机，因此现有技术中通常是在空调外机变频系统中设置较多的共模滤波器来抑制共模电流流入电网。共模滤波器通常是由一级或者多级的共模电感和滤波电容组成(或仅通过滤波电容组成)。共模电感的作用是阻碍共模电流流向电网，而滤波电容的作用是疏导共模电流流回共模源端。理想情况下，电容应该表现为容性，随着频率的升高阻抗变小。而由于电容本身不可避免的引入了引线，实际应用中电容等效的模型如图 1所示，由LC串联组成，其中C代表电容的容值，L代表电容本身管脚的等效电感。在谐振频率以下时，电容表现为容性，随频率的升高阻抗变小；在谐振频率以上时，电容逐渐表现为感性，随频率的升高阻抗变大，如图2所示。通常电容的电容量越小，谐振频率点越高，空调系统由于漏电流所限制，一般滤波电容的取值范围在几nF以内；若选用3.3nF 的滤波电容，则谐振频率点一般在19MHz左右，如表1所示。

电容量	谐振频率(MHz)
		1μF	1.7
0.1μF	4
		0.01μF	12.6
3300pF	19.3
		1100pF	33
680pF	42.5
		330pF	60

表1

现有的共模滤波器中的滤波电容的接地端都是通过在其所在的PCB板(印制电路板)上采用一根长导线连接至空调外机的接地端上，空调外机的接地端为设定位置的一接线排，该接线排上设置有若干个接地螺钉(空调内机连接过来的接地线，空调外机变频系统电路板的接地线，压缩机的接地线均连接至此)，并且空调外机的电源及信号的接线端子均固定在上面。如图3所示，连接滤波电容的接地端和空调外机的接地端的长导线在高频时可等效为一个电感Lp，与电容器串联，电感Lp的引入导致滤波电容的谐振频率往前移动，对共模电流的回流反而呈抑制作用，导致MHz频率范围的EMI传导干扰变差。

如何进一步改善共模滤波器的共模抑制效果，提高EMI传导以及辐射高频特性，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种抑制共模干扰的空调变频系统，用于解决现有技术中共模抑制效果差的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种抑制共模干扰的空调变频系统，所述抑制共模干扰的空调变频系统至少包括：

空调外机机壳，设置于所述空调外机机壳内的共模滤波器及外机电控器；所述共模滤波器连接所述外机电控器，用于滤除共模干扰；

其中，所述共模滤波器中滤波电容的接地端与所述空调外机机壳电气连接，所述滤波电容的接地端到所述空调外机机壳的电气连接点的距离小于所述滤波电容的接地端到空调外机的接地排的距离。

可选地，所述滤波电容的接地端与所述空调外机机壳的电气连接点之间连接导线的长度不大于所述滤波电容的接地端到所述空调外机的接地排的距离。

更可选地，所述滤波电容的接地端经由所述滤波电容所在电路板的接地端与所述空调外机机壳电气连接。

更可选地，所述外机电控器包括：

功率变换器，用于将输入交流电转换为直流母线电压；

逆变器，连接于所述功率变换器的输出端，用于将所述直流母线电压转化为交流输出电；

电机，连接于所述逆变器的输出端，受所述交流输出电的驱动运转。

更可选地，所述共模滤波器、所述功率变换器及所述逆变器集成于同一电路板上，所述共模滤波器、所述功率变换器及所述逆变器公用同一接地端。

更可选地，所述共模滤波器的输入端接收所述输入交流电，输出端连接所述功率变换器的输入端。

更可选地，所述共模滤波器包括至少一级滤波单元，所述滤波单元包括第一电感线圈、第二电感线圈、第一滤波电容及第二滤波电容；所述第一电感线圈的一端接收交流火线信号，另一端输出滤波后的交流火线信号；所述第二电感线圈的一端接收交流零线信号，另一端输出滤波后的交流零线信号；所述第一滤波电容的一端连接所述第一电感线圈的输出端，另一端接地；所述第二滤波电容的一端连接所述第二电感线圈的输出端，另一端接地。

更可选地，所述共模滤波器包括一滤波电容；所述滤波电容的一端连接所述直流母线电压的负极，另一端接地。

更可选地，所述共模滤波器包括若干滤波电容；各滤波电容的一端分别连接于所述电机的输入端，另一端接地。

更可选地，所述滤波电容的接地端与所述空调外机机壳的电气连接点之间的连接导线包括单股导线、多股导线、导电排或导电编织带。

如上所述，本实用新型的抑制共模干扰的空调变频系统，具有以下有益效果：

本实用新型的抑制共模干扰的空调变频系统通过减小共模滤波器中滤波电容的接地线长度，减小寄生电感，使得更多共模电流通过共模滤波器回流，进而减少进入电网的共模电流，进一步抑制共模干扰，提高EMI传导以及辐射的高频性能。

附图说明

图1显示为电容器等效电路结构示意图。

图2显示为电容特性曲线示意图。

图3显示为长导线与电容器连接的等效电路结构图。

图4显示为本实用新型的抑制共模干扰的空调变频系统的一种结构示意图。

图5显示为本实用新型的抑制共模干扰的空调变频系统的电路结构示意图。

图6显示为本实用新型的抑制共模干扰的空调变频系统的另一种结构示意图。

图7显示为滤波电容接地端连接外机接线排的噪声测试结果示意图。

图8显示为滤波电容接地端与空调外机机壳电气连接的噪声测试结果示意图。

元件标号说明

1 抑制共模干扰的空调变频系统

11 空调外机机壳

12 共模滤波器

121 第一级滤波单元

122 第二级滤波单元

13 功率变换器

14 逆变器

15 电机

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图4～图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图4所示，本实施例提供一种抑制共模干扰的空调变频系统1，所述抑制共模干扰的空调变频系统1包括：

空调外机机壳11，设置于所述空调外机机壳11内的共模滤波器12、功率变换器13、逆变器4及电机15，所述功率变换器13、逆变器4及电机15组成外机电控器。

如图5所示，所述共模滤波器12用于实现共模滤波。

具体地，在本实施例中，所述共模滤波器12的输入端连接输入交流电，输出端连接所述功率变换器13的输入端，所述共模滤波器12为单级或多级，可根据对共模干扰抑制效果的要求进行设定，其中，所述共模滤波器12中滤波电容的接地端与所述空调外机机壳11电气连接，所述共模滤波器12中滤波电容(Y电容)的接地端到所述空调外机机壳11的电气连接点的距离d1小于所述共模滤波器12中滤波电容(Y电容)的接地端到空调外机接线排16的距离d2。也就是说，所述共模滤波器12中滤波电容的接地端到第一连接点的距离小于所述共模滤波器12中滤波电容的接地端到第二连接点的距离，第一连接点为除所述空调外机接线排16以外的任一与所述空调外机机壳11电气连接的点，第二连接点为所述空调外机接线排16上与所述空调外机机壳11电气连接的点。Y电容是跨接在电力线和地线之间的电容。

在本实施例中，所述共模滤波器12包括两级滤波单元，第一级滤波单元121包括第一电感线圈、第二电感线圈、第一滤波电容C1及第二滤波电容C2，其中，所述第一滤波电容C1 及所述第二滤波电容C2为Y电容。在本实施例中，所述第一电感线圈及所述第二电感线圈绕制于同一磁芯上，构成第一电感L1，所述第一电感L1的磁芯包括但不限于铁氧体磁芯、非晶磁芯。所述第一电感线圈的一端接收交流火线信号L(包括直接从输入交流电的火线L连接过来的信号，或输入交流电的火线L处理后的信号)，另一端输出滤波后的交流火线信号；所述第二电感线圈的一端接收交流零线信号N(包括直接从输入交流电的零线N连接过来的信号，或输入交流电的零线N处理后的信号)，另一端输出滤波后的交流零线信号；所述第一滤波电容C1的一端连接所述第一电感线圈的输出端，另一端接地；所述第二滤波电容C2的一端连接所述第二电感线圈的输出端，另一端接地。第二级滤波单元122的输入端连接所述第一级滤波单元121的输出端，包括第一电感L1’、第一滤波电容C1’及第二滤波电容C2’，其中，所述第一滤波电容C1’及所述第二滤波电容C2’为Y电容，所述第二级滤波单元122的结构与所述第一级滤波单元121相同，在此不一一赘述。

需要说明的是，所述第一级滤波单元121及所述第二级滤波单元122中滤波电容的接地端(与地PE连接的一端)直接通过导线(等效为电感Lp1或Lp1’)电气连接至所述空调外机机壳11上，所述第一级滤波单元121及所述第二级滤波单元122中滤波电容的接地端与所述空调外机机壳11的电气连接点的距离小于所述第一级滤波单元121及所述第二级滤波单元 122中滤波电容的接地端到所述空调外机接地排16的距离，通过减小滤波电容接地线的长度，减小了滤波电容接地线的等效电感，从而减缓滤波电容的谐振频率前移，促进共模电流的回流，提高MHz频率范围的EMI传导以及辐射特性。

进一步需要说明的是，空调外机接线排16是指设置于所述空调外机机壳11上，并且与所述空调外机机壳11电气连接的接线模块，所述空调外机接线排16上设置有接地端子(例如接地螺钉)、电源端子和信号端子，其中，接地端子与所述空调外机机壳11电气连接，本领域技术人员基于上述描述能准确理解空调外机接线排的含义。在本实施例中，所述空调外机接线排16满足以下四个条件：1)所述空调外机接线排16与所述空调外机机壳11电气连接，但可拆卸独立于所述空调外机机壳11；2)所述空调外机接线排16上设置有若干个接地螺钉(标有接地标志的螺钉，并且空调内机连接过来的接地线，空调外机变频系统电路板的接地线，压缩机的接地线均连接至此)；3)若干个接线端子直接设置在接线排上(间接设置的除外)；4)从空调内机连接过来的电源线(L，N)和信号线连接至接线端子。不符合上述描述的，且与所述空调外机机壳11电气连接的其他任意一连接点均不是所述空调外机接线排16，而认为是本申请所述的空调外机机壳11上的电气连接点(即前述的第一连接点)。

如图5所示，所述功率变换器13用于将输入交流电转换为直流母线电压。

更具体地，所述功率变换器13包括整流单元和PFC(Power Factor Correction，功率因数校正器)单元，例如升压型PFC，降压型PFC或升降压型PFC，可根据需要设定不同的功率变换器结构，不以本实施例列举为限。如图5所示，在本实施例中，所述功率变换器包括整流单元及升压型PFC单元，具体地，所述功率变换器包括整流单元、第二电感L2、第一功率开关管Q1、第一二极管D1及输出电容Co。所述整流单元的输入端分别经过所述共模滤波器 12连接输入交流电的火线L和零线N，所述整流单元包括四个二极管及一电容Cf，四个二极管构成整流桥结构，所述电容Cf连接于整流桥的输出端之间。所述第二电感L2的一端连接所述整流单元输出端的正极，另一端连接所述第一功率开关管Q1的集电极。所述第一功率开关管Q1的发射极连接所述整流单元输出端的负极，门极连接第一控制信号，所述第一控制信号控制所述第一功率开关管Q1的导通和关断，进而控制所述功率变换器13输出的直流母线电压的大小，在本实施例中，所述第一功率开关管Q1为绝缘栅双极型晶体管；在实际使用中可根据需要设定所述第一功率开关管Q1的类型，包括但不限于金属-氧化物半导体场效应晶体管，此时，所述第一功率开关管Q1的漏极连接所述第二电感L2、源极连接所述整流单元输出端的负极，栅极连接所述第一控制信号。所述第一二极管D1的正极连接所述第一功率开关管Q1的集电极，所述第一二极管D1的负极经过所述输出电容Co连接所述整流单元输出端的负极。所述输出电容Co的上极板作为所述直流母线电压的正极DC-BUS+，所述输出电容Co的下极板作为所述直流母线电压的负极DC-BUS-。所述第一二极管D1用于防止所述输出电容Co放电至所述直流母线电压的负极DC-BUS-。

需要说明的是，在本实施例中，所述输出电容Co为一个电容，在实际使用中，所述输出电容Co可以是多个电容的串、并联或串并联，不以本实施例为限。

具体地，所述逆变器14连接于所述功率变换器13的输出端，用于将所述直流母线电压转化为输出交流电。

更具体地，所述逆变器14的结构可根据需要选择任意一种结构，不以本实施例为限。如图5所示，在本实施例中，所述逆变器14包括六个功率开关管，构成三相逆变桥，其中，第二功率开关管Q21及第三功率开关管Q22串联于所述直流母线电压的正极DC-BUS+和所述直流母线电压的负极DC-BUS-之间(所述第二功率开关管Q21的集电极连接所述直流母线电压的正极DC-BUS+、发射极连接所述第三功率开关管Q22的集电极，所述第三功率开关管Q22的发射极连接所述直流母线电压的负极DC-BUS-)；第四功率开关管Q23及第五功率开关管Q24串联于所述直流母线电压的正极DC-BUS+和所述直流母线电压的负极DC-BUS-之间(连接端口与所述第二功率开关管Q21及所述第三功率开关管Q22相同，在此不一一赘述)；第六功率开关管Q25及第七功率开关管Q26串联于所述直流母线电压的正极DC-BUS+和所述直流母线电压的负极DC-BUS-之间(连接端口与所述第二功率开关管Q21及所述第三功率开关管Q22相同，在此不一一赘述)；所述逆变器14中各功率开关管分别连接一控制信号。在本实施例中，所述逆变器14中各功率开关管为绝缘栅双极型晶体管，在实际使用中可根据需要设定各功率开关管的类型。

具体地，所述电机15连接于所述第二共模滤波器124的输出端，受所述输出交流电的驱动运转。

更具体地，在本实施例中，所述电机15为三相电机，当电机的三相定子绕组(各相差120 度电角度)通入输出交流电后，将产生一个旋转磁场，该旋转磁场切割转子绕组，从而在转子绕组中产生感应电流。

需要说明的是，在实际使用中，所述电机15可以为单相电机，则所述逆变器14的结构做适应性的修改，在此不一一赘述。

实施例二

本实施例提供一种抑制共模干扰的空调变频系统，与实施例一的不同之处在于，所述共模滤波器12仅包括一级滤波单元，且所述共模滤波器12中滤波电容的接地端经由所述共模滤波器12所在电路板的接地端连接至所述空调外机机壳11。

具体地，如图6所示，所述共模滤波器12中滤波电容的接地端连接至所述共模滤波器12 所在电路板的接地端，所述共模滤波器12中滤波电容的接地端到所述共模滤波器12所在电路板的接地端之间的距离为d3，所述共模滤波器12所在电路板的接地端到所述空调外机机壳11的电气连接点的距离为d4，所述共模滤波器12所在电路板的接地端到所述空调外机接线排16的距离为d5，d4小于d5，即d3与d4的和小于d3与d5的和。

需要说明的是，在本实施例中，所述共模滤波器12、所述功率变换器13及所述逆变器 14集成于同一电路板上，且公用同一接地端，所述共模滤波器12所在电路板的接地端即为该公用的接地端。在实际应用中，所述共模滤波器12、所述功率变换器13及所述逆变器14可分别制备于三块独立的电路板上，各电路板具有独立的接地端，则所述共模滤波器12所在电路板的接地端即为所述共模滤波器12的独立接地端。

需要说明的是，本实施例的抑制共模干扰的空调变频系统的其它结构与实施例一相同，在此不一一赘述。

实施例三

本实施例提供一种抑制共模干扰的空调变频系统，与实施例一及实施例二的不同之处在于，所述共模滤波器12设置于所述直流母线电压的负极DC-BUS-与地之间。

具体地，所述共模滤波器12包括第三滤波电容，所述第三滤波电容的一端连接所述直流母线电压的负极DC-BUS-，另一端接地。

需要说明的是，所述第三滤波电容的接地端可直接通过导线与所述空调外机机壳11电气连接；当所述共模滤波器、所述功率变换器及所述逆变器集成于同一电路板上时，所述第三滤波电容的接地端可经由该电路板的公共接地端与所述空调外机机壳11电气连接；当所述共模滤波器、所述功率变换器及所述逆变器分别集成于不同的电路板上时，所述第三滤波电容的接地端可经由所述第三滤波电容所在电路板的接地端与所述空调外机机壳11电气连接。

需要说明的是，所述共模滤波器12还可以设置于所述电机15的输入端与地之间。所述共模滤波器12包括若干滤波电容，各滤波电容的一端分别连接于所述电机15的输入端，另一端接地。所述电机15为三相电机，则所述共模滤波器12包括第四滤波电容、第五滤波电容及第六滤波电容；所述第四滤波电容的一端连接所述电机15的第一输入端，另一端接地；所述第五滤波电容的一端连接所述电机15的第二输入端，另一端接地；所述第六滤波电容的一端连接所述电机15的第三输入端，另一端接地。所述第四滤波电容、所述第五滤波电容及所述第六滤波电容的接地方式也可包括三种情况，在此不一一赘述。

实施例四

本实施例提供一种抑制共模干扰的空调变频系统，与实施例一～实施例三的不同之处在于，所述抑制共模干扰的空调变频系统中滤波电容的接地端通过单股导线、多股导线、导电排或导电编织带与所述空调外机机壳11电气连接。

具体地，所述单股导线、多股导线、所述导电排或所述导电编织带的导电截面积大于电源线的导电截面积，因此，增加导电截面积可以减小导线的等效电感Lp，同样可达到减缓滤波电容的谐振频率前移，促进共模电流的回流，提高MHz频率范围的EMI传导特性的效果。

进一步地，在本实施例中，所述滤波电容的接地导线的长度小于所述滤波电容的接地端到所述空调外机的接地排的距离。

如图7所示，作为对比，将所述共模滤波器12中滤波电容的接地端连接至所述空调外机接地排16上的接地端，然后进行测试，实际噪声准峰值曲线line3接近于国家标准的噪声准峰值曲线line1，在10MHz附近存在超出国家标准的风险；实际噪声平均值曲线line4接近于国家标准的噪声平均值曲线line2，在10MHz附近存在超出国家标准的风险。图8所示，本实用新型将所述共模滤波器12中滤波电容的接地端就近与所述空调外机机壳11电气连接，然后进行测试，本实用新型的实际噪声准峰值曲线line3’远离国家标准的噪声准峰值曲线 line1，不存在超出国家标准的风险；实际噪声平均值曲线line4’接近于国家标准的噪声平均值曲线line2，不存在超出国家标准的风险。显然，本实用新型大大提高了共模干扰抑制性能，尤其在高频时效果显著。

综上所述，本实用新型提供一种抑制共模干扰的空调变频系统，包括：空调外机机壳，设置于所述空调外机机壳内的共模滤波器及外机电控器；所述共模滤波器连接所述外机电控器，用于滤除共模干扰；其中，所述共模滤波器中滤波电容的接地端与所述空调外机机壳电气连接，所述滤波电容的接地端到所述空调外机机壳的电气连接点的距离小于所述滤波电容的接地端到空调外机的接地排的距离。本实用新型的抑制共模干扰的空调变频系统通过减小共模滤波器中滤波电容的接地线长度，减小寄生电感，使得更多共模电流通过共模滤波器回流，进而减少进入电网的共模电流，进一步抑制共模干扰，提高EMI传导以及辐射的高频性能。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于，所述抑制共模干扰的空调变频系统至少包括：

2.根据权利要求1所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述滤波电容的接地端与所述空调外机机壳的电气连接点之间连接导线的长度不大于所述滤波电容的接地端到所述空调外机的接地排的距离。

3.根据权利要求1或2所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述滤波电容的接地端经由所述滤波电容所在电路板的接地端与所述空调外机机壳电气连接。

4.根据权利要求1或2所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述外机电控器包括：

功率变换器，用于将输入交流电转换为直流母线电压；

5.根据权利要求4所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述共模滤波器、所述功率变换器及所述逆变器集成于同一电路板上，所述共模滤波器、所述功率变换器及所述逆变器公用同一接地端。

6.根据权利要求4所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述共模滤波器的输入端接收所述输入交流电，输出端连接所述功率变换器的输入端。

7.根据权利要求6所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述共模滤波器包括至少一级滤波单元，所述滤波单元包括第一电感线圈、第二电感线圈、第一滤波电容及第二滤波电容；所述第一电感线圈的一端接收交流火线信号，另一端输出滤波后的交流火线信号；所述第二电感线圈的一端接收交流零线信号，另一端输出滤波后的交流零线信号；所述第一滤波电容的一端连接所述第一电感线圈的输出端，另一端接地；所述第二滤波电容的一端连接所述第二电感线圈的输出端，另一端接地。

8.根据权利要求4所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述共模滤波器包括一滤波电容；所述滤波电容的一端连接所述直流母线电压的负极，另一端接地。

9.根据权利要求4所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述共模滤波器包括若干滤波电容；各滤波电容的一端分别连接于所述电机的输入端，另一端接地。

10.根据权利要求1或2所述的抑制共模干扰的空调变频系统，其特征在于：所述滤波电容的接地端与所述空调外机机壳的电气连接点之间的连接导线包括单股导线、多股导线、导电排或导电编织带。