CN210007619U - 功率因数校正电路和空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种功率因数校正电路和空调器，其中，功率因数校正电路包括：功率因数校正模块，接收供电信号，功率因数校正模块包括开关管，开关管被配置为控制供电信号对负载供电；驱动模块，连接至开关管的驱动输入端，用于向功率因数校正模块输出开关信号；控制模块，连接至驱动模块，用于控制驱动模块开启输出开关信号或关闭输出开关信号；电流互感器，设置于功率因数校正模块的输入侧，以采集输入检测信号；霍尔电流传感器，设置于功率因数校正模块的输出侧，以采集输出检测信号；驱动保护模块与控制模块、电流互感器以及霍尔电流传感器连接。通过本实用新型的技术方案，能够更加直接的检测到整流器是否出现异常，检测方式的实用性更高。

Description

功率因数校正电路和空调器

技术领域

本实用新型涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种功率因数校正电路和一种空调器。

背景技术

相关技术中，功率因数校正电路(power factor correction，即PFC电路)采用大功率MOS开关技术作为主功率器件替代IGBT器件，利用MOS 低导通阻抗的特性取代IGBT导通压降恒定的特性实现在中小功率下的功耗降低，以实现降低空调器的功耗。

采用四个开关管构成功率因数校正模块，并采用两个半桥驱动芯片驱动，其中一个驱动芯片具有保护功能，结合采样电阻进行过流检测，若检测到大电流，则触发关闭对四个开关的驱动输出，以进行过流保护，但是该方案存在以下缺陷：

如图1所示，现有的保护方案只能实现上下的Q1与Q3出现异常，或上下的Q2与Q4出现异常时的检测，而在实际应用中上下两个开关管由于驱动模块本身可以内置互锁保护电路，上下桥臂直通很难出现，所以该采用采样电阻的保护方案对应的故障出现的概率很低，实用性比较差。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本实用新型的一个目的在于提供一种功率因数校正电路。

本实用新型的另一个目的在于提供一种空调器。

为了实现上述目的，根据本实用新型的第一方面的实施例，提供了一种功率因数校正电路，包括：功率因数校正模块，接收供电信号，所述功率因数校正模块包括开关管，所述开关管被配置为控制所述供电信号对负载供电；驱动模块，连接至所述开关管的驱动输入端，用于向所述功率因数校正模块输出开关信号；控制模块，连接至所述驱动模块，用于控制所述驱动模块开启输出所述开关信号或关闭输出所述开关信号；电流互感器，设置于所述功率因数校正模块的输入侧，以采集输入检测信号；霍尔电流传感器，设置于所述功率因数校正模块的输出侧，以采集输出检测信号；驱动保护模块，与所述控制模块、所述电流互感器以及所述霍尔电流传感器连接，用于根据所述输入检测信号和/或所述输出检测信号的检测结果，确定是否向所述控制模块输出保护信号，所述保护信号用于触发所述控制模块关闭所述驱动模块的驱动输出。

在该技术方案中，在功率因数校正模块的交流输入端设置电流互感器采集输入端电流信号，并转换为电压信号，以作为输入检测信号，以及在直流输出端设置霍尔电流传感器采集输出端电流信号，并转换为电压信号，以作为输出检测信号，通过将输入检测信号与输出检测信号分别传输至驱动保护模块上，以由驱动保护模块检测是否出现过流现象，以在检测到出现过流现象的情况下，控制停止向功率因数校正模块输出开关信号，由于电流互感器与霍尔电流传感器直接采集功率因数校正模块的输入端电流与输出端电流，使功率因数校正模块在执行不同的功能操作时对应的不同电流流路均可以通过上述传感器采集到，并进行电路异常检测，因此能够更加直接的检测到整流器是否出现异常，以及在确定出现异常时，在不同的工况下能够确定对应的异常部件，相对于现有技术中采用具有保护功能的驱动芯片结合采样电阻进行过流检测的方案，局限性更小，并且更加具有针对性与实用性。

其中，本领域的技术人员能够理解的是，电流互感器是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换为二次侧小电流来测量的仪器，电流互感器应用于工频大电流的测量场合，以实现变流和电气隔离功能，基于电磁感应原理，输出电压与交流侧电流的变化率成正比，因此能够准确检测交流侧是否出现过流现象，通过电流互感器采集通过电抗器的电流信号，并转为相应的电压信号输送给驱动保护模块，以基于电流互感器采集的电压信号，判断是否出现过流现象。

霍尔电流传感器是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器，并结合运算放大器，将微小电压信号放大为标准电压，也就是说霍尔电流传感器对外输出电压信号，并与驱动保护模块内置的安全阈值进行比较，根据比较的结果确定电路中是否出现短路过流现象，由于霍尔电流传感器既可以测量交流，也可以测量直流，在交流侧设置有电流互感器的前提下，将功率因数校正模块设置在直流输出侧，以基于电流互感器与霍尔电流传感器之间的配合，检测电路中是否出现过流现象。

在上述任一项技术方案中，可选地，还包括：第一电抗器与第二电抗器，第一电抗器设置于交流电源的火线、所述第二电抗器设置于所述交流电源的零线上；过零检测模块，设置在所述交流电源的火线端与零线端之间，并连接至所述控制模块，所述过零检测模块用于采集所述火线端与所述零线端之间的过零检测信号；所述控制模块还用于：根据所述过零检测模块输出的过零检测信号确定所述述交流电源的相位状态，以根据所述相位状态向所述驱动模块输出对应的开关控制信号，其中，所述交流电源用于输出所述供电信号，所述电流互感器设置于所述交流电源的火线端与所述第一电抗器之间，或设置于所述交流电源的零线端与所述第二电抗器之间。

在该技术方案中，通过设置两个并联的第一电抗器和第二电抗器，相对于单电抗器电路，一方面，能够可现两个电抗器叠加的效果，另一方面，能够代替装配困难的大尺寸电抗器，安装在功率因数校正电路中，以降低安装难度。

进一步地，通过将并联的第一电抗器与第二电抗器设置在功率因数校正模块的交流输入端与交流电源之间，在交流电源进行交流输出时，并联的第一电抗器与第二电抗器能够将从交流电源供给的电能转换为磁能以作为能量存储，并能够通过释放该能量来实现PFC电路的升压和功率因数的改善。

另外，通过在火线与零线之间设置过零检测模块，以由过零检测模块判断交流电源的实时相位，以便根据不同的相位状态驱动功率因数校正模块中不同的开关器件执行开关操作，以分别实现整流功能或功率因数校正 (PFC)功能，从而基于整流功能实现负载端的直流供电，或通过PFC控制，使交流侧电压与交流侧电流在相位上达到一致。

其中，产生过流现象的原因很多，比如电路受到干扰引起控制模块死机复位，或者并联的第一电抗器与第二电抗器发生短路异常等等。

在上述任一项技术方案中，可选地，所述功率因数校正模块由第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管构造形成，第一开关管与第二开关管设置于功率因数校正模块的上部，第三开关管与第四开关管设置于功率因数校正模块的下部，第一开关管与第三开关管设置于功率因数校正模块的左部，第二开关管与第四开关管设置于功率因数校正模块的右部，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管与所述第四开关管均自带续流二极管，将所述第一开关管的漏极与所述第二开关管的漏极串联，并将连接点确定为所述输出侧的第一输出端，将所述第三开关管的源极与第四开关管的源极串联，并将连接点确定为所述输出侧的第二输出端，将所述第一开关管的源极与所述第三开关管的漏极串联，并将连接点连接至所述火线端，将所述第二开关管的源极与所述第四开关管的漏极串联，并将连接点连接至所述零线端。

具体地，第一开关管、第二开关管、第三开关管及第四开关管均可以为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect TransIstor，金属氧化物半导体场效应晶体管，即MOS管)，例如超结MOSFET、或者 SiC-MOSFET。

MOS管的工作方式，通过栅极控制源极与漏极之间通断实现开关，导通时需要栅极电源大于源极电源。

在该技术方案中，通过设置由四个开关管构成的功率因数校正模块，结合控制模块输出的控制指令，控制电路分别执行整流操作或功率因数校正操作，在作为电机驱动系统的构成部分时，通过交替地进行“功率因数改善动作”以及“同步整流动作”来进行升压，以达到提高电机转速的允许限度的目的，并且在工作过程中，通过在电路中增加设置电流互感器与霍尔电流传感器，以检测运行电流，并且在检测到出现电流异常的情况下，控制功率因数校正模块停止工作，在异常排除后重新运行，从而保证电机驱动过程的安全性。

其中，霍尔电流传感器至少具有以下两种设置方式：

在上述任一项技术方案中，可选地，所述霍尔电流传感器设置于所述输出侧的第一输出端与所述功率因数校正电路的后级负载之间。

在上述任一项技术方案中，可选地，所述霍尔电流传感器设置于所述输出侧的第一输出端与接地端之间。

在该技术方案中，霍尔电流传感器既可以设置在直流输出的第一输出端，也可以设置在直流输出的第二输出端，以通过检测输出端的直流输出信号，判断该功率因数校正电路中是否出现过流现象，采用霍尔电流传感器代替现有技术中的采样电阻进行采样操作，一方面，能够不受电流大小的影响，另一方面，基于交流电源处于不同的半周，具有不同的电流流路，不同电流流路对应不同的开关管组合，因此相对于现有技术来说，应用的检测范围更广。

另外，结合在功率因数校正模块的交流输入端设置电流互感器，无论在执行整流操作还是功率因数校正操作，均有电流流过电流互感器，从而在检测到有电流流过电流互感器时，输出相应的电压作为输入检测信号，根据功率因数校正模块的四个开关管能够承受的电流值，在驱动保护模块或电流互感器内置的过流检测单元中设定需要保护的电压值，第一开关管于第二开关管串联在火线于零线之间，第三开关管于第四开关管串联在火线于零线之间，当第一开关管-第二开关管或者第三开关管-第四开关管出现异常过流时，该电流将通过电流互感器输出相应电压并触发驱动保护模块，进而关断驱动模块的开关信号，从而保护实现对开关管的过流，当过流信号解除，驱动保护模块将解除对过流驱动模块的控制，以恢复正常工作，从而在整流操作过程中，或功率因数校正过程中均可实现对概率比较高的故障的及时有效的检测，以达到提升整个PFC电路的安全性的目的。

另外，本领域的技术人员能够理解的是，基于电流互感器触发生成的保护信号与基于霍尔电流传感器触发生成的保护信号的优先级相同，任何一路发生异常均触发驱动保护模块，过流原因可能为电路受到电磁或者浪涌干扰引起控制模块死机复位，或者电抗器发生短路异常等等。

其中，电流互感器和霍尔电流传感器的电压输出信号连接到驱动保护单元，当驱动保护单元检测到电流互感器和霍尔电流传感器输出的电压信号超出预设值将强制关断第一驱动模块与第二驱动模块，从而保护实现对四个开关管的保护功能。其中电流互感器是为了保护当第一开关管和第二开关管发生短路异常时的检测，或者第三开关管和第四开关管发生短路异常时的检测，霍尔电流传感器是为了保护第一开关管和第四开关管发生短路异常时的检测，或者第二开关管和第三开关管发生短路异常时的检测。

在上述任一项技术方案中，可选地，所述驱动模块包括用于驱动所述第一开关管与所述第三开关管的第一驱动模块，以及用于驱动所述第二开关管与所述第四开关管的第二驱动模块，其中，若所述驱动保护模块在检测到所述输入检测信号大于第一安全阈值和/或所述输出检测信号大于第二安全阈值，则触发所述控制模块关闭所述第一驱动模块与所述第二驱动模块的驱动输出。

在该技术方案中，驱动模块包括第一驱动模块与第二驱动模块，以实现功率因数校正模块的半桥驱动。

另外，本领域的技术人员能够理解的是，控制模块控制驱动模块停止驱动输出时，为同时控制第一驱动模块与第二驱动模块停止输出，即两个驱动模块具有相同的执行优先级。

在上述任一项技术方案中，可选地，还包括：母线电容，所述母线电容的一端连接至所述第一输出端，所述母线电容的另一端接地，驱动模块输出所述开关信号，通过所述交流电源对所述母线电容充电，或所述母线电容放电，驱动模块不输出所述开关信号，所述母线电容放电。

在上述任一项技术方案中，可选地，所述控制模块还用于：若所述交流电源的输入电压处于正半周，则控制所述驱动模块输出用于使所述第一开关管与所述第四开关管导通的开关信号，并旁路对应的续流二极管；所述控制模块还用于：若所述交流电源的输入电压处于负半周，则控制所述驱动模块输出用于使所述第二开关管与所述第三开关管导通的开关信号，并旁路对应的续流二极管，以实现同步整流。

其中，在第一开关管的内部具有续流二极管，续流二极管是在第一开关管的源极与漏极之间存在的PN结的部分，第一开关管的饱和电压(接通状态下的漏极源极间电压)低于续流二极管的正向的电压降。由此，在第一开关管的源极漏极中流过电流与在寄生二极管中流过电流相比，电压降变小，甚至能够降低导通损失。易于理解地讲，在接通状态的第一开关管中流过电流与在断开状态的第一开关管中的续流二极管中流过电流相比，使导通损失变小，此外，对于其他的第二开关管、第三开关管与第四开关管也适用。

在该技术方案中，通过利用MOS管低导通压降的原理，根据交流电的相位状态开通相应的MOS管即可实现低功耗同步整流。

具体的，控制模块根据过零检测模块检测到的当前交流电相位进行输出相应的控制信号，驱动相应的开关管工作。

相关技术中，在进行同步整流时，在交流电源正半周时，电流经过电流互感器及电抗器，然后通过第一开关管于第四开关管的续流二极管整流对系统供电，此时由于续流二极管压降较大，造成能源浪费。

在该技术方案中，此时控制模块根据过零检测模块判断在交流电源的正半周开始时，电流经过电流互感器及电抗器，输出开关信号驱动第一开关管与第四开关管导通，使流过第一开关管、霍尔电流传感器与第四开关管上续流二极管的电流流过MOS管，利用MOS管的低导通特性，旁路续流二极管，从而降低导通损耗。同理在交流电源负半周时，控制模块则控制开通第二开关管与第三开关管，使四个MOS管实现同步整流功能，在同步整流过程中，通过对经过电流互感器与霍尔电流传感器上的电流检测，检测是否出现过流现象。

在上述任一项技术方案中，可选地，所述控制模块还用于：若所述交流电源的输入电压处于正半周，则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管与所述第四开关管开闭，所述第三开关管与所述第四开关管导通，以对所述电抗器进行充电，关断所述第三开关管与所述第四开关管，所述第一开关管导通，所述电抗器向负载供电；所述控制模块还用于：若所述交流电源的输入电压处于负半周，则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管与所述第四开关管开闭，所述第三开关管与所述第四开关管导通，以对所述电抗器进行充电，关断所述第三开关管与所述第四开关管，驱动所述第二开关管导通，所述电抗器向负载供电，以实现功率因数校正。

在该技术方案中，在电路用于进行PFC操作时，在输入处于交流电源的正半周时，控制模块根据过零检测信号，驱动第三开关管与第四开关管导通，对电抗器进行充电，当关断第三开关管与第四开关管时，控制模块驱动第一开关管打开，电抗器储存的电能将通过第一开关管释放给后级电路，给母线电容与负载(比如电机)供电，在输入处于交流电源的负半周时，控制模块根据过零检测信号，驱动第三开关管与第四开关管导通，对电抗器进行充电，当关断第三开关管与第四开关管时，控制模块驱动第二开关管打开，电抗器储存的电能将通过第二开关管释放给后级电路，给母线电容与负载(比如电机)供电，通过向母线电容释放在电抗器中积蓄的能量，对母线电容的直流电压进行升压，从而能够通过短路电流，减小电流波形的失真，使电流波形接近正弦波，进而能够改善PFC电路的功率因数，进一步地，通过根据负载的母线电压计算第三开关管或第一开关管的脉宽，能够合理调整PFC电路中短路电流的持续时间，根据脉冲变化次数合理控制各个开关导通/关断的次数，能够降低开关单元的导通损失，降低开关损耗，提高效率。

在上述任一项技术方案中，可选地，所述后级负载包括：负载驱动模块，设置在所述第一输出端与所述第二输出端之间，用于接收所述功率因数校正模块的直流输出，以对负载供电；所述负载驱动模块还连接至所述控制模块，以接收所述控制模块输出的逆变控制信号。

具体地，负载为设置于空调器的压缩机中的电机。

在该技术方案中，在负载为电机的应用场景中，负载驱动模块用于将稳压直流逆变为三相交流输出，以实现对电机供电，结合直流母线电压检测模块的设置，通过对功率因数校正模块的直流输出的母线电压的检测，及所述输入电压的检测，控制功率因数校正模块中各个开关管元的开关状态以及各个开关管导通时的脉宽。

根据本实用新型的第二方面的实施例，提供了一种空调器，包括：如本实用新型第一方面技术方案中所述的功率因数校正电路。

具体地，功率因数校正电路应用于压缩机的电机驱动系统中，通过检测电路中是否出现过流现象，以防止过流时造成电机转速过快，导致压缩机出现退磁现象。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，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

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了相关技术中的功率因数校正电路的示意图；

图2示出了根据本实用新型的一个实施例的功率因数校正电路的示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

如图2所示，根据本实用新型的一个实施例的功率因数校正电路，适用于空调器，包括：功率因数校正模块10，接收供电信号，所述功率因数校正模块包括开关管，所述开关管被配置为控制所述供电信号对负载供电；驱动模块，连接至所述开关管的驱动输入端，用于向所述功率因数校正模块10输出开关信号；控制模块30，连接至所述驱动模块，用于控制所述驱动模块开启输出所述开关信号或关闭输出所述开关信号；电流互感器40，设置于所述功率因数校正模块10的交流输入侧，以采集输入检测信号；霍尔电流传感器50，设置于所述功率因数校正模块10的直流输出侧，以采集输出检测信号；驱动保护模块60，与所述控制模块30、所述电流互感器 40以及所述霍尔电流传感器50连接，用于根据所述输入检测信号和/或所述输出检测信号的检测结果，确定是否向所述控制模块30输出保护信号，所述保护信号用于触发所述控制模块30关闭所述驱动模块的驱动输出。

在该实施例中，在功率因数校正模块10的交流输入端设置电流互感器 40采集输入端电流信号，并转换为电压信号，以作为输入检测信号，以及在直流输出端设置霍尔电流传感器50采集输出端电流信号，并转换为电压信号，以作为输出检测信号，通过将输入检测信号与输出检测信号分别传输至驱动保护模块60上，以由驱动保护模块60检测是否出现过流现象，以在检测到出现过流现象的情况下，控制停止向功率因数校正模块10输出开关信号，由于电流互感器40与霍尔电流传感器50直接采集功率因数校正模块10的输入端电流与输出端电流，使功率因数校正模块10在执行不同的功能操作时对应的不同电流流路均可以通过上述传感器采集到，并进行电路异常检测，因此能够更加直接的检测到整流器是否出现异常，以及在确定出现异常时，在不同的工况下能够确定对应的异常部件，相对于现有技术中采用具有保护功能的驱动芯片结合采样电阻进行过流检测的方案，局限性更小，并且更加具有针对性与实用性。

其中，本领域的技术人员能够理解的是，电流互感器40是依据电磁感应原理将一次侧大电流转换为二次侧小电流来测量的仪器，电流互感器40 应用于工频大电流的测量场合，以实现变流和电气隔离功能，基于电磁感应原理，输出电压与交流侧电流的变化率成正比，因此能够准确检测交流侧是否出现过流现象，通过电流互感器40采集通过电抗器的电流信号，并转为相应的电压信号输送给驱动保护模块60，以基于电流互感器40采集的电压信号，判断是否出现过流现象。

霍尔电流传感器50是利用霍尔效应将一次大电流变换为二次微小电压信号的传感器，并结合运算放大器，将微小电压信号放大为标准电压，也就是说霍尔电流传感器50对外输出电压信号，并与驱动保护模块60内置的安全阈值进行比较，根据比较的结果确定电路中是否出现短路过流现象，由于霍尔电流传感器50既可以测量交流，也可以测量直流，在交流侧设置有电流互感器40的前提下，将功率因数校正模块10设置在直流输出侧，以基于电流互感器40与霍尔电流传感器50之间的配合，检测电路中是否出现过流现象。

实施例二

如图2所示，在上述任一项实施例中，可选地，还包括：第一电抗器 L1与第二电抗器L2，第一电抗器L1设置于所述交流电源的火线、所述第二电抗器L2设置于所述交流电源的零线上；过零检测模块70，设置在所述交流电源的火线L端与零线N端之间，并连接至所述控制模块3030，所述过零检测模块70用于采集所述火线L端与所述零线N端之间的过零检测信号；所述控制模块3030还用于：根据所述过零检测模块70输出的过零检测信号确定所述述交流电源的相位状态，以根据所述相位状态向所述驱动模块输出对应的开关控制信号，其中，所述交流电源用于输出所述供电信号，所述电流互感器40设置于所述交流电源的火线端L与所述第一电抗器L1之间，或设置于所述交流电源的零线端N与所述第二电抗器L2之间。

在该实施例中，通过设置两个并联的第一电抗器L1和第二电抗器L2，相对于单电抗器电路，一方面，能够可现两个电抗器叠加的效果，另一方面，能够代替装配困难的大尺寸电抗器，安装在功率因数校正电路中，以降低安装难度。

进一步地，通过将并联的第一电抗器L1与第二电抗器L2设置在功率因数校正模块10的交流输入端与交流电源之间，在交流电源进行交流输出时，并联的第一电抗器L1与第二电抗器L2能够将从交流电源供给的电能转换为磁能以作为能量存储，并能够通过释放该能量来实现PFC电路的升压和功率因数的改善。

另外，通过在火线与零线之间设置过零检测模块70，以由过零检测模块70判断交流电源的实时相位，以便根据不同的相位状态驱动功率因数校正模块10中不同的开关器件执行开关操作，以分别实现整流功能或功率因数校正(PFC)功能，从而基于整流功能实现负载端的直流供电，或通过 PFC控制，使交流侧电压与交流侧电流在相位上达到一致。

其中，产生过流现象的原因很多，比如电路受到干扰引起控制模块30 死机复位，或者并联的第一电抗器L1与第二电抗器L2发生短路异常等等。

实施例三

如图2所示，在上述任一项实施例中，可选地，所述功率因数校正模块10由第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4 构造形成，第一开关管Q1与第二开关管Q2设置于功率因数校正模块10 的上部，第三开关管Q3与第四开关管Q4设置于功率因数校正模块10的下部，第一开关管Q1与第三开关管Q3设置于功率因数校正模块10的左部，第二开关管Q2与第四开关管Q4设置于功率因数校正模块10的右部，所述第一开关管Q1、所述第二开关管Q2、所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4均自带续流二极管，将所述第一开关管Q1的漏极与所述第二开关管Q2的漏极串联，并将连接点确定为所述输出侧的第一输出端，将所述第三开关管Q3的源极与第四开关管Q4的源极串联，并将连接点确定为所述输出侧的第二输出端，将所述第一开关管Q1的源极与所述第三开关管 Q3的漏极串联，并将连接点连接至所述火线端L，将所述第二开关管Q2 的源极与所述第四开关管Q4的漏极串联，并将连接点连接至所述零线端N。

具体地，第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3及第四开关管Q4均可以为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect TransIstor，金属氧化物半导体场效应晶体管，即MOS管)，例如超结MOSFET、或者SiC-MOSFET。

MOS管的工作方式，通过栅极控制源极与漏极之间通断实现开关，导通时需要栅极电源大于源极电源。

在该实施例中，通过设置由四个开关管构成的功率因数校正模块10，结合控制模块30输出的控制指令，控制电路分别执行整流操作或功率因数校正操作，在作为电机驱动系统的构成部分时，通过交替地进行“功率因数改善动作”以及“同步整流动作”来进行升压，以达到提高电机转速的允许限度的目的，并且在工作过程中，通过在电路中增加设置电流互感器 40与霍尔电流传感器50，以检测运行电流，并且在检测到出现电流异常的情况下，控制功率因数校正模块10停止工作，在异常排除后重新运行，从而保证电机驱动过程的安全性。

其中，霍尔电流传感器50至少具有以下两种设置方式：

在上述任一项实施例中，可选地，所述霍尔电流传感器50设置于所述输出侧的第一输出端与所述功率因数校正电路的后级负载之间。

在上述任一项实施例中，可选地，所述霍尔电流传感器50设置于所述输出侧的第一输出端与接地端之间。

在该实施例中，霍尔电流传感器50既可以设置在直流输出的第一输出端，也可以设置在直流输出的第二输出端，以通过检测输出端的直流输出信号，判断该功率因数校正电路中是否出现过流现象，采用霍尔电流传感器50代替现有技术中的采样电阻进行采样操作，一方面，能够不受电流大小的影响，另一方面，基于交流电源处于不同的半周，具有不同的电流流路，不同电流流路对应不同的开关管组合，因此相对于现有技术来说，应用的检测范围更广。

另外，结合在功率因数校正模块10的交流输入端设置电流互感器40，无论在执行整流操作还是功率因数校正操作，均有电流流过电流互感器40，从而在检测到有电流流过电流互感器40时，输出相应的电压作为输入检测信号，根据功率因数校正模块10的四个开关管能够承受的电流值，在驱动保护模块60或电流互感器40内置的过流检测单元中设定需要保护的电压值，第一开关管Q1于第二开关管Q2串联在火线于零线之间，第三开关管 Q3于第四开关管Q4串联在火线于零线之间，当第一开关管Q1-第二开关管Q2或者第三开关管Q3-第四开关管Q4出现异常过流时，该电流将通过电流互感器40输出相应电压并触发驱动保护模块60，进而关断驱动模块的开关信号，从而保护实现对开关管的过流，当过流信号解除，驱动保护模块60将解除对过流驱动模块的控制，以恢复正常工作，从而在整流操作过程中，或功率因数校正过程中均可实现对概率比较高的故障的及时有效的检测，以达到提升整个PFC电路的安全性的目的。

另外，本领域的技术人员能够理解的是，基于电流互感器40触发生成的保护信号与基于霍尔电流传感器50触发生成的保护信号的优先级相同，任何一路发生异常均触发驱动保护模块60，过流原因可能为电路受到电磁或者浪涌干扰引起控制模块30死机复位，或者电抗器发生短路异常等等。

其中，电流互感器40和霍尔电流传感器50的电压输出信号连接到驱动保护单元，当驱动保护单元检测到电流互感器40和霍尔电流传感器50 输出的电压信号超出预设值将强制关断第一驱动模块202与第二驱动模块 204，从而保护实现对四个开关管的保护功能。其中电流互感器40是为了保护当第一开关管Q1和第二开关管Q2发生短路异常时的检测，或者第三开关管Q3和第四开关管Q4发生短路异常时的检测，霍尔电流传感器50 是为了保护第一开关管Q1和第四开关管Q4发生短路异常时的检测，或者第二开关管Q2和第三开关管Q3发生短路异常时的检测。

实施例四

如图2所示，在上述任一项实施例中，可选地，所述驱动模块包括用于驱动所述第一开关管Q1与所述第三开关管Q3的第一驱动模块202，以及用于驱动所述第二开关管Q2与所述第四开关管Q4的第二驱动模块204，其中，若所述驱动保护模块60在检测到所述输入检测信号大于第一安全阈值和/或所述输出检测信号大于第二安全阈值，则触发所述控制模块30关闭所述第一驱动模块202与所述第二驱动模块204的驱动输出。

在该实施例中，驱动模块包括第一驱动模块202与第二驱动模块204，以实现功率因数校正模块的半桥驱动。

另外，本领域的技术人员能够理解的是，控制模块30控制驱动模块停止驱动输出时，为同时控制第一驱动模块202与第二驱动模块204停止输出，即两个驱动模块具有相同的执行优先级。

实施例五

下面基于同步整流功能对本申请中的功率因数校正电路进行描述。

在上述任一项实施例中，可选地，所述控制模块30还用于：若所述交流电源的输入电压处于正半周，则控制所述驱动模块输出用于使所述第一开关管Q1与所述第四开关管Q4导通的开关信号，并旁路对应的续流二极管；所述控制模块30还用于：若所述交流电源的输入电压处于负半周，则控制所述驱动模块输出用于使所述第二开关管Q2与所述第三开关管Q3导通的开关信号，并旁路对应的续流二极管，以实现同步整流。

其中，在第一开关管Q1的内部具有续流二极管，续流二极管是在第一开关管Q1的源极与漏极之间存在的PN结的部分，第一开关管Q1的饱和电压(接通状态下的漏极源极间电压)低于续流二极管的正向的电压降。由此，在第一开关管Q1的源极漏极中流过电流与在寄生二极管中流过电流相比，电压降变小，甚至能够降低导通损失。易于理解地讲，在接通状态的第一开关管Q1中流过电流与在断开状态的第一开关管Q1中的续流二极管中流过电流相比，使导通损失变小，此外，对于其他的第二开关管Q2、第三开关管Q3与第四开关管Q4也适用。

在该实施例中，通过利用MOS管低导通压降的原理，根据交流电的相位状态开通相应的MOS管即可实现低功耗同步整流。

具体的，控制模块30根据过零检测模块70检测到的当前交流电相位进行输出相应的控制信号，驱动相应的开关管工作。

相关技术中，在进行同步整流时，在交流电源正半周时，电流经过电流互感器40及电抗器，然后通过第一开关管Q1于第四开关管Q4的续流二极管整流对系统供电，此时由于续流二极管压降较大，造成能源浪费。

在该实施例中，此时控制模块30根据过零检测模块70判断在交流电源的正半周开始时，电流经过电流互感器40及电抗器，输出开关信号驱动第一开关管Q1与第四开关管Q4导通，使流过第一开关管Q1、霍尔电流传感器50与第四开关管Q4上续流二极管的电流流过MOS管，利用MOS 管的低导通特性，旁路续流二极管，从而降低导通损耗。同理在交流电源负半周时，控制模块30则控制开通第二开关管Q2与第三开关管Q3，使四个MOS管实现同步整流功能，在同步整流过程中，通过对经过电流互感器 40与霍尔电流传感器50上的电流检测，检测是否出现过流现象。

实施例六

下面基于功率因数校正功能对本申请中的功率因数校正电路进行描述。

在上述任一项实施例中，可选地，所述控制模块30还用于：若所述交流电源的输入电压处于正半周，则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4开闭，所述第三开关管Q3 与所述第四开关管Q4导通，以对所述电抗器L1进行充电，关断所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4，所述第一开关管Q1导通，所述电抗器L1向负载供电；所述控制模块30还用于：若所述交流电源的输入电压处于负半周，则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管 Q3与所述第四开关管Q4开闭，所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4 导通，以对所述电抗器L1进行充电，关断所述第三开关管Q3与所述第四开关管Q4，驱动所述第二开关管Q2导通，所述电抗器L1向负载供电，以实现功率因数校正。

在该实施例中，在电路用于进行PFC操作时，在输入处于交流电源的正半周时，控制模块30根据过零检测信号，驱动第三开关管Q3与第四开关管Q4导通，对电抗器进行充电，当关断第三开关管Q3与第四开关管 Q4时，控制模块30驱动第一开关管Q1打开，电抗器储存的电能将通过第一开关管Q1释放给后级电路，给母线电容E与负载(比如电机)供电，在输入处于交流电源的负半周时，控制模块30根据过零检测信号，驱动第三开关管Q3与第四开关管Q4导通，对电抗器进行充电，当关断第三开关管Q3与第四开关管Q4时，控制模块30驱动第二开关管Q2打开，电抗器储存的电能将通过第二开关管Q2释放给后级电路，给母线电容E与负载 (比如电机)供电，通过向母线电容E释放在电抗器中积蓄的能量，对母线电容E的直流电压进行升压，从而能够通过短路电流，减小电流波形的失真，使电流波形接近正弦波，进而能够改善PFC电路的功率因数，进一步地，通过根据负载的母线电压计算第三开关管Q3或第一开关管Q1的脉宽，能够合理调整PFC电路中短路电流的持续时间，根据脉冲变化次数合理控制各个开关导通/关断的次数，能够降低开关单元的导通损失，降低开关损耗，提高效率。

另外，在上述器件设置的基础上，本申请中的功率因数校正电路还具有以下模块：

如图2所示，在上述任一项实施例中，可选地，还包括：母线电容E，所述母线电容的一端连接至所述第一输出端，所述母线电容的另一端接地，驱动模块输出所述开关信号，通过所述交流电源对所述母线电容充电，或所述母线电容放电，驱动模块不输出所述开关信号，所述母线电容放电。

在上述任一项实施例中，可选地，所述后级负载包括：负载驱动模块 80，设置在所述第一输出端与所述第二输出端之间，用于接收所述功率因数校正模块10的直流输出，以对负载供电；所述负载驱动模块80还连接至所述控制模块30，以接收所述控制模块30输出的逆变控制信号。

具体地，负载为设置于空调器的压缩机中的电机。

在该实施例中，在负载为电机的应用场景中，负载驱动模块80用于将稳压直流逆变为三相交流输出，以实现对电机供电，结合直流母线电压检测模块的设置，通过对功率因数校正模块10的直流输出的母线电压的检测，及所述输入电压的检测，控制功率因数校正模块10中各个开关管元的开关状态以及各个开关管导通时的脉宽。

根据本实用新型的实施例的空调器，包括：上述任一项实施例所述的功率因数校正电路。

具体地，功率因数校正电路应用于压缩机的电机驱动系统中，通过检测电路中是否出现过流现象，以防止过流时造成电机转速过快，导致压缩机出现退磁现象。

与现有技术相比，本申请技术方案中公开的实施例至少具有下述有益效果：

(1)由于电流互感器与霍尔电流传感器直接采集功率因数校正模块的输入端电流与输出端电流，使功率因数校正模块在执行不同的功能操作时对应的不同电流流路均可以通过上述传感器采集到，并进行电路异常检测，因此能够更加直接的检测到整流器是否出现异常，以及在确定出现异常时，在不同的工况下能够确定对应的异常部件，相对于现有技术中采用具有保护功能的驱动芯片结合采样电阻进行过流检测的方案，局限性更小，并且更加具有针对性与实用性。

(2)通过设置两个并联的第一电抗器和第二电抗器，相对于单电抗器电路，一方面，能够可现两个电抗器叠加的效果，另一方面，能够代替装配困难的大尺寸电抗器，安装在功率因数校正电路中，以降低安装难度。

(3)采用霍尔电流传感器代替现有技术中的采样电阻进行采样操作，一方面，能够不受电流大小的影响，另一方面，基于交流电源处于不同的半周，具有不同的电流流路，不同电流流路对应不同的开关管组合，因此相对于现有技术来说，应用的检测范围更广。

(4)电流将通过电流互感器和/或霍尔电流传感器输出相应电压并触发驱动保护模块，进而关断驱动模块的开关信号，从而保护实现对开关管的过流，当过流信号解除，驱动保护模块将解除对过流驱动模块的控制，以恢复正常工作，从而在整流操作过程中，或功率因数校正过程中均可实现对概率比较高的故障的及时有效的检测，以达到提升整个PFC电路的安全性的目的。

以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，通过本实用新型的技术方案，由于电流互感器与霍尔电流传感器直接采集功率因数校正模块的输入端电流与输出端电流，使功率因数校正模块在执行不同的功能操作时对应的不同电流流路均可以通过上述传感器采集到，并进行电路异常检测，因此能够更加直接的检测到整流器是否出现异常，以及在确定出现异常时，在不同的工况下能够确定对应的异常部件，相对于现有技术中采用具有保护功能的驱动芯片结合采样电阻进行过流检测的方案，局限性更小，并且更加具有针对性与实用性。

本领域内的技术人员应明白，本实用新型的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本实用新型可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本实用新型可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本实用新型是参照根据本实用新型实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本实用新型可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的模块权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种功率因数校正电路，其特征在于，包括：

功率因数校正模块，接收供电信号，所述功率因数校正模块包括开关管，所述开关管被配置为控制所述供电信号对负载供电；

驱动模块，连接至所述开关管的驱动输入端，用于向所述功率因数校正模块输出开关信号；

控制模块，连接至所述驱动模块，用于控制所述驱动模块开启输出所述开关信号或关闭输出所述开关信号；

电流互感器，设置于所述功率因数校正模块的输入侧，以采集输入检测信号；

霍尔电流传感器，设置于所述功率因数校正模块的输出侧，以采集输出检测信号；

驱动保护模块，与所述控制模块、所述电流互感器以及所述霍尔电流传感器连接，用于根据所述输入检测信号和/或所述输出检测信号的检测结果，确定是否向所述控制模块输出保护信号，所述保护信号用于触发所述控制模块关闭所述驱动模块的驱动输出。

2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括：

第一电抗器与第二电抗器，所述第一电抗器设置于交流电源的火线、所述第二电抗器设置于所述交流电源的零线上；

过零检测模块，设置在所述交流电源的火线端与零线端之间，并连接至所述控制模块，所述过零检测模块用于采集所述火线端与所述零线端之间的过零检测信号；

所述控制模块还用于：根据所述过零检测模块输出的过零检测信号确定所述述交流电源的相位状态，以根据所述相位状态向所述驱动模块输出对应的开关控制信号，

其中，所述交流电源用于输出所述供电信号，所述电流互感器设置于所述交流电源的火线端与所述第一电抗器之间，或设置于所述交流电源的零线端与所述第二电抗器之间。

3.根据权利要求2所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述功率因数校正模块由第一开关管、第二开关管、第三开关管与第四开关管构造形成，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管与所述第四开关管均自带续流二极管，将所述第一开关管的漏极与所述第二开关管的漏极串联，并将连接点确定为所述输出侧的第一输出端，将所述第三开关管的源极与第四开关管的源极串联，并将连接点确定为所述输出侧的第二输出端，将所述第一开关管的源极与所述第三开关管的漏极串联，并将连接点连接至所述火线端，将所述第二开关管的源极与所述第四开关管的漏极串联，并将连接点连接至所述零线端。

4.根据权利要求3所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述霍尔电流传感器设置于所述输出侧的第一输出端与所述功率因数校正电路的后级负载之间。

5.根据权利要求3所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述霍尔电流传感器设置于所述输出侧的第一输出端与接地端之间。

6.根据权利要求3所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述驱动模块包括用于驱动所述第一开关管与所述第三开关管的第一驱动模块，以及用于驱动所述第二开关管与所述第四开关管的第二驱动模块，

其中，若所述驱动保护模块在检测到所述输入检测信号大于第一安全阈值和/或所述输出检测信号大于第二安全阈值，则触发所述控制模块关闭所述第一驱动模块与所述第二驱动模块的驱动输出。

7.根据权利要求3所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述控制模块还用于：若所述交流电源的输入电压处于正半周，则控制所述驱动模块输出用于使所述第一开关管与所述第四开关管导通的开关信号，并旁路对应的续流二极管；

所述控制模块还用于：若所述交流电源的输入电压处于负半周，则控制所述驱动模块输出用于使所述第二开关管与所述第三开关管导通的开关信号，并旁路对应的续流二极管，以实现同步整流。

8.根据权利要求3所述的功率因数校正电路，其特征在于，

所述控制模块还用于：若所述交流电源的输入电压处于正半周，则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管与所述第四开关管开闭，所述第三开关管与所述第四开关管导通，以对所述电抗器进行充电，关断所述第三开关管与所述第四开关管，所述第一开关管导通，所述电抗器向负载供电；

所述控制模块还用于：若所述交流电源的输入电压处于负半周，则根据所述过零检测信号与所述开关信号控制所述第三开关管与所述第四开关管开闭，所述第三开关管与所述第四开关管导通，以对所述电抗器进行充电，关断所述第三开关管与所述第四开关管，驱动所述第二开关管导通，所述电抗器向负载供电，以实现功率因数校正。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的功率因数校正电路，其特征在于，还包括：

母线电容，所述母线电容的一端连接至所述第一输出端，所述母线电容的另一端接地，驱动模块输出所述开关信号，通过所述交流电源对所述母线电容充电，或所述母线电容放电，驱动模块不输出所述开关信号，所述母线电容放电。

10.根据权利要求4所述的功率因数校正电路，其特征在于，所述后级负载包括：

负载驱动模块，设置在所述第一输出端与所述第二输出端之间，用于接收所述功率因数校正模块的直流输出，以对负载供电；

所述负载驱动模块还连接至所述控制模块，以接收所述控制模块输出的逆变控制信号。

11.一种空调器，其特征在于，包括：如权利要求1至10中任一项所述的功率因数校正电路。

Images