CN211656001U - 一种pfc控制电路及空调器 - Google Patents

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张健能
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曹永平
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Abstract

本实用新型提供了一种PFC控制电路及空调器,PFC控制电路包括整流倍压模块,其输入端通过电源传输线路连接交流电源,且所述电源传输线路上串联PFC电感;IGBT驱动模块,其输入端通过交流电整流模块连接所述电源传输线路;电压采样模块,其采集端连接所述电源传输线路;MCU控制模块,其信号输入端连接所述电压采样模块的输出端,控制端连接所述IGBT驱动模块的驱动端;其中,所述MCU控制模块、所述电压采样模块、所述IGBT驱动模块、所述整流倍压模块共地。本实用新型实施例能够优化PFC控制电路的结构,达到减小谐波分量、避免母线电压偏低、减少损耗的效果。

Description

一种PFC控制电路及空调器
技术领域
本实用新型涉及家用电器领域,尤其是涉及一种PFC控制电路及应用PFC控制电路的空调器。
背景技术
目前,为满足CISPR 14对空调谐波电流的要求,减少传输线路上的无功功率损耗,变频空调产品多采用无源PFC倍压方案或者全程有源PFC方案,发明人在对PFC电路的研究中发现,无源PFC倍压方案的谐波电流分量大,而且母线电压偏低,若替换为全程有源PFC方案,则由于IGBT的电流非常大,导致发热量大,需较大的散热器,IGBT在使用中非常容易损坏。
实用新型内容
本实用新型提供一种PFC控制电路及空调器,以解决现有的PFC电路方案谐波电流分量大、母线电压偏低和IGBT的发热的技术问题,能够优化PFC控制电路的结构,达到减小谐波分量、避免母线电压偏低、减少损耗的效果。
为了解决上述技术问题,本实用新型实施例提供了一种PFC控制电路,包括:
整流倍压模块,其输入端通过电源传输线路连接交流电源,且所述电源传输线路上串联PFC电感;
IGBT驱动模块,其输入端通过交流电整流模块连接所述电源传输线路;
电压采样模块,其采集端连接所述电源传输线路;
MCU控制模块,其信号输入端连接所述电压采样模块的输出端,控制端连接所述IGBT驱动模块的驱动端;
其中,所述MCU控制模块、所述电压采样模块、所述IGBT驱动模块、所述整流倍压模块共地。
作为优选方案,所述整流倍压模块包括:整流桥、第一电解电容、第二电解电容;
所述整流桥的第一交流输入端通过所述PFC电感与所述交流电源的火线连接,所述整流桥的第二交流输入端分别与所述第一电解电容的负极、所述第二电解电容的正极连接,所述整流桥的整流正极输出端与所述第一电解电容的正极连接,所述整流桥的整流负极输出端与所述第二电解电容的负极共地。
作为优选方案,所述交流电整流模块包括:第一整流二极管、第二整流二极管;
所述第一整流二极管的输入端与所述交流电源的火线的连接点位于所述PFC电感与所述整流倍压模块之间,所述第二整流二极管的输入端与所述交流电源的零线连接,所述第一整流二极管的输出端、所述第二整流二极管的输出端均与所述IGBT驱动模块连接。
作为优选方案,所述PFC控制电路还包括熔断器;
所述第一整流二极管的输出端、所述第二整流二极管的输出端均通过所述熔断器与所述IGBT驱动模块的输入端连接。
作为优选方案,所述IGBT驱动模块包括:RC滤波电路、控制芯片、IGBT,所述RC滤波电路包括第一电容和第一电阻;
所述控制芯片的过流保护端分别连接所述第一电容的一端、所述第一电阻的一端,所述第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接,所述第一电容的另一端与所述第二电阻的另一端接地;
所述控制芯片的驱动输出端通过第三电阻与所述IGBT的门极连接,所述IGBT的集电极与所述IGBT驱动模块的输入端连接,所述控制芯片的电源输入端连接在输入电源与第三电解电容的正极之间。
作为优选方案,所述电压采样模块包括:运算放大器;
所述运算放大器的同相输入端通过第四电阻与所述交流电源的火线连接,所述运算放大器的反相输入端通过第五电阻与所述交流电源的零线连接,所述运算放大器的输出端连接第六电阻的一端,所述第六电阻的另一端连接在所述第五电阻与所述运算放大器的反相输入端之间;
所述运算放大器的输出端通过第七电阻与所述MCU控制模块的信号输入端连接。
作为优选方案,所述运算放大器的第一检测电压端连接第八电阻的一端,所述第八电阻的另一端连接在所述第四电阻与所述运算放大器的同相输入端之间,且所述第八电阻的另一端通过第九电阻与第一检测电源连接,所述运算放大器的第二检测电压端与第二检测电源连接。
本实用新型实施例还提供了一种空调器,包括上述的PFC控制电路。
相比于现有技术,本实用新型实施例的有益效果在于,本实用新型实施例提供了一种PFC控制电路及空调器,PFC控制电路包括:整流倍压模块,其输入端通过电源传输线路连接交流电源,且所述电源传输线路上串联PFC电感,整流倍压模块对输入电源进行整流和电压提升;IGBT驱动模块,其输入端通过交流电整流模块连接所述电源传输线路,用于接收MCU控制模块的控制信号,驱动IGBT的开关,并在IGBT过流保护时反馈保护信号给MCU控制模块;电压采样模块,其采集端连接所述电源传输线路,用于采集AC电压信号并判断过零点,输入给MCU控制模块,用于IGBT的开关控制;MCU控制模块,其信号输入端连接所述电压采样模块的输出端,控制端连接所述IGBT驱动模块的驱动端,用于接收AC电压信号,并以此为依据控制IGBT的开关;本实施例的所述MCU控制模块、所述电压采样模块、所述IGBT驱动模块、所述整流倍压模块共地,无需进行电气隔离,整个电路设计简单,能够使IGBT开关频率低,损耗小,实现了部分有源PFC倍压整流,为后级电路提供了稳定的直流电压。
附图说明
图1是本实用新型实施例中的PFC控制电路的结构示意图;
图2是本实用新型实施例中的PFC控制电路的电路设计图;
图3是本实用新型实施例中的PFC控制电路的工作原理图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
请参见图1,本实用新型优选实施例提供了一种PFC控制电路,包括:
整流倍压模块1,其输入端通过电源传输线路连接交流电源,且电源传输线路上串联PFC电感,整流倍压模块1用于对输入电源进行整流和电压提升,PFC电感起到储能和调整输入电流相位的作用;
IGBT驱动模块2,其输入端通过交流电整流模块3连接电源传输线路,用于接收MCU控制模块5的控制信号,驱动IGBT的开关,并在IGBT过流保护时反馈保护信号给MCU控制模块5;
电压采样模块4,其采集端连接电源传输线路,用于采集AC电压信号并判断过零点,输入给MCU控制模块5,用于IGBT的开关控制;
MCU控制模块5,其信号输入端连接电压采样模块4的输出端,控制端连接IGBT驱动模块2的驱动端,用于接收AC电压信号,并以此为依据控制IGBT的开关;
本实施例的MCU控制模块5、电压采样模块4、IGBT驱动模块2、整流倍压模块1共地,无需进行电气隔离,整个电路设计简单,能够使IGBT开关频率低,损耗小,实现了部分有源PFC倍压整流,为后级电路提供了稳定的直流电压。
基于上述实施例,在一种可行的设计中,整流倍压模块1包括:整流桥、第一电解电容、第二电解电容;整流桥的第一交流输入端通过PFC电感与交流电源的火线连接,整流桥的第二交流输入端分别与第一电解电容的负极、第二电解电容的正极连接,整流桥的整流正极输出端与第一电解电容的正极连接,整流桥的整流负极输出端与第二电解电容的负极共地。
在一种可行的设计中,交流电整流模块3包括:第一整流二极管、第二整流二极管;第一整流二极管的输入端与交流电源的火线的连接点位于PFC电感与整流倍压模块1之间,第二整流二极管的输入端与交流电源的零线连接,第一整流二极管的输出端、第二整流二极管的输出端均与IGBT驱动模块2连接。
在一种可行的设计中,PFC控制电路还包括熔断器;第一整流二极管的输出端、第二整流二极管的输出端均通过熔断器与IGBT驱动模块2的输入端连接。
在一种可行的设计中,IGBT驱动模块2包括:RC滤波电路、控制芯片、IGBT,RC滤波电路包括第一电容和第一电阻;
控制芯片的过流保护端分别连接第一电容的一端、第一电阻的一端,第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接,第一电容的另一端与第二电阻的另一端接地;
控制芯片的驱动输出端通过第三电阻与IGBT的门极连接,IGBT的集电极与IGBT驱动模块2的输入端连接,控制芯片的电源输入端连接在输入电源与第三电解电容的正极之间。
在一种可行的设计中,电压采样模块4包括:运算放大器;
运算放大器的同相输入端通过第四电阻与交流电源的火线连接,运算放大器的反相输入端通过第五电阻与交流电源的零线连接,运算放大器的输出端连接第六电阻的一端,第六电阻的另一端连接在第五电阻与运算放大器的反相输入端之间;运算放大器的输出端通过第七电阻与MCU控制模块5的信号输入端连接。
在一种可行的设计中,运算放大器的第一检测电压端连接第八电阻的一端,第八电阻的另一端连接在第四电阻与运算放大器的同相输入端之间,且第八电阻的另一端通过第九电阻与第一检测电源连接,运算放大器的第二检测电压端与第二检测电源连接。
具体的,PFC控制电路的电路原理图设计可以如图2所示:
ACL、ACN分别为火线、零线,L1为PFC电感,整流桥VC1与第一电解电容C2、第二电解电容C3构成倍压整流模块。
对于IGBT驱动模块2的设计,IGBT管V3的集电极通过第一整流二极管V1、第二整流二极管V2分别连接到经过PFC电感L1后的火线和零线,
其中,为保护IGBT,在第一整流二极管V1、第二整流二极管V2到IGBT之间还串联了熔断器FU1。
将第二电阻R9作为采样电阻,这样IGBT的发射极通过第二电阻R9连接到GND。
将芯片N2作为驱动IGBT开关的IC。
其中,芯片N2的PIN1通过第一电阻R8和第一电容C5组成的RC滤波电路检测从第二电阻R9产生的电压信号,用于IGBT的过电流保护;
芯片N2的PIN2为接地端;
芯片N2的PIN3为驱动输出端,通过第三电阻R7连接到IGBT的门极;
芯片N2的PIN4为输入电源,经第三电解电容C4稳压滤波后的15V电源输入到该管脚;
芯片N2的PIN5为过流保护信号输出,当检测到IGBT过流时,此管脚输出信号到MCU;
芯片N2的PIN6为开关输入信号,MCU控制模块5发出的驱动IGBT开关的信号输入到该管脚。
对于电压采样模块4的设计,运算放大器N1A及其外围的阻容电路构成交流电压采样电路,采集交流电压过零信号。
其中第四电阻R1、第五电阻R2、第六电阻R4构成比例运算电路,第九电阻R3、第八电阻R5构成基准参考电压电路,第七电阻R6、C1构成输出滤波电路。
工作原理如图3所示:
当AC电压开始供电后,在正半周期时,在IGBT未开通前,电路流向为ACL→电感L1→整流桥VC1→电容C2→ACN,电路给电容C2充电,为了使输入电压高于C2两端的电压,在经过AC过零点一段时间后,导通IGBT V3一段时间,电流流向为ACL→L1→V1→FU1→V3→R9→VC1→ACN,从而把电能转化为磁能存储在PFC电感L1中,在IGBT关断后,由于PFC电感L1有维持电流持续的特性,电感上电压极性反转持续给第一电解电容C2充电;
在负半周期,电路流向为ACN→C3→VC1→L1→ACL,电路给第二电解电容C3充电,同理为了使输入电压高于第二电解电容C3两端的电压,在经过AC过零点一段时间后,导通IGBT V3一段时间,电流流向为ACN→V2→FU1→V3→R9→VC1→L1→ACL,从而把电能转化为磁能存储在PFC电感L1中,在IGBTV3关断后,由于电感有维持电流持续的特性,电感上电压极性反转持续给第二电解电容C3充电。
其中,PFC控制电路由于各电路模块共用一个参考地,无需电气隔离,设计简单,IGBT开关频率低,损耗小,实现了部分有源PFC倍压整流,为后级电路提供了稳定的直流电压。
本实用新型实施例还提供了一种空调器,空调器采用上述的PFC控制电路。
以上所述是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种PFC控制电路,其特征在于,包括:
整流倍压模块,其输入端通过电源传输线路连接交流电源,且所述电源传输线路上串联PFC电感;
IGBT驱动模块,其输入端通过交流电整流模块连接所述电源传输线路;
电压采样模块,其采集端连接所述电源传输线路;
MCU控制模块,其信号输入端连接所述电压采样模块的输出端,控制端连接所述IGBT驱动模块的驱动端;
其中,所述MCU控制模块、所述电压采样模块、所述IGBT驱动模块、所述整流倍压模块共地。
2.如权利要求1所述的PFC控制电路,其特征在于,所述整流倍压模块包括:整流桥、第一电解电容、第二电解电容;
所述整流桥的第一交流输入端通过所述PFC电感与所述交流电源的火线连接,所述整流桥的第二交流输入端分别与所述第一电解电容的负极、所述第二电解电容的正极连接,所述整流桥的整流正极输出端与所述第一电解电容的正极连接,所述整流桥的整流负极输出端与所述第二电解电容的负极共地。
3.如权利要求1所述的PFC控制电路,其特征在于,所述交流电整流模块包括:第一整流二极管、第二整流二极管;
所述第一整流二极管的输入端与所述交流电源的火线的连接点位于所述PFC电感与所述整流倍压模块之间,所述第二整流二极管的输入端与所述交流电源的零线连接,所述第一整流二极管的输出端、所述第二整流二极管的输出端均与所述IGBT驱动模块连接。
4.如权利要求3所述的PFC控制电路,其特征在于,所述PFC控制电路还包括熔断器;
所述第一整流二极管的输出端、所述第二整流二极管的输出端均通过所述熔断器与所述IGBT驱动模块的输入端连接。
5.如权利要求1或4所述的PFC控制电路,其特征在于,所述IGBT驱动模块包括:RC滤波电路、控制芯片、IGBT,所述RC滤波电路包括第一电容和第一电阻;
所述控制芯片的过流保护端分别连接所述第一电容的一端、所述第一电阻的一端,所述第一电阻的另一端与第二电阻的一端连接,所述第一电容的另一端与所述第二电阻的另一端接地;
所述控制芯片的驱动输出端通过第三电阻与所述IGBT的门极连接,所述IGBT的集电极与所述IGBT驱动模块的输入端连接,所述控制芯片的电源输入端连接在输入电源与第三电解电容的正极之间。
6.如权利要求1所述的PFC控制电路,其特征在于,所述电压采样模块包括:运算放大器;
所述运算放大器的同相输入端通过第四电阻与所述交流电源的火线连接,所述运算放大器的反相输入端通过第五电阻与所述交流电源的零线连接,所述运算放大器的输出端连接第六电阻的一端,所述第六电阻的另一端连接在所述第五电阻与所述运算放大器的反相输入端之间;
所述运算放大器的输出端通过第七电阻与所述MCU控制模块的信号输入端连接。
7.如权利要求6所述的PFC控制电路,其特征在于,所述运算放大器的第一检测电压端连接第八电阻的一端,所述第八电阻的另一端连接在所述第四电阻与所述运算放大器的同相输入端之间,且所述第八电阻的另一端通过第九电阻与第一检测电源连接,所述运算放大器的第二检测电压端与第二检测电源连接。
8.一种空调器,其特征在于,包括如权利要求1~7任一项所述的PFC控制电路。
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