專利名稱：變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種中央空調(diào)電路裝置，特別是一種變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案一種變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置，包括電路板及其上安裝的電路組塊和輸入輸出電纜，電路組塊中含有電源整流電路和逆變電路，其特征在于還包含有雙重Boost升壓電路、功率因數(shù)校正控制電路、功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路、功率因數(shù)校正調(diào)壓電路和MCU控制電路，整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)是220伏交流電源由電纜接入電源整流電路后經(jīng)雙重Boost升壓電路和逆變電路后由電纜接至負(fù)載；MCU控制電路的三路輸出分別接入功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路、功率因數(shù)校正調(diào)壓電路和逆變電路；功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路和功率因數(shù)校正調(diào)壓電路的輸出接入功率因數(shù)校正控制電路與雙重Boost升壓電路連接；還有一個(gè)直流電路為各電路組塊提供工作直流電源。
上述的雙重Boost升壓電路由兩個(gè)電感、兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)、兩個(gè)二極管、兩個(gè)電阻和五個(gè)電容組成。
上述的功率因數(shù)校正控制電路由一塊L4981A或L4981B型控制芯片、兩個(gè)二極管、18個(gè)電阻和8個(gè)電容組成。
上述的功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路由一個(gè)三極管、一個(gè)光電耦合器和四個(gè)電阻組成。
上述的功率因數(shù)校正調(diào)壓電路由一個(gè)三極管、一個(gè)光電耦合器、四個(gè)電阻和一個(gè)電解電容組成。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見(jiàn)的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型在已有技術(shù)中的電源整流電路與逆變電路之間加入雙重Boost升壓電路，并由MCU控制電路控制逆變電路及增加的功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路和功率因數(shù)校正調(diào)壓電路，從而從后兩者功率因數(shù)校正控制電路去控制雙重Boost升壓電路，達(dá)到功率因數(shù)校正與無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?。這種雙重生壓電路的使用，還能降低功率回路器件的電氣應(yīng)力，降低成本，并能夠提高系統(tǒng)的性能，如更低的EMI問(wèn)題。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，校正效果良好，適用于大功率商用空調(diào)及其變頻家用電器。
圖2是

圖1示例的電路框圖。
圖3是圖1示例的電路圖。
上述的雙重BOOST升壓電路6，主要由兩個(gè)完全相同的部分并聯(lián)而成。其中部分I由電感L1、電容C4、功率二極管D1、功率開(kāi)關(guān)T1、電阻R3和電容C6組成，L1的一端與電源整流電路5的正極相連于連接點(diǎn)P1，并與電感L2相連，它的另一端與C4和D1的一個(gè)公共點(diǎn)P21相連，C4和D1的另一個(gè)公共點(diǎn)為電路6的正極輸出端P3。功率開(kāi)關(guān)T1的漏極D1連接于L1、C4與D1的公共點(diǎn)P21，它的源極S1接地GND1。R3與C6串聯(lián)后與T1并聯(lián)，R3的一端與功率開(kāi)關(guān)T1的漏極D1相連，C6的一端與功率開(kāi)關(guān)T1的源極S1相連。另一同樣部分II由電感L2、電容C5、功率二極管D2、功率開(kāi)關(guān)T2、電阻R4和電容C7組成，各元器件的連接關(guān)系同部分I，下面只簡(jiǎn)化說(shuō)明二部分的連接關(guān)系。部分I電感L1與部分II電感L2的一端相連接于電路6的正極輸入端P1，部分I的C4和D1與部分II的C5和D2連接于該電路6的正極輸出端P3。此外電路6還包括檢流電阻R2和電解電容池E1。R2的一端為該電路6的負(fù)極輸入端，并與電源整流電路5的負(fù)極輸出端相連。E1的一端連接于本電路6的正極輸出端P3，另一端接地GND。部分I與部分II均為典型的BOOST升壓電路，每一部分獨(dú)立工作，屬于并聯(lián)工作方式，工作原理與典型BOOST升壓電路相同，其中T1的門極G1與T1的門極G2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)完全相同，分別來(lái)自功率因速校正控制電路10的均流電阻R19兩端。該電路6在于采用雙重BOOST結(jié)構(gòu)，每一部分獨(dú)立工作，受控于同一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使得除了仍然具有良好的校正效果的前提下，所用元器件電氣應(yīng)力可以減到一半以下，雖然器件總數(shù)增加但總的成本有很大下降，表現(xiàn)在兩只小容量的功率開(kāi)關(guān)T1與T2或功率二極管D1與D2的成本小于一只總?cè)萘肯喈?dāng)?shù)墓β书_(kāi)關(guān)或功率二極管，兩只利用鐵氧體、合金粉芯的電感L1和L2的成本也低于一只非晶體電感，在保證校正效果不變無(wú)需改動(dòng)功率因數(shù)校正控制電路10的前提下獲得高性價(jià)比。該電路6的兩個(gè)部分的工作原理完全相同，以部分I為例，當(dāng)功率開(kāi)關(guān)T1的門極G1獲得開(kāi)通信號(hào)時(shí)，T1導(dǎo)通，電感L1電流線性上升，存儲(chǔ)能量，功率二極管D1處于反向截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)它的門極G1獲得關(guān)閉信號(hào)時(shí)，電感上產(chǎn)生感生電壓，正向開(kāi)通功率二極管D1，部分能量傳輸至電解電容池E1。這樣按照規(guī)律反復(fù)開(kāi)通關(guān)斷T1就可以將能量源源不斷傳輸至E1中，供后級(jí)逆變電路7使用。電阻R2為無(wú)感電阻，其端電壓作為電感L1與電感L2和電流檢測(cè)信號(hào)提供給功率因數(shù)校正控制電路10，用于參與調(diào)整功率開(kāi)關(guān)T1與T2的開(kāi)通關(guān)斷規(guī)律。本電路6在于找到雙重BOOST PFC方案，能夠在不改變其他任何相關(guān)配置的前提下，實(shí)現(xiàn)PFC功能和大大降低成本，因而具有實(shí)用性和高性價(jià)比。
上述的功率因數(shù)校正控制電路10，是根據(jù)功率因數(shù)校正控制芯片L4981(L4981A或L4981B)的工作原理設(shè)計(jì)了它的外圍參數(shù)，電阻R13～R30、電容C9～C16與二極管D3～D4組成。其工作原理簡(jiǎn)述如下(1)電容C9的一端與+15V直流電源連接，完成退耦功能，另一端與地GND1相連，并通過(guò)引腳19為L(zhǎng)4981提供工作電源；(2)電阻R14、R13與三極管TR2構(gòu)成電壓反饋網(wǎng)絡(luò)，另外R13的高電壓端與MCU控制電路11的模數(shù)轉(zhuǎn)換引腳AD相連，由于功率因數(shù)校正調(diào)壓電路9的控制，TR2工作點(diǎn)改變，使得R14與TR2并聯(lián)后的等效電阻改變，這樣在與電阻R13對(duì)電路6電解電容池E1的輸出直流電壓進(jìn)行分壓，得到的電壓連接至L4981的誤差放大器輸入引腳14，即VFEED引腳供L4981進(jìn)行輸出電壓調(diào)節(jié)；(3)電阻R15與R16構(gòu)成分壓電路，通過(guò)將R16的端電壓連接至L4981的引腳3為其提供輸出電壓電平信息，判斷輸出電壓是否過(guò)壓；(4)電阻R17～R19、二極管D3～D4組成了均流驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，能夠保證電路6的功率開(kāi)關(guān)T1與T3開(kāi)通關(guān)斷步調(diào)一致，D3～D4還起到加速功率開(kāi)關(guān)T1與T3關(guān)斷的作用，R17～R18、D3與D4參數(shù)性能應(yīng)該具有良好的一致性；(5)電阻R30與電容C12并聯(lián)構(gòu)成補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)電解電容池E1的輸出電壓，它們的一端連接L4981的引腳13，另一端連接L4981的引腳14，該部分的作用就是調(diào)節(jié)二倍電源頻率的輸出電壓紋波以避免輸入電流失真，并保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此R30與C12的參數(shù)設(shè)計(jì)非常重要；(6)電阻R20的一端連接電源整流電路5的正極輸出端P1，另一端連接于L4981的引腳4，它負(fù)責(zé)檢測(cè)與整流后電源電壓成比例的電流信號(hào)，并導(dǎo)入L4981；(7)電阻R21～R23、C10～C11輸入電壓補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，以便使功率因數(shù)校正控制電路10適應(yīng)寬范圍的交流輸入電壓，它們形成雙極點(diǎn)濾波器，目的是減少輸入電流畸變率，得到1.5～5.5V的電壓范圍輸入L4981引腳7。R21的一端與R20的一端相連于電源整流電路5正極輸出端P1，另一端與R22和C10的公共端相連，C10的另一端接地GND，R22的另一端連接R23和C11的一端，并與L4981的引腳7相連，R23和C11的另一端接地GND；(8)L4981的引腳1接地GND；(9)R24與R25構(gòu)成過(guò)流檢測(cè)電路，當(dāng)電路6的電感L1和L2峰值電流之和大于設(shè)計(jì)值時(shí)，使得L4981引腳2的電平大于內(nèi)部設(shè)定的限值，強(qiáng)迫L4981停止脈沖觸發(fā)。R24一端連接于電路6的負(fù)極輸入端即R2的進(jìn)線端，另一端連接L4981的引腳2。R25的兩端分別連接于L4981的引腳2和引腳11；(10)C14為振蕩電容，一端與L4981的引腳18相連，另一端接地GND。R29為振蕩電阻，一端與L4981的引腳17相連，另一端接地GND。C14與R29構(gòu)成振蕩電路，產(chǎn)生L4981內(nèi)部時(shí)鐘，決定系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)頻率大??；(11)電容C15為軟啟動(dòng)電容，它取值大小決定了軟啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)短。當(dāng)輸出電壓處于上升階段，防止電路6的功率開(kāi)關(guān)T1與T2過(guò)電流損壞。C15一端連接L4981的引腳12，另一端接地GND1；(12)電容C16為濾波電容，用于濾除L4981引腳11參考電壓(6V)雜波。C16一端連接L4981的引腳11，另一端接地GND1；(12)L4981引腳6為負(fù)載前饋輸入端，與引腳11直接相連。引腳15與功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路8的電阻R6與R7的中點(diǎn)相連，決定是否L4981處于電源欠壓狀態(tài)，如果欠壓立即封鎖脈沖觸發(fā)，防止損壞器件發(fā)生。(13)電阻R26～R28、電容C13構(gòu)成電流調(diào)節(jié)器，R26與R28電阻參數(shù)特性相同，負(fù)責(zé)將檢流電阻R2的電壓信號(hào)引入L4981內(nèi)部電流誤差放大器，電流誤差放大器的輸出通過(guò)串聯(lián)的R27和C13引入它的反向輸入端。R26的一端連接R2的輸入端，另一端連接L4981引腳8。R28的一端接地GND，另一端連接L4981引腳9。串聯(lián)的R27和C13的電阻一端連接L4981引腳5，電容一端連接L4981引腳9。本功率因數(shù)校正控制電路10在于設(shè)計(jì)了一套適合于變頻空調(diào)的工況以及EMC認(rèn)證要求的拓?fù)潆娐泛蛥?shù)，非常具有實(shí)用性和可靠性。
上述的功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路8，它的增加彌補(bǔ)了功率因數(shù)校正控制芯片L4981缺乏開(kāi)啟功能的不足。該電路8由電阻R5～R8、三極管TR1和光電耦合器OP1組成。在系統(tǒng)上電期間以及MCU控制電路11引腳PCT2發(fā)出低電平信號(hào)時(shí)，迫使功率因數(shù)校正控制電路10的引腳15處于欠壓狀態(tài)，L4981停止工作。當(dāng)MCU控制電路11引腳PCT2發(fā)出高電平信號(hào)時(shí)，使功率因數(shù)校正控制電路10的引腳15的電平處于自然檢測(cè)狀態(tài)，不受功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路8的控制，而完全決定于電阻R6與R7的分壓狀況。當(dāng)然如果此時(shí)電源欠壓，L4981仍將停止工作。電阻R7與三極管TR1并聯(lián)后與R6串聯(lián)，R6的另一端連接+15V工作電源，電阻R7與三極管TR1的另一端接地GND。R8一端連接三極管TR1基極，另一端接地GND1。光電耦合器OP1的原邊串聯(lián)電阻R5之后一端接MCU控制電路11的引腳PCT2，另一端接地GND，它的副邊集電極連接+15V工作電源，另一端連接三極管TR1的基極。該實(shí)用新型的工作原理是當(dāng)引腳PCT2發(fā)出高電平時(shí)，光電耦合器OP1副邊導(dǎo)通，三極管TR1截止，電阻R7兩端的等效電阻為R7本身，電源欠壓檢測(cè)只受實(shí)際工作電源電壓本身性能的影響。當(dāng)引腳PCT2發(fā)出低電平時(shí)，光電耦合器OP1副邊截止，三極管TR1導(dǎo)通，電阻R7兩端的等效電阻為低于欠壓限值，L4981停止工作。這樣本電路8設(shè)計(jì)一個(gè)巧妙的電路可以按照變頻空調(diào)實(shí)際工作需要任意控制功率因數(shù)校正控制電路10的工作啟動(dòng)與停止工作，具有實(shí)用性、新穎性和可靠性。
上述的功率因數(shù)校正調(diào)壓電路9，它的增加彌補(bǔ)了功率因數(shù)校正控制芯片L4981輸出電壓不可以任意調(diào)節(jié)的不足。該電路9由電阻R9～R12、電解電容E2、三極管TR2和光電耦合器OP2組成。電路結(jié)構(gòu)如下電阻R12一端連接MCU控制電路11的引腳PTE7，另一端連接光電耦合器OP2原邊二極管陰極。電耦合器OP2原邊二極管陽(yáng)極連接+5V工作電源，其副邊三極管集電極與+15V工作電源相連，三極管發(fā)射極連接電阻R11的一端。R11的另一端連接電阻R9、E2、R10的公共端，E2、R10的另一端接地GND，R9的另一端連接三極管TR2的基極，三極管TR2的集電極與功率因數(shù)校正控制電路10的R14一端和引腳14相連，另一端接地GND?；竟ぷ髟硎荕CU控制電路11引腳PTE7發(fā)送來(lái)的高頻PWM信號(hào)具有需要的可調(diào)占空比，通過(guò)該電路9的變換能夠連續(xù)改變功率因數(shù)校正控制電路10的電阻R13兩端的等效電阻值，進(jìn)而可以連續(xù)調(diào)節(jié)功率因數(shù)校正控制電路10引腳14的電平，從而允許L4981對(duì)電路6輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)電阻R12接收到低電平時(shí)，光電耦合器OP2副邊導(dǎo)通，+15V電源通過(guò)電阻R10、R11分壓后給電解電容E2充電。同理，當(dāng)電阻R12接收到高電平時(shí)，+15V電源不給E2充電。這樣通過(guò)調(diào)節(jié)MCU控制電路11引腳PTE7發(fā)出的高頻PWM脈沖的占空比就可以調(diào)節(jié)E2的端電壓，從而通過(guò)R9來(lái)改變?nèi)龢O管TR2的基極偏置電壓，改變?nèi)龢O管TR2的工作點(diǎn)，即導(dǎo)通程度，這樣TR2與電阻R14并聯(lián)后的等效電阻就可以得到調(diào)節(jié)，最終導(dǎo)致功率因數(shù)校正控制電路10能夠按照需要調(diào)節(jié)電路6的輸出電壓，起到調(diào)壓目的。脈沖寬度的改變一方面來(lái)源于變頻空調(diào)的需求，另一方面MCU控制電路11也要實(shí)時(shí)檢測(cè)功率因數(shù)校正控制電路10電阻R13的電壓，用來(lái)精確調(diào)節(jié)電路6的輸出電壓大小?；谝陨?，本電路9的加入能夠調(diào)節(jié)電路6的輸出電壓大小，能夠根據(jù)變頻空調(diào)的實(shí)際需求調(diào)節(jié)該電壓大小，利用這一點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正變頻空調(diào)的軟啟動(dòng)和軟停車，改善功率因數(shù)校正變頻空調(diào)的工作性能。顯然本電路9具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、新穎可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且附加成本很低。
權(quán)利要求1.一種變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置，包括電路板(1)及其上安裝的電路組塊(2)和輸入輸出電纜(4、3)，電路組塊(2)中含有電源整流電路(5)和逆變電路(7)，其特征在于還包含有雙重Boost升壓電路(6)、功率因數(shù)校正控制電路(10)、功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路(8)、功率因數(shù)校正調(diào)壓電路(9)和MCU控制電路(12)，整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)是220伏交流電源由電纜(4)接入電源整流電路(5)后經(jīng)雙重Boost升壓電路(6)和逆變電路(7)后由電纜(3)接至負(fù)載(13)；MCU控制電路的三路輸出分別接入功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路(8)、功率因數(shù)校正調(diào)壓電路(9)和逆變電路(7)；功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路(8)和功率因數(shù)校正調(diào)壓電路(9)的輸出接入功率因數(shù)校正控制電路(10)與雙重Boost升壓電路(6)連接；還有一個(gè)直流電路(12)為各電路組塊提供工作直流電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置，其特征在于雙重Boost升壓電路(6)由兩個(gè)電感(L1、L2)、兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)(T1、T2)、兩個(gè)二極管(D1、D2)、兩個(gè)電阻(R3、R4)和五個(gè)電容(C4、C5、C6、C7、E1)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置，其特征在于功率因數(shù)校正控制電路(10)由一塊L4981A或L4981B型控制芯片(IC)、兩個(gè)二極管(D3、D4)、18個(gè)電阻(R9、R10、R15、R16、R18、R19、R20、R21、R22、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30)和8個(gè)電容(C9、C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置，其特征在于功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路(8)由一個(gè)三極管(TR1)、一個(gè)光電耦合器(OP1)和四個(gè)電阻(R5、R6、R7、R8)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置，其特征在于功率因數(shù)校正調(diào)壓電路(9)由一個(gè)三極管(TR2)、一個(gè)光電耦合器(OP2)、四個(gè)電阻(R11、R12、R13、R14)和一個(gè)電接電容(E2)組成。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種變頻中央空調(diào)功率因數(shù)校正電路裝置。它包含有電路板及其上安裝的電路組塊和輸入輸出電纜，電路組塊包含有電源整流電路、逆變電路以及雙重Boost升壓電路、功率因數(shù)校正控制電路、功率因數(shù)校正開(kāi)啟電路、功率因數(shù)校正調(diào)壓電路和MCU控制電路。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能完善，校正效果良好，適用于大功率商用空調(diào)及其變頻家用電器。
文檔編號(hào)H02M1/14GK2596657SQ0229535
公開(kāi)日2003年12月31日 申請(qǐng)日期2002年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者楊喜軍 申請(qǐng)人:上海新源變頻電器股份有限公司