一种PFC智能功率模块、电源模块和用电设备的制作方法

本发明涉及pfc电路，具体涉及一种pfc智能功率模块、电源模块和用电设备。

背景技术：

1、变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。随着空调的变频化，电源电路的交流/直流转换部分一般都需要搭载pfc电路。

2、pfc(power factor correction)功率因素校正电路。顾名思义：就是提高电路功率因素的电路。功率因素的定义在这里不再赘述。功率因素的提高意味无功功率的下降，有功功率的上升，代表着负载阻抗的虚部减少，实部增加。所以pfc的就是：使负载表现为纯阻性。纯阻性的负载特点很明显，就是电压电流同相位。

3、基于boost电路的pfc电路实现简单，因其减小电流谐效果明显而得到广泛应用。但是目前工作中大多数pfc电路都是采用各个分立的元器件组成，集成度较低。

4、pfc电路中，充当开关作用的igbt元件为关键元器件。由于工作中igbt元件需要流过大电流，需要对其电流进行检测，减少过负载状态以及抑制发热；还需要对其工作时的温度进行检测，对其实现过流保护、过温保护。

5、由于pfc电路中的开关器件工作频率较高，因此对于电路寄生电感电容等参数相对敏感，寄生电感量比较大的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种pfc智能功率模块、电源模块和用电设备，以解决相关技术中由于pfc电路中的开关器件工作频率较高，因此对于电路寄生电感电容等参数相对敏感，寄生电感量比较大的问题。

2、为达到上述技术目的，本发明采取了以下技术方案：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种pfc智能功率模块，包括：

4、集成于模块内部的pfc电路、采样电路、故障保护电路和驱动电路；

5、其中，所述采样电路、故障保护电路和驱动电路集成在控制芯片中；

6、所述pfc电路的所有igbt及所述控制芯片刻画在晶元上，所述控制芯片与所述pfc电路相连。

7、优选地，所述pfc电路，包括：

8、整流电路，连接在交流火线输入端l和交流零线输入端n，用于将输入的交流电转换为直流电；

9、开关电路，连接在所述整流电路的输出端；

10、所述整流电路和开关电路之间外接用于储能的pfc电感；

11、所述开关电路的输出端外接有直流母线储能电容；

12、所述直流母线储能电容的两端分别与直流正极输出端p和直流负极输出端n相连。

13、优选地，所述整流电路包括：二极管d1、d2、d3、d4组成的全桥整流电路；

14、所述开关电路包括：并联的第一开关管q1、第二开关管q2和第三开关管q3。

15、优选地，所述pfc电感包括：并联的第一电感l1、第二电感l2和第三电感l3；所述第一电感l1的一端与所述整流电路的输出端相连，另一端与所述第三开关管q3的电流输入端相连；所述第二电感l2一端与所述整流电路的输出端相连，另一端与所述第二开关管q2的电流输入端相连；所述第三电感l3一端与所述整流电路的输出端相连，另一端与所述第一开关管q1的电流输入端相连。

16、优选地，所述第一电感l1与所述第三开关管q3的电流输入端相连的同时，通过第一二极管d5与所述直流正极输出端p相连；

17、所述第二电感l2与所述第二开关管q2的电流输入端相连的同时，通过第二二极管d6与所述直流正极输出端p相连；

18、所述第三电感l3与所述第一开关管q1的电流输入端相连的同时，通过第三二极管d7与所述直流正极输出端p相连。

19、优选地，所述第一开关管q1的电流输出端通过第一电阻r1接地；

20、所述第二开关管q2的电流输出端通过第二电阻r2接地；

21、所述第三开关管q3的电流输出端通过第三电阻r3接地。

22、优选地，所述采样电路包括：集成于控制芯片中的电流采样电路、直流母线采样电路、温度采样电路和输入电压采样电路；

23、所述控制芯片的引脚ubus一端与集成于控制芯片内的直流母线采样电路相连，另一端与所述pfc电路中的整流电路的正极输出端相连；引脚ubus的采样结果通过所述控制芯片的引脚vi输出；

24、所述控制芯片的引脚up一端与集成于控制芯片内的直流母线采样电路相连，另一端与所述pfc电路中的直流正极输出端p相连；引脚up的采样结果通过所述控制芯片的引脚vo输出；

25、所述控制芯片的引脚ibus一端与集成于控制芯片内的电流采样电路相连，另一端与所述pfc电路中的整流电路的负极输出端相连；引脚ibus的采样结果通过所述控制芯片的引脚c0输出；

26、所述控制芯片的引脚iq1、iq2、iq3皆与集成于控制芯片内的电流采样电路相连，引脚iq1另一端与第一开关管q1的电流输出端相连，引脚iq2另一端与第二开关管q2的电流输出端相连，引脚iq3另一端与第三开关管q3的电流输出端相连；引脚iq1、iq2、iq3的采样结果分别通过所述控制芯片的引脚c1、c2、c3输出。

27、优选地，所述控制芯片的引脚g1、g2、g3分别与所述第一开关管q1的控制端，第二开关管q2的控制端、第三开关管q3的控制端相连；

28、所述控制芯片的引脚t1与集成于控制芯片内的温度采样电路相连，用于模块内部温度采样输出。

29、优选地，所述故障保护电路包括：

30、集成于控制芯片中的温度保护电路、电流保护电路、输入过压保护电路和驱动电源过压/欠压保护电路。

31、优选地，所述电流保护电路，包括：

32、第一电压比较器，其反相输入端分别与所述控制芯片的引脚c1、c2、c3相连，其正向输入端与第一参考电压输入端vref1相连，其输出端与一逻辑与门相连；当反相输入端电压大于vref1时，第一电压比较器输出低电平信号；

33、所述逻辑与门的输出端与所述控制芯片的引脚fo相连。

34、优选地，所述温度保护电路，包括：

35、第二电压比较器，其反相输入端与所述控制芯片的引脚t1相连，其正向输入端与第二参考电压输入端vref2相连，其输出端与所述逻辑与门相连；当反相输入端电压大于vref2时，第二电压比较器输出低电平信号。

36、优选地，所述输入过压保护电路，包括：

37、第三电压比较器，其反相输入端与所述控制芯片的引脚vi相连，其正向输入端与第三参考电压输入端vref3相连，其输出端与所述逻辑与门相连；当反相输入端电压大于vref3时，第三电压比较器输出低电平信号。

38、优选地，所述驱动电源过压/欠压保护电路，包括：

39、第四电压比较器，其反向输入端与所述控制芯片的驱动电源vdd相连，其正相输入端与第四参考电压输入端vref4相连，其输出端与所述逻辑与门相连；

40、第五电压比较器，其正向输入端与所述控制芯片的驱动电源vdd相连，其反相输入端与第五参考电压输入端vref5相连，其输出端与所述逻辑与门相连；

41、当第四电压比较器的反向输入端电压大于vref4时，第四电压比较器输出低电平信号；当第五电压比较器的正向输入端电压小于vref5时，第五电压比较器输出低电平信号。

42、优选地，所述控制芯片的引脚s1、s2为选择信号端；

43、当s1为0，s2为0时，默认开关支路数量为全关状态；

44、当s1为0，s2为1时，默认选择开关支路数量为1，对应第一开关管q1所在支路工作；

45、当s1为1，s2为0时，默认选择开关支路数量为2，对应第一开关管q1、第二开关管q2所在支路工作；

46、当s1为1，s2为1时，默认选择开关支路数量为3，对应第一开关管q1、第二开关管q2、第三开关管q3所在支路工作。

47、根据本发明的第二方面，提供了一种电源电路，包括：

48、上述的pfc智能功率模块。

49、根据本发明的第三方面，提供了一种用电设备，包括：

50、上述的电源电路。

51、本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

52、通过将采样电路、故障保护电路和驱动电路集成在控制芯片中，将控制芯片和pfc电路集成在模块内，所有igbt及芯片刻画在晶元上，无需铜箔导线，极大降低了寄生电感量，使得电源运行环境得到了提升。

53、另外，由于驱动功能、故障保护功能、信号采集功能等都集成到了模块内部，极大减少了外围器件的数量，仅需控制芯片向pfc电路发送pwm驱动信号，减小了pcb体积并降低了开发难度。而由于减少了外围器件，减小了pcb体积及降低了铜箔层数还可以节约产品成本。