本發(fā)明涉及家用電器，具體地，涉及一種家用電器及其PFC電路。

背景技術：

對于大功率家用電器(如變頻空調)，為了提高電力使用效率，降低大功率家用電器對電網(wǎng)的干擾，提高電器對電網(wǎng)干擾的適應性，在電控整流電路與濾波電容中通常會增加有源PFC電路(功率因數(shù)校正電路)，PFC初級調整變換器可以輸出一個基本穩(wěn)定的直流電壓，以增加電流導通角，其功率矯正因素可達到0.99，使的電流波形在整個周期內追蹤電壓的波形。

PFC電路拓撲是多種多樣的，工作模式也各不相同。如圖1所示，現(xiàn)有技術中，在變頻空調器中普遍采用典型的升壓boost結構，如圖1中的PFC電路10。AC電源通過整流電路，PFC升壓電感L_pfc在開關管(例如功率開關管IGBT Q)導通時儲存能量；在功率開關管IGBT Q截止時，電感L_pfc上感應出左負右正的電壓，將導通時儲存的能量通過快恢復二極管(FRD)D對大電解電容C充電，輸出能量以為負載F(例如家用電器)供電。其輸入電壓是沒有經(jīng)過濾波處理的脈動電壓，由于PFC電路10中的儲能濾波電容和PFC升壓電感串聯(lián)，電感上的電流不能突變，這就對濾波電容的浪涌電流起到抑制作用。其中控制裝置11對PFC電路的輸入電壓Vbd、輸出電壓Vdc以及電流進行檢測，根據(jù)輸入電壓Vbd、輸出電壓Vdc以及電流來輸出驅動信號以對PFC電路的參數(shù)進行調整。

在實際應用電路中，由于功率開關管IGBT在導通和關斷瞬間，以及快恢復二極管在正向導通和反向恢復瞬間，都會產(chǎn)生巨大的電流變化(Di/Dt)和電壓變化(Du/Dt)，開關瞬間能量會以傳導形式傳播，并以分布電容等因素形成傳播環(huán)路，進而導致電磁兼容EMC超標，而且嚴重時還會影響電路功能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種家用電器及其PFC電路，該家用電器及其PFC電路能夠抑制高頻噪聲，進而滿足電磁兼容性(EMC)要求。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種PFC電路，所述PFC電路包括：噪聲產(chǎn)生器件，產(chǎn)生高頻噪聲；吸收緩沖電路，與所述噪聲產(chǎn)生器件并聯(lián)，用于抑制所產(chǎn)生的高頻噪聲。

可選地，所述PFC電路還包括：電感，連接至電源輸入端；所述噪聲產(chǎn)生器件包括：快恢復二極管，連接在所述電感與電源輸出端之間；開關管，連接在所述電感與地端之間，以便在所述開關管導通的情況下為所述電感充電，在所述開關管關斷的情況下通過所述快恢復二極管為負載供電；其中，所述快恢復二極管和所述開關管中的至少一者并聯(lián)有所述緩沖吸收電路。

可選地，所述緩沖吸收電路包括串聯(lián)的電阻、電容以及高頻噪聲吸收器。

可選地，所述高頻噪聲吸收器為磁珠或磁環(huán)。

可選地，所述電容的電容值Cb根據(jù)以下等式來確定：其中，最大電流Tf為是開關管電流消耗時間，Vdc為直流母線電壓，P為負載功率，Uinmin為負載允許的輸入最小電壓。

可選地，所述電阻與所述磁珠或磁環(huán)的總阻值R根據(jù)以下等式來確定：其中，PFC電路最小占空比f_pfc為PFC電路開關頻率，Uinmax為為負載允許的輸入最大電壓。

可選地，所述開關管為IGBT。

可選地，在所述開關管關斷且所述快恢復二極管導通的情況下，給與負載并聯(lián)電解電容充電。

可選地，所述PFC電路還包括控制裝置，用于根據(jù)所述PFC電路的輸入電壓、輸出電壓以及電流來調節(jié)該PFC電路的參數(shù)，以使得電流的波形追蹤電壓的波形。

相應地，本發(fā)明還提供一種家用電器，所述家用電器包括上述PFC電路。

通過上述技術方案，利用吸收緩沖電路來抑制PFC電路中產(chǎn)生的高頻噪聲，如此可以在家用電器中采用高頻PFC電路，不僅能夠滿足EMC要求，而且降低了電路尺寸。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。

附圖說明

附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與下面的具體實施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是現(xiàn)有技術中PFC電路在家用電器中的結構圖示；

圖2是一種增加有緩沖吸收電路的PFC電路的結構圖示；

圖3是串聯(lián)諧振所引起的電壓波形變化的圖示；

圖4是串聯(lián)諧振所產(chǎn)生的騷擾功率測試曲線圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明一種實施方式提供的PFC電路的結構圖示；以及

圖6是供電系統(tǒng)中使用根據(jù)本發(fā)明一種實施方式PFC電路的騷擾功率測試曲線圖。

附圖標記說明

10 PFC電路 11 控制裝置

12 緩沖吸收電路 13 電流檢測電路

131 信號調理電路 14 驅動電路

L_pfc PFC電感 D 快恢復二極管

Q 功率開關管IGBT C 電解電容

F 負載 Lb 磁珠

Rb 電阻 Cb 電容

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

針對家用電器，為了符合銷售市場的測試要求，通常會在PFC電路中的快恢復二極管處增加緩沖電路，由一組電阻和電容串聯(lián)(例如，Rb＝10ohm,Cb＝150pF)而成，其參數(shù)值可以根據(jù)電路參數(shù)調整。

圖2是增加緩沖電路的PFC電路的結構圖示。如圖2所示，Vbd PFC電路的輸入電壓，即AC電源經(jīng)過整流橋后的在PFC電感L_pfc前的直流電壓；Vce是功率開關管IGBT Q的管壓降；Vdc為直流母線電壓，即大電解電容C的電壓。以下將對PFC電路的一個周期內進行分析。

當功率開關管IGBT Q導通時，輸入電壓Vbd對PFC電感L_pfc進行充電，電感電流I_inc隨著導通時間ton上升，I_inc＝Vbd/L_pfc*ton，此時，Vce＝0(于此忽略了功率開關管IGBT Q的導通壓降)，緩沖電路12中的Rb、Cb充電(充電電壓為Vdc)。

當功率開關管IGBT Q關斷且快恢復二極管D導通時，PFC電感L_pfc為電解電容C充電，快恢復二極管D導通，電感電流I_dec隨功率開關管IGBT Q從開始關斷至完全關斷(通常指的是功率開關管IGBT Q導通程度從90％下降至5％的過程)的所經(jīng)過的時間t1下降，I_dec＝(Vbd–Vdc)/L*t1，當Vce＝Vdc(于此忽略了FRD導通壓降)時，緩沖電路12的Rb、Cb放電至零電壓。

當IGBT關斷且FRD截止時(此種情況在電流斷續(xù)(電流很小或為0)模式時會出現(xiàn))，PFC電感電流I_dec下降到零之后，將無法再向電解電容C充電，此時快恢復二極管D截止。PFC電感L_pfc與緩沖電路的Rb、Cb構成串聯(lián)諧振電路，PFC電感L_pfc的能量與電容Cb的能量振蕩衰減，導致Vce等于Vbd加上PFC的電感振蕩電壓，如圖3所示引起的電壓波形變化。而串聯(lián)諧振往往會出現(xiàn)過電壓、大電流，容易導致家用電器的損壞。

出現(xiàn)串聯(lián)諧振的條件是PFC電感電流出現(xiàn)斷續(xù)(即工作在斷續(xù)模式下)，而電流出現(xiàn)斷續(xù)通常會在以下情況中出現(xiàn)：在輸入電壓過零附近，輸入電壓下降接近于0時，PFC電感電流將很小；負載(例如變頻空調的壓縮機)電流越小(如運行頻率越低)，出現(xiàn)斷續(xù)模式的占比就會越大，而負載電流越大(如運行頻率越高)，則出現(xiàn)斷續(xù)模式的占比越小。

為了降低空調產(chǎn)品成本，提高生產(chǎn)制造效率，同時提供更加穩(wěn)定可靠的直流電壓，提高產(chǎn)品可靠性，通常采用高頻PFC電路，但是高頻PFC電路對產(chǎn)品的熱管理設計及EMC設計提出更嚴苛的要求。同時由于高頻(例如40KHz)PFC開關導致的高頻噪聲在空調系統(tǒng)中傳導，致使EMC超標。在電路中接入EMC接收機，高頻PFC開關導致的高頻噪聲沿著電源線返回至EMC接收機，其產(chǎn)生噪聲范圍從十幾MHz到一百多MHz(高頻)廣泛分布，如圖4所示，在該測試中，諧振點在48MHz附近產(chǎn)生，從其展開頻譜圖中可以發(fā)現(xiàn)，諧振波形頻率為高頻PFC開關頻率。通過整改其他項，如調整電源EMI電路參數(shù)、IGBT散熱器上增加耦合電容等，都不能解決諧振尖峰。

為了降低串聯(lián)諧振的影響，需要降低諧振電壓。其中，諧振頻率由PFC電感L_pfc和緩沖電路的電容Cb確定，而諧振電壓幅值受諧振電路品質因數(shù)(Q＝1/R*sqrt(L/Cb))和輸入輸出壓差的影響(Vdc-Vbd)，其中R、L和Cb分別是串聯(lián)諧振電路的電阻、電感及電容。通過上述內容可以得出品質因數(shù)越小，則諧振電壓越小，因此發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可以通過調節(jié)品質因數(shù)來降低諧振電壓幅值。

基于上述內容，提出了一種PFC電路，所述PFC電路可以包括：噪聲產(chǎn)生器件，產(chǎn)生高頻噪聲(例如上述IGBT導通和關斷瞬間及快恢復二極管正向導通和反向恢復瞬間所產(chǎn)生的噪聲能量以及上述串聯(lián)諧振)；吸收緩沖電路，與所述噪聲產(chǎn)生器件并聯(lián)，用于抑制所產(chǎn)生的高頻噪聲。如此可以在家用電器中采用高頻PFC電路，不僅能夠滿足EMC要求，而且降低了電路尺寸。

如上所述，所述PFC電路還可以包括：電感，連接至電源輸入端；所述噪聲產(chǎn)生器件包括：快恢復二極管，連接在所述電感與電源輸出端之間；開關管，連接在所述電感與地端之間，以便在所述開關管導通的情況下為所述電感充電，在所述開關管關斷的情況下通過所述快恢復二極管為負載供電；其中，所述快恢復二極管和所述開關管中的至少一者并聯(lián)有所述緩沖吸收電路。

其中，電感用于在開關管導通時存儲能量，在開關管關斷且快恢復二極管導通時，可以例如通過給與負載并聯(lián)電解電容充電，以便為負載提供電能。如上所述，由于功率開關管IGBT在導通和關斷瞬間，以及快恢復二極管在正向導通和反向恢復瞬間，都會產(chǎn)生噪聲，進而導致巨大的電流變化(Di/Dt)和電壓變化(Du/Dt)，開關瞬間能量會以傳導形式傳播，并以分布電容等因素形成傳播環(huán)路，進而導致電磁兼容EMC超標。所述吸收緩沖電路，能夠吸收緩沖所產(chǎn)生的噪聲信號。

其中，所述緩沖吸收電路可以包括串聯(lián)的電阻、電容以及高頻噪聲吸收器。而所述高頻噪聲吸收器可以為磁珠或磁環(huán)。

以下將參考圖5通過具體實施方式來詳細描述本發(fā)明，但是應該注意的是本發(fā)明并不限制于此。

如圖5所示，在快恢復二極管D和功率開關管IGBT Q的兩端分別并聯(lián)一個緩沖吸收電路12，該緩沖吸收電路12包括磁珠Lb(能夠承受3至5安電流的大功率磁珠)、電阻Rb以及電容Cb。并聯(lián)在功率開關管IGBT Q的兩端的緩沖電路12能夠與PFC電感L_pfc形成小環(huán)路，可以消除功率開關管IGBT Q所產(chǎn)生的噪聲。并聯(lián)在快恢復二極管D兩端的緩沖電路12能夠消除快恢復二極管D所產(chǎn)生的噪聲。

而且，由于磁珠在低頻阻抗非常低，相當于跳線，而在高頻下表現(xiàn)出大電阻特性，大阻抗降低了諧振電路的品質因素Q和諧振振幅，因而該吸收緩沖電路對高頻PFC產(chǎn)生的高頻噪聲吸收效果較好，但對低頻共模噪聲具有低阻抗返回路徑，發(fā)熱較低。圖6是本實施方式中EMC測試數(shù)據(jù)圖示，磁珠在吸收緩沖電路中的應用，能夠將高頻PFC引起的諧振尖峰消除。

其中，所述電容的電容值Cb根據(jù)以下等式(1)來確定。

$Cb=\frac{Ipeak*Tf}{2.2*Vdc}---\left(1\right)$

其中，最大電流Tf為是開關管電流消耗時間，Vdc為直流母線電壓，P為負載功率，Uinmin為負載允許的輸入最小電壓。

所述電阻與所述磁珠的總阻值R根據(jù)等式(2)來確定。

$R=\frac{Dmin}{3*Cb*f\_pfc}---\left(2\right)$

其中，PFC電路最小占空比f_pfc為PFC電路開關頻率，Uinmax為為負載允許的輸入最大電壓。

在一種實施例中，整機功率P＝1800W，輸入最大電壓輸入最小電壓Uinmin＝180V，直流母線電壓Vdc＝380V，PFC開關頻率f_pfc＝40KHz，IGBT電流的消耗時間(例如從90％下降到5％)Tf＝120nS，

根據(jù)等式(1)可以得出電容Cb，針對所計算得出得出的值，可以選取較為合適的電容，例如通過基于計算值改變Cb以獲得效果較好的值，另外由于直流母線電壓為380V，因此例如可以選擇電容值為1nF、耐壓值為1000V的電容。

根據(jù)等式(2)可以得出所述電阻與所述磁珠的總阻值R，然后根據(jù)實際情況對所計算的值進行適當調整，例如取值220Ω。例如可以選擇電阻值為100Ω的電阻，然后將120Ω作為選擇磁珠的基礎，通過基于120Ω對阻值的調整來獲得較為合適的磁珠，以達到盡可能好的抑噪效果。

另外可以根據(jù)以下等式計算電阻功率：PR＝0.5*Cb*Vdc²*f_pfc，在該實施例中可以取值3W，在選擇電阻時應該考慮其允許的最大功率值，以避免在工作過程中燒毀。

對于Rb、Cb和磁珠阻值的實際取值，可以所計算的值為基礎根據(jù)實際諧振點來進行調整。通過緩沖吸收電路12能夠使得尖峰削弱。

如圖5所示，所述PFC電路還包括控制裝置11，用于根據(jù)所述PFC電路的輸入電壓、輸出電壓以及電流來調節(jié)該PFC電路的參數(shù)，以使得電流的波形追蹤電壓的波形?？刂蒲b置11利用R4和R5分別對輸入電壓和輸出電壓進行檢測，并通過電流檢測電路13對電流進行檢測。在一種實施例中，可以將輸入電壓和輸出電壓進行擬合(例如相乘)，然后與電流進行比較，然后控制裝置11產(chǎn)生驅動信號以通過驅動電路14(例如產(chǎn)生開關頻率信號)來對功率開關管IGBT Q進行驅動，以使得電流波形追蹤電壓的波形。其中可以通過信號調理電路對所檢測到的電流進行調整，例如對電流值進行同步放大，以便于與較大的電壓值波形進行比較，而電流值的同步放大并不會影響電流的波形圖。

相應地，本發(fā)明還提供一種家用電器，所述家用電器包括上述PFC電路，例如變頻空調。

通過本發(fā)明提供的技術方案，可以在變頻空調中采用高頻PFC電路，從而能夠節(jié)省器件成本，提高電控可靠性并提升制造效率高頻PFC。本發(fā)明的技術方案不僅可以縮小電抗器尺寸，縮短走線，使得原有分離的大體積電抗不再需要單獨預留和設計空間放置，而且還可以大大改善電抗器發(fā)熱，并且在抑制高頻噪聲及諧振方面有很好的效果，極大加速產(chǎn)品開發(fā)周期中的EMC整改時間。

以上結合附圖詳細描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實施方式中的具體細節(jié)，在本發(fā)明的技術構思范圍內，可以對本發(fā)明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。

另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發(fā)明對各種可能的組合方式不再另行說明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應當視為本發(fā)明所公開的內容。