PFC电路的短路保护电路、PFC电路及空调器的制作方法

pfc电路的短路保护电路、pfc电路及空调器
技术领域
1.本实用新型涉及pfc电路技术领域，具体而言，涉及一种pfc电路的短路保护电路、pfc电路及空调器。


背景技术：

2.现有空调器在售后经常出现因pfc(power factor correction，功率因数校正)电路中igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管) 损坏，导致空调无法运行，影响用户体验。在对igbt故障的空调控制器拆解分析后，发现仅igbt损坏的情况非常多，其它元器件无问题，更换合格 igbt后空调器可正常运行。
3.常用的保护电路多是经过电阻采样得到采样信号，然后经过运算放大器放大后传递到芯片进行判断，再由芯片关断控制pfc的pwm(pulse widthmodulation，脉冲宽度调制)，此方案经过环节多，延迟较长，导致pfc的短路电流异常大，会不断损伤igbt，长此以往，极大增加了igbt损坏的风险。


技术实现要素：

4.本实用新型解决的问题是现有pfc电路的igbt的保护机制延迟较长， igbt的损坏风险高。
5.为解决上述问题，本实用新型提供一种pfc电路的短路保护电路，包括霍尔传感器子电路、比较器子电路及单向导通子电路；所述霍尔传感器子电路包括霍尔传感器，所述霍尔传感器的电流输入端及电流输出端串接入igbt的供电支路，信号输出端与所述比较器子电路连接；所述信号输出端在采集电流大于等于设定值的情况下输出高电平，在采集电流小于设定值的情况下输出低电平；所述比较器子电路包括分压电阻与比较器，所述比较器的第一输入端连接所述信号输出端，所述分压电阻连接于所述比较器的第二输入端与工作电压之间，所述比较器的输出端连接所述单向导通子电路；所述比较器的输出端在所述高电平大于等于电压基准值的情况下输出低电平，在所述低电平小于电压基准值的情况下输出高电平；所述单向导通子电路包括单向导通元件，所述单向导通元件连接于所述比较器的输出端与所述igbt的控制端之间，在所述比较器输出高电平的情况下反向截止，在所述比较器输出低电平的情况下导通。
6.本实用新型实施例采用霍尔传感器接入igbt支路的方式采集流经 igbt的电流信号，通过比较器比较该电流信号与电压基准值，并基于比较结果输出高低电平控制单向导通元件的通断，从而控制igbt是否关断，其中的采集及判断环节更少，响应速度更快，可以有效地降低igbt的损坏风险，降低使用故障率。
7.可选地，所述霍尔传感器的电流输入端与供电电路的第一输出端连接，所述霍尔传感器的电流输出端与所述igbt的集电极连接；所述igbt的发射极与所述供电电路的第二输出端连接。
8.本实用新型实施例，将霍尔传感器的电流输入输出端连接入igbt的供电支路中，
从而有效准确采集igbt的电流信号。
9.可选地，所述分压电阻包括第一分压电阻与第二分压电阻，所述第一分压电阻与第二分压电阻相串联且连接于工作电压与接地之间；所述比较器的第二输入端连接于第一分压电阻与第二分压电阻之间。
10.本实用新型实施例通过设置第一分压电阻与第二分压电阻的阻值，从而改变工作电压经过两者的电压降低幅度，将两者之间位置的电压调节至适合比较器使用的电压基准值。
11.可选地，所述单向导通元件为二极管；所述二极管的负极连接所述比较器的输出端，所述二极管的正极连接所述igbt的门极。
12.本实用新型实施例在比较器输出低电平的情况下，igbt的门极被拉至低电平，从而有效关断igbt。
13.可选地，所述霍尔传感器子电路还包括第三电阻及第一电容；所述第三电阻串联于所述信号输出端与所述比较器的第一输入端之间，所述第一电容的一端连接于所述第三电阻与所述比较器的第一输入端之间，且另一端接地。
14.本实用新型实施例中该第三电阻及第一电容可以起到保护及降低噪声作用。
15.可选地，所述比较器的第一输入端为反向输入端，所述比较器的第二输入端为同向输入端；所述比较器的电源正输入端连接工作电压，电源负输入端接地。
16.本实用新型实施例中比较器的同向输入端、反向输入端分别输入电压基准值、霍尔传感器的输出电平，通过比较两者确定igbt支路是否出现短路等电流急剧增大故障，以及时关断igbt。
17.可选地，所述比较器子电路还包括第二电容；所述第二电容与所述第二分压电阻并联。
18.本实用新型实施例中比较器子电路还可以包括第二电容，起到保护及降噪作用。
19.可选地，所述单向导通子电路还包括第四电阻；所述第四电阻连接于所述二极管的负极与所述比较器的输出端之间。
20.本实用新型实施例中单向导通子电路还可以包括第四电阻，起到保护作用。
21.本实用新型提供一种pfc电路，包括上述任意一项所述的pfc电路的短路保护电路。
22.本实用新型提供一种空调器，包括上述的pfc电路。
23.本实用新型提供的pfc电路及空调器，可以与上述pfc电路的短路保护电路达到相同的技术效果。
附图说明
24.图1为本实用新型的一个实施例提供的pfc电路的短路保护电路的结构示意图。
具体实施方式
25.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
26.本实用新型实施例针对pfc电路短路故障的损伤igbt的问题，提出一种保护方案，
基于霍尔电流传感器检测igbt的电流，当出现短路或类似异常情况时，第一时刻就触发保护电路，可以在较短时间内完成保护(将 igbt的驱动信号拉低)，避免出现损坏igbt的情况，待故障解除，pfc 电路可以继续正常工作。
27.本实用新型实施例提供了一种pfc电路的短路保护电路，包括霍尔传感器子电路、比较器子电路及单向导通子电路。
28.其中，霍尔传感器子电路包括霍尔传感器，霍尔传感器的电流输入端及电流输出端串接入igbt的供电支路，用于对流经igbt的电流变化程度采样。霍尔传感器的信号输出端与比较器子电路连接。具体地，霍尔传感器的信号输出端在采集电流大于等于设定值的情况下输出高电平，在采集电流小于设定值的情况下输出低电平。示例性地，该采集电流可以是电流的绝对值也可以是电流的变化值。
29.上述比较器子电路包括分压电阻与比较器，比较器的第一输入端连接信号输出端，分压电阻连接于比较器的第二输入端与工作电压之间，比较器的输出端连接单向导通子电路。该分压电阻的目的是将工作电压进行分压，得到用于与上述霍尔传感器输出电平进行比较的电压基准值，即比较器的输入分别为该电压基准值及上述霍尔传感器输出电平。
30.比较器的输出端在高电平大于等于电压基准值的情况下输出低电平，在低电平小于电压基准值的情况下输出高电平。
31.上述单向导通子电路包括单向导通元件，单向导通元件连接于比较器的输出端与igbt的控制端之间，在比较器输出高电平的情况下反向截止，在比较器输出低电平的情况下导通。
32.本实用新型实施例提供的pfc电路的短路保护电路，采用霍尔传感器接入igbt支路的方式采集流经igbt的电流信号，通过比较器比较该电流信号与电压基准值，并基于比较结果输出高低电平控制单向导通元件的通断，从而控制igbt是否关断，其中的采集及判断环节更少，响应速度更快，可以有效地降低igbt的损坏风险，降低使用故障率。
33.示例性地，上述霍尔传感器的电流输入端与供电电路的第一输出端连接，霍尔传感器的电流输出端与igbt的集电极连接，该igbt的发射极与供电电路的第二输出端连接。基于上述连接方式，将霍尔传感器的电流输入输出端连接入igbt的供电支路中，从而有效准确采集igbt的电流信号。
34.示例性地，上述分压电阻包括第一分压电阻与第二分压电阻，第一分压电阻与第二分压电阻相串联且连接于工作电压与接地之间；比较器的第二输入端连接于第一分压电阻与第二分压电阻之间。通过设置第一分压电阻与第二分压电阻的阻值，从而改变工作电压经过两者的电压降低幅度，将两者之间位置的电压调节至适合比较器使用的电压基准值。
35.示例性地，上述单向导通元件可以采用二极管，该二极管的负极连接比较器的输出端，二极管的正极连接igbt的门极。在比较器输出低电平的情况下，igbt的门极被拉至低电平，从而有效关断igbt。需要说明的是，还可以采用其他具有正向导通、反向截止性能的元件，本实施例对此不作限定。
36.进一步，上述霍尔传感器子电路还可以包括第三电阻及第一电容；第三电阻串联于信号输出端与比较器的第一输入端之间，第一电容的一端连接于第三电阻与比较器的第
一输入端之间，且另一端接地。该第三电阻及第一电容可以起到保护及降低噪声作用。
37.具体地，上述比较器的第一输入端为反向输入端，比较器的第二输入端为同向输入端；比较器的电源正输入端连接工作电压，电源负输入端接地。比较器的同向输入端、反向输入端分别输入电压基准值、霍尔传感器的输出电平，通过比较两者确定igbt支路是否出现短路等电流急剧增大故障，以及时关断igbt。
38.该比较器子电路还可以包括第二电容，该第二电容与上述第二分压电阻并联，起到保护及降噪作用。
39.进一步，单向导通子电路还可以包括第四电阻，该第四电阻连接于二极管的负极与比较器的输出端之间，起到保护作用。
40.参见图1所示的本实用新型实施例提供的pfc电路的短路保护电路的结构示意图，示出了供电电路10及短路保护电路20，该短路保护电路20 由三段构成：霍尔传感器子电路、比较器子电路及单向导通子电路。
41.在图1中示出了整流桥bg1，电感l1，igbt1，比较器u1a，霍尔电流传感器ic1，二极管d1、d2，电阻r1-r6，稳压二极管zd1。
42.霍尔传感器电路，将霍尔传感器ic1电流部分串入igbt支路，由霍尔传感器对电流变化程度采样，当电流大于设定值di/dt时，由out1输出高电平，当电流小于设定值di/dt时，由out1输出低电平；
43.比较器电路，r1和r2进行分压，为比较器提供基准值u
基准
，当霍尔 out1输出低电平或者输出低于基准值u1时，比较器输出高电平，当霍尔 out1输出高于基准值u1时，比较器输出低电平；
44.二极管单向导通电路，当比较器输出高电平时，二极管d2反向截止，当比较器输出低电平时，二极管d2正向导通，将igbt的驱动门极拉至低电平，可有效关断igbt。
45.在正常工作情况下：经过igbt的电流i
常规
经过霍尔传感器(5脚进、 4脚出)，霍尔传感器输出u
out
为低电平，u
out
＜u基准，比较器输出电压u 比较器为高电平，二极管d2反向截止，不应igbt的vgs电压(pwm输入)；
46.在短路等异常情况下：经过igbt的电流由i
常规
急速增大至i
短路
，霍尔传感器输出u
out
为高电平，u
out
＞u
基准
，比较器输出电压u比较器为低电平，二极管d2正向导通，igbt的vgs电压被拉低，同时主芯片收到u
out
为低电平，将pwm关断，不再驱动igbt。
47.其中，i
常规
为pfc正常工作时经过igbt的电流；i
短路
为pfc短路或受到强干扰等异常情况下经过igbt的电流；u
out
为霍尔传感器输出的电压，接比较器反相输入端；u
基准
为r2和r3进行分压对vcc的分压，接比较器正相输入端；u
比较器
为比较器输出电压；vgs为igbt门极输入电压，芯片输入pwm为高低电平交替的方波。
48.以下介绍上述pfc电路的短路保护电路的执行流程：
49.1.空调开机；
50.2.保持正常运行；
51.3.判断igbt电流di/dt是否达到设定值。若是执行4，若否执行8；
52.4.霍尔传感器输出高电平；
53.5.比较器输出低电平；
54.6.二极管正向导通芯片关断pwm；
55.7.igbt的vgs为低电平，进入保护状态；
56.8.霍尔传感器输出低电平；
57.9.比较器输出高电平；
58.10.二极管反向截止。
59.本实用新型提供的上述pfc短路保护电路，短路信号经过环节少，响应速度更快，可以有效的降低igbt的故障率，减少售后返修次数，提高用户体验并减少售后相关损失。
60.本实用新型实施例还提供了一种pfc电路，包括上述pfc电路的短路保护电路。
61.本实用新型实施例还提供了一种空调器，包括上述pfc电路。该pfc 电路是变频空调室外机控制器基本的单元电路之一，通常设置于变频空调的室外机电源主回路上，可以提高空调器的功率因数，避免电流电压之间的相位差等因素对空调器造成的不良影响，以及大大提高电网利用率，减少电网谐波污染。
62.虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
63.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
64.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
65.虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。