變頻器的控制電路和變頻器的製作方法

2023-09-14 03:07:50 2

本發明涉及家用電器領域，尤其是涉及一種變頻器的控制電路和變頻器。

背景技術：

現有技術通過同步檢測電路實現開關管101(igbt)的控制，如圖1所示，由電阻1和電阻2取樣a點電壓，然後通過電容3濾波後輸入到比較器4的負端；由電阻5和電阻6取樣開關管101的集電極102電壓，然後通過電容7濾波後輸入到比較器4的正端，如圖2所示，當開關管101的集電極102取樣電壓波形圖x和a點的取樣電壓波形圖y在m點相等，比較器4的輸出電壓發生翻轉變為高電平，檢測到此點後，在延遲一個固定時間t0，然後驅動開關管101導通。因此延遲的時間t0的長短就很重要，t0太短，開關管101的集電極102電壓還沒到零就再次開通，就會產生較嚴重的硬開關，將導致開關管101開關損耗增大，發熱量較大，最終就會導致開關管101損壞；而t0設置的太長，就會有一段空閒時間，在此過程中變壓器的寄生電感和開關管101的結電容會產生較大的諧振尖峰反向電流，同樣會導致開關管101產生大量熱量，效率降低。

技術實現要素：

本發明旨在至少解決相關技術中存在的技術問題之一。為此，本發明需要提供一種變頻器的控制電路和變頻器。

本發明實施方式的變頻器的控制電路包括整流電路及逆變電路，所述逆變電路與所述整流電路相連接，所述逆變電路包括開關管及開關電路，所述開關電路包括採樣電路及微分檢測電路，所述採樣電路的輸入端與所述開關管的集電極相連接以採集所述開關管的集電極的電壓波形，所述微分檢測電路的輸入端與所述採樣電路的輸出端相連接以檢測所述開關管的集電極的電壓波形的實時斜率，所述微分檢測電路的輸出端與所述開關管的基極相連接以用於根據所述開關管的集電極的電壓波形的實時斜率控制所述開關管的導通狀態。

在本發明實施方式的變頻器的控制電路中，由於採樣電路能夠採集開關管的集電極的電壓波形，並且微分檢測電路能夠檢測開關管的集電極的電壓波形的實時斜率，並且能夠根據開關管的集電極的電壓波形的實時斜率控制開關管的導通狀態，這樣能夠提高控制開關管的導通的時刻的精準度，從而使得開關管能夠保持工作在較佳的工作狀態，這樣能夠有效降低開關管的開關損耗，從而還可提高具有變頻器的控制電路的變頻器整體的效率。

在某些實施方式中，在所述開關管的集電極的電壓波形的實時斜率的絕對值小於或等於預設斜率值時，所述微分檢測電路控制所述開關管導通，所述預設斜率值包括零。

在某些實施方式中，在所述開關管的集電極的電壓值小於或等於預設電壓值時，所述微分檢測電路控制所述開關管導通，所述預設電壓值包括零。

在某些實施方式中，所述採樣電路包括串聯的第一電阻和第二電阻，所述採樣電路的輸入端通過所述第一電阻的一端與所述開關管的集電極相連接以採集所述開關管的集電極的電壓波形，所述採樣電路的輸出端通過所述第一電阻的另一端及所述第二電阻的一端與所述微分檢測電路的輸入端相連接，所述第二電阻的另一端接地。

在某些實施方式中，所述微分檢測電路包括第一電容、第三電阻及運放電路，所述微分檢測電路的輸入端通過所述第一電容的一端及所述運放電路的正相輸入端與所述採樣電路的輸出端相連接以檢測所述開關管的集電極的電壓波形的實時斜率，所述第一電容的另一端與所述運放電路的負相輸入端及所述第三電阻的一端相連接，所述第三電阻並聯在所述運放電路的負相輸入端與所述運放電路的輸出端之間，所述微分檢測電路的輸出端通過所述運放電路的輸出端及所述第一電阻的另一端與所述開關管的基極相連接以用於根據所述開關管的集電極的電壓波形的實時斜率控制所述開關管的導通狀態。

在某些實施方式中，所述微分檢測電路包括反饋電容，所述反饋電容與所述第三電阻並聯，所述反饋電容並聯在所述運放電路的負相輸入端與所述運放電路的輸出端之間。

在某些實施方式中，所述微分檢測電路包括輸入電阻，所述微分檢測電路的輸入端通過所述輸入電阻的一端與所述採樣電路的輸出端相連接，所述輸入電阻的另一端與所述第一電容的一端及所述運放電路的正相輸入端相連接。

在某些實施方式中，所述微分檢測電路包括第一通過電阻，所述運放電路的正相輸入端通過所述第一通過電阻與所述採樣電路的輸出端相連接，所述第一通過電阻與所述第一電容並聯。

在某些實施方式中，所述微分檢測電路包括第二通過電阻，所述第二通過電阻的一端與所述第一通過電阻及所述運放電路的正相輸入端相連接，所述第二通過電阻的另一端接地。

本發明實施方式的變頻器包括上述任一實施方式所述的變頻器的控制電路。

在本發明實施方式的變頻器中，由於採樣電路能夠採集開關管的集電極的電壓波形，並且微分檢測電路能夠檢測開關管的集電極的電壓波形的實時斜率，並且能夠根據開關管的集電極的電壓波形的實時斜率控制開關管的導通狀態，這樣能夠提高控制開關管的導通的時刻的精準度，從而使得開關管能夠保持工作在較佳的工作狀態，這樣能夠有效降低開關管的開關損耗，從而還可提高具有變頻器的控制電路的變頻器整體的效率。

本發明實施方式的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施方式的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1是現有技術實施方式的變頻器的電路示意圖。

圖2是現有技術實施方式的變頻器的控制電路的開關管的電壓波形圖。

圖3是本發明實施方式的變頻器的電路示意圖。

圖4是本發明實施方式的變頻器的控制電路的模塊示意圖。

圖5是本發明實施方式的變頻器的控制電路的開關管的電壓波形圖。

主要元件符號說明：

控制電路10、整流電路11、整流橋111、逆變電路12、諧振電容121、初級繞線122、次級繞線123、開關管13、集電極131、基極132、發射極133、採樣電路15、輸入端151、輸出端152、第一電阻153、第二電阻154、微分檢測電路16、輸入端161、輸出端162、第一電容163、第三電阻164、運放電路165、正相輸入端1651、負相輸入端1652、輸出端1653、反饋電容166、輸入電阻167、第一通過電阻168、第二通過電阻169、濾波電路17、濾波電容171、濾波電感172；

交流電源101、倍壓整流電路102、磁控管20。

具體實施方式

下面詳細描述本發明的實施方式，所述實施方式的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施方式是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語「中心」、「縱向」、「橫向」、「長度」、「寬度」、「厚度」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「頂」、「底」、「內」、「外」、「順時針」、「逆時針」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。由此，限定有「第一」、「第二」的特徵可以明示或者隱含地包括一個或者更多個所述特徵。在本發明的描述中，「多個」的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。

在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接。可以是機械連接，也可以是電連接。可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關係。對於本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

請一併參閱圖2～圖5，本發明實施方式的變頻器的控制電路10包括整流電路11及逆變電路12。逆變電路12與整流電路11相連接。

逆變電路12包括開關管13及開關電路。開關電路包括採樣電路15及微分檢測電路16。採樣電路15的輸入端151與開關管13的集電極131相連接以採集開關管13的集電極131的電壓波形。微分檢測電路16的輸入端161與採樣電路15的輸出端152相連接以檢測開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率。微分檢測電路16的輸出端162與開關管13的基極132相連接以用於根據開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率控制開關管13的導通狀態。

在本發明實施方式的變頻器的控制電路10中，由於採樣電路15能夠採集開關管13的集電極131的電壓波形，並且微分檢測電路16能夠檢測開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率，並且能夠根據開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率控制開關管13的導通狀態，這樣能夠提高控制開關管13的導通的時刻的精準度，從而使得開關管13能夠保持工作在較佳的工作狀態，這樣能夠有效降低開關管13的開關損耗，從而還可提高具有變頻器的控制電路10的變頻器整體的效率。

需要說明的是，本發明實施方式的變頻器的控制電路10可應用於微波爐的變頻器中。整流電路11與交流電源101連接，用於將交流電變換成直流電。逆變電路12用於將上述直流電變換成為交流電。在一些例子中，整流電路11可包括整流橋111。

再有，開關電路用於控制開關管13的通斷。在整流電路11與交流電源101接通後，開關電路便能夠使得開關管13導通。然後，採樣電路15便能夠採集開關管13的集電極131的電壓波形，並且能夠通過採樣電路15的輸出端152將採集後的開關管13的集電極131的電壓波形的信號傳輸至微分檢測電路16以進行信號檢測。然後，微分檢測電路16能夠根據檢測到的開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率控制開關管13的導通狀態。也就是說，微分檢測電路16能夠根據檢測到的開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率控制開關管13再次導通或關閉。這種控制開關管13的導通狀態的控制方式不僅精度較高，並且由於只需採集開關管13的集電極131的電壓波形，這樣簡化了控制電路10(與現有的技術相比不需要設置額外檢測a點的電壓的電路)，並降低了控制電路10的成本。

另外，微分檢測電路16用於對開關管13的集電極131的電壓波形的斜率進行實時監測，即檢測開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率。開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率與開關管13的集電極131的電壓相關聯。例如，在圖5所示的例子中，在電壓波形圖c中，在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率為零時，開關管13的集電極131的電壓為u1。

在本發明實施方式中，開關管13為開關三極體。

在某些實施方式中，控制電路10包括濾波電路17。濾波電路17電性連接整流電路11及逆變電路12。濾波電路17包括與開關管13的發射極133相連接的濾波電容171。逆變電路12還包括諧振電容121。諧振電容121與開關管13的集電極131相連接。

如此，濾波電路17可有效抑制和防止特定波段頻率的幹擾。

具體地，濾波電路17包括濾波電容171及濾波電感172。濾波電感172與濾波電容171串聯。逆變電路12還包括初級繞線122和次級繞線123。初級繞線122的一端連接諧振電容121的一端，初級繞線122的另一端連接諧振電容121的另一端和開關管13的集電極131及採樣電路15的輸入端151。次級繞線123與倍壓整流電路102連接，其中倍壓整流電路102可連接磁控管20。

在某些實施方式中，在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率的絕對值小於或等於預設斜率值時，微分檢測電路16控制開關管13導通。

如此，在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率的絕對值小於或等於預設斜率值時，開關管13處於導通狀態。這樣每次在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率的絕對值小於或等於預設斜率值時，開關管13便能夠處於導通狀態，這樣能夠以較精確的方式實現對開關管13的開關時間的控制，從而能夠進一步提高控制開關管13的導通的時刻的精準度。

需要說明的是，上述預設斜率值可根據具體情況進行設置。例如，在一些例子中，可將上述預設斜率值設置的較小(例如預設斜率值接近零)，從而可使得開關管13能夠在勵磁放完或接近放完時處於導通狀態，從而能夠進一步有效降低開關管13的開關損耗。

當然，可以理解，在另一些例子中，在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率為零時，微分檢測電路16控制開關管13導通。

在某些實施方式中，在開關管13的集電極131的電壓值小於或等於預設電壓值時，微分檢測電路16控制開關管13導通。

如此，在開關管13的集電極131的電壓值小於或等於預設電壓值時，微分檢測電路16能夠檢測到此時開關管13的集電極131的電壓所對應的實時斜率，從而使得開關管13處於導通狀態。這樣每次在開關管13的集電極131的電壓值小於或等於預設電壓值時，開關管13便能夠處於導通狀態，這樣能夠以較精確的方式實現對開關管13的開關時間的控制，從而能夠進一步提高控制開關管13的導通的時刻的精準度。

需要說明的是，上述預設電壓值可根據具體情況進行設置。例如，在一些例子中，可將上述預設電壓值設置的較小(例如預設電壓值接近零)，從而可使得開關管13能夠在開關管13的集電極131的電壓較低(例如電壓等於零或接近零)處於導通狀態，這時導通開關管13便不會產生較嚴重的硬開關，從而能夠有效降低開關管13的開關損耗，從而可延長開關管13的使用壽命。

當然，可以理解，在另一些例子中，在開關管13的集電極131的電壓值等於零時，微分檢測電路16控制開關管13導通。

在某些實施方式中，採樣電路15包括串聯的第一電阻153和第二電阻154。採樣電路15的輸入端151通過第一電阻153的一端與開關管13的集電極131相連接以採集開關管13的集電極131的電壓波形。採樣電路15的輸出端152通過第一電阻153的另一端及第二電阻154的一端與微分檢測電路16的輸入端161相連接。第二電阻154的另一端接地，可對採樣電路15起保護作用。

在某些實施方式中，微分檢測電路16包括第一電容163、第三電阻164及運放電路165。微分檢測電路16的輸入端161通過第一電容163的一端及運放電路165的正相輸入端1651與採樣電路15的輸出端152相連接以檢測開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率。第一電容163的另一端與運放電路165的負相輸入端1652及第三電阻164的一端相連接。第三電阻164並聯在運放電路165的負相輸入端1652與運放電路165的輸出端1653之間。微分檢測電路16的輸出端162通過運放電路165的輸出端1653及第一電阻153的另一端與開關管13的基極132相連接以用於根據開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率控制開關管13的導通狀態。

如此，這樣簡化了微分檢測電路16的電路結構，並能夠對開關管13的集電極131的電壓波形的斜率形進行有效的實時監測。

在某些實施方式中，微分檢測電路16包括反饋電容166。反饋電容166與第三電阻164並聯。反饋電容166並聯在運放電路165的負相輸入端1652與運放電路165的輸出端1653之間。

如此，反饋電容166的設置能夠使得微分檢測電路16檢測到的開關管13的集電極131的電壓波形的信號產生較大角度(例如90度)的相移，從而保證微分檢測電路16的穩定性。

在某些實施方式中，微分檢測電路16包括輸入電阻167。微分檢測電路16的輸入端161通過輸入電阻167的一端與採樣電路15的輸出端152相連接。輸入電阻167的另一端與第一電容163的一端及運放電路165的正相輸入端1651相連接。

如此，輸入電阻167的設置能夠進一步使得微分檢測電路16檢測到的開關管13的集電極131的電壓波形的信號產生較大角度(例如90度)的相移，從而進一步保證微分檢測電路16系統的穩定性，從而提升整個系統的穩定性。

在某些實施方式中，微分檢測電路16包括第一通過電阻168。運放電路165的正相輸入端1651通過第一通過電阻168與採樣電路15的輸出端152相連接。第一通過電阻168與第一電容163並聯。

如此，第一通過電阻168的設置可限制微分檢測電路16系統的偏置電流，繼而減小偏置電流對微分檢測電路16系統的影響。

在某些實施方式中，微分檢測電路16包括第二通過電阻169。第二通過電阻169的一端與第一通過電阻168及運放電路165的正相輸入端1651相連接。第二通過電阻169的另一端接地。

如此，第一通過電阻168的設置能夠進一步限制微分檢測電路16系統的偏置電流，繼而能夠進一步減小偏置電流對微分檢測電路16系統的影響，從而提升整個系統的穩定性。

在圖5所示的例子中，電壓波形圖a、電壓波形圖b和電壓波形圖c表示開關管13在不同工作狀態下的開關管13的集電極131的電壓波形圖，其中橫坐標t表示時間，縱坐標u表示電壓。再有，處於電壓波形圖a所示的工作狀態下的控制電路10的負載的電阻的值小於處於電壓波形圖c所示的工作狀態下的控制電路10的負載的電阻的值，而處於電壓波形圖c所示的工作狀態下的控制電路10的負載的電阻的值小於處於電壓波形圖b所示的工作狀態下的控制電路10的負載的電阻的值。

當開關管13處於電壓波形圖a所示的工作狀態時，控制電路10的負載較小。這時可在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率的絕對值小於或等於預設斜率值(預設斜率值的大小可設置成接近於零)時或者在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率為零時，通過微分檢測電路16控制開關管13導通或再次導通。上述控制開關管13的導通方式可根據具體情況進行設置。

當開關管13處於電壓波形圖b所示的工作狀態時，控制電路10的負載較大，並且控制電路10處於較佳的工作狀態。這時可在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率的絕對值小於或等於預設斜率值(預設斜率值的大小可設置成接近於零)時或者在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率為零時或者在開關管13的集電極131的電壓的值小於或等於預設電壓值時或者在開關管13的集電極131的電壓的值等於零時，通過微分檢測電路16控制開關管13導通或再次導通。上述控制開關管13的導通方式可根據具體情況進行設置。

當開關管13處於電壓波形圖c所示的工作狀態時，控制電路10的負載適中，並且控制電路10處於更佳的工作狀態。這時可在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率的絕對值小於或等於預設斜率值(預設斜率值的大小可設置成接近於零)時或者在開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率為零時或者在開關管13的集電極131的電壓的值小於或等於預設電壓值時或者在開關管13的集電極131的電壓的值等於零時，通過微分檢測電路16控制開關管13導通或再次導通。上述控制開關管13的導通方式可根據具體情況進行設置。

本發明實施方式的變頻器包括上述任一實施方式所述的變頻器的控制電路10。

在本發明實施方式的變頻器中，由於採樣電路15能夠採集開關管13的集電極131的電壓波形，並且微分檢測電路16能夠檢測開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率，並且能夠根據開關管13的集電極131的電壓波形的實時斜率控制開關管13的導通狀態，這樣能夠提高控制開關管13的導通的時刻的精準度，從而使得開關管13能夠保持工作在較佳的工作狀態，這樣能夠有效降低開關管13的開關損耗，從而還可提高具有變頻器的控制電路10的變頻器整體的效率。

需要說明的是，本發明實施方式的變頻器可應用於微波爐中。

在本發明中，除非另有明確的規定和限定，第一特徵在第二特徵之「上」或之「下」可以包括第一和第二特徵直接接觸，也可以包括第一和第二特徵不是直接接觸而是通過它們之間的另外的特徵接觸。而且，第一特徵在第二特徵「之上」、「上方」和「上面」包括第一特徵在第二特徵正上方和斜上方，或僅僅表示第一特徵水平高度高於第二特徵。第一特徵在第二特徵「之下」、「下方」和「下面」包括第一特徵在第二特徵正下方和斜下方，或僅僅表示第一特徵水平高度小於第二特徵。

下文的公開提供了許多不同的實施方式或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，並且目的不在於限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重複參考數字和/或參考字母，這種重複是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施方式和/或設置之間的關係。此外，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的應用和/或其他材料的使用。

在本說明書的描述中，參考術語「一個實施方式」、「一些實施方式」、「示意性實施方式」、「示例」、「具體示例」、或「一些示例」等的描述意指結合實施方式或示例描述的具體特徵、結構、材料或者特點包含於本發明的至少一個實施方式或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施方式或示例。而且，描述的具體特徵、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施方式或示例中以合適的方式結合。

儘管已經示出和描述了本發明的實施方式，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的範圍由權利要求及其等同物限定。