一种换流器中充电电路、换流器及空调的制作方法

本实用新型实施例涉及充电电路，尤其涉及一种换流器中充电电路、换流器及空调。

背景技术：

家用电器在接通交流电源的瞬间，交流电源经过整流器直接对直流滤波电容充电。由于直流滤波电容的等效内阻极小，可能导致在短时间内产生巨大的冲击电流，进而对该家用电器或其它用电设备造成损坏。

目前，技术人员提出了如下几种限制冲击电流的方式，以确保家用电器正常使用。如图1所示，一种限制冲击电流的方式为：在整流功率模块与直流滤波电容组成的回路中串联限流电阻，且所述限流电阻上并联有继电器K2。在上电瞬间，继电器K2处于断开状态，交流电源经过交流接触器、滤波板、电抗器、整流功率模块和限流电阻后，对直流滤波电容进行充电。在检测到母线电压达到设定阈值时，控制器控制继电器K2吸合，限流电阻短路，即完成充电过程。采用此方式，若继电器K2吸合失败，将导致限流电阻长时间串联于回路中。限流电阻随着工作时间的延长，发热量增加，导致限流电阻因烧坏而开路，进而使得整流功率模块与直流滤波电容的连接断开。

如图2所示，另一种限制冲击电流的方式为：在交流电源与整流功率模块之间串联限流电阻。在上电瞬间，交流接触器断开，交流电源经过限流电阻和整流功率模块后，对直流滤波电容进行充电。在检测到母线电压达到设定阈值 时，控制交流接触器闭合，限流电阻短路。交流电源经过交流接触器、滤波板、电抗器和整流功率模块后，对直流滤波电容提供保证动力输出装置(压缩机)正常工作所需的母线电压，即完成充电过程。采用该方式，若限流电阻因异常而断路，则会影响交流电源对直流滤波电容的充电操作，进而导致无法开机。若限流电阻因异常而短路，则不能起到限制冲击电流的作用。

技术实现要素：

本实用新型提供一种换流器中充电电路、换流器及空调，解决现有充电电路不具备容错功能的问题，提高了充电电路的容错能力。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种换流器中充电电路，包括：至少一个备用限流回路，每个所述备用限流回路包括电控开关和备用限流电阻；

所述备用限流回路与基础限流电阻并联；

所述电控开关的控制端与控制器电连接，用于在接收到所述控制器发出的接通信号时，根据所述接通信号接通所述备用限流回路。

进一步的，还包括：

所述控制器通过检测所述基础限流电阻的电压或电流判断所述基础限流电阻是否异常，在检测到所述基础限流电阻异常时，确定对应于异常的基础限流电阻的备用限流电阻，向所述备用限流电阻串联的电控开关发送接通信号；

或者，所述控制器检测接入的交流电源的电压和/或频率，在检测到所述交流电源的电压和/或频率不满足设定阈值时，向备用限流回路中的电控开关发送接通指令。

进一步的，所述电控开关为继电器、场效应管或三极管中至少一种。

进一步的，所述基础限流电阻和备用限流电阻为水泥电阻、铝壳电阻或绕线电阻中至少一种。

进一步的，所述基础限流电阻的数目或备用限流电阻的数目根据充电电路接入的交流电源的类型确定。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种换流器，包括上述第一方面提供的充电电路，还包括：整流功率模块和储能模块；

所述整流功率模块通过基础限流回路和/或备用限流回路接入交流电源，将交流电转换成直流电输出至所述储能模块。

进一步的，还包括逆变功率模块；

所述逆变功率模块与所述储能模块电连接，将所述储能模块输出的直流电转换成交流电输出。

进一步的，所述整流功率模块包括二极管整流桥、分立绝缘栅双极型晶体管、晶闸管或碳化硅。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种空调，包括上述第二方面提供的换流器。

进一步的，包括三相变频空调、单相的变频空调、有零线的三相变频空调、无零线的三相变频空调、新能源直接驱动的空调或新能源间接驱动的空调。

本实用新型实施例提供的换流器充电电路，包括至少一个备用限流回路，每个所述备用限流回路包括电控开关和备用限流电阻；所述备用限流回路与基础限流电阻并联；电控开关在接收到控制器发出的接通信号时，根据所述接通信号接通所述备用限流回路，解决目前充电回路不具备容错功能，因基础限流电阻异常可能导致充电电路无法正常工作或损坏正在用电的其他电器的问题， 实现基础限流电阻异常时，通过将电控开关闭合，使备用限流电阻替换异常的基础限流电阻，确保充电电路仍能正常工作的效果。此外，通过控制电控开关的闭合，将备用限流电阻与基础限流电阻并联，可以达到调整充电电路输出电量的目的。

附图说明

图1为现有技术中的整流器中充电回路的电路图；

图2为现有技术中的整流器中充电回路的电路图；

图3是本实用新型实施例一中的一种换流器中充电电路的电路图；

图4a是本实用新型实施例二中的一种换流器中充电电路的电路图；

图4b是本实用新型实施例二中的一种换流器中充电电路的电路图；

图4c是本实用新型实施例二中的一种换流器中充电电路的电路图；

图4d是本实用新型实施例二中的一种换流器中充电电路的电路图；

图5是本实用新型实施例三中的一种换流器的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图3为本实用新型实施例一提供的一种换流器中充电电路的电路图，本实 施例可适用于含有直流充电环节的换流器进行预充电的情况。所述换流器中充电电路具体包括：

至少一个备用限流回路310，每个所述备用限流回路包括电控开关311和备用限流电阻312；

所述备用限流回路310与基础限流电阻并联；

所述电控开关311的控制端与控制器电连接，用于在接收到所述控制器发出的接通信号时，根据所述接通信号接通所述备用限流回路310。

基础限流电阻串联于交流电源与换流器的整流功率模块之间。通过基础限流电阻与交流接触器形成基础限流回路，交流电源通过基础限流电阻和整流功率模块之后，对换流器的直流滤波电容充电，直至母线电压达到设定阈值。在母线电压达到设定阈值时，交流接触器闭合，基础限流电阻被短路，交流电源通过交流接触器和整流功率模块之后，向直流环节提供动力输出装置正常工作所需的电能，使包括该充电电路的家用电器开机。例如，在变频空调中，通常采用几百甚至上千微法的大容量电解电容或薄膜电容，作为储能元件。如果交流电源输出的交流电经整流功率模块整流后，直接对储能元件充电，由于电解电容或薄膜电容等储能元件的内部阻抗较小，因此充电过程会产生较大的冲击电流，容易损坏空调器件。通过基础限流回路中的基础限流电阻对该冲击电流进行限制，避免冲击电流损坏空调器件。

但是，由于某一路基础限流电阻可能因烧坏而开路，从而导致基础限流回路无法正常工作，导致对直流滤波电容充电的时间延长，使家用电器开机时间延长，甚至，可能导致家用电器无法开机。

在基础限流电阻的两端并联备用限流回路310，并且，电控点开为断开状 态，使备用限流回路310为开路。控制器通过检测基础限流电阻的电压或电流判断所述基础限流电阻是否异常，在检测到所述基础限流电阻异常时，确定对应于异常的基础限流电阻的备用限流电阻312，向所述备用限流电阻312串联的电控开关311发送接通信号。其中，电控开关311为继电器、场效应管或三极管中至少一种。所述电控开关311接收到接通信号，根据所述接通信号控制所述电控开关311导通，使备用限流回路310接通。在备用限流回路310接通后，对应于异常的基础限流电阻的备用限流电阻312替换异常的基础限流电阻，确保充电电路正常工作。

另一方面，控制器通过设定控制逻辑控制电控开关311的开闭，实现对直流滤波电容的充电速度或充电时间进行调节。所述控制器检测接入的交流电源的电压和/或频率，在检测到所述交流电源的电压和/或频率不满足设定阈值时，向备用限流回路310中的电控开关311发送接通指令。由于不同国家的电压等级不同，换流器在接入不同交流电源时，控制器可以根据设定控制逻辑调节直流滤波电容的充电速度或充电达到设定阈值时所需的时间。例如，在空调上电瞬间，控制器检测到电网电源的频率和/或电压低于设定常规值时，控制器控制电控元件闭合。或者，在空调上电瞬间，控制器检测到电网电源的频率和/或电压高于设定常规值时，控制器控制电控元件闭合。由于直流滤波电容的充电时间为：

$T=\frac{RC}{0.434\[log\left(\frac{\mathrm{\ξ}}{\mathrm{\ξ}-V_C}\right)\]};$

其中，ξ为一与直流滤波电容相关的常数，V_c为功率系统的目标设定值，C为直流滤波电容的容量，R为限流电阻阻值。由此可知，当功率系统确定后，充电时间仅与限流电阻的阻值有关，因此，限流电阻阻值减小后，充电时间必 然缩短。由于将电阻并联使阻值减小，控制器控制电控元件闭合，使备用限流电阻312与基础限流电阻并联，得到的并联电阻的阻值小于基础限流电阻的阻值，从而缩短直流滤波电容的充电时间。如果备用限流电阻312的阻值与基础限流电阻的阻值相等，则并联后，阻值为基础限流电阻阻值的50％，充电时间缩短至原来的50％，相应的，充电速度提升至原来的2倍。例如，在空调应用于电源类型为220V/110V、60Hz/50Hz的国家时(即非我国常规电源380V/50Hz类型)，充电过程的持续时间会成比例增长，从而延长空调的开机时间。在空调上电瞬间，控制器通过闭合备用限流回路310的电控元件缩短充电时间。如果备用限流电阻312的阻值与基础限流电阻的阻值相等，则充电时间将缩短至原来的50％。

本实施例的技术方案提供的换流器中充电电路包括至少一个备用限流回路310，每个所述备用限流回路310包括电控开关311和备用限流电阻312；所述备用限流回路310与基础限流电阻并联；所述电控开关311的控制端与控制器电连接，用于在接收到所述控制器发出的接通信号时，根据所述接通信号接通所述备用限流回路310，解决了因基础限流电阻异常可能导致充电电路无法正常工作或损坏正在用电的其他电器的问题，使充电电路具有容错功能。此外，通过控制电控开关311的闭合，将备用限流电阻312与基础限流电阻并联，可以达到调整充电电路输出电量的目的，从而调节储能元件的充电速度。

在上述技术方案的基础上，基础限流电阻和备用限流电阻312优选可以是水泥电阻、铝壳电阻或绕线电阻等，但所用电阻的类型对充电过程及其容错性能并不会产生本质的影响。

实施例二

图4a是本实用新型实施例二中的一种换流器中充电电路的电路图。本实施例的技术方案在上述实施例的基础上，优选对所述基础限流电阻的数目或备用限流电阻的数目根据充电电路接入的交流电源的类型确定作进一步限定。

如图4a所示，所述换流器中充电电路包括三个备用限流回路。第一备用限流回路410包括电控元件K2和备用限流电阻R2。第二备用限流回路420包括电控元件K3和备用限流电阻R3。第三备用限流回路430包括电控元件K4和备用限流电阻R4。

还包括基础限流电阻，基础限流电阻包括R相基础限流电阻、S相基础限流电阻和T相基础限流电阻。

第一备用限流回路410(K2，R2)与R相基础限流电阻并联，第二备用限流回路420(K3，R3)与S相基础限流电阻并联，第三备用限流回路430(K4，R4)与T相基础限流电阻并联。

在电网对空调供电瞬间，交流接触器K1处于断开状态。此时，交流电源通过R相基础限流电阻、S相基础限流电阻和T相基础限流电阻对直流环节中的储能元件进行充电。其中，空调包括家用空调和商用空调。当检测器检测到直流环节的母线电压达到设定阈值时，控制器确定换流器充电完成，控制交流接触器K1闭合，为空调开机做好准备。

在交流电源对直流环节进行充电之前或在充电过程中，若三相基础限流电阻中有两个(R相基础限流电阻和S相基础限流电阻，或，相基础限流电阻和T相基础限流电阻，或，S相基础限流电阻和T相基础限流电阻)因异常而使两个基础限流回路处于开路状态。控制器在检测到基础限流电阻异常时，控制 与异常的基础限流电阻并联的备用限流电阻对应的电控开关闭合，使备用限流电阻替代异常的基础限流电阻，从而保证充电过程的正常进行。例如，在R相基础限流电阻和S相基础限流电阻损坏时，控制器触发电控元件K2和电控元件K3闭合，使备用限流电阻R2和备用限流电阻R3接入充电电路。在R相基础限流电阻和T相基础限流电阻损坏时，控制器触发电控元件K2和电控元件K4闭合，使备用限流电阻R2和备用限流电阻R4接入充电电路。在S相基础限流电阻和T相基础限流电阻损坏时，控制器触发电控元件K3和电控元件K4闭合，使备用限流电阻R3和备用限流电阻R4接入充电电路。

在交流电源对直流环节进行充电之前或在充电过程中，若三相基础限流电阻均因异常而使全部基础限流回路处于开路状态。控制器在检测到三相基础限流电阻均异常时，控制所有备用限流电阻对应的电控开关闭合，使备用限流电阻替代基础限流电阻，从而保证充电过程的正常进行。

如图4b所示的充电电路与图4a的换流器中充电电路的方案相比，区别在于减少了基础限流回路中的一相，相应的，备用限流回路也随之消减。减少的基础限流回路可以是R相基础限流回路、S相基础限流回路或T相基础限流回路。这样设计的好处在于保证充电电路的功能不变的前提下，减低了设备成本，但是充电时间相应的延长三分之一。

图4c所示的充电电路与图4a的换流器中充电电路的方案相比，区别在于保证充电电路的功能不变的前提下，将供电电源由三相交流电源变为单相交流电源。

图4d所示的充电电路与图4c的换流器中充电电路的方案相比，区别在于保证充电电路的功能不变的前提下，减少了基础限流回路中的一相，相应的， 备用限流回路也随之消减。通常情况下，减少的基础限流回路为N(零线)相，进而，达到了减低设备成本的效果。

实施例三

图5是本实用新型实施例三中的一种换流器的电路框图。所述换流器包括上述各个实施例公开的充电电路，还包括：

整流功率模块530和储能模块540；所述整流功率模块530通过基础限流回路520和/或备用限流回路510接入交流电源，将交流电转换成直流电输出至所述储能模块540。

在上述技术方案的基础上，储能模块540可以是电解电容、薄膜电容或其它与之特性相同的储能元件，但所用储能元件的类型对充电过程及其容错性能并不会产生本质的影响。

在上述技术方案的基础上，所述整流功率模块530包括二极管整流桥、分立绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、晶闸管或碳化硅等半导体功率器件，使用不同的器件类型作为整流功率模块530，对本实用新型的充电过程及其容错性能并不会产生本质的影响。

在上述技术方案的基础上，换流器还包括逆变功率模块；所述逆变功率模块与所述储能模块540电连接，将所述储能模块540输出的直流电转换成交流电输出。

在上述技术方案的基础上，换流器还包括滤波板550和电抗器560。所述滤波板550与电抗器560串联在交流电源与整流功率模块530之间。在交流接触器K1闭合时，交流电源通过交流接触器K1、滤波板550、电抗器560和整 流功率模块530后，对储能模块540充电。

本实用新型实施例中的换流器包括各种功率等级的光伏逆变器、常规变频器和变频电源等含直流环节需要进行预充电过程的换流设备。

本实用新型实施例的技术方案通过充电电路的备用限流回路510，使换流器具备容错功能。此外，通过设定的控制逻辑实现调节储能模块540的充电速度的目的。

本实用新型实施例还提供一种空调，包括上述实施例三提供的换流器。空调包括三相变频空调、单相的变频空调、有零线的三相变频空调、无零线的三相变频空调或新能源直接驱动的空调或新能源间接驱动的空调。按照用途不同，本实用新型实施例中的空调包括家用空调和商用空调。本实用新型实施例中的空调适用于保证空调正常运行的任何输入电源频率或电压等级。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。