一种变频器以及变频器系统的制作方法

本申请涉及集成电路技术领域，具体涉及一种变频器以及变频器系统。

背景技术：

现有技术中，为了给变频器内部电源供电，通常采用隔离型拓扑结构(如反激拓扑)给系统内部电路供电，然而隔离型拓扑结构体积大、成本高，尤其是在小功率变频器应用中，对系统体积与成本要求非常高，体积与成本很难进一步降低。

传统变频器内部辅助电源通常采用反激开关电源拓扑设计，变频器内部辅助电源给变频器内部电路供电，由于电路中一般都有一次侧的电源以及二次侧的电源，采用隔离型拓扑结构可产生多路输出电压，既可以给一次侧电路供电也可以给二次侧电路供电。一次侧电路供电电源与二次侧电路供电电源需要有一定的距离以满足安规要求，变压器为了满足这些安规要求，必须增加很大的挡墙来满足此距离，因此变压器尺寸比较大，从而导致成本的增加。此外，电路中原边开关管的电压应力很高，对于220v的系统来说，通常需要选用800v以上电压应力的开关管，而开关管的电压应力越高，开关特性越差，开关损耗较大，通常开关频率小于100khz，磁性元件的体积较大，总体成本较高。

技术实现要素：

本申请主要解决的问题是提供一种变频器以及变频器系统，能够提高电路效率，减小电路整体体积，降低成本。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：提供一种变频器，该变频器包括变频电路和辅助电源，变频电路用于接收电源信号，并对电源信号进行处理，得到母线电压；辅助电源与变频电路耦接，其包括互相耦接的第一降压电路和隔离电路，第一降压电路用于将母线电压调整为第一预设电压，隔离电路用于将第一预设电压调整为第二预设电压，并将第一预设电压与第二预设电压进行隔离。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是：提供一种变频器系统，该变频器系统包括互相耦接的变频器和电机，变频器用于接收电源信号，并根据电源信号生成三相交流电，电机用于在三相交流电的驱动下工作，其中，变频器为上述的变频器。

通过上述方案，本申请的有益效果是：该变频器包括变频电路以及与变频电路耦接的辅助电源，辅助电源包括第一降压电路以及与第一降压电路耦接的隔离电路，第一降压电路可将变频电路输出的母线电压降低，输出第一预设电压给一次侧的电路，提高电路效率，同时第一降压电路输出第一预设电压给隔离电路，相比现有技术，隔离电路接收到的输入电压降低，使得隔离电路中的磁性元件的体积减小，由于磁性元件在隔离电路中所占空间较大，从而有助于减小电路整体体积，可降低生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的变频器一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的变频器另一实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的变频器系统一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，图1是本申请提供的变频器一实施例的结构示意图，变频器10包括：变频电路11与辅助电源12。

变频电路11用于接收电源信号，并对电源信号进行处理，得到母线电压；该电源信号可以为交流电信号，该母线电压可为直流电压，变频电路11可将该交流电信号转变成直流母线电压。

辅助电源12的输入端与变频电路11的输出端耦接，辅助电源12包括互相耦接的第一降压电路121和隔离电路122，辅助电源12可为变频器10中的电路提供电压，作为内部电源使用。

进一步地，第一降压电路121的输入端与变频电路11的输出端耦接，第一降压电路121用于将母线电压调整为第一预设电压，该第一预设电压可小于母线电压，第一预设电压可为变频器10中一次侧的电路(图中未示出)供电，同时为隔离电路122提供输入电压。

在实际应用中，基于电压等级的变换、安全、隔离或系统串/并联等原因，电源的输入与输出之间往往需要电气隔离，此时可设置一隔离电路122。隔离电路122的输入端与第一降压电路121的输出端耦接，隔离电路122用于将第一预设电压调整为第二预设电压，并将第一预设电压与第二预设电压进行隔离，第二预设电压可为变频器10中二次测的电路供电(图中未示出)，第二预设电压与第一预设电压可以相同或不同。

通过第一降压电路121将变频电路11输出的母线电压降低，输出第一预设电压给一次侧的电路，提高电路效率，同时第一降压电路121输出第一预设电压给隔离电路122，相比现有技术，隔离电路122接收到的输入电压降低，隔离电路122中的磁性元件(图中未示出)的体积可适应性缩减，由于磁性元件在隔离电路122中所占空间较大，从而有助于减小电路整体体积，可降低生产成本。

请参阅图1和2，图2是本申请提供的变频器另一实施例的结构示意图，与上述实施例中不同的是，本实施例中变频器10还包括第二降压电路123，第二降压电路123的输入端与第一降压电路121的输出端耦接，第二降压电路123用于将第一预设电压调整为第三预设电压，第三预设电压小于第一预设电压，第二降压电路123的数量可根据具体需要进行设置。

在一具体的实施例中，第二降压电路123的数量至少为两个，且第二降压电路123依次耦接，即第二降压电路123的输出端与另一第二降压电路123的输入端耦接，可根据一次侧的电路所需的电压设置相应数量的第二降压电路123，第二降压电路123与第一降压电路121的结构和参数相同。在其他实施例中，第二降压电路123的输入端可分别与第一降压电路121的输出端连接，第二降压电路123的电路结构或参数可不同，以分别对第一预设电压进行降压，得到不同的电压值。

第一降压电路121和第二降压电路123均为降压式变换电路(buck)，隔离电路122为隔离直直电路(隔离dc-dc电路)，其为隔离式直流转直流的转换器。

第一降压电路121从整流电路111的输出端获取母线电压，对母线电压进行降压处理，可产生一次侧供电电压，如果一次侧的电路还需其他电压，可将第一降压电路121的输出端耦接第二降压电路123的输入端，从而产生其他电压值。二次侧供电电压可通过隔离电路122产生，如果二次侧的电路还需要其他供电电压，可以通过在隔离电路122的内部变压器(图中未示出)中增加输出绕组来实现；例如，如果需要产生3种供电电压值，则可以增加两组输出绕组。

第一降压电路121、隔离电路122以及第二降压电路123均包括磁性元件(图中未示出)，磁性元件用于对输入的电压进行滤波或进行电压变换；具体地，该磁性元件可以为电感或变压器，电感可滤除输入信号中的高频信号，变压器可对输入信号进行电压变换。

由于隔离电路122和第二降压电路123接收到的第一预设电压为将母线电压降低后的电压，可使用耐压值较低的开关管(图中未示出)或磁性元件来组成隔离电路122和第二降压电路123，磁性元件的体积大大减小，由于磁性元件在第二降压电路123或隔离电路122中占据了较大面积，因而虽增加了电路结构，但是整体来说，变频器10的体积减小了；而且由于开关管的耐压值降低了，使得开关管的电压应力降低，开关特性得到改善，可减少开关损耗。

变频电路11接收到的电源信号为rst三相交流电，变频电路11包括：整流电路111、限流电路112、滤波电路113以及逆变电路114。

整流电路111用于对电源信号进行整流，生成母线电压；具体地，整流电路111为整流桥，其包括第一二极管d1至第六二极管d6，第一二极管d1的一端与限流电路112的输入端耦接，第一二极管d1的另一端与r相电源输入端以及第二二极管d2的一端耦接，第二二极管d2的另一端接地；第三二极管d3的一端与限流电路112的输入端耦接，第三二极管d3的另一端与s相电源输入端以及第四二极管d4的一端耦接，第四二极管d4的另一端接地；第五二极管d5的一端与限流电路112的输入端耦接，第五二极管d5的另一端与t相电源输入端以及第六二极管d6的一端耦接，第六二极管d6的另一端接地。

限流电路112分别与整流电路111的输出端、逆变电路114的输入端以及第一降压电路121的输入端耦接，其用于将输入至逆变电路114的电流值控制在预设电流范围内；具体地，限流电路112的输入端与整流电路111的输出端耦接，限流电路112的输出端与滤波电路113的输入端、逆变电路114的输入端以及第一降压电路121的输入端耦接。

在一具体的实施例中，限流电路112包括并联的开关k和限流电阻r1，开关k的一端与整流电路111的输出端连接，开关k的另一端与滤波电路113的输入端以及逆变电路114的输入端连接；变频器10还包括控制电路(图中未示出)，控制电路与开关k的控制端(图中未示出)耦接，控制电路用于控制开关k的导通和断开；在开关k导通时，限流电阻r1短路，整流电路111与逆变电路114耦接；在开关k断开时，整流电路111通过限流电阻r1与逆变电路114耦接；具体地，开关k可以为继电器、接触器或场效应管等。

滤波电路113分别与限流电路112的输出端以及逆变电路114的输入端耦接，其用于对限流电路112输出的信号进行滤波，并将滤波后的信号输入至逆变电路114；具体地，滤波电路113包括滤波电容c，滤波电容c的一端与限流电路112的输出端以及逆变电路114的输入端耦接，滤波电容c的另一端接地。

在整流桥和滤波电容c之间耦接有限流电阻r1和开关k，设置限流电路112的目的在于，变频器10刚接收到rst三相交流电时，滤波电容c上的电压为0v，而在电源电压为220v时，整流电压峰值为311v，此时在接通电源的瞬间将有很大的充电冲击电流，有可能损坏整流二极管d1-d6；另外，端电压为0的滤波电容c会使整流电压瞬间降低至0v，形成对电源网络的干扰。在整流桥和滤波电容c之间接入一个限流电阻r1，可将滤波电容c的充电电流限制在一个允许范围内。但是，如果限流电阻r1始终接在电路内，其电压降将影响变频器10的输出电压，也会降低变频器10的电能转换效率，因此，在滤波电容c充电完毕后，控制电路发出控制信号控制开关k闭合，以将限流电阻r1短接。

逆变电路114通过限流电路112与整流电路111的输出端耦接，其用于将母线电压逆变成三相交流电，逆变电路114输出的三相交流电为uvw三相交流电；具体地，逆变电路114的输入端分别与限流电阻r1、开关k以及滤波电容c的一端耦接，逆变电路114的输出端分别与三相电机20的输入端连接；另外，为了限制输入至三相电机20的电流，可在逆变电路114的输出端与三相电机20的输入端之间设置电阻r2-r4。

变频器10实际输出了至少三种形式的电压：uvw三相交流电、隔离dc-dc电路输出的直流电压以及buck电路输出的直流电压。

在一具体的实施例中，逆变电路114包括第一晶体管t1-第七晶体管t7以及第七二极管d7-第十三二极管d13；具体地，晶体管(t1-t7)可以为金属氧化物半导体场效应管(mos，metaloxidesemiconductor)或绝缘栅双极型晶体管(igbt，insulatedgatebipolartransistor)，图2以igbt管为例进行说明，g、c和e分别为igbt管的栅极、集电极和发射极，栅极g可与控制电路耦接。

从r相、s相和t相电源输入端输入的三相交流电，经过由整流二极管d-d6构成的三相整流桥被整流成直流电，多个igbt管(t1-t7)构成三相逆变桥，把限流电路112输出的直流电逆变成频率和电压可调的uvw三相交流电。

采用第一降压电路121将母线电压转化为低压，然后给一次侧的电路供电，提高电路效率；buck电路中开关管的电压应力为母线电压，即只需选取电压应力为600v的开关管即可，其相对于800v的开关管来说，开关损耗更小，价格更低。二次侧的电路供电采用隔离电路122供电，而二次侧的电路中电路器件耐压很低，通常只有几十伏，成本非常低，同时开关频率可以设计到比较高，开关频率可达到mhz级别，从而使得磁性元件的体积比较小，可缩小系统体积，磁性元件成本也比较低，可降低生产成本，同时可提高功率密度，降低损耗。

请参阅图3，图3是本申请提供的变频器系统一实施例的结构示意图，变频器系统30包括互相耦接的变频器10和电机20，变频器10用于接收电源信号，并根据电源信号生成三相交流电，电机20用于在三相交流电的驱动下工作，其中，变频器10为上述实施例中的变频器。

由于变频器系统30中的变频器10的体积减小，可缩小变频器系统30的体积，有助于降低生产成本。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。