CN211791256U - 功率因素校正电路、空调控制器及空调 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种功率因素校正电路、空调控制器及空调，电路包括储能电感、第一二极管、储能电容、开关器件以及驱动模块；储能电感的一端与整流模块的正极连接，储能电感的另一端与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与储能电容的正极连接，储能电容的负极与整流模块的负极连接；开关器件的高电压端与第一二极管的正极连接，开关器件的低电压端与整流模块的负极连接；驱动模块的驱动信号输出端与开关器件的控制端连接，用于根据驱动模块信号输入端接收的控制信号控制开关器件导通或者关断；其中，第一二极管为碳化硅二极管，开关器件为碳化硅MOSFET，控制信号的频率大于或者等于50KHz。本方案能够减小空调控制器的体积。

Description

功率因素校正电路、空调控制器及空调

技术领域

本实用新型涉及空调设备技术领域，具体而言，涉及一种功率因素校正电路、空调控制器及空调。

背景技术

空调外机的控制器中包括功率因素校正电路和散热器，通常而言，功率因素校正电路中包括IGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、二极管、功率因素校正电感等。功率因素校正电路的开关频率一般是20KHz或者40KHz，并且功率因素校正电路中的IGBT、二极管都是硅材料。当控制器在工作时，硅材料的器件会产生较大的损耗，因而需要设置体积较大的散热器，此外还需要配置体积较大的电感或者配置体积较大的PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)，这样就会导致外机的整个控制器的体积偏大。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是如何减小空调外机上的控制器的体积。

为解决上述问题，本申请提供了一种功率因素校正电路，所述电路包括储能电感、第一二极管、储能电容、开关器件以及驱动模块；

所述储能电感的一端与整流模块的正极连接，所述储能电感的另一端与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极与所述储能电容的正极连接，所述储能电容的负极与所述整流模块的负极连接；

所述开关器件的高电压端与所述第一二极管的正极连接，所述开关器件的低电压端与所述整流模块的负极连接；

所述驱动模块的驱动信号输出端与所述开关器件的控制端连接，用于根据驱动模块信号输入端接收的控制信号控制所述开关器件导通或者关断；

其中，所述第一二极管为碳化硅二极管，所述开关器件为碳化硅MOSFET，所述控制信号的频率大于或者等于50KHz。

可选地，所述控制信号的频率为60KHz-80KHz。

可选地，所述储能电容包括第一储能电容和第二储能电容；

所述第一储能电容的正极与所述第一二极管的负极连接，所述第一储能电容的负极连接地线；

所述第二储能电容的正极与所述第一二极管的负极连接，所述第二储能电容的负极连接地线。

可选地，所述电路还包括第一限流电阻，所述第一限流电阻的一端与所述开关器件的控制端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述驱动模块的驱动信号输出端连接。

可选地，所述电路还包括第二二极管以及第二限流电阻，所述第二二极管的正极与所述开关器件的控制端连接，所述第二二极管的负极通过所述第二限流电阻与所述驱动模块的驱动信号输出端连接，其中，第二限流电阻的阻值小于第一限流电阻的阻值。

可选地，所述驱动模块包括钳位信号输出端，所述钳位信号输出端与所述开关器件的控制端连接，用于在所述驱动信号输出端输出低电平时，将所述控制端与地线连接，其中，在所述驱动信号输出端开始输出低电平的预设时长后，所述钳位信号输出端输出低电平。

可选地，所述电路还包括第一电容，所述第一电容连接在所述开关器件的低电压端与所述开关器件的控制端之间。

可选地，所述电路还包第二电容和第三电容，所述驱动模块包括第一接地端和第一供电端；

所述驱动模块的第一接地端与所述第二电容一端连接，所述第二电容的另一端连接第一电源；

所述驱动模块的第一接地端与所述第三电容一端连接，所述第三电容的另一端连接所述第一电源；

所述驱动模块的第一接地端还连接地线，驱动模块的第一供电端连接所述第一电源。

可选地，所述电路还包括第四电容，所述第四电容的一端与所述驱动模块的信号输入端连接，所述第四电容的另一端连接地线。

可选地，所述驱动模块中设置有耦合器，所述耦合器的输入端与所述驱动模块的信号输入端连接，所述耦合器的输出端与所述驱动模块的驱动信号输出端连接，用于将所述信号输入端接收到的控制信号耦合至所述驱动信号输出端。

本申请的另一目的在于提供一种空调控制器，所述空调控制器包括整流模块、散热器以及本申请任一项所述的功率因素校正电路，所述功率因素校正电路的电压输入端与所述整流模块的输出端连接，所述散热器用于为所述功率因素校正电路以及所述整流模块散热。

本申请的另一目的在于提供一种空调，所述空调包括空调控制器，所述空调控制器包括如本申请任一项所述的功率因素校正电路。

相对于现有技术而言，本申请具有以下有益效果：

本申请实施例提供的功率因素校正电路、空调控制器及空调中，采用频率为50KHz以上的控制信号控制开关器件MOS1，并且将第一二极管D1设置为碳化硅(SiC)二极管，将开关器件MOS1设置为碳化硅(SiC)MOSFET，使得PFC电路中的器件的损耗相对减小，PFC电路所产生的热量也就减上，从而可以采用更小的散热器，进而达到减小控制器的体积的目的。

附图说明

图1为本申请实施例提供的PFC电路的结构示意图一；

图2为本申请实施例提供的PFC电路的结构示意图二；

图3为本申请实施例提供的PFC电路的结构示意图三；

图4为本申请实施例提供的PFC电路的结构示意图四。

具体实施方式

对于空调而言，其外机的控制器中包括散热器和PFC(Power Factor Correction，功率因素校正)电路等结构。PFC电路中包括三个主要器件，分别是IGBT、二极管和用于功率因素校正的电感。

在一种实施方式中，IGBT和二极管都是使用传统的硅材料半导体，并且开关频率为20KHz-40KHz，因此，在该频率范围内，IGBT、二极管的损耗都比较大，因此需要配置大功率的散热器，大功率的散热器的体积较大，因此会导致控制器的体积偏大。而对于IGBT、二极管而言，其自身体积也比较大，因此，也会导致控制器的体积偏大。

此外，当开关频率是20KHz-40KHz时，需要采用的电感比较大，该电感的尺寸也就非常大，因此，这也进一步导致了控制器的体积增大。例如，开关频率为20KHz时，所配置的电感不能放置在PCB上，使得控制器的体积进一步增大；又如，当开关频率为40KHz时，所配置的电感能够放置在PCB上，但是由于电感的体积较大，就需要更大的PCB板来放置电感，从而进一步导致控制器的体积增大。

总而言之，上述控制器存在体积偏大的问题。为了解决该问题，本申请中提出了一种功率因素校正电路。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

请参照图1所示，功率因素校正电路(以下简称PFC电路)包括储能电感L1、第一二极管D1、储能电容、开关器件MOS1以及驱动模块；储能电感L1的一端与整流模块的正极连接，储能电感L1的另一端与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与储能电容的正极连接，储能电容的负极与整流模块的负极连接；储能电容的正极还可以连接直流电压输出端口+DC。

开关器件MOS1的高电压端与第一二极管D1的正极连接，开关器件MOS1的低电压端与整流模块的负极连接；开关器件MOS1的控制端与驱动模块的驱动信号输出端OUT连接。其中，第一二极管D1为碳化硅二极管，例如肖特基二极管，开关器件MOS1为碳化硅MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)，控制信号的频率大于或者等于50KHz。

当控制开关器件MOS1导通或者关断时，驱动模块的信号输入端INA输入控制信号，驱动模块的驱动信号输出端OUT则输出与控制信号对应的驱动信号从而驱动开关器件MOS1导通或者关断。

本实施例中，驱动模块的信号输入端INA上可以连接一个控制信号输入端口PFC_IN，驱动模块可以采用可以驱动碳化硅MOSFET的驱动芯片U1，例如，该驱动芯片U1可以是罗姆厂家生产的型号为BM61S 41RFV的驱动芯片U1，控制信号可以是PWM信号。

本实施例中，采用频率为50KHz以上的控制信号控制开关器件MOS1，并且将第一二极管D1设置为碳化硅(SiC)二极管，将开关器件MOS1设置为碳化硅(SiC)MOSFET，使得PFC电路中的器件的损耗相对减小，PFC电路所产生的热量也就减上，从而可以采用更小的散热器，进而达到减小控制器的体积的目的。

此外，碳化硅(SiC)二极管相对于硅材料制作的二极管，体积更小，碳化硅(SiC)MOSFET相对于硅材料的IGBT，体积也更小，因此，采用碳化硅(SiC)二极管和碳化硅(SiC)MOSFET分别对应替代硅材料的二极管和硅材料的IGBT，也能够使得控制器的体积更小。

本实施例中，由于采用了频率更高的控制信号，因此，PFC电路中的储能电感L1就能够采用更小的电感，这样，储能电感L1的体积就更小，储能电感L1在控制器中所占用的空间更少，从而使得控制器的体积更小。

本实施例中，由于碳化硅材料与硅材料相比，具有低导通电阻性、厚度薄的漂移层实现高耐压，且在击穿场强、禁带宽度、电子饱和速度、高频特性、耐高温以及热导率方面有非常明显优势，因此碳化硅器件能实现电力电子系统高效率、小型化和轻量化，因此，本实施例中，采用碳化硅二极管和碳化硅MOSFET还可以达到高效以及驱动可靠的目的。

本实施例中，开关器件MOS1的控制端即MOSFET的栅极G，开关器件MOS1的高电压端即MOSFET的漏极D，开关器件MOS1的低电压端即MOSFET的源极S。为了方便描述，在以下的描述中以栅极G代替控制端，以漏极D代替高电压端，以源极S代替低电压端。

可选地，本实施例中，控制信号的频率为60KHz-80KHz。

本实施例中，控制信号的频率采用60KHz-80KHz，这样，既可以减小器件的损耗，又能够使开关器件MOS1和第一二极管D1的损耗保持在一个合理的范围内，进而减小能源损耗的，同时，能够使散热器的体积更小，还能使控制器的体积更加小。

可以理解的是，本实施例中，储能电容可以仅包括一个电容，也包括两个或者两个以上的电容。

当储能电容包括两个电容时，在一种实施方式中，储能电容包括第一储能电容+E1和第二储能电容+E2；第一储能电容+E1的正极与第一二极管D1的负极连接，第一储能电容+E1的负极连接地线；第二储能电容+E2的正极与第一二极管D1的负极连接，第二储能电容+E2的负极连接地线。

其中，第一储能电容+E1和第二储能电容+E2可以是电解电容。

本实施例中，在PFC电路中设置两个储能电容(第一储能电容+E1和第二储能电容+E2)，通过两个储能电容来实现储能，相较于设置一个储能电容而言，两个储能电容中每个储能电容的高度可以相对设置一个储能电容时更小，从而可以减小控制器的高度。

可选地，本实施例中，电路还包括第一限流电阻，第一限流电阻的一端与开关器件MOS1的栅极G连接，第一限流电阻的另一端与驱动模块的驱动信号输出端OUT连接。

不难理解的是，本实施例中，第一限流电阻可以由多个电阻通过串和/或并联等方式组成，第一限流电阻的阻值，可以根据实际需要设置。例如，第一限流电阻可以由第一电阻R1和第二电阻R2并联而成，此时，可以将第一电阻R1的阻值设置为20欧姆，将第二电阻R2的阻值设置为20欧姆。

本实施例中，本实施例中，在开关器件MOS1的栅极G和驱动模块的驱动信号输出端OUT之间设置第一限流电阻，可以限制流经开关器件MOS1上的电流的大小，从而更好地保护开关器件MOS1。

请参照图2，可选地，本实施例中，电路还包括放电回路，放电回路与第一限流电阻并联。放电回路中包括第二二极管D2以及第二限流电阻，第二二极管D2的正极与开关器件MOS1的栅极G连接，第二二极管D2的负极通过第二限流电阻与驱动模块的驱动信号输出端OUT连接，其中，第二限流电阻的阻值小于第一限流电阻的阻值。

不难理解的是，本实施例中，第二限流电阻可以由多个电阻通过串和/或并联等方式组成，第二限流电阻的阻值，可以根据实际需要设置。例如，第二限流电阻可以由第三电阻R3和第四电阻R4并联而成，此时，可以将第三电阻R3的阻值设置为10欧姆，将第四电阻R4的阻值设置为10欧姆。

本实施例中，第二二极管D2和第二限流电阻串联后的结构与第一限流电阻并联，由于第二限流电阻的阻值小于第一限流电阻，这样，当开关器件MOS1关断的瞬间，由开关管的寄生电容所产生的电流依次经过第二二极管D2和第二限流电阻构成放电回路，放电的速度比仅设置第一限流电阻时更快，因此，能够加快开关器件MOS1的关断速度，使得开关管的关断时间更短，减少电路的损耗。

可选地，本实施例中，驱动模块包括钳位信号输出端MC，钳位信号输出端MC与开关器件MOS1的栅极G连接，用于在驱动信号输出端OUT输出低电平时，将驱动信号输出端OUT与地线连接，其中，在驱动信号输出端OUT开始输出低电平的预设时长后，钳位信号输出端MC输出低电平。

当开关器件MOS1关断时，开关器件MOS1的寄生电容在栅极G产生的电流流经第一限流电阻或者第二限流电阻后，可能会使得开关器件MOS1的栅极G和源极S之间产生电压差，从而导致开关器件MOS1误导通。因此，本实施例中，采用具有钳位功能的驱动模块，并将开关器件MOS1的钳位端与开关器件MOS1的栅极G连接，从而可以在开关器件MOS1导通后的极短时间内，将开关器件MOS1的栅极G的电压拉低，进而避免开关器件MOS1误导通，提高PFC电路的稳定性。

本实施例中，驱动模块可以是具有米勒钳位功能的芯片，该芯片能够在驱动信号输出端OUT开始输出低电平的一段时间(预设时长)后使钳位信号输出端MC的电位变为低电平。

请参照图3，可选地，本实施例中，电路还包括第一电容C1，第一电容C1连接在开关器件MOS1的源极S与开关器件MOS1的栅极G之间。

本实施例中，在开关器件MOS1的源极S和开关器件MOS1的栅极G之间设置第一电容C1，当栅极G的电压增大时，第一电容C1可以延缓电压增大的时间，让开关器件MOS1的导通时间变慢，此外，第一电容C1还可以在栅极G电压增大时，降低电压增大的速度，在栅极G电压减小时，降低电压减小的速度，从而可以减小栅极G上的电压震荡，防止开关器件MOS1误导通。

可选地，本实施例中，开关器件MOS1的源极S和栅极G之间，还可以设置第五电阻R5。

本实施例中，在开关器件MOS1的源极S和栅极G之间设置第五电阻R5，第五电阻R5连接开关器件MOS1源极S的一端实际上连接地线，可以进一步确保开关管正常工作。例如，当开关器件MOS1关断时，开关器件MOS1的栅极G与驱动模块的驱动信号输出端OUT之间不能导通时，则开关器件MOS1的栅极G的寄生电容可以通过第五电阻R5形成放电回路。

可选地，本实施例中，开关器件MOS1的源极S和栅极G之间，还可以设置稳压二极管ZD，稳压二极管ZD的正极与开关器件MOS1的源极S连接，稳压二极管ZD的负极与开关器件MOS1的栅极G连接。

本实施例中，设置稳压二极管ZD可以避免栅极G电压过高的情况，防止电压震荡时开关器件MOS1被击穿。

请参照图4，可选地，本实施例中，电路还包第二电容C2和第三电容C3，驱动模块包括第一接地端GND1和第一供电端VCC1；第一接地端GND1可以为两个。驱动模块的第一接地端与第二电容C2一端连接，第二电容C2的另一端连接第一电源；驱动模块的第一接地端与第三电容C3一端连接，第三电容C3的另一端连接第一电源；驱动模块的第一接地端还连接地线，驱动模块的第一供电端VCC1与第一电源连接。

本实施例中，第一电源的输出电压可以是+5V。

本实施例中，在驱动模块的接地端上连接第二电容C2和第三电容C3，在第二电容C2和第三电容C3远离第一接地端的一侧连接第一供电端VCC1，并将第一供电端VCC1与第一电源连接，这样可以使得驱动模块工作更加稳定。可选地，本实施例中，电路还包括第四电容C4，第四电容C4的一端与驱动模块的信号输入端INA连接，第四电容C4的另一端连接地线。

本实施例中，设置第四电容C4，可以减小信号输入端INA上输入的信号的震荡，使驱动模块工作更加稳定。

本实施例中，信号输入端INA上还可以连接第六电阻R6，并通过第六电阻R6接地。

本实施例中，还可以在信号输入端INA上设置第七电阻R7，控制信号通过第七电阻R7输入驱动模块。

本实施例中，驱动模块还可以包括另一个信号输入端INB，还可以在驱动模块的信号输入端INB上设置第八电阻R8，信号输入端INB通过第八电阻R8接地。

本实施例中，设置第八电阻R8可以减小驱动模块受到的干扰。

本实施例中，驱动模块还包括第二供电端VCC2，第二供电端连接第二电源。第二供电端还连接第三储能电容+E3、第五电容C5和第六电容C6，并通过第三储能电容+E3、第五电容C5和第六电容C6连接地线GND。

本实施例中，第二电源的输出电压可以是18V。

本实施例中，在第二供电端上连接并联的第三储能电容+E3、第五电容C5和第六电容C6，可以使得驱动模块输出电压更加稳定。

本实施例中，驱动模块还可以包括两个第二接地端GND2，两个接地端均连接地线GND。

可选地，本实施例中，驱动模块中设置有耦合器，耦合器的输入端与驱动模块的信号输入端INA连接，耦合器的输出端与驱动模块的驱动信号输出端OUT连接，用于将信号输入端接收到的控制信号耦合至驱动信号输出端OUT。

本实施例中，通过耦合器耦合控制信号，可以减小干扰，使得PFC电路工作更加稳定。

本实施例中，还可以设置第七电容C7，第七电容C7一端连接在储能电感L1和整流模块正极之间，第七电容C7另一端连接地线。

本实施例中，设置第七电容C7，可以对整流模块输出电压进行滤波，使得PFC电路更加稳定。

本实施例中，还可以设置压敏电阻RV。在整流模块输出的电压过高时，压敏电阻RV的阻值迅速减小，从而将后续电流短路，更好地保护PFC电路。

本实施例中，整流模块可以是桥式整流电路BG，桥式整流电路BG包括第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6。其中，第三二极管D3的正极连接地线，第三二极管D3的负极连接第四二极管D4的正极，第四二极管D4的负极连接储能电感L1。第五二极管D5的正极连接地线，第五二极管D5的负极连接第六二极管D6的正极，第六二极管D6的负极连接储能电感L1。

申请实施例还提供了一种空调控制器，空调控制器包括整流模块、散热器以及如本实施例任一项的功率因素校正电路，功率因素校正电路的电压输入端与整流模块的输出端连接，散热器用于为功率因素校正电路以及整流模块散热。

本实施例中，由于采用了本实施例中的PFC电路，从而使得整个空调控制器的体积更小。

本申请实施例还提供了一种空调，空调包括空调控制器，空调控制器包括如本申请任一项的功率因素校正电路。

本实施例中的空调，由于采用了具有本实施例中PFC电路的空调控制器，因此，该空调整体体积更小。

综上所述，本申请中，采用频率为50Hz以上的控制信号控制开关器件MOS1，并且将第一二极管D1设置为碳化硅(SiC)二极管，将开关器件MOS1设置为碳化硅(SiC)MOSFET，从而能够减小空调控制器的体积。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (12)

1.一种功率因素校正电路，其特征在于，所述电路包括储能电感、第一二极管、储能电容、开关器件以及驱动模块；

所述储能电感的一端与整流模块的正极连接，所述储能电感的另一端与所述第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极与所述储能电容的正极连接，所述储能电容的负极与所述整流模块的负极连接；

所述开关器件的高电压端与所述第一二极管的正极连接，所述开关器件的低电压端与所述整流模块的负极连接；

所述驱动模块的驱动信号输出端与所述开关器件的控制端连接，用于根据驱动模块信号输入端接收的控制信号控制所述开关器件导通或者关断；

其中，所述第一二极管为碳化硅二极管，所述开关器件为碳化硅MOSFET，所述控制信号的频率大于或者等于50KHz。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制信号的频率为60KHz-80KHz。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述储能电容包括第一储能电容和第二储能电容；

所述第一储能电容的正极与所述第一二极管的负极连接，所述第一储能电容的负极连接地线；

所述第二储能电容的正极与所述第一二极管的负极连接，所述第二储能电容的负极连接地线。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第一限流电阻，所述第一限流电阻的一端与所述开关器件的控制端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述驱动模块的驱动信号输出端连接。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第二二极管以及第二限流电阻，所述第二二极管的正极与所述开关器件的控制端连接，所述第二二极管的负极通过所述第二限流电阻与所述驱动模块的驱动信号输出端连接，其中，第二限流电阻的阻值小于第一限流电阻的阻值。

6.根据权利要求4或者5所述的电路，其特征在于，所述驱动模块包括钳位信号输出端，所述钳位信号输出端与所述开关器件的控制端连接，用于在所述驱动信号输出端输出低电平时，将所述控制端与地线连接，其中，在所述驱动信号输出端开始输出低电平的预设时长后，所述钳位信号输出端输出低电平。

7.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第一电容，所述第一电容连接在所述开关器件的低电压端与所述开关器件的控制端之间。

8.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述电路还包第二电容和第三电容，所述驱动模块包括第一接地端和第一供电端；

所述驱动模块的第一接地端与所述第二电容一端连接，所述第二电容的另一端连接第一电源；

所述驱动模块的第一接地端与所述第三电容一端连接，所述第三电容的另一端连接所述第一电源；

所述驱动模块的第一接地端还连接地线，驱动模块的第一供电端连接所述第一电源。

9.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述电路还包括第四电容，所述第四电容的一端与所述驱动模块的信号输入端连接，所述第四电容的另一端连接地线。

10.根据权利要求1-5任一项所述的电路，其特征在于，所述驱动模块中设置有耦合器，所述耦合器的输入端与所述驱动模块的信号输入端连接，所述耦合器的输出端与所述驱动模块的驱动信号输出端连接，用于将所述信号输入端接收到的控制信号耦合至所述驱动信号输出端。

11.一种空调控制器，其特征在于，所述空调控制器包括整流模块、散热器以及如权利要求1-10任一项所述的功率因素校正电路，所述功率因素校正电路的电压输入端与所述整流模块的输出端连接，所述散热器用于为所述功率因素校正电路以及所述整流模块散热。

12.一种空调，其特征在于，所述空调包括空调控制器，所述空调控制器包括如权利要求1-10任一项所述的功率因素校正电路。

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