CN210041642U

CN210041642U - 一种pfc电路结构

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Publication number: CN210041642U
Application number: CN201920662130.XU
Authority: CN
Inventors: 刘志力; 雷朋飞; 刘远辉; 刘辉; 吴思朗; 叶景发; 朱晓广; 廖立元; 吴东华; 梁华锋; 冯利伟
Original assignee: Guangdong PHNIX Eco Energy Solution Ltd
Current assignee: Guangdong PHNIX Eco Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-05-09

Abstract

本实用新型提供了一种PFC电路结构，包括桥式整流电路、处理器、第一电抗器、第一二极管、电容、第一IGBT、第一驱动电路以及热敏电阻；桥式整流电路的输出端依次通过第一电抗器、第一IGBT的集电极、发射极串联连接至桥式整流电路的输入端；第一二极管的阳极连接第一IGBT的集电极，第一二极管的阴极与电容的第一端连接，电容的第二端连接第一IGBT的发射极；第一IGBT的门极与第一驱动电路连接，处理器分别与第一驱动电路、热敏电阻连接；热敏电阻贴合在第一IGBT的发热晶圆上，且第一IGBT、第一驱动电路、第一二极管封装于同一集成电路芯片上。本实用新型能够提高IGBT管温度检测的准确度和元器件的一致性。

Description

一种PFC电路结构

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其是涉及一种PFC电路结构。

背景技术

现有技术中，为提高电网功率因素和增大负载转速，单相直流变频电机常常需要使用PFC电路。PFC电路的作用是利用电感的特性，通过控制IGBT管的通断，使电感在IGBT导通时储能，在IGBT管断开时释放电能，从而避免电网出现瞬间大电流，提高了功率因素。电感储存的电能释放后，可以提高母线电压，从而可以提高马达的转速。目前在单相直流变频中的PFC方案存在以下问题：

1、由于IGBT管无温度检测器件，需要单独使用温度采集器件贴于IGBT管表面，不仅难以直接检测IGBT管的真实温度，而且温度传输有延时，造成不能及时保护，同时表贴温度采集器工艺复杂且易造成漏电炸板；

2、IGBT驱动电路需要分立元器件搭建，元器件一致性不好会对驱动电路可靠性存在风险。

实用新型内容

本实用新型提供一种PFC电路结构，能够提高IGBT管温度检测的准确度和元器件的一致性。

为了解决上述技术问题，本实用新型优选实施例提供了一种PFC电路结构，包括桥式整流电路、处理器、第一电抗器、第一二极管、电容、第一IGBT、第一驱动电路以及热敏电阻；

所述桥式整流电路的输出端依次通过所述第一电抗器、所述第一IGBT的集电极、发射极串联连接至所述桥式整流电路的输入端；

所述第一二极管的阳极连接所述第一IGBT的集电极，所述第一二极管的阴极与所述电容的第一端连接，所述电容的第二端连接所述第一IGBT的发射极；

所述第一IGBT的门极与所述第一驱动电路连接，所述处理器分别与所述第一驱动电路、所述热敏电阻连接；

所述热敏电阻贴合在所述第一IGBT的发热晶圆上，且所述第一IGBT、所述第一驱动电路、所述第一二极管封装于同一集成电路芯片上。

作为优选方案，还包括第二IGBT、第二驱动电路、第二电抗器、第二二极管；

所述桥式整流电路的输出端依次通过所述第二电抗器、所述第二IGBT的集电极、发射极串联连接至所述桥式整流电路的输入端；

所述第二二极管的阳极连接所述第二IGBT的集电极，所述第二二极管的阴极连接所述电容的第二端；

所述第二IGBT的门极与所述第二驱动电路连接，所述处理器与所述第二驱动电路连接；

所述第二IGBT、所述第二驱动电路、所述第二二极管封装于所述集成电路芯片上。

作为优选方案，还包括电压检测模块，所述电压检测模块的一端连接所述电容的第一端，所述电压检测模块的另一端连接所述处理器。

作为优选方案，还包括电流检测模块，所述电流检测模块的一端与所述处理器连接，所述电流检测模块的另一端与所述桥式整流电路的输入端连接。

作为优选方案，还包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述桥式整流电路的输入端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述电容、所述电流检测模块的另一端连接。

相比于现有技术，本实用新型实施例的有益效果在于：

(1)通过将所述热敏电阻贴合在所述第一IGBT的发热晶圆上，能够直接测量所述第一IGBT的晶圆的真实温度，从而解决温度检测误差和延时问题。

(2)通过集成电路工艺，将所述第一IGBT、所述第一驱动电路、所述桥式整流电路、所述第一二极管封装于同一集成电路芯片上，使得这些元器件通过集成电路工艺直接连线，能够减少连线焊接点。

(3)由于使用集成电路工艺，可以保证晶圆一次成型，元器件本身差异可以大幅减小，从而避免了因元器件误差而导致的驱动一致性不好问题。

(4)使用内部晶圆连线，可以大幅减小焊点，从而减小因焊接工艺导致的驱动一致性不好问题。

(5)使用集成电路工艺后，缩短了引线距离，从而可以削弱因PCB布线的天线效应引入的空间电磁干扰，减小因其导致的驱动一致性不好问题。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的PFC电路结构的结构示意图；

图2是本实用新型实施例二的PFC电路结构的结构示意图；

图3是本实用新型实施例二的PFC电路结构的结构示意图；

其中，说明书附图中的附图标记如下：

L1、第一电抗器；L2、第二电抗器；D1、第一二极管；D2、第二二极管； C、电容；Q1、第一IGBT；Q2、第二IGBT；

MCU、处理器；NTC、热敏电阻。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型第一实施例：

请参见图1，本实用新型第一实施例提供一种PFC电路结构，为单管PFC 电路，包括桥式整流电路、处理器MCU、第一电抗器L1、第一二极管D1、电容C、第一IGBT Q1、第一驱动电路以及热敏电阻NTC；

所述桥式整流电路的输出端依次通过所述第一电抗器L1、所述第一IGBT的集电极、发射极串联连接至所述桥式整流电路的输入端；

所述第一二极管D1的阳极连接所述第一IGBT的集电极，所述第一二极管 D1的阴极与所述电容C的第一端连接，所述电容C的第二端连接所述第一IGBT 的发射极；

所述第一IGBT的门极与所述第一驱动电路连接，所述处理器MCU分别与所述第一驱动电路、所述热敏电阻NTC连接；

所述热敏电阻NTC贴合在所述第一IGBT的发热晶圆上，且所述第一IGBT、所述第一驱动电路、所述第一二极管D1封装于同一集成电路芯片上。

在本实施例中，通过将所述热敏电阻NTC贴合在所述第一IGBT的发热晶圆上，能够直接测量所述第一IGBT的晶圆的真实温度，从而解决温度检测误差和延时问题。

相比于现有技术IGBT驱动电路需要分立元器件搭建导致元器件一致性不好而造成对驱动电路可靠性存在风险，本实施例通过集成电路工艺，将所述第一 IGBT、所述第一驱动电路、所述桥式整流电路、所述第一二极管D1封装于同一集成电路芯片上，使得这些元器件通过集成电路工艺直接连线，能够减少连线焊接点。

其中，由于使用集成电路工艺，可以保证晶圆一次成型，元器件本身差异可以大幅减小，从而避免了因元器件误差而导致的驱动一致性不好问题。使用内部晶圆连线，可以大幅减小焊点，从而减小因焊接工艺导致的驱动一致性不好问题。使用集成电路工艺后，缩短了引线距离，从而可以削弱因PCB布线的天线效应引入的空间电磁干扰，减小因其导致的驱动一致性不好问题。

在本实施例中，所述PFC电路结构的工作原理如下：

所述处理器MCU控制所述第一IGBT信号的同时接所述第一驱动电路的输入脚，所述处理器MCU的一路ADC接集成温度采集器热敏电阻NTC。

所述处理器MCU控制所述第一IGBT导通时，所述桥式整流电路正极给所述第一电抗器L1充电，所述第一二极管D1被反向截止。电能被转换成磁能储存在所述第一电抗器L1内，所述电容C向后端放电，所述电容C的正负极电压下降。

所述处理器MCU控制所述第一IGBT关断时，所述桥式整流电路向所述电容C充电，所述第一电抗器L1向所述电容C放电，所述第一二极管D1导通，所述第一电抗器L1存储的磁能转换为电能向后级放电，所述电容C的正负极电压上升。

通过高频率的通断，可以实现整流桥持续正极输出，从而避免了大电流，提高了功率因素。

所述第一电抗器L1充当电能泵的作用，可以将电容C正负极电压抬升，从而可以提高更高的母线电压供后级负载使用。

请继续参见图1，在本实用新型实施例中，还包括：

电压检测模块，所述电压检测模块的一端连接所述电容C的第一端，所述电压检测模块的另一端连接所述处理器MCU。

电流检测模块，所述电流检测模块的一端与所述处理器MCU连接，所述电流检测模块的另一端与所述桥式整流电路的输入端连接。

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述桥式整流电路的输入端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述电容C、所述电流检测模块的另一端连接。

所述处理器MCU连接所述第一驱动模块输入脚，输出PWM波，控制双管 IGBT的通断。

所述处理器MCU通过所述电压检测模块获取母线电压，通过PID算法调节 PWM波占空比，实现母线电压恒定。

所述电压检测模块跟踪实际母线电压值，当检测到实际母线电压大于最大阈值时，所述处理器MCU主动关闭PWM，使该控制方法具有过压保护功能。

所述电流检测模块跟踪实际电流值，当检测到电流大于最大阈值时，所述处理器MCU主动关闭PWM，使该控制方法具有过流保护功能。

所述处理器MCU连接模块内部NTC，实时跟踪模块内部发热器件温度，当检测到模块温度大于最大阈值时，主动关闭PWM，使该方案具有过温保护功能。

本实用新型第二实施例：

请参见图2，本实用新型第二实施例为双管并联PFC电路，在第一实施例的基础上，还包括第二IGBTQ2、第二驱动电路、第二电抗器L2、第二二极管D2；

所述桥式整流电路的输出端依次通过所述第二电抗器L2、所述第二IGBT的集电极、发射极串联连接至所述桥式整流电路的输入端；

所述第二二极管D2的阳极连接所述第二IGBT的集电极，所述第二二极管 D2的阴极连接所述电容C的第二端；

所述第二IGBT的门极与所述第二驱动电路连接，所述处理器MCU与所述第二驱动电路连接；

所述第二IGBT、所述第二驱动电路、所述第二二极管D2封装于所述集成电路芯片上。

此外，相比于第一实施例的单管PFC电路，应力大且温升高的缺点，本实用新型第二实施例的双管PFC电路结构，元器件的应力较小，且温升低，有利于元器件的长期可靠性运行。

在本实施例中，双管并联PFC电路结构的工作原理如下：

输入源后接所述桥式整流电路，两路并联所述第一电抗器L1、所述第二电抗器L2接于所述桥式整流电路正极和所述第一二极管D1、所述第二二极管D2 之间，并联所述第一IGBT管脚E极、第二IGBT管脚E极，接于所述桥式整流电路负极和所述电容C之间。

所述处理器MCU控制所述第一IGBT、所述第二IGBT信号的同时，分别接所述第一驱动电路的输入脚，所述第二驱动电路的输入脚，所述处理器MCU的一路ADC接集成温度采集器热敏电阻NTC。

所述处理器MCU控制所述第一IGBT、所述第二IGBT导通时，所述桥式整流电路正极给所述第一电抗器L1、所述第二电抗器L2充电，所述第一二极管 D1、所述第二二极管D2被反向截止。电能被转换成磁能储存在所述第一电抗器 L1、所述第二电抗器L2内，所述电容C向后端放电，所述电容C的正负极电压下降。

所述处理器MCU控制所述第一IGBT、所述第二IGBT关断时，所述桥式整流电路向所述电容C充电，所述第一电抗器L1、所述第二电抗器L2向所述电容 C放电，所述第一二极管D1、第二二极管D2导通，所述第一电抗器L1、所述第二电抗器L2存储的磁能转换为电能向后级放电，所述电容C的正负极电压上升。

所述第一电抗器L1、所述第二电抗器L2充当电能泵的作用，可以将所述电容C正负极电压抬升，从而可以提高更高的母线电压供后级负载使用。

请参见图3，在本实用新型实施例中，还包括：

所述处理器MCU分别连接所述第一驱动模块输入脚、所述第二驱动模块输入脚，输出PWM波，控制双管IGBT的通断。

所述电压检测模块跟踪实际母线电压值，当检测到实际母线电压大于最大阈值时，所述处理器MCU主动关闭PWM，具有过压保护功能。

所述电流检测模块跟踪实际电流值，当检测到电流大于最大阈值时，所述处理器MCU主动关闭PWM，具有过流保护功能。

所述处理器MCU连接模块内部NTC，实时跟踪模块内部发热器件温度，当检测到模块温度大于最大阈值时，主动关闭PWM，具有过温保护功能。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种PFC电路结构，其特征在于，包括桥式整流电路、处理器、第一电抗器、第一二极管、电容、第一IGBT、第一驱动电路以及热敏电阻；

2.如权利要求1所述的PFC电路结构，其特征在于，还包括第二IGBT、第二驱动电路、第二电抗器、第二二极管；

3.如权利要求1或2所述的PFC电路结构，其特征在于，还包括电压检测模块，所述电压检测模块的一端连接所述电容的第一端，所述电压检测模块的另一端连接所述处理器。

4.如权利要求1或2所述的PFC电路结构，其特征在于，还包括电流检测模块，所述电流检测模块的一端与所述处理器连接，所述电流检测模块的另一端与所述桥式整流电路的输入端连接。

5.如权利要求4所述的PFC电路结构，其特征在于，还包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述桥式整流电路的输入端连接，所述第一电阻的另一端分别与所述电容、所述电流检测模块的另一端连接。