CN102624203A - 变频调速器及变频空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变频调速器及变频空调器。该变频调速器包括功率因数校正电路和带有逆变器的逆变电路，所述功率因数校正电路和所述逆变电路相集成。本发明的变频空调器包括有上述的变频调速器。本发明与传统分立器件方案相比，功率器件高度集成，降低了导线上的寄生参数，噪声电压也大大降低；各功率器件集成在模块内同一基板上，提高了生产效率，且增强了模块的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及空调领域，具体地，涉及一种变频调速器及变频空调器。
背景技术
目前，家用变频空调中已经广泛采用交直交变频驱动方案，由于采用了传统的不可控整流，空调整机交流输入侧谐波含量大，造成电网重度污染；产品认证对谐波电流有严格的技术指标要求；直流侧电压不稳定影响空调产品的性能。
为解决此类问题，在直流侧前级增加功率因数校正是当前业界广泛的做法。现在的空调产品中多是采用分立绝缘栅双极型晶体管IGBT+快恢复二极管+智能功率模块来实现前级功率因数校正，后级逆变构成整个变频调速系统。图1和图2示出目前较为成熟的采用分立器件实现的带有功率因数校正功能的变频调速方案，参见图1和图2，此方案的较多功率器件在生产及装配过程中存在一定的问题：如功率器件安装高度统一及器件定位问题，为了保证安装高度需要采用特殊的定高工装，操作过程中严重影响生产效率；其次若安装高度不能完全匹配，各功率器件散热面将不在同一平面，安装螺钉定位造成器件引脚受力变形，同时模块散热会受到严重影响，扭曲的引脚和散热不良导致器件损坏的可能性增大；另外由于器件外形封装的限制和电器盒机构的影响导致功率器件引脚之间走线加长，过长的走线使线路上的寄生电感、电容增加，高速变化的电流信号使线路上产生较大的噪声电压，噪声电压的尖峰对器件的耐压提出了更高的要求，同时此噪声电压也是较大的干扰源，扩散在整个控制器电路中，控制系统的抗干扰能力需要进一步加强。
现有技术中，对于上述噪声电压大，装配复杂的问题，目前尚未提出有效解决方案。
发明内容
本发明的目的是提出一种变频调速器及变频空调器，用于解决现有技术中存在的噪声电压大、装配复杂的问题。
根据本发明的一个方面，提供了一种变频调速器，采用以下技术方案：
变频调速器包括功率因数校正电路和带有逆变器的逆变电路，所述功率因数校正电路和所述逆变电路相集成。
进一步地，所述变频调速器还包括：驱动及保护电路，包括驱动电路，其中，所述驱动电路包括功率因数校正驱动电路和逆变器驱动电路；其中，所述功率因数校正驱动电路连接于所述功率因数校正电路中的驱动电阻，所述逆变器驱动电路连接于所述逆变电路中的驱动电阻。
进一步地，所述驱动及保护电路还包括：过电流保护电路，连接与所述功率因数校正电路和所述逆变电路；以及温度过载保护电路，包括温度保护输出端，所述温度过载保护电路通过热敏电阻连接所述温度保护输出端。
进一步地，所述保护电路包括以下任意一个或多个端口：故障信号输出及使能端口；功率因数校正过流保护输入端口；以及逆变器过流保护输入端口。
进一步地，所述驱动电路具有逆变器驱动信号输入端和功率因数校正驱动信号输入端。
进一步地，所述逆变器驱动信号输入端包括：上桥臂驱动信号端和下桥臂驱动信号端。
根据本发明的另一个方面，提供了一种变频空调器，该变频空调器包括所述变频调速器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：与传统分立器件方案相比，功率器件高度集成，降低了导线上的寄生参数，噪声电压也大大降低；各功率器件集成在模块内同一基板上，提高了生产效率，且增强了模块的可靠性。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明背景技术所述的分立器件的变频调速系统结构示意图；
图2是将图1中变频调速器的部分具体示出的结构图；
图3是根据本发明实施例的变频调速器内部主要电路图；
图4是根据本发明实施例的变频调速器的具体内部电路图；
图5是根据本发明图4实施例的变频调速器的模块图；以及
图6是根据本发明实施例的驱动及保护电路的具体内部模块图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请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发明。
图3是根据本发明实施例的变频调速器的主要结构图，参见图3所示，变频调速器201包括功率因数校正电路2011和带有逆变器(图中未示)的逆变电路2012，功率因数校正电路2011和逆变电路2012集成在一个模块上。这种将功率因数校正电路2011和逆变电路2012集成在一个模块上与传统分立器件方案相比，功率器件高度集成，器件所占印制电路板的面积大大减小，降低了印制板的成本；功率器件之间距离较短，减小了器件引脚之间的导线长度，降低了导线上的寄生参数，噪声电压也大大降低；各功率器件集成在模块内同一基板上，经过环氧树脂封装后，生产过程中直接将模块固定于散热器上，大大降低了模块安装定位难度，提高了生产效率，且模块与散热器贴合紧密，有利于模块散热，增强了模块的可靠性。
优选地，针对上述方案提出一种集成电路设计方案，将功率因数校正(PFC)部分与逆变模块部分高度集成为一个新的功率模块并设计出逆变部分和功率因数校正部分驱动、过电流保护及故障信号输出。图4是根据本发明实施例的变频调速器的具体内部电路图，由功率因数校正电路2011、逆变电路2012、驱动及保护电路2013组成。功率因数校正(PFC)驱动信号及逆变驱动信号由主控芯片经过采样、计算得到，各种保护信号由模拟保护电路完成。
优选地，功率因数校正(PFC)电路2011由绝缘栅双极型晶体管、两只快恢复二极管及驱动电阻组成。
优选地，逆变电路由六只绝缘栅双极型晶体管、六只快恢复二极管及驱动电阻组成。
优选地，驱动电路由PFC驱动、逆变器驱动电路组成
优选地，保护电路由PFC过电流、逆变器过电流和温度过载保护电路组成。
具体参见图4-5所示，变频调速器由三部分组成：
功率因数校正电路部分(S1)包括：绝缘栅双极型晶体管Q7，快恢复二极管D7与D8，栅极驱动电阻R7；
逆变电路(S2)包括：绝缘栅双极型晶体管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，快恢复二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，栅极驱动电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6，逆变器输出端U(13)、V(9)、W(5)，低端发射极输出端VRU(22)、VRV(21)、VRW(20)；
驱动部分(S3)包括：逆变器六路驱动信号：HIN1(23)、HIN2(24)、HIN3(25)、LIN1(26)、LIN2(27)、LIN3(28)，功率因数校正驱动信号PFC-in(29)，高端浮动电源端VB1(12)、VB2(8)、VB3(9)，自举电容C4、C5、C6；保护电路部分包括逆变器过流保护输入ITRIP(32)、功率因数校正(PFC)过流保护输入PFCTRIP(31)、故障输出及使能端
(30)；低端电源和地VCC(34)、VSS(35)；温度保护输出端TH。
图4中，各管脚定义如下：
上述将功率因数校正电路2011和逆变电路2012集成在一个模块上的优势为：
低电压封锁输出；驱动功率器件的电压过低对模块的工作是非常不利的，低电压封锁通过设置一个电压滞回比较器确保模块低端电源和高端浮动电源工作在理想电压下，如VCC或VBS电压大于电压滞回比较器的上限值Va模块驱动信号正常输出，若VCC或VBS电压小于电压滞回比较器的下限值Vb模块封锁所有驱动信号。
防直通逻辑电路；为了防止逆变器同一桥臂上下两只功率器件直通，造成模块短路，模块内置防直通逻辑电路，当上下桥臂输入信号同时有效时，封锁模块内部的驱动信号。
内部集成自举二极管；新型智能功率模块将逆变器高端驱动的自举二极管集成在模块内部，减小了模块外围走线，使硬件设计更简单、可靠。
逆变器及功率因数校正过电流保护；模块外部可以搭建电流检测电路检测逆变器及功率因数校正电流，检测电路将电流信号转化为电压信号Vx1和Vx2，并将这两个信号分别接入模块的ITRIP管脚和PFCTRIP管脚，运行中一旦出现电流过大，Vx1大于ITRIP管脚的阈值电压或者Vx2大于PFCITRIP管脚的阈值电压，模块内部封锁各路驱动信号并通过
管脚向主控芯片发送故障信号。
故障信号输出；故障信号输出管脚为一漏极开路、栅极可控的MOSFET，当模块发生故障向主控芯片报警时，模块内部驱动MOSFET栅极，漏极管脚电压拉低以此来达到故障信号输出的目的。参见图4，驱动及保护电路模块设有VS1、VS2及VS3三相自举信号。
上电复位与内置固定故障清除延时；上电复位电路由R9、C3组成，上电时电源VCC通过电阻R9对电容C3充电，当电容C3上电压低于阈值Vc时模块封锁各路驱动信号，当电容C3上电压高于阈值Vc时模块解除封锁。当模块内部发生故障，模块封锁各路驱动信号并通过
向主控芯片报警的同时，电容C3上的电压被强制放掉，故障清除后，C3通过R9继续充电，当电容C3上电压高于阈值Vc时模块解除封锁，电容C3的充电时间即故障清除延时，通过设计这一延时可以设定故障信号的有效宽度便于主控芯片识别。
内置温度检测电阻，进行过温、过载保护；模块内部内置了一只NTC热敏电阻，通过在模块外侧接入上拉电路来检测模块内部晶圆的温度，模块温度越高热敏电阻上的电压越低，通过温度检测可以有效的进行过温及过载保护，提高模块的可靠性。
模块内部功率器件及控制电路的排布设计直接影响了模块的温度特性及模块的可靠性，功率因数校正电路因其工作在较高的开关频率，功率器件工作中产生的较大的du/dt和di/dt一直是噪声的主要产生源，功率器件引脚之间走线的长度直接影响噪声的程度。
具体参见图6所示，图6是根据本发明实施例的驱动及保护电路的具体内部模块图，驱动及保护电路具体包括驱动电路，过电流保护电路以及温度过载保护电路，其中，过电流保护电路的外接端口，故障信号输出及使能端口；功率因数校正过流保护输入端口；以及逆变器过流保护输入端口分别连接检测装置，用于对功率因数校正电路及逆变电路进行检测；温度过载保护电路通过热敏电阻，对上述电路进行检测。
因此可以看出，与传统分立器件方案相比，功率器件高度集成，降低了导线上的寄生参数，噪声电压也大大降低；各功率器件集成在模块内同一基板上，提高了生产效率，且增强了模块的可靠性。
根据本发明的另一个方面，提供了一种变频空调器，包括上述的变频调速器201。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种变频调速器，包括功率因数校正电路和带有逆变器的逆变电路，其特征在于，所述功率因数校正电路和所述逆变电路相集成。
2.根据权利要求1所述的变频调速器，其特征在于，还包括：
驱动及保护电路，包括驱动电路，其中，所述驱动电路包括功率因数校正驱动电路和逆变器驱动电路；
其中，所述功率因数校正驱动电路连接于所述功率因数校正电路中的驱动电阻，所述逆变器驱动电路连接于所述逆变电路中的驱动电阻。
3.根据权利要求2所述的变频调速器，其特征在于，所述驱动及保护电路还包括：
过电流保护电路，连接与所述功率因数校正电路和所述逆变电路；以及
温度过载保护电路，包括温度保护输出端，所述温度过载保护电路通过热敏电阻连接所述温度保护输出端。
4.根据权利要求3所述的变频调速器，其特征在于，所述过电流保护电路包括以下任意一个或多个端口：
故障信号输出及使能端口；
功率因数校正过流保护输入端口；以及
逆变器过流保护输入端口。
5.根据权利要求2所述的变频调速器，其特征在于，所述驱动电路具有逆变器驱动信号输入端和功率因数校正驱动信号输入端。
6.根据权利要求5所述的变频调速器，其特征在于，所述逆变器驱动信号输入端包括：上桥臂驱动信号端和下桥臂驱动信号端。
7.一种变频空调器，其特征在于，包括：上述权利要求1至6中任一项所述的变频调速器。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20120801 |