無橋apfc系統的電流采樣及過流保護裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種無橋APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，其包括電流采樣電路和過流保護電路，電流采樣電路包括：電流互感器，電流互感器的初級繞組連接在交流電源和PFC整流單元之間；分壓電阻，分壓電阻并聯在電流互感器的次級繞組的兩端；放大模塊，放大模塊分別與分壓電阻的兩端相連，放大模塊對分壓電阻兩端的交流電壓信號進行放大以輸出第一電壓信號和第二電壓信號；加法器，加法器對第一電壓信號和第二電壓信號進行疊加以輸出電流采樣信號；過流保護電路與放大模塊相連，過流保護電路根據第一電壓信號和第二電壓信號生成保護信號以關斷輸入到PFC整流單元的開關控制信號。該電流采樣及過流保護裝置的電路結構簡單，穩定可靠。
【專利說明】無橋APFC系統的電流采樣及過流保護裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及整流逆變【技術領域】，特別涉及一種無橋APFC(Active PowerFactor Correct1n,無橋有源功率因素校正)系統的電流采樣及過流保護裝置。
【背景技術】
[0002]近年來隨著電機變頻控制技術的快速發展，尤其是變頻家電的批量上市，單相交流電整流逆變領域中的APFC技術得到大量應用。其中，無整流橋APFC技術因其省略了整流橋器件從而降低了系統整體發熱損耗而具有更高的效率。但是與傳統的BOOST PFC拓撲不同，無橋APFC電路中電感位于整流橋之前，電感電流的方向不再是唯一的，而是交變的，從而傳統的通過直流回路單一分流電阻的采樣電流的方式無法再用。
[0003]并且，目前普遍采用小阻值功率電阻的方式來采樣電流，如圖1中的采樣電阻R11、R22、R33所示，但是這樣會帶來因采樣電阻發熱而產生的效率折損問題和熱設計問題，尤其在大功率電器設備應用中非常明顯。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的旨在至少解決上述的技術缺陷。
[0005]為此，針對目前無橋APFC系統中采樣交流輸入電流的缺陷，本實用新型的目的在于提出一種簡單且有效的無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置。
[0006]為達到上述目的，本實用新型提出的一種無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，包括:電流采樣電路，所述電流采樣電路包括:電流互感器，所述電流互感器的初級繞組連接在交流電源和所述無橋APFC系統的PFC整流單元之間；分壓電阻，所述分壓電阻并聯在所述電流互感器的次級繞組的兩端；放大模塊，所述放大模塊分別與所述分壓電阻的兩端相連，所述放大模塊對所述分壓電阻兩端的交流電壓信號進行放大以輸出第一電壓信號和第二電壓信號；加法器，所述加法器與所述放大模塊相連，所述加法器對所述第一電壓信號和第二電壓信號進行疊加以輸出電流采樣信號；過流保護電路，所述過流保護電路與所述放大模塊相連，所述過流保護電路根據所述第一電壓信號和第二電壓信號生成保護信號以關斷輸入到所述PFC整流單元的開關控制信號。
[0007]根據本實用新型提出的無橋APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，能夠對輸入的交流電源的電流進行有效采樣，解決了因采樣電阻發熱而產生的效率折損問題和熱設計問題，并且通過過流保護電路能夠在整個電路出現過電流時關斷輸入到PFC整流單元的開關控制信號，以達到保護整個電路的目的，提高了整個電路的可靠性。此外，該電流采樣及過流保護裝置的電路結構簡單，穩定可靠。
[0008]其中，所述放大模塊包括輸出所述第一電壓信號的第一放大單元和輸出所述第二電壓信號的第二放大單元。
[0009]具體地，所述第一放大單元具體包括:第一電阻，所述第一電阻的一端與所述分壓電阻的一端相連；第一放大器，所述第一放大器的同相輸入端與所述第一電阻的另一端相連；第二電阻，所述第二電阻連接在所述第一放大器的反相輸入端與所述第一放大器的輸出端之間，所述第一放大器的輸出端輸出所述第一電壓信號。
[0010]所述第二放大單元具體包括:第三電阻，所述第三電阻的一端與所述分壓電阻的另一端相連；第二放大器，所述第二放大器的同相輸入端與所述第三電阻的另一端相連；第四電阻，所述第四電阻連接在所述第二放大器的反相輸入端與所述第二放大器的輸出端之間，所述第二放大器的輸出端輸出所述第二電壓信號。
[0011]并且，所述第一放大器和所述第二放大器的供電電源采用單一正電源。
[0012]具體地，所述過流保護電路包括:第一比較器，所述第一比較器的正輸入端與參考電壓相連，所述第一比較器的負輸入端與所述第一放大器的輸出端相連；第二比較器，所述第二比較器的正輸入端與所述參考電壓相連，所述第二比較器的負輸入端與所述第二放大器的輸出端相連，所述第二比較器的輸出端與所述第一比較器的輸出端相連以輸出所述保護信號；過流保護單元，所述過流保護單元與所述第一比較器的輸出端和所述第二比較器的輸出端相連，所述過流保護單元根據所述保護信號關斷輸入到所述PFC整流單元的開關控制信號。
[0013]此外,所述過流保護電路還包括參考電壓提供單元，所述參考電壓提供單元包括串聯的第五電阻和第六電阻，所述第五電阻的一端與預設電源相連，所述第五電阻的另一端與所述第六電阻的一端相連且具有第一節點，所述第六電阻的另一端接地，其中，所述第一節點輸出所述參考電壓。
[0014]本實用新型附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本實用新型的實踐了解到。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]本實用新型上述的和/或附加的方面和優點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0016]圖1為現有的無橋APFC系統的電流采樣電路的示意圖；
[0017]圖2為根據本實用新型實施例的無橋APFC系統的電流采樣及過流保護裝置的電路不意圖；以及
[0018]圖3為根據本實用新型一個示例的電流采樣電路采樣得到的交流電壓信號S0、第一電壓信號SI和第二電壓信號S2的波形圖。
【具體實施方式】
[0019]下面詳細描述本實用新型的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本實用新型，而不能解釋為對本實用新型的限制。
[0020]下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本實用新型的不同結構。為了簡化本實用新型的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實用新型。此外，本實用新型可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本實用新型提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0021]在本實用新型的描述中，需要說明的是，除非另有規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。
[0022]下面參照附圖來描述根據本實用新型實施例提出的無橋APFC系統的電流采樣及過流保護裝置。
[0023]圖2為根據本實用新型實施例的無橋APFC系統的電流采樣及過流保護裝置的電路示意圖。如圖2所示，該無橋APFC系統的電流采樣及過流保護裝置包括:電流采樣電路10和過流保護電路20。并且，該無橋APFC系統包括交流電源100、電感L1、PFC整流單元200以及輸出單元300。
[0024]其中，需要說明的是，PFC整流單元200以及輸出單元300其構造及工作原理是本領域內技術人員眾所周知的，因此，本實用新型的實施例對此不再進行詳細描述，并且本領域技術人員可以自由地設計所需的PFC整流單元200及輸出單元300的構造，本實用新型不受這些模塊和構造的具體形態限制。
[0025]如圖2所示，電流采樣電路10包括:電流互感器Tl、分壓電阻RO和放大模塊101、加法器102。電流互感器Tl的初級繞組連接在交流電源100和無橋APFC系統的PFC整流單元200之間，例如電流互感器Tl的初級繞組的一端與交流電源100的第一端A相連，電流互感器Tl的初級繞組的另一端與PFC整流單元200的第一輸入端I相連，分壓電阻RO并聯在電流互感器Tl的次級繞組的兩端，這樣，電感LI中流過的電流等同于流過電流互感器Tl初級繞組的電流，并且經過電流互感器Tl感應后，在Tl的次級線圈產生正比于初級繞組電流大小的電流信號，進而在分壓電阻RO上產生線性比例的交流電壓信號S0。根據變壓器的原理以及歐姆定律，只要電流互感器Tl的繞組匝數比一定和RO的阻值一定，則交流電壓信號SO值的大小正比于流過電感LI的電流值，而交流電壓信號SO的極性反映流過電感LI電流的方向。
[0026]放大模塊101分別與分壓電阻RO的兩端相連，放大模塊101對分壓電阻RO兩端的交流電壓信號SO進行放大以輸出第一電壓信號SI和第二電壓信號S2,加法器102與放大模塊101相連,加法器102對第一電壓信號SI和第二電壓信號S2進行疊加以輸出電流米樣信號。
[0027]具體而言，如圖2所示，放大模塊101包括輸出第一電壓信號SI的第一放大單元1011和輸出第二電壓信號S2的第二放大單元1012。
[0028]并且，第一放大單元1011具體包括:第一電阻R1、第一放大器OPl和第二電阻R2。第一電阻Rl的一端與分壓電阻RO的一端相連，第一放大器OPl的同相輸入端與第一電阻Rl的另一端相連，第二電阻R2連接在第一放大器OPl的反相輸入端與第一放大器OPl的輸出端之間，第一放大器OPl的輸出端輸出第一電壓信號SI。
[0029]第二放大單元1012具體包括:第三電阻R3、第二放大器0P2和第四電阻R4。第三電阻R3的一端與分壓電阻RO的另一端相連，第二放大器0P2的同相輸入端與第三電阻R3的另一端相連，第四電阻R4連接在第二放大器0P2的反相輸入端與第二放大器0P2的輸出端之間，第二放大器0P2的輸出端輸出第二電壓信號S2。
[0030]根據本實用新型的一個實施例，第一放大器OPl和第二放大器0P2的供電電源采用單一正電源。如圖2所示，第一放大器OPI和第二放大器0P2的供電電源可以與無橋APFC系統的控制部分的電源共用，即圖2中所示的Vcc和控制地。其中，Vcc的典型值可以為正5伏，或者為正3.3伏。
[0031]其中，第一放大器OPl工作于比例放大模式，第二放大器0P2以同樣的增益比例和工作模式進行工作。并且，在本實用新型的實施例中，第一電壓信號Si可以為比例放大后的交流電壓信號SO的正半周波形，第二電壓信號S2可以為比例放大后的交流電壓信號SO的負半周波形。
[0032]在本實用新型的實施例中，無橋APFC系統的控制部分的電源地與直流主電路的負母線共地，并且無橋APFC系統的控制部分要求電流采樣信號相對于控制地的極性都是正的。然而前述針對流過電感LI的電流的電壓信號SO是一個交變信號，因此需要對交流電壓信號SO實施整流，即言，通過放大模塊101和加法器102的處理得到電流采樣信號。
[0033]具體地，當交流電壓信號SO處于正半周時，在分壓電阻RO —端的電位高于控制部分的參考零電位時，第一放大器OPl就可以對交流電壓信號SO的該半周信號進行比例放大并輸出第一電壓信號SI ;同樣,第二放大器0P2處理交流電壓信號SO的另一半周波形并輸出第二電壓信號S2。第一電壓信號SI和第二電壓信號S2通過加法器102疊加后,就得到了交流電壓信號SO的絕對值I SO |，信號Isol即可作為電流采樣信號被無橋APFC系統的控制部分使用。根據本實用新型的一個示例，電流采樣電路采樣得到的交流電壓信號SO、第一電壓信號SI和第二電壓信號S2的波形如圖3所示。
[0034]其中，可以理解的是，加法器102在具體實施例中可以有多種形態，例如可采用運算放大器組成的模擬加法電路來實現。
[0035]在本實用新型的實施例中，如圖2所示，過流保護電路20與放大模塊101相連，過流保護電路20根據第一電壓信號SI和第二電壓信號S2生成保護信號S4以關斷輸入到PFC整流單元200的開關控制信號。
[0036]其中，過流保護電路20包括:第一比較器CP1、第二比較器CP2和過流保護單元201。第一比較器CPl的正輸入端與參考電壓S3相連,第一比較器Cpl的負輸入端與第一放大器OPl的輸出端相連；第二比較器CP2的正輸入端與參考電壓S3相連，第二比較器CP2的負輸入端與第二放大器0P2的輸出端相連,第二比較器CP2的輸出端與第一比較器CPl的輸出端相連以輸出保護信號S4 ;過流保護單元201與第一比較器CPl的輸出端和第二比較器CP2的輸出端相連，過流保護單元201根據保護信號S4關斷輸入到PFC整流單元200的開關控制信號即脈寬調制PWM驅動信號。
[0037]根據本實用新型的一個實施例，如圖2所示，過流保護電路20還包括參考電壓提供單元202，參考電壓提供單元202包括串聯的第五電阻R5和第六電阻R6，第五電阻R5的一端與預設電源即上述無橋APFC系統的控制部分的電源Vcc相連，第五電阻R5的另一端與第六電阻R6的一端相連且具有第一節點，第六電阻R6的另一端接地即連接到控制地，其中，第一節點輸出參考電壓S3。
[0038]綜上所述，在本實用新型的實施例中，第一電壓信號SI和第二電壓信號S2還用于過流保護電路20中。如圖2所示，第五電阻R5和第六電阻R6連接在控制電源Vcc與控制地之間，通過阻值比得到一個恒定的電壓信號S3即參考電壓。S3對應著無橋APFC系統的過流保護閥值，即當電感LI中流過的電流值超出本閥值時通過關斷輸入到PFC整流單元200的開關控制信號來徹底關斷PFC整流單元200中的IGBTl和IGBT2，此時APFC功能停止。過流保護功能通過第一電壓信號SI和第二電壓信號S2分別與參考電壓S3比較來完成。任一時刻當SI或S2的值高于S3的值，則相應的比較器CPl或者CP2的輸出保護信號S4將由高電平翻轉為低電平，這樣使得過流保護單元201馬上關閉PWM驅動信號輸出，達到保護整個電路的目的。
[0039]需要說明的是，這種電平的翻轉信號可作為保護電路動作的觸發信號，為本領域技術人員所公知，即保護信號S4可以被輸入到由數字邏輯門組成的數字電路即過流保護單元，由數字電路的邏輯門可靠地關斷驅動IGBT的PWM信號。
[0040]根據本實用新型實施例提出的無橋APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，能夠對輸入的交流電源的電流進行有效采樣，解決了因采樣電阻發熱而產生的效率折損問題和熱設計問題，并且通過過流保護電路能夠在整個電路出現過電流時關斷輸入到PFC整流單元的開關控制信號，以達到保護整個電路的目的，提高了整個電路的可靠性。此外，該電流采樣及過流保護裝置的電路結構簡單，穩定可靠。
[0041]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本實用新型的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0042]盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權利要求及其等同限定。
【權利要求】
1.一種無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，其特征在于，包括: 電流采樣電路，所述電流采樣電路包括: 電流互感器，所述電流互感器的初級繞組連接在交流電源和所述無橋APFC系統的PFC整流單元之間； 分壓電阻，所述分壓電阻并聯在所述電流互感器的次級繞組的兩端； 放大模塊，所述放大模塊分別與所述分壓電阻的兩端相連，所述放大模塊對所述分壓電阻兩端的交流電壓信號進行放大以輸出第一電壓信號和第二電壓信號； 加法器，所述加法器與所述放大模塊相連，所述加法器對所述第一電壓信號和第二電壓信號進行疊加以輸出電流采樣信號； 過流保護電路，所述過流保護電路與所述放大模塊相連，所述過流保護電路根據所述第一電壓信號和第二電壓信號生成保護信號以關斷輸入到所述PFC整流單元的開關控制信號。
2.如權利要求1所述的無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，其特征在于，所述放大模塊包括輸出所述第一電壓信號的第一放大單元和輸出所述第二電壓信號的第二放大單元。
3.如權利要求2所述的無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，其特征在于，所述第一放大單元具體包括: 第一電阻，所述第一電阻的一端與所述分壓電阻的一端相連； 第一放大器，所述第一放大器的同相輸入端與所述第一電阻的另一端相連； 第二電阻，所述第二電阻連接在所述第一放大器的反相輸入端與所述第一放大器的輸出端之間，所述第一放大器的輸出端輸出所述第一電壓信號。
4.如權利要求3所述的無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，其特征在于，所述第二放大單元具體包括: 第三電阻，所述第三電阻的一端與所述分壓電阻的另一端相連； 第二放大器，所述第二放大器的同相輸入端與所述第三電阻的另一端相連； 第四電阻，所述第四電阻連接在所述第二放大器的反相輸入端與所述第二放大器的輸出端之間，所述第二放大器的輸出端輸出所述第二電壓信號。
5.如權利要求4所述的無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器的供電電源采用單一正電源。
6.如權利要求4所述的無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，其特征在于，所述過流保護電路包括: 第一比較器，所述第一比較器的正輸入端與參考電壓相連，所述第一比較器的負輸入端與所述第一放大器的輸出端相連； 第二比較器，所述第二比較器的正輸入端與所述參考電壓相連，所述第二比較器的負輸入端與所述第二放大器的輸出端相連，所述第二比較器的輸出端與所述第一比較器的輸出端相連以輸出所述保護信號； 過流保護單元，所述過流保護單元與所述第一比較器的輸出端和所述第二比較器的輸出端相連，所述過流保護單元根據所述保護信號關斷輸入到所述PFC整流單元的開關控制信號。
7.如權利要求6所述的無橋有源功率因素校正APFC系統的電流采樣及過流保護裝置，其特征在于，所述過流保護電路還包括參考電壓提供單元，所述參考電壓提供單元包括串聯的第五電阻和第六電阻，所述第五電阻的一端與預設電源相連，所述第五電阻的另一端與所述第六電阻的一端相連且具有第一節點，所述第六電阻的另一端接地，其中，所述第一節點輸出所述參考電壓。
【文檔編號】H02H7/125GK203967733SQ201420363810
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】任新杰, 張曉東, 羅冠鋒 申請人:廣東美芝制冷設備有限公司