Pfc電路和pfc變頻器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種PFC電路和PFC變頻器，該PFC電路包括交流電源、整流模塊、BOOST升壓模塊、電流采樣模塊、過流檢測模塊、PFC保護(hù)模塊和PWM控制模塊，該PFC保護(hù)模塊包括軟件保護(hù)單元和硬件保護(hù)單元。本實用新型的PFC電路中，軟件保護(hù)單元和硬件保護(hù)單元在過流檢測模塊檢測出過流時，切斷PWM控制模塊向BOOST升壓模塊輸出驅(qū)動信號，切斷BOOST升壓模塊的輸出，以保護(hù)IGBT器件。本實用新型通過增加硬件保護(hù)單元，實現(xiàn)對IGBT器件更及時、更有效地保護(hù)，使得IGBT器件不因PFC電路過流而損壞，實現(xiàn)過流保護(hù)，提高電路的穩(wěn)定性能，提升產(chǎn)品品質(zhì)。同時，本實用新型的電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。
【專利說明】PFC電路和PFC變頻器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及PFC (Power Factor Correction,功率因素校正)電路的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種PFC電路和PFC變頻器。
【背景技術(shù)】
[0002]因國際能效標(biāo)準(zhǔn)組織提高變頻空調(diào)的能效等級，因此變頻空調(diào)均采用APFC(Active Power Factor Correction,主動功率因素校正)電路，以此來減小電器設(shè)備對電網(wǎng)的污染及干擾。
[0003]目前在國內(nèi)外各家電及變頻器廠家所設(shè)計與開發(fā)的產(chǎn)品中，均采用了APFC電路，但在市場上，還是有很多APFC電路中的核心器件IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor,絕緣柵雙極型晶體管)損壞的情況。在國內(nèi)所推出的二級能效及一級能效的變頻空調(diào)中都有APFC電路，但因推出產(chǎn)品的時間過短，導(dǎo)致產(chǎn)品在一些異常環(huán)境，比如過流時出現(xiàn)IGBT器件損壞的現(xiàn)象，APFC電路的穩(wěn)定性能不好，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0004]國內(nèi)外各家電及變頻器廠家所設(shè)計與開發(fā)的產(chǎn)品在實驗測試時，IGBT器件沒有損壞或受損，可當(dāng)大批量生產(chǎn)或在用戶的使用環(huán)境中，因電網(wǎng)環(huán)境不太穩(wěn)定導(dǎo)致出現(xiàn)APFC電路失效，經(jīng)分析都是APFC電路對IGBT器件保護(hù)不足，IGBT器件過流而損壞導(dǎo)致APFC電路失效，導(dǎo)致產(chǎn)品失效，從而影響到產(chǎn)品的品質(zhì)及企業(yè)的品牌效應(yīng)。
[0005]上述產(chǎn)品在實際應(yīng)用中，都采用過流保護(hù)技術(shù)，但是現(xiàn)有的過流保護(hù)方案中，都采用軟件保護(hù)技術(shù)，通過微處理器或單片機檢測到過流信號時，先判斷是過流信號再進(jìn)行信號處理，然后切斷電流輸出，達(dá)到過流保護(hù)目的，但在這個過程中，需要判斷和處理過程，會由于保護(hù)不及時導(dǎo)致IGBT器件因過流而損壞。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型的主要目的是提出一種PFC電路和PFC變頻器，旨在實現(xiàn)對IGBT器件更及時、更有效地保護(hù)，實現(xiàn)過流保護(hù)，提高電路的穩(wěn)定性能，提升產(chǎn)品品質(zhì)。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本實用新型提出一種PFC電路，該PFC電路包括交流電源、整流模塊、BOOST升壓模塊、電流采樣模塊、過流檢測模塊、PFC保護(hù)模塊和PWM控制模塊，其特征在于，所述PFC保護(hù)模塊包括用于在所述過流檢測模塊檢測出過流時，切斷所述PWM控制模塊輸出驅(qū)動信號，以保護(hù)IGBT器件的軟件保護(hù)單元和硬件保護(hù)單元；其中，
[0008]所述交流電源經(jīng)由所述整流模塊與所述BOOST升壓模塊的輸入端連接，所述電流采樣模塊對所述BOOST升壓模塊的輸出端進(jìn)行采樣，獲得采樣電流，并將該采樣電流輸出至所述過流檢測模塊的輸入端；所述過流檢測模塊的輸出端分別與所述軟件保護(hù)單元的輸入端和所述硬件保護(hù)單元的輸入端連接，所述硬件保護(hù)單元的輸出端與所述PWM控制模塊的輸入端連接，所述軟件保護(hù)單元的輸出端與所述PWM控制模塊的控制端連接，所述PWM控制模塊的輸出端與所述BOOST升壓模塊的控制端連接。
[0009]優(yōu)選地，所述整流模塊包括一整流橋，所述整流橋的第一交流輸入端和第二交流輸入端分別連接至所述交流電源的相線端和零線端，所述整流橋的第一直流輸出端和第二直流輸出端連接至所述BOOST升壓模塊。
[0010]優(yōu)選地,所述BOOST升壓模塊包括第一 MOS管、一電感、第一二極管、第一電容，第一電阻、正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端；其中，
[0011]所述電感的一端與所述整流橋的第一直流輸出端連接，所述電感的另一端與所述第一 MOS管的漏極連接，且與所述第一二極管的陽極連接；所述第一二極管的陰極與所述正電壓輸出端連接，且經(jīng)由所述第一電容與所述負(fù)電壓輸出端連接；所述第一 MOS管的源極與所述負(fù)電壓輸出端連接，所述第一 MOS管的柵極作為所述BOOST升壓模塊的控制端，與所述PWM控制模塊的輸出端連接，且所述第一 MOS管的柵極經(jīng)由所述第一電阻與所述負(fù)電壓輸出端連接并接地。
[0012]優(yōu)選地，所述電流采樣模塊包括工作電壓輸入端、運算放大器、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第二二極管和第二電容；其中，
[0013]所述第二電阻的一端分為兩路，一路與所述整流橋的第二直流輸出端連接，另一路經(jīng)由所述第三電阻與所述運算放大器的同相輸入端連接，所述第二電阻的另一端分為兩路，一路與所述負(fù)電壓輸出端連接，另一路經(jīng)由所述第四電阻與所述運算放大器的反相輸入端連接；所述運算放大器的輸出端經(jīng)由所述第六電阻分為四路，第一路經(jīng)由所述第二二極管與所述工作電壓輸入端連接，第二路經(jīng)由所述第二電容接地，第三路連接至所述軟件保護(hù)單元，第四路連接至所述過流檢測模塊的輸入端；所述第五電阻連接于所述運算放大器的輸出端和反相輸入端之間。
[0014]優(yōu)選地，所述 過流檢測模塊包括比較器、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻和第三電容；其中，
[0015]所述比較器的反相輸入端作為所述過流檢測模塊的輸入端，依次經(jīng)由所述第九電阻和所述第六電阻與所述運算放大器的輸出端連接，所述比較器的同相輸入端經(jīng)由所述第七電阻與所述工作電壓輸入端連接，且經(jīng)由所述第八電阻接地，所述比較器的輸出端作為所述過流檢測模塊的輸出端，所述比較器的輸出端分為三路，第一路經(jīng)由所述第十電阻與所述工作電壓輸入端連接，第二路經(jīng)由所述第三電容接地，第三路分別連接至所述軟件保護(hù)單元的輸入端和所述硬件保護(hù)單元的輸入端。
[0016]優(yōu)選地,所述PWM控制模塊包括第一三極管、光電稱合器、第^ 電阻、第十二電阻和供電端；其中，
[0017]所述第一三極管的基極作為所述PWM控制模塊的控制端，經(jīng)由所述第十一電阻與所述軟件保護(hù)單元的輸出端連接，所述第一三極管的發(fā)射極接地，所述第一三極管的集電極與所述光電耦合器中發(fā)光二極管的陰極連接；所述發(fā)光二極管的陽極作為所述PWM控制模塊的輸入端，與所述硬件保護(hù)單元的輸出端連接，且經(jīng)由所述第十二電阻與所述工作電壓輸入端連接，所述光電耦合器中復(fù)合管的輸入端與所述供電端連接，所述復(fù)合管的接地端接地，所述復(fù)合管的輸出端作為所述PWM控制模塊的輸出端，與所述第一MOS管的柵極連接。
[0018]優(yōu)選地，所述軟件保護(hù)單元包括用于對所述比較器輸出的檢測信號進(jìn)行信號處理的微處理器，以及用于根據(jù)所述微處理器的處理結(jié)果，向所述PWM控制模塊輸出控制信號的微控制器。[0019]優(yōu)選地，所述硬件保護(hù)單元包括開關(guān)元件和第十三電阻，所述開關(guān)元件為第二三極管；所述第二三極管的基極作為所述硬件保護(hù)單元的輸入端，經(jīng)由所述第十三電阻與所述比較器的輸出端連接，所述第二三極管的發(fā)射極作為所述硬件保護(hù)單元的輸出端，與所述光電耦合器中發(fā)光二極管的陽極連接，所述第二三極管的集電極接地。
[0020]優(yōu)選地，所述硬件保護(hù)單元包括開關(guān)元件和第十三電阻，所述開關(guān)元件為第二 MOS管；所述第二 MOS管的柵極作為所述硬件保護(hù)單元的輸入端，經(jīng)由所述第十三電阻與所述比較器的輸出端連接，所述第二 MOS管的源極作為所述硬件保護(hù)單元的輸出端，與所述光電耦合器中發(fā)光二極管的陽極連接，所述第二 MOS管的漏極接地。
[0021]本實用新型還提出一種PFC變頻器，該PFC變頻器包括PFC電路，該PFC電路包括交流電源、整流模塊、BOOST升壓模塊、電流采樣模塊、過流檢測模塊、PFC保護(hù)模塊和PWM控制模塊，其特征在于，所述PFC保護(hù)模塊包括用于在所述過流檢測模塊檢測出過流時，切斷所述PWM控制模塊輸出驅(qū)動信號，以保護(hù)IGBT器件的軟件保護(hù)單元和硬件保護(hù)單元；其中，
[0022]所述交流電源經(jīng)由所述整流模塊與所述BOOST升壓模塊的輸入端連接，所述電流采樣模塊對所述BOOST升壓模塊的輸出端進(jìn)行采樣，獲得采樣電流，并將該采樣電流輸出至所述過流檢測模塊的輸入端；所述過流檢測模塊的輸出端分別與所述軟件保護(hù)單元的輸入端和所述硬件保護(hù)單元的輸入端連接，所述硬件保護(hù)單元的輸出端與所述PWM控制模塊的輸入端連接，所述軟件保護(hù)單元的輸出端與所述PWM控制模塊的控制端連接，所述PWM控制模塊的輸出端與所述BOOST升壓模塊的控制端連接。
[0023]本實用新型提出的PFC電路，通過電流采樣模塊對BOOST升壓模塊的輸出電流進(jìn)行采樣，并獲得采樣電流，過流檢測模塊將該采樣電流與閥值電流進(jìn)行比較，若采樣電流大于閥值電流，則判斷BOOST升壓模塊輸出過流，過流檢測模塊輸出檢測信號，硬件保護(hù)單元接收到該檢測信號后，及時地切斷PWM控制模塊向BOOST升壓模塊輸出驅(qū)動信號，切斷BOOST升壓模塊的輸出，以保護(hù)IGBT器件；而且，軟件保護(hù)單元接收到該檢測信號后，對該檢測信號進(jìn)行信號處理后輸出控制信號，以切斷PWM控制模塊向BOOST升壓模塊輸出驅(qū)動信號，切斷BOOST升壓模塊的輸出，達(dá)到保護(hù)IGBT器件的目的。本實用新型通過增加硬件保護(hù)單元，在PFC電路過流時，硬件保護(hù)單元首先產(chǎn)生保護(hù)，硬件保護(hù)響應(yīng)時間比軟件保護(hù)響應(yīng)時間短，從而實現(xiàn)對IGBT器件更及時、更有效地保護(hù)，使得IGBT器件不因PFC電路過流而損壞，實現(xiàn)過流保護(hù)，提高電路的穩(wěn)定性能，提升產(chǎn)品品質(zhì)。同時，本實用新型還具有電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本實用新型PFC電路較佳實施例的原理框圖；
[0025]圖2為本實用新型PFC電路一實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本實用新型PFC電路另一實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]本實用新型的目的、功能特點及優(yōu)點的實現(xiàn)，將結(jié)合實施例，并參照附圖作進(jìn)一步說明。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合說明書附圖及具體實施例進(jìn)一步說明本實用新型的技術(shù)方案。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0029]本實用新型提出一種PFC電路。
[0030]參照圖1，圖1為本實用新型PFC電路較佳實施例的原理框圖。
[0031]本實用新型較佳實施例中，PFC電路包括交流電源10、整流模塊20、BOOST升壓模塊30、電流采樣模塊40、過流檢測模塊50、PFC保護(hù)模塊60和PWM控制模塊70，PFC保護(hù)模塊60包括軟件保護(hù)單元61和硬件保護(hù)單元62，軟件保護(hù)單元61和硬件保護(hù)單元62用于在過流檢測模塊50檢測出過流時，切斷PWM控制模塊70輸出驅(qū)動信號，以保護(hù)IGBT器件。
[0032]其中，交流電源10經(jīng)由整流模塊20與BOOST升壓模塊30的輸入端連接，電流采樣模塊40對BOOST升壓模塊30的輸出端進(jìn)行采樣，獲得采樣電流，并將該采樣電流輸出至過流檢測模塊50的輸入端，過流檢測模塊50的輸出端分別與軟件保護(hù)單元61的輸入端和硬件保護(hù)單元62的輸入端連接，硬件保護(hù)單元62的輸出端與PWM控制模塊70的輸入端連接，軟件保護(hù)單元61的輸出端與PWM控制模塊70的控制端連接，PWM控制模塊70的輸出端與BOOST升壓模塊30的控制端連接。
[0033]整流模塊20將交流電源10提供的交流電進(jìn)行整流處理后，向BOOST升壓模塊30輸出直流的輸入電壓，BOOST升壓模塊30根據(jù)預(yù)設(shè)的升壓比例對該輸入電壓進(jìn)行升壓，并輸出升壓后的輸出電壓，以向工作負(fù)載提供工作電壓。電流采樣模塊40對BOOST升壓模塊30的輸出電流進(jìn)行采樣，獲得采樣電流，并將該采樣電流輸出至過流檢測模塊50，過流檢測模塊50將該采樣電流與閥值電流進(jìn)行比較，若采樣電流大于閥值電流，則判斷BOOST升壓模塊30輸出過流，過流檢測模塊50輸出檢測信號，硬件保護(hù)單元62接收到該檢測信號后，及時地切斷PWM控制模塊70向BOOST升壓模塊30輸出驅(qū)動信號，切斷BOOST升壓模塊30的輸出，以保護(hù)IGBT器件；而且，軟件保護(hù)單元61接收到該檢測信號后，對該檢測信號進(jìn)行信號處理后，向PWM控制模塊70輸出控制信號，以切斷PWM控制模塊70向BOOST升壓模塊30輸出驅(qū)動信號，切斷BOOST升壓模塊30的輸出，達(dá)到保護(hù)IGBT器件的目的。
[0034]本實用新型實施例通過`增加硬件保護(hù)單元62，在PFC電路過流時，硬件保護(hù)單元62首先產(chǎn)生保護(hù)，而硬件保護(hù)響應(yīng)時間比軟件保護(hù)響應(yīng)時間短，從而實現(xiàn)對IGBT器件更及時、更有效地保護(hù)，使得IGBT器件不因PFC電路過流而損壞，實現(xiàn)過流保護(hù)，而且提高電路的穩(wěn)定性能，提升產(chǎn)品品質(zhì)。
[0035]結(jié)合圖1至圖3，其中圖2為本實用新型PFC電路一實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型PFC電路另一實施例的電路結(jié)構(gòu)不意圖。
[0036]上述實施例中，整流模塊20包括整流橋DB，整流橋DB的第一交流輸入端ACl連接至交流電源10的相線端ACL，第二交流輸入端AC2連接至交流電源10的零線端ACN，整流橋DB的第一直流輸出端DCl和第二直流輸出端DC2連接至BOOST升壓模塊30。
[0037]具體地，BOOST升壓模塊30包括第一 MOS管Ml、電感L、第一二極管Dl、第一電容Cl，第一電阻R1、正電壓輸出端P_out和負(fù)電壓輸出端【0此；如圖2和圖3中，第一 MOS管Ml為NMOS管，第一 MOS管Ml作為PFC電路中的IGBT器件。
[0038]其中，電感L的一端與整流橋DB的第一直流輸出端DCl連接，電感L的另一端分為兩路，一路與第一 MOS管Ml的漏極連接，另一路與第一二極管Dl的陽極連接；第一二極管Dl的陰極分為兩路，一路與正電壓輸出端P_out連接，另一路經(jīng)由第一電容Cl與負(fù)電壓輸出端N_out連接；第一 MOS管Ml的源極與負(fù)電壓輸出端N_out連接，第一 MOS管Ml的柵極作為BOOST升壓模塊30的控制端，與PWM控制模塊70的輸出端連接，且第一 MOS管Ml的柵極經(jīng)由第一電阻Rl與負(fù)電壓輸出端N_out連接并接地。
[0039]具體地，電流采樣模塊40包括工作電壓輸入端VCC、運算放大器U1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第二二極管D2和第二電容C2 ;如圖2和圖3中，第二電阻R2、第三電阻R3和第四電阻R4作為采樣電阻，通過第三電阻R3和第四電阻R4采樣第二電阻R2兩端的電壓，第五電阻R5作為反饋電阻，第六電阻R6作為限流電阻，第二電容C2作為濾波電容，對采樣電流IAC進(jìn)行濾波處理，第二二極管D2作為開關(guān)二極管，防止從工作電壓輸入端VCC輸入的電壓直接輸出至過流檢測模塊50的輸入端。
[0040]其中，第二電阻R2的一端分為兩路，一路與整流橋DB的第二直流輸出端DC2連接，另一路經(jīng)由第三電阻R3與運算放大器Ul的同相輸入端連接，第二電阻R2的另一端分為兩路，一路與負(fù)電壓輸出端N_out連接，另一路經(jīng)由第四電阻R4與運算放大器Ul的反相輸入端連接；運算放大器Ul的輸出端經(jīng)由第六電阻R6分為四路，第一路經(jīng)由第二二極管D2與工作電壓輸入端VCC連接，第二路經(jīng)由第二電容C2接地，第三路連接至軟件保護(hù)單元61，第四路連接至過流檢測模塊50的輸入端；第五電阻R5連接于運算放大器Ul的輸出端和運算放大器Ul反相輸入端之間。
[0041]具體地，過流檢測模塊50包括比較器U2、第七電阻R7、第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻RlO和第三電容C3 ;其中，第七電阻R7和第八電阻R8作為分壓電阻，將從工作電壓輸入端VCC輸入的電壓進(jìn)行分壓，第九電阻R9作為限流電阻，第十電阻RlO作為上拉電阻，第三電容C3作為濾波電容，對比較器U2輸出的檢測信號PFC_F0進(jìn)行濾波處理。
[0042]比較器U2的反相輸入端作為過流檢測模塊50的輸入端，依次經(jīng)由第九電阻R9和第六電阻R6與運算放大器Ul的輸出端連接，比較器U2的同相輸入端分為兩路，一路經(jīng)由第七電阻R7與工作電壓輸入端VCC連接，另一路經(jīng)由第八電阻R8接地，比較器U2的輸出端作為過流檢測模塊50的輸出端，比較器U2的輸出端分為三路，第一路經(jīng)由第十電阻RlO與工作電壓輸入端VCC連接，第二路經(jīng)由第三電容C3接地，第三路分別連接至軟件保護(hù)單元61的輸入端和硬件保護(hù)單元62的輸入端。
[0043]具體地，PWM控制模塊70包括第一三極管Ql、光電耦合器U3、第十一電阻Rl1、第十二電阻R12和供電端V_0C ;其中，供電端V_0C提供的電壓為15V，第十一電阻Rll和第十二電阻R12作為限流電阻，如圖2和圖3中，第一三極管Ql為NPN三極管。
[0044]第一三極管Ql的基極作為PWM控制模塊70的控制端，經(jīng)由第十一電阻Rll與軟件保護(hù)單元61的輸出端連接，第一三極管Ql的發(fā)射極接地，第一三極管Ql的集電極與光電耦合器U3中發(fā)光二極管D3的陰極連接；發(fā)光二極管D3的陽極作為PWM控制模塊70的輸入端，與硬件保護(hù)單元61的輸出端連接，且經(jīng)由第十二電阻R12與工作電壓輸入端VCC連接，光電耦合器U3中復(fù)合管M3的輸入端與供電端V_0C連接，復(fù)合管M3的接地端接地，復(fù)合管M3的輸出端作為PWM控制模塊70的輸出端，與第一 MOS管Ml的柵極連接。
[0045]具體地，軟件保護(hù)單元61包括微處理器DSP和微控制器MCU，其中微處理器DSP用于對比較器U2輸出的檢測信號PFC_F0進(jìn)行信號處理，微控制器MCU用于根據(jù)微處理器DSP的處理結(jié)果，向PWM控制模塊70輸出控制信號CTRL。
[0046]具體地，如圖2所示，硬件保護(hù)單元62包括開關(guān)元件621和第十三電阻R13，該開關(guān)元件621為第二三極管Q2，第十三電阻R13作為限流電阻；第二三極管Q2的基極作為硬件保護(hù)單元62的輸入端，經(jīng)由第十三電阻R13與比較器U2的輸出端連接，第二三極管Q2的發(fā)射極作為硬件保護(hù)單元62的輸出端，與光電耦合器U3中發(fā)光二極管D3的陽極連接，第二三極管Q2的集電極接地。
[0047]此外，在一個變形的實施例中，如圖3所示，硬件保護(hù)單元62包括開關(guān)元件621和第十三電阻R13，該開關(guān)元件621為第二 MOS管M2，第十三電阻R13作為限流電阻；第二 MOS管M2的柵極作為硬件保護(hù)單元62的輸入端，經(jīng)由第十三電阻R13與比較器U2的輸出端連接，第二 MOS管M2的源極作為硬件保護(hù)單元62的輸出端，與光電耦合器U3中發(fā)光二極管D3的陽極連接，第二 MOS管M2的漏極接地。
[0048]本實用新型PFC電路的工作原理具體描述如下:
[0049]整流模塊20將交流電源10提供的交流電進(jìn)行整流處理后，向BOOST升壓模塊30輸出直流的輸入電壓，BOOST升壓模塊30根據(jù)預(yù)設(shè)的升壓比例對該輸入電壓進(jìn)行升壓，并輸出升壓后的輸出電壓，以向工作負(fù)載提供工作電壓。BOOST升壓模塊30中對輸入電壓升壓的升壓比例由第一 MOS管Ml的柵極接收到的驅(qū)動信號D_PWM決定，即由PWM控制模塊70向BOOST升壓模塊30輸出的驅(qū)動信號D_PWM的占空比決定。PWM控制模塊70輸出的驅(qū)動信號D_PWM為一個固定頻率的方波電平信號，通常為15KHz至30KHz之間，第一 MOS管Ml通過驅(qū)動信號D_PWM來驅(qū)動，即通過PWM控制模塊70中光電耦合器U3的導(dǎo)通來驅(qū)動。
[0050]在第一 MOS管Ml導(dǎo)通或者截止過程中，都有電流流過第二電阻R2，電流采樣模塊40中運算放大器Ul通過第三電阻R3和第四電阻R4對第二電阻R2兩端的電流進(jìn)行采樣，即對BOOST升壓模塊30的輸出電流進(jìn)行采樣，獲得采樣電流IAC，并對該采樣電流IAC進(jìn)行放大處理后，將該采樣電流IAC輸出至過流檢測模塊50中比較器U2的反相輸入端。同時，從工作電壓輸入端VCC輸入的電壓經(jīng)過第七電阻R7和第八電阻R8分壓，比較器U2的同相輸入端獲取流過第八電阻R8的電流，并將該電流作為閥值電流IRef，該閥值電流IRef通過設(shè)置第七電阻R7和第八電阻R8的阻值來設(shè)定。比較器U2將采樣電流IAC與閥值電流IRef進(jìn)行比較，若采樣電流IAC大于閥值電流IRef，則判斷采樣電流IAC超額，即判斷BOOST升壓模塊30的輸出電流過流，當(dāng)檢測出BOOST升壓模塊30的輸出電流過流時，比較器U2輸出低電平的檢測信號PFC_F0。
[0051]如圖2所示，比較器U2將其輸出的低電平的檢測信號PFC_F0分別輸出至軟件保護(hù)單元61中微處理器DSP的檢測端和硬件保護(hù)單元62中第二三極管Q2的基極。
[0052]硬件保護(hù)單元62中，第二三極管Q2由于該低電平的檢測信號PFC_F0的控制而導(dǎo)通，從工作電壓輸入端VCC輸入的電壓經(jīng)由第十二電阻R12相當(dāng)于直接接到地，從而將PWM控制模塊70中光電I禹合器U3內(nèi)部的發(fā)光二極管D3旁路了，即光電I禹合器U3內(nèi)部的發(fā)光二極管D3被短路，沒有電流流過發(fā)光二極管D3，發(fā)光二極管D3不發(fā)光，使得光電耦合器U3內(nèi)部的復(fù)合管M3截止，光電耦合器U3不能輸出驅(qū)動信號D_PWM，即光電耦合器U3無法正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管Ml，使得第一 MOS管Ml截止，切斷BOOST升壓模塊30的輸出，由于及時地將第一 MOS管Ml關(guān)斷，使得第一 MOS管Ml不因輸出過流而損壞，從而達(dá)到保護(hù)第一 MOS管Ml的目的，實現(xiàn)對IGBT器件的保護(hù)。
[0053]而且，軟件保護(hù)單元61中，微處理器DSP檢測到比較器U2輸出的低電平的檢測信號PFC_F0后，對該檢測信號PFC_F0進(jìn)行信號處理，微控制器MCU根據(jù)微處理器DSP的處理結(jié)果，確認(rèn)BOOST升壓模塊30的輸出過流后，輸出低電平的控制信號CTRL，該控制信號CTRL為一方波信號，微控制器MCU將該低電平的控制信號CTRL輸出至第一三極管Ql的基極，使得第一三極管Ql截止，相當(dāng)于光電稱合器U3的輸入回路斷路,光電稱合器U3的輸出回路無法正常輸出，即沒有電流流過光電耦合器U3內(nèi)部的發(fā)光二極管D3，發(fā)光二極管D3不發(fā)光，使得光電耦合器U3內(nèi)部的復(fù)合管M3截止，光電耦合器U3不能輸出驅(qū)動信號D_PWM，即光電耦合器U3無法正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管M1，使得第一 MOS管Ml截止，切斷BOOST升壓模塊30的輸出，由于第一 MOS管Ml截止，使得第一 MOS管Ml不因輸出過流而損壞，從而達(dá)到保護(hù)第一 MOS管Ml的目的，實現(xiàn)對IGBT器件的保護(hù)。
[0054]當(dāng)BOOST升壓模塊30的輸出不過流，即BOOST升壓模塊30的輸出電流正常輸出時，電流采樣模塊40輸出的采樣電流IAC小于過流檢測模塊50中的閥值電流IRef，比較器U2輸出高電平的檢測信號PFC_F0，控制第二三極管Q2導(dǎo)通，使得光電耦合器U3正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管Ml導(dǎo)通，進(jìn)而使得BOOST升壓模塊30能夠正常輸出。同時，微控制器MCU檢測到高電平的檢測信號PFC_F0和正常的采樣電流IAC，微控制器MCU輸出控制信號CTRL變?yōu)楦唠娖?，控制第一三極管Ql導(dǎo)通，使得光電耦合器U3正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管Ml導(dǎo)通，進(jìn)而使得BOOST升壓模塊30能夠正常輸出。
[0055]從上述工作原理可知，硬件保護(hù)單元62中，直接通過第二三極管Q2的導(dǎo)通來切斷PWM控制模塊70中光電耦合器U3的輸出，使得光電耦合器U3無法正常輸出驅(qū)動信號0_PWM以驅(qū)動第一 MOS管Ml，及時地將第一 MOS管Ml關(guān)斷，達(dá)到保護(hù)第一 MOS管Ml的目的。而軟件保護(hù)單元61中，首先微處理器DSP檢測到低電平的檢測信號PFC_F0后，對檢測信號PFC_F0進(jìn)行信號處理，微控制器MCU再根據(jù)微處理器DSP的處理結(jié)果，再次判斷BOOST升壓模塊30的輸出是否過流，若過流則輸出低電平的控制信號CTRL以切斷PWM控制模塊70中光電耦合器U3的輸出，將第一 MOS管Ml關(guān)斷，達(dá)到保護(hù)第一 MOS管Ml的目的。與軟件保護(hù)單元61相比，硬件保護(hù)單元62的保護(hù)過程省去了通過軟件檢測、處理檢測信號PFC_F0，并判斷過流的過程，更能夠及時地保護(hù)IGBT器件。
[0056]同理，如圖3所示，在一個變形的實施例中，比較器U2將其輸出的低電平的檢測信號PFC_F0分別輸出至軟件保護(hù)單元61中微處理器DSP的檢測端和硬件保護(hù)單元62中第二 MOS管M2的柵極。
[0057]硬件保護(hù)單元62中，第二 MOS管M2由于該低電平的檢測信號PFC_F0的控制而導(dǎo)通，從工作電壓輸入端VCC輸入的電壓經(jīng)由第十二電阻R12相當(dāng)于直接接到地，從而將PWM控制模塊70中光電I禹合器U3內(nèi)部的發(fā)光二極管D3旁路了，即光電I禹合器U3內(nèi)部的發(fā)光二極管D3被短路，沒有電流流過發(fā)光二極管D3，發(fā)光二極管D3不發(fā)光，使得光電耦合器U3內(nèi)部的復(fù)合管M3截止，光電耦合器U3不能輸出驅(qū)動信號D_PWM，即光電耦合器U3無法正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管Ml，使得第一 MOS管Ml截止，切斷BOOST升壓模塊30的輸出，由于及時地將第一 MOS管Ml關(guān)斷，使得第一 MOS管Ml不因輸出過流而損壞，從而達(dá)到保護(hù)第一 MOS管Ml的目的，實現(xiàn)對IGBT器件的保護(hù)。
[0058]此外，軟件保護(hù)單元61中，微處理器DSP檢測到比較器U2輸出的低電平的檢測信號PFC_F0后，對該檢測信號PFC_F0進(jìn)行信號處理，微控制器MCU根據(jù)微處理器DSP的處理結(jié)果，確認(rèn)BOOST升壓模塊30的輸出過流后，輸出低電平的控制信號CTRL，該控制信號CTRL為一方波信號，微控制器MCU將該低電平的控制信號CTRL輸出至第一三極管Ql的基極，使得第一三極管Ql截止，相當(dāng)于光電稱合器U3的輸入回路斷路,光電稱合器U3的輸出回路無法正常輸出，即沒有電流流過光電耦合器U3內(nèi)部的發(fā)光二極管D3，發(fā)光二極管D3不發(fā)光，使得光電耦合器U3內(nèi)部的復(fù)合管M3截止，光電耦合器U3不能輸出驅(qū)動信號D_PWM，即光電耦合器U3無法正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管M1，使得第一 MOS管Ml截止，切斷BOOST升壓模塊30的輸出，由于第一 MOS管Ml截止，使得第一 MOS管Ml不因輸出過流而損壞，從而達(dá)到保護(hù)第一 MOS管Ml的目的，實現(xiàn)對IGBT器件的保護(hù)。
[0059]當(dāng)BOOST升壓模塊30的輸出不過流，即BOOST升壓模塊30的輸出電流正常輸出時，電流采樣模塊40輸出的采樣電流IAC小于過流檢測模塊50中的閥值電流IRef，比較器U2輸出高電平的檢測信號PFC_F0，控制第二 MOS管M2導(dǎo)通，使得光電耦合器U3正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管Ml導(dǎo)通，進(jìn)而使得BOOST升壓模塊30能夠正常輸出。同時，微控制器MCU檢測到高電平的檢測信號PFC_F0和正常的采樣電流IAC，微控制器MCU輸出控制信號CTRL變?yōu)楦唠娖?，控制第一三極管Ql導(dǎo)通，使得光電耦合器U3正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管Ml導(dǎo)通，進(jìn)而使得BOOST升壓模塊30能夠正常輸出。
[0060]從上述工作原理可知，在過流保護(hù)時，硬件保護(hù)單元62中，直接通過第二MOS管M2的導(dǎo)通來切斷PWM控制模塊70中光電耦合器U3的輸出，使得光電耦合器U3無法正常輸出驅(qū)動信號D_PWM以驅(qū)動第一 MOS管Ml，及時地將第一 MOS管Ml關(guān)斷，達(dá)到保護(hù)第一 MOS管Ml的目的。而軟件保護(hù)單元61中，首先微處理器DSP檢測到低電平的檢測信號PFC_F0后，對檢測信號PFC_F0進(jìn)行信號處理，微控制器MCU再根據(jù)微處理器DSP的處理結(jié)果，再次判斷BOOST升壓模塊30的輸出是否過流，若是則輸出低電平的控制信號CTRL以切斷PWM控制模塊70中光電耦合器U3的輸出，將第一 MOS管Ml關(guān)斷，達(dá)到保護(hù)第一 MOS管Ml的目的。與軟件保護(hù)單元61相比，硬件保護(hù)單元62的保護(hù)過程省去了通過軟件檢測、處理檢測信號PFC_F0，并判斷過流的過程，更能夠及時地保護(hù)IGBT器件。
[0061]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型的PFC電路通過增加硬件保護(hù)單元62，在PFC電路過流時，硬件保護(hù)單元62首先產(chǎn)生保護(hù)，而硬件保護(hù)響應(yīng)時間比軟件保護(hù)響應(yīng)時間短，從而實現(xiàn)對IGBT器件更及時、更有效地保護(hù)，使得IGBT器件不因PFC電路過流而損壞，實現(xiàn)過流保護(hù)，而且通過硬件保護(hù)單元62和軟件保護(hù)單元61的雙重保護(hù)，使得PFC電路不因IGBT器件損壞而需要維修，提高電路的穩(wěn)定性能，提升產(chǎn)品品質(zhì)。同時，由于增加的硬件保護(hù)單元62采用常用的分立元件實現(xiàn)，使得本實用新型PFC電路的電路結(jié)構(gòu)簡單，進(jìn)而達(dá)到以最低成本實現(xiàn)過流保護(hù)的目的。
[0062]本實用新型還提出一種PFC變頻器，該PFC變頻器包括PFC電路，該PFC電路的結(jié)構(gòu)、工作原理以及所帶來的有益效果均參照上述實施例，此處不再贅述。
[0063]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本實用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種PFC電路，包括交流電源、整流模塊、BOOST升壓模塊、電流采樣模塊、過流檢測模塊、PFC保護(hù)模塊和PWM控制模塊，其特征在于，所述PFC保護(hù)模塊包括用于在所述過流檢測模塊檢測出過流時，切斷所述PWM控制模塊輸出驅(qū)動信號，以保護(hù)IGBT器件的軟件保護(hù)單元和硬件保護(hù)單元；其中， 所述交流電源經(jīng)由所述整流模塊與所述BOOST升壓模塊的輸入端連接，所述電流采樣模塊對所述BOOST升壓模塊的輸出端進(jìn)行采樣，獲得采樣電流，并將該采樣電流輸出至所述過流檢測模塊的輸入端；所述過流檢測模塊的輸出端分別與所述軟件保護(hù)單元的輸入端和所述硬件保護(hù)單元的輸入端連接，所述硬件保護(hù)單元的輸出端與所述PWM控制模塊的輸入端連接，所述軟件保護(hù)單元的輸出端與所述PWM控制模塊的控制端連接，所述PWM控制模塊的輸出端與所述BOOST升壓模塊的控制端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的PFC電路，其特征在于，所述整流模塊包括一整流橋，所述整流橋的第一交流輸入端和第二交流輸入端分別連接至所述交流電源的相線端和零線端，所述整流橋的第一直流輸出端和第二直流輸出端連接至所述BOOST升壓模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的PFC電路，其特征在于，所述BOOST升壓模塊包括第一MOS管、一電感、第一二極管、第一電容，第一電阻、正電壓輸出端和負(fù)電壓輸出端；其中， 所述電感的一端與所述整流橋的第一直流輸出端連接，所述電感的另一端與所述第一MOS管的漏極連接，且與所述第一二極管的陽極連接；所述第一二極管的陰極與所述正電壓輸出端連接，且經(jīng)由所述第一電容與所述負(fù)電壓輸出端連接；所述第一 MOS管的源極與所述負(fù)電壓輸出端連接，所述第一 MOS管的柵極作為所述BOOST升壓模塊的控制端，與所述PWM控制模塊的輸出端連接，且所述第一 MOS管的柵極經(jīng)由所述第一電阻與所述負(fù)電壓輸出端連接并接地。
4.如權(quán) 利要求3所述的PFC電路，其特征在于，所述電流采樣模塊包括工作電壓輸入端、運算放大器、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第二二極管和第二電容；其中， 所述第二電阻的一端分為兩路，一路與所述整流橋的第二直流輸出端連接，另一路經(jīng)由所述第三電阻與所述運算放大器的同相輸入端連接，所述第二電阻的另一端分為兩路，一路與所述負(fù)電壓輸出端連接，另一路經(jīng)由所述第四電阻與所述運算放大器的反相輸入端連接；所述運算放大器的輸出端經(jīng)由所述第六電阻分為四路，第一路經(jīng)由所述第二二極管與所述工作電壓輸入端連接，第二路經(jīng)由所述第二電容接地，第三路連接至所述軟件保護(hù)單元，第四路連接至所述過流檢測模塊的輸入端；所述第五電阻連接于所述運算放大器的輸出端和反相輸入端之間。
5.如權(quán)利要求4所述的PFC電路，其特征在于，所述過流檢測模塊包括比較器、第七電阻、第八電阻、第九電阻、第十電阻和第三電容；其中， 所述比較器的反相輸入端作為所述過流檢測模塊的輸入端，依次經(jīng)由所述第九電阻和所述第六電阻與所述運算放大器的輸出端連接，所述比較器的同相輸入端經(jīng)由所述第七電阻與所述工作電壓輸入端連接，且經(jīng)由所述第八電阻接地，所述比較器的輸出端作為所述過流檢測模塊的輸出端，所述比較器的輸出端分為三路，第一路經(jīng)由所述第十電阻與所述工作電壓輸入端連接，第二路經(jīng)由所述第三電容接地，第三路分別連接至所述軟件保護(hù)單元的輸入端和所述硬件保護(hù)單元的輸入端。
6.如權(quán)利要求5所述的PFC電路，其特征在于，所述PWM控制模塊包括第一三極管、光電耦合器、第十一電阻、第十二電阻和供電端；其中， 所述第一三極管的基極作為所述PWM控制模塊的控制端，經(jīng)由所述第十一電阻與所述軟件保護(hù)單元的輸出端連接，所述第一三極管的發(fā)射極接地，所述第一三極管的集電極與所述光電耦合器中發(fā)光二極管的陰極連接；所述發(fā)光二極管的陽極作為所述PWM控制模塊的輸入端，與所述硬件保護(hù)單元的輸出端連接，且經(jīng)由所述第十二電阻與所述工作電壓輸入端連接，所述光電耦合器中復(fù)合管的輸入端與所述供電端連接，所述復(fù)合管的接地端接地，所述復(fù)合管的輸出端作為所述PWM控制模塊的輸出端，與所述第一 MOS管的柵極連接。
7.如權(quán)利要求6所述的PFC電路，其特征在于，所述軟件保護(hù)單元包括用于對所述比較器輸出的檢測信號進(jìn)行信號處理的微處理器，以及用于根據(jù)所述微處理器的處理結(jié)果，向所述PWM控制模塊輸出控制信號的微控制器。
8.如權(quán)利要求7所述的PFC電路，其特征在于，所述硬件保護(hù)單元包括開關(guān)元件和第十三電阻，所述開關(guān)元件為第二三極管；所述第二三極管的基極作為所述硬件保護(hù)單元的輸入端，經(jīng)由所述第十三電阻與所述比較器的輸出端連接，所述第二三極管的發(fā)射極作為所述硬件保護(hù)單元的輸出端，與所述光電耦合器中發(fā)光二極管的陽極連接，所述第二三極管的集電極接地。
9.如權(quán)利要求7所述的PFC電路，其特征在于，所述硬件保護(hù)單元包括開關(guān)元件和第十三電阻，所述開關(guān)元件為第二MOS管；所述第二MOS管的柵極作為所述硬件保護(hù)單元的輸入端，經(jīng)由所述第十三電阻與所述比較器的輸出端連接，所述第二 MOS管的源極作為所述硬件保護(hù)單元的輸出端，與所述光電耦合器中發(fā)光二極管的陽極連接，所述第二 MOS管的漏極接地。
10.一種PFC變頻器，其特`征在于，包括權(quán)利要求1至9中任意一項所述的PFC電路。
【文檔編號】H02H7/125GK203445604SQ201320236077
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年5月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月3日
【發(fā)明者】李巨林, 丘永青 申請人:Tcl空調(diào)器(中山)有限公司