CN108809073B - Apfc电路电压的控制方法、控制***及空调器 - Google Patents

Apfc电路电压的控制方法、控制***及空调器 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种APFC电路电压的控制方法，包括以下步骤：实时检测直流母线电压和输入交流电压峰值，并获得当前压缩机的运行频率，以及获得器件耐压值；根据当前压缩机的运行频率、输入交流电压峰值、器件耐压值，计算得到APFC电路的电压给定值；将实时检测的直流母线电压和所述电压给定值进行比较，通过调节使APFC电路输出的直流母线电压保持恒定。本发明还提供了一种APFC电路电压的控制***及空调器。本发明提出了APFC电路的电压给定值的计算方法，依据电压给定值对APFC电路输出的直流母线电压进行调节，达到直流母线电压利用率最大化，同时APFC电路的升压属性可自适应高低不同的AC输入电压。

Description

APFC电路电压的控制方法、控制***及空调器
技术领域
本发明涉及电器控制技术领域，特别涉及一种APFC电路电压的控制方法、控制***及空调器。
背景技术
APFC(有源功率因数校正)电路可以提高功率因数，稳定直流电压，已被用于变频空调及类似家用电器中。在现有技术中，单相电源变频空调普遍采用的APFC电路拓扑结构如图1所示，AC电源经过交-直-交变换给永磁同步电机供电；三相电源变频空调普遍采用的APFC电路拓扑结构如图2所示，交流输入端通过输入电感LA、LB、LC接入电网，直流输出端通过输出滤波电容后接负载。
直流母线电压在整个主电路中起到承上启下的作用，是整个APFC控制***中的一个重要参数，其电压值不仅对电路中的整流桥、输入电感、IGBT、电解电容等器件有影响，而且对调速永磁同步电机的设计和运行性能有很大影响。因此APFC的输出电压必须进行合理控制，过高会导致直流电压利用率低、器件耐压提升、成本增加；过低则满足不了压缩机正常运行需求，影响电机的运行性能。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种APFC电路电压的控制方法，通过计算APFC电路的电压给定值，依据电压给定值对APFC电路输出的直流母线电压进行调节，能够使APFC的输出电压在满足压缩机的运行需求、器件耐压要求的前提下，达到直流母线电压利用率最大化，同时使APFC电路的升压属性可自适应高低不同的AC输入电压。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种APFC电路电压的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、实时检测直流母线电压Vdc和输入交流电压峰值Vac_peak，并获得当前压缩机的运行频率F，以及获得器件耐压值；
步骤S2、根据当前压缩机的运行频率F、输入交流电压峰值Vac_peak、器件耐压值，计算得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref；
步骤S3、将实时检测的直流母线电压Vdc和所述电压给定值Vdc_ref进行比较，通过调节使APFC电路输出的直流母线电压保持恒定。
进一步的，所述步骤S2包括以下步骤：
步骤S21、根据当前压缩机的运行频率F计算压缩机运行需求电压Vdc_req；
步骤S22、根据输入交流电压峰值Vac_peak计算最低限幅电压Vdc_ref_min；
步骤S23、根据器件耐压值计算最高限幅电压Vdc_ref_max；
步骤S24、对Vdc_req进行高低限制，最高不高于Vdc_ref_max，最低不低于Vdc_ref_min，限幅后即得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref。
进一步的，在所述步骤S21中，所述压缩机运行需求电压Vdc_req的计算公式如下：
Vdc_req＝Vdc_req_min+k*F
其中Vdc_req_min为压缩机维持最小频率运行所需求的电压值，k为压缩机每升高1Hz所需求的电压值。
进一步的，在所述步骤S22中，最低限幅电压Vdc_ref_min的计算公式如下：
Vdc_ref_min＝Vac_peak+10V。
进一步的，在所述步骤S24中，
如果Vdc_req＜Vdc_ref_min，则Vdc_ref＝Vdc_ref_min；
如果Vdc_req＞Vdc_ref_max，则Vdc_ref＝Vdc_ref_max；
否则，Vdc_ref＝Vdc_req。
相对于现有技术，本发明所述的APFC电路电压的控制方法具有以下优势：
通过计算APFC电路的电压给定值，依据电压给定值对APFC电路输出的直流母线电压进行调节，能够使APFC电路输出的直流母线电压在满足压缩机的运行需求、器件耐压要求的前提下，达到直流母线电压利用率最大化，同时使APFC电路的升压属性可自适应高低不同的AC输入电压。
本发明的另一目的在于提供一种APFC电路电压的控制***，以实现对APFC电路输出的直流母线电压进行合理控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种应用如上所述APFC电路电压的控制方法的APFC电路电压的控制***，包括：
采样及给定单元，采样检测电路输出的信号，实时检测直流母线电压Vdc和输入交流电压峰值Vac_peak，并给定压缩机当前运行频率，以及获得器件耐压值；
给定电压计算单元，根据当前压缩机的运行频率F、输入交流电压峰值Vac_peak、器件耐压值，计算得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref；
输出电压控制单元，将实时检测的直流母线电压Vdc和所述电压给定值Vdc_ref进行比较，通过调节使APFC电路输出的直流母线电压保持恒定。
进一步的，所述采样及给定单元包括：
AC电压采样模块，采样检测电路输出的信号，实时检测输入交流电压峰值Vac_peak；
DC电压采样模块，采样检测电路输出的信号，实时检测直流母线电压Vdc；
压缩机需求频率给定模块，给定压缩机当前运行频率；
器件耐压给定模块，给定器件耐压值。
进一步的，所述给定电压计算单元包括：
压缩机运行需求电压计算模块，根据当前压缩机的运行频率F计算压缩机运行需求电压Vdc_req；
最低限幅电压计算模块，根据输入交流电压峰值Vac_peak计算最低限幅电压Vdc_ref_min；
最高限幅电压计算模块，根据器件耐压值计算最高限幅电压Vdc_ref_max；
电压给定值计算模块，对Vdc_req进行高低限制，最高不高于Vdc_ref_max，最低不低于Vdc_ref_min，限幅后即得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref。
进一步的，所述输出电压控制单元包括PI调节器，调节实时检测的直流母线电压Vdc达到所述电压给定值Vdc_ref。
所述APFC电路电压的控制***与上述APFC电路电压的控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的另一目的在于提供一种空调器。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种空调器，包括如上所述的APFC电路电压的控制***。
所述空调器与上述APFC电路电压的控制***相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中单相变频空调采用的APFC电路拓扑结构示意图。
图2为现有技术中三相变频空调采用的APFC电路拓扑结构示意图。
图3为本发明实施例APFC电路电压的控制方法的流程示意图。
图4为本发明实施例APFC电路电压的控制***的结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供了一种APFC电路电压的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1、实时检测直流母线电压Vdc和输入交流电压峰值Vac_peak，并获得当前压缩机的运行频率F，以及获得器件耐压值；
步骤S2、根据当前压缩机的运行频率F、输入交流电压峰值Vac_peak、器件耐压值，计算得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref；
步骤S3、将实时检测的直流母线电压Vdc和所述电压给定值Vdc_ref进行比较，通过调节使APFC电路输出的直流母线电压保持恒定。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
图3为本发明实施例APFC电路电压的控制方法的流程示意图。如图3所示，APFC电路电压的控制方法包括以下步骤：
S1、采样检测电路输出的信号，实时检测直流母线电压Vdc和输入交流电压峰值Vac_peak，并给定压缩机当前运行频率，以及获得器件耐压值。其中，通过空调***及控制器元器件给定压缩机当前运行频率和器件耐压值。
S2、根据当前压缩机的运行频率F、输入交流电压峰值Vac_peak、器件耐压值，计算得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref。电压给定值Vdc_ref的计算步骤如下：
根据当前压缩机的运行频率F计算得出电机运行需求电压Vdc_req，其计算公式为：Vdc_req＝Vdc_req_min+k*F，其中Vdc_req_min为压缩机维持最小频率运行所需求的电压值，k为压缩机每升高1Hz所需求的电压值。
根据输入交流电压峰值Vac_peak计算最低限幅电压Vdc_ref_min，满足APFC电路的升压属性，其计算公式为：Vdc_ref_min＝Vac_peak+10V；
根据器件耐压值确定最高限幅电压Vdc_ref_max，满足器件耐压要求；
对Vdc_req进行高低限制，最高不高于Vdc_ref_max，最低不低于Vdc_ref_min，限幅后即得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref。具体地，如果Vdc_req＜Vdc_ref_min，则Vdc_ref＝Vdc_ref_min；如果Vdc_req＞Vdc_ref_max，则Vdc_ref＝Vdc_ref_max；否则，Vdc_ref＝Vdc_req。
S3、控制直流母线电压Vdc达到APFC电路的电压给定值Vdc_ref，由电压控制环路，将实际的直流母线电压Vdc和电压给定值Vdc_ref进行比较，通过PI调节器使APFC电路输出的直流母线电压保持恒定。
图4为本发明实施例APFC电路电压的控制***的结构示意图。如图4所示，APFC电路电压的控制***包括：
采样及给定单元，采样检测电路输出的信号，实时检测直流母线电压Vdc和输入交流电压峰值Vac_peak，并给定压缩机当前运行频率，以及获得器件耐压值；其中，通过空调***及控制器元器件给定压缩机当前运行频率和器件耐压值。
给定电压计算单元，根据当前压缩机的运行频率F、输入交流电压峰值Vac_peak、器件耐压值，计算得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref；
输出电压控制单元，由电压控制环路，将实时检测的直流母线电压Vdc和所述电压给定值Vdc_ref进行比较，通过调节使APFC电路输出的直流母线电压保持恒定。
在某一实施例中，采样及给定单元包括：
AC电压采样模块，采样检测电路输出的信号，实时检测输入交流电压峰值Vac_peak；
DC电压采样模块，采样检测电路输出的信号，实时检测直流母线电压Vdc；
压缩机需求频率给定模块，给定压缩机当前运行频率；
器件耐压给定模块，给定器件耐压值。
在某一实施例中，给定电压计算单元包括：
压缩机运行需求电压计算模块，根据当前压缩机的运行频率F计算压缩机运行需求电压Vdc_req；
最低限幅电压计算模块，根据输入交流电压峰值Vac_peak计算最低限幅电压Vdc_ref_min；
最高限幅电压计算模块，根据器件耐压值计算最高限幅电压Vdc_ref_max；
电压给定值计算模块，对Vdc_req进行高低限制，最高不高于Vdc_ref_max，最低不低于Vdc_ref_min，限幅后即得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref。
在某一实施例中，输出电压控制单元包括PI调节器，调节实时检测的直流母线电压Vdc达到所述电压给定值Vdc_ref。
在某一实施例中，还提供了一种空调器，包括上述的APFC电路电压的控制***。
本发明通过计算APFC电路的电压给定值Vdc_ref，依据电压给定值Vdc_ref对APFC电路输出的直流母线电压进行调节，能够使APFC的输出电压在满足压缩机的运行需求、器件耐压要求的前提下，达到直流母线电压利用率最大化，同时使APFC电路的升压属性可自适应高低不同的AC输入电压。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种APFC电路电压的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、实时检测直流母线电压Vdc和输入交流电压峰值Vac_peak，并获得当前压缩机的运行频率F，以及获得器件耐压值；
步骤S2、根据当前压缩机的运行频率F、输入交流电压峰值Vac_peak、器件耐压值，计算得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref；
步骤S3、将实时检测的直流母线电压Vdc和所述电压给定值Vdc_ref进行比较，通过调节使APFC电路输出的直流母线电压保持恒定；其中，
所述步骤S2包括以下步骤：
步骤S21、根据当前压缩机的运行频率F计算压缩机运行需求电压Vdc_req；
步骤S22、根据输入交流电压峰值Vac_peak计算最低限幅电压Vdc_ref_min；
步骤S23、根据器件耐压值计算最高限幅电压Vdc_ref_max；
步骤S24、对Vdc_req进行高低限制，最高不高于Vdc_ref_max，最低不低于Vdc_ref_min，限幅后即得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref；
在所述步骤S21中，所述压缩机运行需求电压Vdc_req的计算公式如下：
Vdc_req＝Vdc_req_min+k*F
其中Vdc_req_min为压缩机维持最小频率运行所需求的电压值，k为压缩机每升高1Hz所需求的电压值。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S22中，最低限幅电压Vdc_ref_min的计算公式如下：
Vdc_ref_min＝Vac_peak+10V。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S24中，
如果Vdc_req＜Vdc_ref_min，则Vdc_ref＝Vdc_ref_min；
如果Vdc_req＞Vdc_ref_max，则Vdc_ref＝Vdc_ref_max；
否则，Vdc_ref＝Vdc_req。
4.一种应用权利要求1-3任一项所述的APFC电路电压的控制方法的控制***，其特征在于，包括：
采样及给定单元，采样检测电路输出的信号，实时检测直流母线电压Vdc和输入交流电压峰值Vac_peak，并给定压缩机需求频率和器件耐压值；
给定电压计算单元，根据当前压缩机的运行频率F、输入交流电压峰值Vac_peak、器件耐压值，计算得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref；
输出电压控制单元，将实时检测的直流母线电压Vdc和所述电压给定值Vdc_ref进行比较，通过调节使APFC电路输出的直流母线电压保持恒定。
5.根据权利要求4所述的控制***，其特征在于，所述采样及给定单元包括：
AC电压采样模块，采样检测电路输出的信号，实时检测输入交流电压峰值Vac_peak；
DC电压采样模块，采样检测电路输出的信号，实时检测直流母线电压Vdc；
压缩机需求频率给定模块，给定压缩机需求频率；
器件耐压给定模块，给定器件耐压值。
6.根据权利要求5所述的控制***，其特征在于，所述给定电压计算单元包括：
压缩机运行需求电压计算模块，根据当前压缩机的运行频率F计算压缩机运行需求电压Vdc_req；
最低限幅电压计算模块，根据输入交流电压峰值Vac_peak计算最低限幅电压Vdc_ref_min；
最高限幅电压计算模块，根据器件耐压值计算最高限幅电压Vdc_ref_max；
电压给定值计算模块，对Vdc_req进行高低限制，最高不高于Vdc_ref_max，最低不低于Vdc_ref_min，限幅后即得到APFC电路的电压给定值Vdc_ref。
7.根据权利要求6所述的控制***，其特征在于，所述输出电压控制单元包括PI调节器，调节实时检测的直流母线电压Vdc达到所述电压给定值Vdc_ref。
8.一种空调器，其特征在于，包括权利要求4-7任一项所述的APFC电路电压的控制***。
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