三相有源PFC电路、空调器控制器以及空调器的制作方法

三相有源pfc电路、空调器控制器以及空调器
技术领域
1.本发明涉及空调器的技术领域，特别涉及三相有源pfc电路、空调器控制器以及空调器。


背景技术：

2.随着三相有源pfc(power factor correction，功率因素校正)技术的成熟，以及相对于无源pfc电路，有源pfc具有功率因数高、thd(总谐波失真)小，对电网电能质量冲击小，电网利用率高；pfc电路输入输出能有效电气隔离、安全性高、输出波动范围小，还能可实现多模块并联，自主均流度高。以及有源pfc单位功率密度高出无源pfc一倍乃至几倍等诸多优势。有源pfc系统正在逐步取代无源pfc系统作为三相大功率系统的供电解决方案。目前三相有源pfc解决方案有三相单开关、三相双开关、三相三开关、三相六开关、三相三开关三电平等。
3.而在pfc(power factor correction，功率因素校正)电路中，如果增加传统整流电路会造成电流波形畸变，从而导致功率因数大大降低，并产生高次谐波分量、污染电网，三相供电也不例外，目前三相有源pfc解决方案，无论是三相单开关、三相双开关、三相三开关、三相六开关、还是三相三开关三电平，其电路都是开关电路，pwm(pulse width modulation，脉冲宽度调制)开关信号及谐波干扰通过各种方式对附近电路产生emi(electromagnetic interference，电磁干扰)干扰，导致整机emc性能恶化。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提出一种三相有源pfc电路，旨在解决三相有源pfc电路emc性能较差的技术问题。
5.为实现上述目的，本发明提出一种一种三相有源pfc电路，所述三相有源pfc电路包括：
6.正母线，用于输出第一电压信号；
7.负母线，用于作为参考地；
8.半母线，用于输出第二电压信号；
9.三相pfc电路，三相pfc电路具有三个输入端、多个受控端、第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述三相pfc电路的第一输出端与所述正母线连接，所述三相pfc电路的第一输出端与所述正母线连接，所述三相pfc电路的第二输出端与所述半母线连接，所述三相pfc电路的第三输出端与所述负母线连接，每一所述三相pfc电路的受控端均单独接入一控制信号，并根据接入的多个所述控制信号调节输出电源信号；
10.三相电源输入端，三个所述相电源输入端与所述三相pfc电路的三个输入端一对一连接，用于接入三相交流电源；
11.共模干扰返回电路，具有与所述三相pfc电路的三个输入端数量对应的共模干扰返回支路，三个所述共模干扰返回支路的第一端与所述三相pfc电路的输入端一对一连接，
三个所述共模干扰返回支路的第二端均与所述半母线连接，用于将所述三相pfc电路的电磁干扰信号导入所述负母线。
12.可选地，所述三相pfc电路包括三个pfc支路、第一储能电路和第二储能电路，每一所述pfc支路均具有受控端、第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端，所述第一储能电路的第一端、所述第二储能电路的第一端以及多个所述pfc支路的第一输出端均与所述半母线互连，所述第一储能电路的第一端以及三个所述pfc支路的第二输出端均与所述正母线互连；三个所述pfc支路的第一输入端与三个所述相电源输入端一对一连接，三个所述pfc支路的第二输入端以及所述第二储能电路的第二端均与所述负母线互连；
13.其中，每一所述pfc支路的受控端接入一控制信号，并根据当前接入的控制信号进行开关动作，以控制所述第一储能电路或所述第二储能电路充能或放能。
14.可选地，所述第一储能电路为第一电容，所述第一电容的第一端为所述第一储能电路的第一端，所述第一电容的第二端为所述第一储能电路的第二端。
15.可选地，所述第二储能电路为第二电容，所述第二电容的第一端为所述第二储能电路的第一端，所述第二电容的第二端为所述第二储能电路的第二端。
16.可选地，所述pfc支路包括第一电感、第一二极管、第二二极管以及第一双向开关，所述第一电感的第一端为所述pfc支路的第一输入端，所述第一电感的第二端、所述第一二极管的阳极、所述第二二极管的阴极以及所述第一双向开关的输入端互连；所述第一双向开关的受控端为所述pfc支路的受控端，所述第一双向开关的输出端为所述pfc支路的第一输出端；所述第一二极管的阴极为所述述pfc支路的第二输出端；所述第二二极管的阳极为所述述pfc支路的第二输入端。
17.可选地，所述共模干扰返回支路包括第三电容，所述第三电容的第一端为共模干扰返回支路的第一端，所述第三电容的第二端为共模干扰返回支路的第二端。
18.可选地，所述第三电容为高压电容。
19.可选地，所述高压电容的电容值处于10nf-1uf之间。
20.为实现上述目的，本发明还提出一种空调器控制器，所述空调器控制器包括如上所述的三相有源pfc电路。
21.为实现上述目的，本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的三相有源pfc电路或如上所述的空调器控制器。
22.本发明的技术方案三相有源pfc电路包括正母线、负母线、半母线、三相pfc电路、三相电源输入端和共模干扰返回电路。其中，正母线输出第一电压信号，负母线作为参考地，半母线输出第二电压信号。每一所述三相pfc电路的受控端均单独接入一控制信号，并根据接入的多个所述控制信号调节输出电源信号，三相电源输入端接入三相交流电源。共模干扰返回电路用于将所述三相pfc电路的电磁干扰信号导入所述负母线。通过上述方案，通过在三相pfc电路的每一输入端和半母线之间设置了共模干扰返回支路，从而建立了emi共模干扰返回路径，使得有源pfc电路上产生的emi干扰信号通过这条返回路径直接经过经过半母线与共模干扰返回支路的连接点返回到负母线(参考地)上，从而减少了emi共模干扰耦合到外部电路的机会，从而改善了整机的emi干扰。以解决三相有源pfc电路emc性能较差的技术问题。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
24.图1为本发明三相有源pfc电路一实施例的模块示意图；
25.图2为本发明三相有源pfc电路一实施例的电路示意图；
26.图3为本发明三相有源pfc电路中第一双向开关的电路示意图。
27.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
29.本发明提出一种三相有源pfc电路，旨在解决三相有源pfc电路emc性能较差的技术问题。
30.在一实施例中，如图1、2所示，三相有源pfc电路包括正母线40、负母线50、半母线60、三相pfc电路30、三相电源输入端10和共模干扰返回电路20，三相pfc电路30具有三个输入端、多个受控端、第一输出端、第二输出端和第三输出端，三相pfc电路30的第一输出端与正母线40连接，三相pfc电路30的第一输出端与正母线40连接，三相pfc电路30的第二输出端与半母线60连接，三相pfc电路30的第三输出端与负母线50连接，三个相电源输入端与三相pfc电路30的三个输入端一对一连接，共模干扰返回电路20具有与三相pfc电路30的三个输入端数量对应的共模干扰返回支路，三个共模干扰返回支路(201、202、203)的第一端与三相pfc电路30的输入端一对一连接，三个共模干扰返回支路(201、202、203)的第二端均与半母线60连接。
31.其中，正母线40输出第一电压信号，负母线50作为参考地，半母线60输出第二电压信号。每一三相pfc电路30的受控端均单独接入一控制信号，并根据接入的多个控制信号调节输出电源信号，三相电源输入端10接入三相交流电源。共模干扰返回电路20用于将三相pfc电路30的电磁干扰信号导入负母线50。通过上述方案，在三相pfc电路30的每一输入端和半母线60之间设置了共模干扰返回支路(201、202、203)，从而建立了emi共模干扰返回路径，使得有源pfc电路上产生的emi干扰信号通过这条返回路径直接经过经过半母线60与共模干扰返回支路(201、202、203)的连接点返回到负母线50上，从而减少了emi共模干扰耦合到外部电路的机会，从而改善了整机的emi干扰。以解决三相有源pfc电路emc性能较差的技术问题。
32.可选地，如图2所示，三相pfc电路30包括三个pfc支路(301、302、303)、第一储能电路304和第二储能电路305，每一pfc支路(301、302、303)均具有受控端、第一输入端、第二输入端、第一输出端以及第二输出端，第一储能电路304的第一端、第二储能电路305的第一端以及多个pfc支路(301、302、303)的第一输出端均与半母线60互连，第一储能电路304的第
一端以及三个pfc支路(301、302、303)(301、302、303)的第二输出端均与正母线40互连；三个pfc支路(301、302、303)(301、302、303)的第一输入端与三个相电源输入端一对一连接，三个pfc支路(301、302、303)(301、302、303)的第二输入端以及第二储能电路305的第二端均与负母线50互连。
33.其中，第一储能电路304用于充能或者放能，第二储能电路305用于充能或放能每一pfc支路(301、302、303)的受控端接入一控制信号，并根据当前接入的控制信号进行开关动作，以控制第一储能电路304或第二储能电路305充能或放能。
34.以下基于pfc支路(301、302、303)、第一储能电路304和第二储能电路305对三相pfc电路30的工作时序进一步进行说明：
35.在开机的瞬间，由于要对第一储能电路304和第二储能电路305进行储能充电。通过控制信号控制每一pfc支路(301、302、303)的导通时间，即保证在第一储能电路304和第二储能电路305储能充电完成后，再控制pfc支路(301、302、303)执行开关动作。从而可以避免大电流对pfc支路(301、302、303)造成损坏。
36.可选地，如图2所示，第一储能电路304为第一电容c1，第一电容c1的第一端为第一储能电路304的第一端，第一电容c1的第二端为第一储能电路304的第二端。
37.其中，第一储能电路304为第一电容c1，能使得三相有源pfc电路的结构比较简单，其工业化成本低。
38.可选地，如图2所示，第二储能电路305为第二电容c2，第二电容c2的第一端为第二储能电路305的第一端，第二电容c2的第二端为第二储能电路305的第二端。
39.其中，第二储能电路305为第二电容c2，能使得三相有源pfc电路的结构比较简单，其工业化成本低。同时，第一电容c1和第二电容c2同为母线电容，其关系为串联，第一电容c1以及第二电容c2可以根据pfc支路(301、302、303)的导通以及关断调节每一端的电压。需要说明的是，在第一电容c1和第二电容c2相等的情况下，半母线60的电压为正母线40电压的1/2，从而可以保证输出电压的稳定。
40.可选地，如图2所示，pfc支路(301、302、303)包括第一电感l1、第一二极管d1、第二二极管d2以及第一双向开关sa1，第一电感l1的第一端为pfc支路(301、302、303)的第一输入端，第一电感l1的第二端、第一二极管d1的阳极、第二二极管d2的阴极以及第一双向开关sa1的输入端互连；第一双向开关sa1的受控端为pfc支路(301、302、303)的受控端，第一双向开关sa1的输出端为pfc支路(301、302、303)的第一输出端；第一二极管d1的阴极为述pfc支路(301、302、303)的第二输出端；第二二极管d2的阳极为述pfc支路(301、302、303)的第二输入端。
41.其中，在三相有源pfc电路开启的瞬间，由于要对第一电容c1、第二电容c2等大电容充电，通过第一电感l1的电流相对比较大。如果在电源开关接通的瞬间是在正弦波的最大值时，对第一电容c1、第二电容c2充电的过程中第一电感l1有可能会出现磁饱和的情况，而在磁饱和的情况下，流过第一双向开关sa1的电流就会失去限制，烧坏第一双向开关sa1。因此，可以通过对第一双向开关sa1的控制信号进行控制(即控制pfc支路(301、302、303)的开启时间)，即第一电容c1、第二电容c2充电的充电完成以后，再启动每一pfc支路(301、302、303)。此时，可以避免磁饱和的情况。同时，第一二极管d1、第二二极管d2对流经其中的电流进行整流。三相有源pfc电路产生emi干扰源头在于pwm开关信号及谐波干扰，因此，将
emi共模干扰返回路径设置在三相pfc电路30的每一输入端和半母线60之间，使得源头上产生的emi干扰就经过返回路径直接经过经过半母线60与共模干扰返回支路(201、202、203)的连接点返回到负母线50上，从而减少了emi共模干扰耦合到外部电路的机会，避免了emi干扰信号沿前后级电路向外扩散，从而改善了使用三相有源pfc电路整机的emi干扰。从源头减少了emi干以解决三相有源pfc电路emc性能较差的技术问题。
42.需要说明的是，由于在电路中，第一电容c1、第二电容c2以及三相断流输入端的三相电流均可确定，因此，根据上述数值可以确定充电所需时间，因此，在实际使用时，只需要延迟充电时间长度后，在控制控制信号输出即可以实现避免磁饱和的目的。
43.可选地，如图2所示，共模干扰返回支路(201、202、203)包括第三电容c3，第三电容c3的第一端为共模干扰返回支路(201、202、203)的第一端，第三电容c3的第二端为共模干扰返回支路(201、202、203)的第二端。
44.其中，第三电容c3起到耦合和隔离的作用，耦合是指第三电容c3设置于第一电感l1的第一端(也即电感静止端)与半母线60之间，能为emi电磁干扰信号提供一条emi共模干扰返回路径，将pfc电感静止端的emi电磁干扰耦合到负母线50，也即母线参考地上，以此改善emi干扰。同时，又将三相电源输入端10与母线地隔离，避免短路而影响整机正常工作。此时，每一pfc支路(301、302、303)上均设置有第三电容c3组成的共模干扰返回支路(201、202、203)，其工作原理参照上述说明，此处不再赘述。
45.可选地，第三电容c3为高压电容。
46.当电容采用高压电容后，整个电路可以工作在高压范围，且耦合和隔离作用在高压下也不会失效，充分保证emi共模干扰返回路径的有效性。
47.可选地，高压电容的电容值处于10nf-1uf之间。
48.在此范围中，高压电容可以更好的匹配三相有源pfc电路的工作场合，使得三相有源pfc电路的各种参数以及耐压要求满足安规耐压要求。
49.可选地，如图3所示，第一双向开关sa1包括第一开关管q1和第二开关管q2，第一开关管q1的基极为第一双向开关sa1的第一受控端，第一开关管q1的集电极为第一双向开关sa1的输入端，第一开关管q1的发射极与第二开关管q2的发射极连接，第二开关管q2的集电极为第一双向开关sa1的输出端，第二开关管q2的基极为第一双向开关sa1的第二受控端。第一双向开关sa1的第一受控端以及第二受控端构成第一双向开关sa1的受控端，控制信号包含两路分控制信号，第一受控端以及第二受控端用于分别接入一分控制信号。
50.通过上述开关管实现相应pfc支路(301、302、303)的第一双向开关sa1的导通和关断，以此调节半母线60(中间点电位)输出的电位变化。利用了其固有的反并联体二极管，共用控制信号，降低了控制和驱动的难度。相比其他组合方案，具有效率高、器件数量少的优点。
51.可选地，半母线60和正母线40均可以为用电模块供电，半母线60可以为直流风机供电。正母线40可以为变频压缩机供电。
52.可选地，三相电源输入端10的a相还用于连接一辅助电源，辅助电源可以用于取电。
53.以下结合图1和图2对本发明的工作原理进行说明：
54.在三相有源pfc电路开启的瞬间，由于要对第一电容c1、第二电容c2等大电容充
电，通过第一电感l1的电流相对比较大。此时，每一pfc支路(301、302、303)的第一双向开关sa1均处于关断状态，此时通过每一pfc支路(301、302、303)的第一电感l1以及第一二极管d1为第一电容c1、第二电容c2充电，从而避免第一电感l1有可能会出现磁饱和的情况。在第一电容c1和第二电容c2充电完成后，控制信号控制每一pfc支路(301、302、303)的第一双向开关sa1的导通和关断，以此调节半母线60(中间点电位)输出的电位变化。在此过程中，第一二极管d1、第二二极管d2对流经其中的电流进行整流，同时，每一共模干扰返回支路(201、202、203)的第三电容c3均将控制信号控制双向开关导通和关断时产生的干扰信号、以及每一pfc支路(301、302、303)的第一电感l1上的干扰信号耦合到负母线50(即参考地上)。需要说明的是，三相有源pfc电路产生emi干扰源头在于pwm开关信号及谐波干扰，因此，将emi共模干扰返回路径设置在三相pfc电路30的每一输入端和半母线60之间，使得源头上产生的emi干扰就经过返回路径直接经过经过半母线60与共模干扰返回支路(201、202、203)的连接点返回到负母线50上，从而减少了emi共模干扰耦合到外部电路的机会，避免了emi干扰信号沿前后级电路向外扩散，从而改善了使用三相有源pfc电路整机的emi干扰。从源头减少了emi干以解决三相有源pfc电路emc性能较差的技术问题。
55.为实现上述目的，本发明还提出一种空调器控制器，空调器控制器包括如上的三相有源pfc电路。
56.值得注意的是，因为本发明空调器控制器包含了上述三相有源pfc电路的全部实施例，因此本发明空调器控制器具有上述三相有源pfc电路的所有有益效果，此处不再赘述。
57.为实现上述目的，本发明还提出一种空调器，空调器包括如上的三相有源pfc电路或如上的空调器控制器。
58.值得注意的是，因为本发明空调器包含了上述三相有源pfc电路或空调器控制器的全部实施例，因此本发明空调器具有上述三相有源pfc电路或空调器控制器的所有有益效果，此处不再赘述。
59.需要说明的是，空调器可以包括中央空调、立式空调、壁挂空调、暖风空调、冷风空调等。
60.以上仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。