CN214480257U - 一种有源pfc驱动电路及空调器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种有源PFC驱动电路及空调器，驱动电路包括：第一整流模块、PFC电抗器、第一晶体管、第二晶体管、MCU控制器、第二整流模块和负载模块。其中，通过MCU控制器控制两个晶体管的通断实现分流，并通过第二整流模块将电压提升到满足负载模块的需求，实现87V至127V交流电网电压的应用环境下，也能满足IGBT的温升需求和负载需求。此外，本实用新型能满足不同交流电压的电网，达到抬升电压及改善提高功率因数的目的提高灵活性和适用性。

Description

一种有源PFC驱动电路及空调器
技术领域
本实用新型涉及电子电路的技术领域，尤其涉及一种有源PFC驱动电路及空调器。
背景技术
现有变频室外主控板是采用有源PFC控制电路，该电路是通过MCU专用PWM控制端口控制单个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)的开闭，从而达到抬升电压及提高功率因数的目的。而在北美或加拿大等国家，其电网的单相电电压分别为100V～115V交流电网和220V～240V交流电网两种。当电网电压是220V～240V时，由于有源PFC控制电路采用单IGBT驱动，直流母线电压及IGBT的温升都能满足要求。但是当电网电压100V～115V时，有源PFC控制电路仍采用单个IGBT驱动，在相同的功率需求下，直流母线电压及IGBT的温升不能同时满足要求，同时IGBT通流量较大，还要支持压缩机高频大功率运行，会造成IGBT温升过高而超标炸毁。
实用新型内容
本实用新型提出一种有源PFC驱动电路及空调器，能满足不同交流电压的电网，提高灵活性和适用性。
为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种有源PFC驱动电路，包括：第一整流模块、PFC电抗器、第一晶体管、第二晶体管、MCU控制器、第二整流模块和负载模块；
其中，所述第一整流模块的第一端口与所述PFC电抗器的第一端口连接；所述第一整流模块的第二端口与第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极连接；
所述PFC电抗器的第二端口分别与所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极连接；
所述MCU控制器的PWM控制端口分别与所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极连接；
所述第二整流模块分别与所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极、所述负载模块连接；
所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为IGBT管，或者所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为MOSFET管。
进一步的，所述MCU控制器的PWM控制端口分别与所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极连接，具体为：
所述MCU控制器的PWM控制端口通过第一驱动电阻与所述第一晶体管的栅极连接；
所述MCU控制器的PWM控制端口通过第二驱动电阻与所述第二晶体管的栅极连接。
进一步的，所述有源PFC驱动电路还包括：第三电阻、第四电阻、第一二极管和第二二极管；
其中，所述第三电阻连接在所述第一晶体管的栅极和源极之间；
所述第四电阻连接在所述第二晶体管的栅极和源极之间；
所述第一二极管的正极与所述第一晶体管的源极连接，所述第一二极管的负极与所述第一晶体管的栅极连接；
所述第二二极管的正极与所述第二晶体管的源极连接，所述第二二极管的负极与所述第二晶体管的栅极连接。
进一步的，所述第二整流模块包括整流二极管和滤波电解电容；
所述第二整流模块分别与所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极、所述负载模块连接，具体为：
所述整流二极管的正极分别与所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极连接；
所述整流二极管的负极分别与所述滤波电解电容的正极、所述负载模块的第一端口连接；
所述滤波电解电容的负极分别与所述第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极、所述负载模块的第二端口连接。
进一步的，所述负载模块包括IPM单元和与所述IPM单元连接的变频压缩机。
进一步的，所述第一整流模块的第二端口与第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极连接，具体为：
所述第一整流模块的第二端口通过采样电阻器与第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极连接。
进一步的，所述第一整流模块为桥式整流电路。
进一步的，若所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为IGBT管，则所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极对应所述IGBT管的门极，所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极对应所述IGBT管的发射极，所述第一晶体管和所述第二晶体管的漏极对应所述IGBT管的集电极。
相应的，本实用新型实施例还提供了一种空调器，包括上述的有源PFC驱动电路。
本实用新型实施例提供了一种有源PFC驱动电路及空调器，驱动电路包括：第一整流模块、PFC电抗器、第一晶体管、第二晶体管、MCU控制器、第二整流模块和负载模块。其中，通过MCU控制器控制两个晶体管的通断实现分流，并通过第二整流模块将电压提升到满足负载模块的需求，实现在87V至127V交流电网电压的应用环境下，也能满足IGBT的温升需求和负载需求。此外，本实用新型能满足不同交流电压的电网，达到抬升电压及改善提高功率因数的目的提高灵活性和适用性。
附图说明
图1是本实用新型提供的有源PFC驱动电路的一种实施例的结构示意图；
图2是本实用新型提供的有源PFC驱动电路的另一种实施例的结构示意图；
图3是本实用新型提供的有源PFC驱动电路的又一种实施例的结构示意图。
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，本实用新型提供的有源PFC驱动电路的一种实施例的结构示意图。如图1所示，该电路包括：第一整流模块101、PFC电抗器102、MCU控制器103、第二整流模块104、负载模块105、第一晶体管106和第二晶体管107。
其中，第一整流模块101的第一端口与PFC电抗器102的第一端口连接。第一整流模块101的第二端口与第一晶体管106的源极、第二晶体管107的源极连接。PFC电抗器102的第二端口分别与第一晶体管106的漏极、第二晶体管107的漏极连接。MCU控制器103的PWM控制端口分别与第一晶体管106的栅极、第二晶体管107的栅极连接。第二整流模块104分别与第一晶体管106的漏极、第二晶体管107的漏极、负载模块105连接。
在本实施例中，驱动电路中的第一晶体管106和第二晶体管107并联连接，并通过MCU控制器103的同一个PWM控制端进行驱动，实现双晶体管的同步动作，达到共同分流的目的。此外，驱动电路能将交流电压110V通过第一整流模块101整流后，由MCU控制器103的高频开、关控制把电压提升到直流母线电压260VDC～330VDC以上，再通过第二整流模块104将其转换为可供负载使用电压。
在本实施例中，第一晶体管106和第二晶体管107同时为IGBT管，或者所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为MOSFET管。
为了更好的说明本实用新型的结构及工作原理，请参见图2，图2是本实用新型提供的有源PFC驱动电路的另一种实施例的电路结构示意图。本举例是以第一晶体管106和第二晶体管107同时为IGBT管的情况进行说明，而且若第一晶体管106和第二晶体管107同时为IGBT管，则第一晶体管106和第二晶体管107的栅极对应IGBT管的门极，源极对应IGBT管的发射极，漏极对应IGBT管的集电极。
如图2所示，第一晶体管106对应的IGBT管为Q1，第二晶体管107对应的IGBT管为Q2，图中的MCU控制器103为同一个元器件。驱动电路还包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管ZD1、第二二极管ZD2和采样电阻器RS。第二整流模块104包括整流二极管D和滤波电解电容C。负载模块105包括：IPM单元和与IPM单元连接的变频压缩机M。
在本举例中，MCU控制器103的PWM控制端口分别与第一晶体管106的栅极、第二晶体管107的栅极连接，具体为：MCU控制器103的PWM控制端口通过第一驱动电阻R1与第一IGBT(Q1)的门极连接；MCU控制器103的PWM控制端口通过第二驱动电阻R2与第二IGBT(Q2)的门极连接。
作为本实施例的一种举例，本发明的MCU控制器103也可以包括一个MCU总控制器和两个驱动芯片。MCU总控制器的PWM控制端口依次通过第一驱动芯片、第一驱动电阻R1与第一IGBT(Q1)的门极连接；MCU总控制器的PWM控制端口依次通过第二驱动芯片、第二驱动电阻R2与第二IGBT(Q2)的门极连接。
在本举例中，第三电阻R3连接在第一IGBT(Q1)的门极和发射极之间。第四电阻R4连接在第二IGBT(Q2)的门极和发射极之间。第一二极管ZD1的正极与第一IGBT(Q1)的发射极连接，第一二极管ZD1的负极与第一IGBT(Q1)的门极连接。第二二极管ZD2的正极与第二IGBT(Q2)的发射极连接，第二二极管ZD2的负极与第二IGBT(Q2)的门极连接。
在本举例中，第二整流模块104分别与第一晶体管106的漏极、第二晶体管107的漏极、负载模块105连接，具体为：
整流二极管D的正极分别与第一IGBT(Q1)的集电极、第二IGBT(Q2)的集电极连接；整流二极管D的负极分别与滤波电解电容C的正极、负载模块105的第一端口连接。滤波电解电容C的负极分别与第一IGBT(Q1)的发射极、第二IGBT(Q2)的发射极、负载模块105的第二端口连接。
在本举例中，整流二极管D可以但不限于为超快速恢复整流二极管。超快速恢复整流二极管可以为单个超快速恢复整流二极管，也可以由2个并联连接的超快速恢复整流二极管组成。滤波电解电容C的负极与位号Q1和Q2的IGBT发射极连接并共地。滤波电解电容C可以采用1个或2个以上电解电容器组成。
在本举例中，第一整流模块101的第二端口第一晶体管106的源极、第二晶体管107的源极连接，具体为：第一整流模块101的第二端口通过采样电阻器RS与第一IGBT(Q1)的发射极、第二IGBT(Q2)的发射极连接。第一整流模块101为桥式整流电路。第一整流模块101的第三端口为电源输入端口，用于接入外部交流电源。
在本举例中，以87V～127V交流电网为例，交流电通过桥式整流器整流，整流成脉动的直流电，该脉动直流电流过PFC电抗器102储能，通过MCU控制器103的PWM控制端口发出高速开、关指令，驱动信号同时通过电阻R1和电阻R2，从而同时驱动位号Q1的IGBT的门极和位号Q2的IGBT的门极，从而控制IGBT的通断。电流从IGBT的E极流向C极，可通过调整改变PWM高频的开、关指令频率，来改变脉冲电压的脉宽与幅值，由于使用Q1的IGBT和Q2的IGBT，驱动信号PWM的占空比可相对较小，即可达到高母线电压，电流流过超快速恢复整流二极管，给滤波电解电容C充电，提供低纹波的直流电压供IPM进行逆变成三相交流电，继而为变频压缩机提供驱动动能。此外，本举例通过采样电阻RS进行实时电流采样，对机器进行相关的限流和保护。
作为本实施例的另一种举例，以第一晶体管106和第二晶体管107同时为MOSFET管的情况进行说明。参见图3，图3是本实用新型提供的有源PFC驱动电路的又一种实施例的电路结构示意图。图3与图2的区别，除了第一晶体管和第二晶体管为MOSFET管外，还在负载的IPM单元上增加了采样电阻器RS2。本举例的工作原理如下：
在87V～127V交流电网中，交流电通过桥式整流器整流，整流成脉动的直流电，该脉动直流电流过PFC电抗器102储能，通过MCU控制器103的PWM控制端口发出高速开、关指令，驱动信号同时通过电阻R1和R2，从而同时驱动位号Q1的MOSFET的栅极G和位号Q2的MOSFET的栅极G，从而控制MOSFET的通断。电流从MOSFET的源极S流向漏极D，可通过调整改变PWM高频的开、关指令频率，来改变脉冲电压的脉宽与幅值，由于使用Q1的MOSFET和Q2的MOSFET，驱动信号PWM的占空比可相对较小，即可达到高母线电压，电流流过超快速恢复整流二极管，给滤波电解电容C充电，提供低纹波的直流电压供IPM进行逆变成三相交流电，提供驱动变频压缩机动能。此外，通过采样电阻RS2进行实时电流采样，对空调器进行相关的限流和保护。
相应的，本实用新型实施例还提供了一种空调器，空调器采用上述的有源PFC驱动电路。
空调器可以但不限于为变频分体式空调、变频一体式空调，一体式空调包括窗机、移动空调等。
综上，本实用新型采用单片机同步控制双IGBT管或MOSFET管开、关，提高改善功率因数同时，提高直流母线电压。直流母线电压可以提高到260VDC～330VDC，使变频压缩机可高频率大功率运行，满足能力要求，而且通过双IGBT分流，能够解决IGBT温升过高的问题。
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 (9)

1.一种有源PFC驱动电路，其特征在于，包括：第一整流模块、PFC电抗器、第一晶体管、第二晶体管、MCU控制器、第二整流模块和负载模块；
其中，所述第一整流模块的第一端口与所述PFC电抗器的第一端口连接；所述第一整流模块的第二端口与第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极连接；
所述PFC电抗器的第二端口分别与所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极连接；
所述MCU控制器的PWM控制端口分别与所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极连接；
所述第二整流模块分别与所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极、所述负载模块连接；
所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为IGBT管，或者所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为MOSFET管。
2.根据权利要求1所述的有源PFC驱动电路，其特征在于，所述MCU控制器的PWM控制端口分别与所述第一晶体管的栅极、所述第二晶体管的栅极连接，具体为：
所述MCU控制器的PWM控制端口通过第一驱动电阻与所述第一晶体管的栅极连接；
所述MCU控制器的PWM控制端口通过第二驱动电阻与所述第二晶体管的栅极连接。
3.根据权利要求2所述的有源PFC驱动电路，其特征在于，还包括：第三电阻、第四电阻、第一二极管和第二二极管；
其中，所述第三电阻连接在所述第一晶体管的栅极和源极之间；
所述第四电阻连接在所述第二晶体管的栅极和源极之间；
所述第一二极管的正极与所述第一晶体管的源极连接，所述第一二极管的负极与所述第一晶体管的栅极连接；
所述第二二极管的正极与所述第二晶体管的源极连接，所述第二二极管的负极与所述第二晶体管的栅极连接。
4.根据权利要求3所述的有源PFC驱动电路，其特征在于，所述第二整流模块包括整流二极管和滤波电解电容；
所述第二整流模块分别与所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极、所述负载模块连接，具体为：
所述整流二极管的正极分别与所述第一晶体管的漏极、所述第二晶体管的漏极连接；
所述整流二极管的负极分别与所述滤波电解电容的正极、所述负载模块的第一端口连接；
所述滤波电解电容的负极分别与所述第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极、所述负载模块的第二端口连接。
5.根据权利要求4所述的有源PFC驱动电路，其特征在于，所述负载模块包括IPM单元和与所述IPM单元连接的变频压缩机。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的有源PFC驱动电路，其特征在于，所述第一整流模块的第二端口与第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极连接，具体为：
所述第一整流模块的第二端口通过采样电阻器与第一晶体管的源极、所述第二晶体管的源极连接。
7.根据权利要求6所述的有源PFC驱动电路，其特征在于，所述第一整流模块为桥式整流电路。
8.根据权利要求1至5任意一项所述的有源PFC驱动电路，其特征在于，若所述第一晶体管和所述第二晶体管同时为IGBT管，则所述第一晶体管和所述第二晶体管的栅极对应所述IGBT管的门极，所述第一晶体管和所述第二晶体管的源极对应所述IGBT管的发射极，所述第一晶体管和所述第二晶体管的漏极对应所述IGBT管的集电极。
9.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的有源PFC驱动电路。
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