CN209462000U - 三相apfc的过流保护电路及空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种三相APFC的过流保护电路及空调器，所述三相APFC的过流保护电路包括：三相电压源；桥臂电路，包括三个上桥臂与三个下桥臂，连接到所述三相电压源；电压采样电路，连接到所述三相电压源，用于采样三相电源中的任意两相的电压差；电流采样电路，连接至所述桥臂电路，用于将电流信号转换为电压信号进行采样；以及过流保护电路，设置在所述三相电压源的任意两相上，包括电流互感器及比较器，其中所述电流互感器感应相电流并转换为电压，所述比较器设定电压保护点，输出过流保护信号。本实用新型三相APFC的过流保护电路结构简单，可有效降低成本。

Description

三相APFC的过流保护电路及空调器

技术领域

本实用新型涉及APFC电路(有源功率因数校正电路)技术领域，特别涉及一种三相APFC的过流保护电路及空调器。

背景技术

目前，三相电源变频空调已得到广泛应用，然而在其使用的过程中会存在为电源谐波问题。为解决这一技术问题，现有技术一般采用三相APFC(有源功率因数校正)控制电路，这其中就需要采样三相电源的电流和电压信号，但现有APFC电路中，当上桥任意两个IGBT导通短路时，会发生过流现象，电路将得不到保护，轻则烧毁器件，重则产生火灾。传统的方式是使用电流霍尔传感器进行电流检测和保护，但是该方案成本过高。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种三相APFC的过流保护电路及空调器，以检测三相APFC电路的过电流，从而保护电路。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种三相APFC的过流保护电路，所述三相APFC的过流保护电路包括：

三相电压源，用于提供三相交流电；

桥臂电路，包括三个上桥臂与三个下桥臂，所述上桥臂与下桥臂为可控功率器件，连接到所述三相电压源；

电压采样电路，连接到所述三相电压源，用于采样三相电源中的任意两相的电压差；

电流采样电路，连接至所述桥臂电路，用于将电流信号转换为电压信号进行采样；以及

过流保护电路，设置在所述三相电压源的任意两相上，包括电流互感器及比较器，其中所述电流互感器感应相电流并转换为电压，所述比较器设定电压保护点，输出过流保护信号，所述过流保护信号用于过流时使APFC电路停止工作。

进一步的，所述过流保护电路包括第一过流保护支路及第二过流保护支路，所述第一过流保护支路包括第一电流互感器、第一电阻、第二电阻、第一比较器；所述第二过流保护支路包括第二电流互感器、第三电阻、第四电阻、第二比较器，所述第一电流互感器、第二电流互感器输入分别连接到所述三相电压源的任意两相，所述第一电流互感器输出线圈两端分别通过所述第一电阻、第二电阻连接所述第一比较器，所述第二电流互感器输出线圈两端分别通过所述第三电阻、第四电阻连接所述第二比较器，所述第一比较器、所述第二比较器输出过流保护信号。

进一步的，所述过流保护电路还包括储能升压电路，所述储能升压电路包括三相电压源分别连接的三个电感，所述三个电感另一端又分别连接到所述三个上桥臂。

进一步的，所述电压采样电路包括两个采样支路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到控制元件。

进一步的，该电压采样电路包括三个采样电路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到所述控制元件，得到三个电压差，检验获得的三个电压是否准确。

进一步的，所述过流保护电路还包括滤波电容，所述三个上桥臂的一端连接三相电压源，另一端通过滤波电容接地，所述三个下桥臂的另一端中至少两个分别连接到所述电流采样电路，并通过所述电流采样电路连接到所述控制元件，若所述下桥臂的另一端未连接到所述电流采样电路，则直接接地；所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样电阻一端接地，另一端与下桥臂另一端连接，并连接到所述控制元件。

进一步的，电流采样电路还包括一运算放大器，所述运算放大器输入端连接到电流采样电阻与下桥臂连接的一端，输出端连接到控制元件，用于将电流采样电阻采样的电压信号进行放大，再输出到控制元件。

进一步的，所述第一比较器以及第二比较器输出端连接到控制元件输入端。

进一步的，所述上桥臂与下桥臂为绝缘栅双极型晶体管IGBT、金氧半场效应晶体管MOSFET或者智能功率模块IPM。

相对于现有技术，本实用新型所述的三相APFC的过流保护电路及空调器具有以下优势：

本实用新型所述的三相APFC的过流保护电路结构简单，采用成本较低的电流互感器及比较器，对过电流进行检测，因此无需采用价格较高的霍尔电流传感器，降低了三相APFC电路进行过流保护的成本。

本实用新型的另一目的在于提出一种空调器，以解决三相APFC控制电路短路时出现过电流的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种空调器，包括前述的三相APFC的过流保护电路。

所述空调器与上述三相APFC的过流保护电路相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

构成本实用新型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为本实用新型实施例所述的三相APFC控制电路；

图2为本实用新型实施例采用了过流保护电路的三相APFC电路。

附图标记说明：

1-三相电压源，2-储能升压电路，3-桥臂电路，4-滤波电容，5-电压采样电路，6-电流采样电路，7-控制元件，8-过流保护电路。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型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。

目前三相电源变频空调为解决电源谐波问题，需要采用三相APFC控制电路，需要采样三相电源的电流和电压信号，如图1所示，图1为本实用新型三相APFC电路，包括三相电压源1、储能升压电路2、包括三个上桥臂与三个下桥臂的桥臂电路3、滤波电容4、电流采样电路6、电压采样电路5及控制元件7。

但是，如图1所示，由于电流采样电路6中采样电阻RS1/RS2的位置关系，当上桥任意两组IGBT导通短路时，电路将得不到保护，发生过电流现象将会烧毁器件，甚至引发火灾。因此在本实用新型一实施例中，提供了一种三相APFC的过流保护电路。图2为本实用新型实施例采用了过流保护电路的三相APFC电路，为了解决图1中的结构可能导致过电流的问题，在三相电压源的任意两相上设置过流保护电路。

以下对三相APFC的过流保护电路各个部分进行详细说明。

如图2所示，三相电压源1提供三相交流电UA、UB、UC，连接到电压采样电路5，所述电压采样电路5包括两个采样支路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到控制元件。所述电压采样电路用于采样三相电源中的任意两相的电压差(即Ubc、Uac和Uab其中任意两个)，即三相交流电中任意两个电压的电压差；以及将任意两相电压差输出至所述控制元件，从而获取所述三相交流电的三相电压；所述三相交流电的电压UA、UB、UC满足关系：UA+UB+UC＝0。

请再结合图2，在本实施例中，两个电压采样电路5分别与电压源UA和UB、UB和UC相连接，分别采样了Uab和Ubc这两个电压差，再通过UA+UB+UC＝0，即可获得三相电压的电压值。在其他实施例中，采样电路还可以采样Ubc和Uac、Uab、Uac和Uac、或者Uab和Uac，其实际情况与本实施例类似，在此不再赘述。

还需说明的是，该电路还可以包括三个采样电路，得到三个电压差，再结合三个电压相加为0的规律，以此检验求得的三个电压是否准确。

三相电压源UA、UB、UC还分别连接到所述储能升压电路中三个电感(La、Lb、Lc)，所述三个电感又分别连接到三个上桥臂(G1、G2、G3)与三个下桥臂(G4、G5、G6)，所述各上桥臂与下桥臂均为绝缘栅双极型晶体管IGBT。三个上桥臂的另一端通过滤波电容接地，三个下桥臂的另一端中至少两个分别连接到电流采样电路6，并通过电流采样电路连接到控制元件，若下桥臂的另一端未连接到电流采样电路，则直接接地。所述储能升压电路通过三个电感进行储能和升压，三个电感和后面的三相桥臂组成三相PFC电路。

所述电流采样电路6包括电流采样电阻(RS1、RS2)，电流采样电阻用于将电流信号转换为电压信号进行采样。所述电流采样电阻一端接地，另一端与下桥臂另一端连接，并连接到控制元件。

进一步地，电流采样电阻还可以包括一运算放大器，所述运算放大器输入端连接到电流采样电阻与下桥臂连接的一端，输出端连接到控制元件，用于将电流采样电阻采样的电压信号进行放大，再输出到控制元件。控制元件通过流经至少两个电阻的电流，结合三相电流相加为零的性质，即可采样得到三相电流的取值，从而能够较为简便地实现三相电流的正弦化。

过流保护电路8设置两组在三相交流电源的任意两相上，其中由第一电流互感器HG1、第一电阻R7、第二电阻R8、第一比较器U6组成的过流保护电路设置在三相交流电源的UB相上；由第二电流互感器HG2、第三电阻R5、第四电阻R6、第二比较器U5组成的过流保护电路设置在三相交流电源的UA相上，所述第一比较器U6、第二比较器U5输出连接到所述控制元件。具体地，所述第一电流互感器HG1、第二电流互感器HG2输入分别连接到三相交流电源的任意两相，第一电流互感器HG1输出线圈两端分别通过第一电阻R7、第二电阻R8连接第一比较器U6，第二电流互感器HG2输出线圈两端分别通过第三电阻R5、第四电阻R6连接第二比较器U5，第一比较器U6、所述第二比较器U5输出过流保护信号。

第一电流互感器HG1、第二电流互感器HG2感应相电流并转换为电压。第一比较器U6、第二比较器U5设定电压保护点。当出现过电流时，比较器产生电平会发生翻转。

在一实施例中，所述第一比较器或第二比较器输出电平输入控制芯片，当其中任一电平翻转即停止控制芯片输出，使APFC电路停止工作。

进一步可选地，所述第一比较器及第二比较器的输出还可以连接到分立元件，并由分立元件使APFC电路停止工作。具体地，在一实施例中，所述分立元件包括锁存器与异或门、非门及与门电路，所述锁存器输入端连接到比较器输出信号，其输出与比较器输出连接到异或门电路，再连接非门，并与APFC电路启停控制端作为与门的输入。具体地，锁存器在电路上电时对比较器输出信号进行锁存，此时锁存器输出与比较器输出相同，异或输出为0，其取反后为1再与APFC电路启停控制端相与，则APFC电路启停控制端输出可以继续；当所述第一比较器或第二比较器任一个的输出电平翻转，其与锁存器输出进行异或则输出变为1，其取反后为0，再与APFC电路启停控制端相与，则停止控制芯片输出。

在其他实施例中，所述分立元件包括继电器，所述第一比较器及第二比较器的输出连接到继电器，所述继电器连接到三相电压源输入端，当所述第一比较器或第二比较器任一个输出电平翻转，所述继电器停止三相电压源输出。

本实施例中所述上桥臂与下桥臂为IGBT，在其他实施例中，所述上桥臂与下桥臂可以为其他可控功率器件(例如金氧半场效应晶体管MOSFET或者智能功率模块IPM等)。

本实施例三相APFC的过流保护电路结构简单，采用成本较低的电流互感器及比较器，对过电流进行检测，因此无需采用价格较高的霍尔电流传感器，降低了三相APFC电路进行过流保护的成本。

在本实用新型另一个实施例中，还提供了一种空调器，包括前述的三相APFC的过流保护电路，从而解决了三相APFC控制电路短路时出现过电流的问题。

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，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)

1.一种三相APFC的过流保护电路，其特征在于，所述三相APFC的过流保护电路包括：

三相电压源(1)，用于提供三相交流电；

桥臂电路(3)，包括三个上桥臂与三个下桥臂，所述上桥臂与下桥臂为可控功率器件，连接到所述三相电压源(1)；

电压采样电路(5)，连接到所述三相电压源(1)，用于采样三相电源中的任意两相的电压差；

电流采样电路(6)，连接至所述桥臂电路(3)，用于将电流信号转换为电压信号进行采样；以及

过流保护电路(8)，设置在所述三相电压源(1)的任意两相上，包括电流互感器及比较器，其中所述电流互感器感应相电流并转换为电压，所述比较器设定电压保护点，输出过流保护信号，所述过流保护信号用于过流时使APFC电路停止工作。

2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路(8)包括第一过流保护支路及第二过流保护支路，所述第一过流保护支路包括第一电流互感器、第一电阻、第二电阻、第一比较器；所述第二过流保护支路包括第二电流互感器、第三电阻、第四电阻、第二比较器，所述第一电流互感器、第二电流互感器输入分别连接到所述三相电压源(1)的任意两相，所述第一电流互感器输出线圈两端分别通过所述第一电阻、第二电阻连接所述第一比较器，所述第二电流互感器输出线圈两端分别通过所述第三电阻、第四电阻连接所述第二比较器，所述第一比较器、所述第二比较器输出过流保护信号。

3.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括储能升压电路(2)，所述储能升压电路(2)包括三相电压源(1)分别连接的三个电感，所述三个电感另一端又分别连接到所述三个上桥臂。

4.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述电压采样电路(5)包括两个采样支路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到控制元件(7)。

5.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，该电压采样电路(5)包括三个采样电路，各采样支路包括一个运算放大器和两个电压采样电阻，所述两个电压采样电阻分别与两相电压源相连，运算放大器的输入端分别连接到所述电压采样电阻，输出端连接到控制元件(7)。

6.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括滤波电容，所述三个上桥臂的一端连接三相电压源(1)，另一端通过滤波电容接地，所述三个下桥臂的另一端中至少两个分别连接到所述电流采样电路(6)，并通过所述电流采样电路(6)连接到控制元件(7)，若所述下桥臂的另一端未连接到所述电流采样电路(6)，则直接接地；所述电流采样电路(6)包括电流采样电阻，所述电流采样电阻一端接地，另一端与下桥臂另一端连接，并连接到所述控制元件(7)。

7.根据权利要求6所述的过流保护电路，其特征在于，电流采样电路(6)还包括一运算放大器，所述运算放大器输入端连接到电流采样电阻与下桥臂连接的一端，输出端连接到控制元件(7)，用于将电流采样电阻采样的电压信号进行放大，再输出到控制元件(7)。

8.根据权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述第一比较器以及第二比较器的输出端连接到控制元件(7)输入端。

9.根据权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述上桥臂与下桥臂为绝缘栅双极型晶体管IGBT、金氧半场效应晶体管MOSFET或者智能功率模块IPM。

10.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一所述的三相APFC的过流保护电路。