CN112928964A - 用于电机的电压调节电路、方法、控制***、电器及介质 - Google Patents

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CN112928964A CN202110277360.6A CN202110277360A CN112928964A CN 112928964 A CN112928964 A CN 112928964A CN 202110277360 A CN202110277360 A CN 202110277360A CN 112928964 A CN112928964 A CN 112928964A
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王伟宇
程海珍
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Gree Green Refrigeration Technology Center Co Ltd of Zhuhai
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Abstract

本申请提供一种用于电机的电压调节电路、方法、装置、控制***、电器设备及存储介质，根据电机运行参数控制PFC电路的工作状态以调节向电机输出的直流母线电压，使得PFC电路输出的直流母线电压能够跟随电机转速和负载自适应变化，降低了电机铁损，降低开关器件所受的电压应力，提高了电机的输出功率，增加控制器的使用寿命，提高了***的稳定性。

Description

用于电机的电压调节电路、方法、控制***、电器及介质
技术领域
本申请涉及电机驱动领域，尤其涉及一种用于电机的电压调节电路、方法、装置、控制***、电器设备及存储介质。
背景技术
在永磁同步电机驱动领域，传统的控制器都具有功率因数校正模块(PFC)电路，在低负载的场合,以降压(Buck)型PFC电路为主，且直流母线电压一直稳定在小于311V以下的某一具体电压值；在大负载的场合下以升压(Boost)型PFC电路为主，且直流母线电压一直稳定在大于311V以上的某一具体电压值。这样就存在控制器的驱动功率范围有限，低负载场合使用的控制器无法驱动大负载的电机。大负载场合使用的控制器因母线电压高，输出电流大，开关器件所受的电压应力大，使用寿命短，无法正常驱动低负载的电机，电机输出功率低。传统的控制器适用性不强，驱动功率范围有限，电机效率低。
专利号为201320557337.3的专利公开了一种改进的PFC电压自调节的LED驱动电源，在PFC后级电路增加了LLC电路，且LLC电路一直工作在谐振频率点附近，提高了负载效率；在LLC电路处增加采样电路对负载电压进行采样，并将采样信号反馈给PFC电路已到达PFC电压自调节的功能；但LLC电路的工作频率范围小，***的带载范围小，导致***适用性差；在LLC电路处增加采样电路对负载电压进行采样，增加元器件，导致电路负载，且成本高。
可见，现有技术中，永磁同步电机控制器存在直流母线电压无法跟随永磁同步电机转速和转矩变化而变化的问题。
对于一般的升压电路控制器来说，其母线电压为高于1.414*Urms的某一固定值(Urms为控制器的交流输入电压有效值，单相市电为220V)，当电机运行在低转速时，母线电压大于电机所需的电压，导致电机损耗高，电机效率降低，而且控制器开关器件电压应力大，影响使用寿命。
对于一般的降压电路控制器来说，其母线电压为低于1.414*Urms的某一固定值(Urms为交流输入电压有效值，单相市电为220V)，当电机运行在高转速时，母线电压可能小于电机所需电压，导致电机转速受到限制，或者运行电流变大，影响电机效率。
针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方式
发明内容
有鉴于此，本申请提出一种用于电机的电压调节电路、方法、装置、控制***、电器设备及存储介质，根据电机运行参数控制PFC电路的工作状态以调节向电机输出的直流母线电压，使得PFC电路输出的直流母线电压能够跟随电机转速和负载自适应变化，降低了电机铁损，降低开关器件所受的电压应力，提高了电机的输出功率，增加控制器的使用寿命，提高了***的稳定性。
根据本申请的一个方面，提供一种用于电机的电压调节电路，包括：
电机运行参数获取模块，用于获取电机的运行参数；
控制模块，基于所述获取到的电机运行参数控制PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
其中，所述PFC电路用于控制供电电源以向电机输出其稳定运行时所需要的相应的直流母线电压。
进一步地，所述运行参数包括所述电机的定子电流；
和/或，
控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括，通过控制所述PFC电路工作在升压状态或降压状态以增大或减小所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述PFC电路为具有开关器件的电压可控电路，
所述控制模块通过控制所述PFC电路中的开关器件以控制所述PFC电路的工作状态。
进一步地，电流电压转换模块，用于通过所述定子电流获得电机实际运行所需的直流母线电压，
其中，基于所述采集到的电机运行参数，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管与前级电路串联，所述第二开关管与后级电路并联，，当所述第一开关管关断且所述第二开关管开通时，所述PFC电路工作在升压状态，当所述第一开关管开通且所述第二开关管关断时，所述PFC电路工作在降压状态；和/或，
控制所述PFC电路中的开关器件以控制所述PFC电路的工作状态，包括：通过调节输入所述开关器件的控制信号的占空比以实现所述开关器件的开通和断开，以控制所述PFC电路的工作状态。
进一步地，关联电压获取模块，用于获取所述PFC电路的输出电压和/或不可控整流桥电路的输出电压，
基于所述电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述电机实际运行所需的直流母线电压、及所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路的输出电压至少之一，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，
其中，所述不可控整流桥电路，用于将供电电源输出的交流信号配置为直流信号后供给所述PFC电路；
和/或，
所述控制信号为PWM波驱动信号。
进一步地，所述控制模块包括数据处理电路和控制器，
所述数据处理电路，用于将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路模块的输出电压至少之一进行运算，
其中，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：所述控制器基于所述数据处理电路的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
进一步地，基于所述电机实际运行所需的直流母线电压、所述获取的PFC电路的输出电压、及所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：
当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压大于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在升压状态以增大所述PFC电路的输出电压，
当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压小于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在降压状态以减小所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述数据处理电路包括比较器和PI调节器，
所述比较器用于将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压进行比较，
所述PI调节器，用于根据所述电机实际运行所需的直流母线电压和所述不可控整流桥电路模块的输出电压的差值形成输出，
其中，所述控制器基于所述数据处理电路的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：
所述控制器基于所述比较器的输出和所述PI调节器的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
根据本申请的又一个方面，提供一种用于电机的电压调节方法，包括：
获取电机的运行参数；
基于所述获取到的电机运行参数控制PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
其中，所述PFC电路用于控制供电电源以向电机输出其稳定运行时所需要的相应的直流母线电压。
进一步地，所述运行参数包括所述电机的定子电流；
和/或，
控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括，通过控制所述PFC电路工作在升压状态或降压状态以增大或减小所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述PFC电路为具有开关器件的电压可控电路，
通过控制所述PFC电路中的开关器件以控制所述PFC电路的工作状态。
进一步地，通过所述定子电流获得电机实际运行所需的直流母线电压，
其中，基于所述采集到的电机运行参数，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管与前级电路串联，所述第二开关管与后级电路并联，，当所述第一开关管关断且所述第二开关管开通时，所述PFC电路工作在升压状态，当所述第一开关管开通且所述第二开关管关断时，所述PFC电路工作在降压状态；和/或，
控制所述PFC电路中的开关器件以控制所述PFC电路的工作状态，包括：通过调节输入所述开关器件的控制信号的占空比以实现所述开关器件的开通和断开，以控制所述PFC电路的工作状态。
进一步地，获取所述PFC电路的输出电压和/或不可控整流桥电路的输出电压，
基于所述电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述电机实际运行所需的直流母线电压、及所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路的输出电压至少之一，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，
其中，所述不可控整流桥电路，用于将供电电源输出的交流信号配置为直流信号后供给所述PFC电路；
和/或，
所述控制信号为PWM波驱动信号。
进一步地，将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路模块的输出电压至少之一进行运算，
其中，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述运算的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
进一步地，基于所述电机实际运行所需的直流母线电压、所述获取的PFC电路的输出电压、及所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：
当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压大于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在升压状态以增大所述PFC电路的输出电压，
当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压小于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在降压状态以减小所述PFC电路的输出电压；
和/或，
将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压进行比较，
根据所述电机实际运行所需的直流母线电压和所述不可控整流桥电路模块的输出电压的差值形成输出，
其中，基于所述运算的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：
基于所述比较的输出和所述差值的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
根据本申请的又一个方面，提供一种用于电机的电压调节装置，包括：
存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序代码；
所述处理器，用于调用所述程序代码执行如前所述的方法。
根据本申请的又一个方面，提供一种用于电机的控制***，包括：
PFC电路，用于控制供电电源以向电机输出直流母线电压；和
如前所述的电压调节电路或如前所述的电压调节装置，用于调节所述PFC电路的输出电压。
根据本申请的又一个方面，提供一种电器设备，包括：
电机，和如前所述的控制***；
所述控制***接入于供电电源与所述电机之间，被配置为控制所述供电电源的供电信号以向所述电机供电。
根据本申请的又一个方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序代码，所述程序代码能够被处理器调用以执行如前所述的方法。
根据本申请提出的一种用于电机的电压调节电路、方法、装置、控制***、电器设备及存储介质，根据电机运行参数控制PFC电路的工作状态以调节向电机输出的直流母线电压，使得PFC电路输出的直流母线电压能够跟随电机转速和负载自适应变化，从而开关器件所受的电压应力大大减小，延长了使用寿命，并提高了电机的输出功率和效率，降低了电机铁损，增加了控制器的使用寿命，提高了***的稳定性。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
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示出了本申请的一种用于电机的控制***的一实施例的示意图；
图2示出了本申请的一种用于电机的电压调节电路的一实施例的示意图；
图3示出了本申请的一种PFC电路拓扑图的一实施例的示意图。
图4示出了本申请的一种用于电机的控制***的一实施例的示意图；
图5示出了本申请的一种用于电机的控制***的工作流程图的一实施例的示意图；
图6-A示出了采用传统的只具有boost电路的控制***驱动电机是电机的输出功率的一实施例的示意图；
图6-B示出了采用本申请的控制***驱动电机是电机的输出功率的一实施例的示意图；
图7-A示出了采用传统的只具有boost电路的控制***驱动电机是电机的铁损的一实施例的示意图；
图7-B示出了采用本申请的控制***驱动电机是电机的铁损的一实施例的示意图；
图8示出了本申请的一种用于电机的电压调节方法的一实施例的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。
图1示出了本申请的一种用于电机的控制***的一实施例的示意图。
如图所示，所述控制***1包括PFC电路11、和电压调节电路12。
PFC电路11，用于控制供电电源3以向电机2输出直流母线电压；
电压调节电路12，用于调节PFC电路11的输出电压。
其中，供电电源3例如为交流电源，是整个控制***的供电电源，是电压例如为220v、频率例如为50Hz的工频电源。其直接供给下级电路，或者通过整流电路整流后供给下级电路。
本申请中所述的电机包括同步电机，尤其是永磁同步电机，但不限于此。
图2示出了本申请的一种用于电机的电压调节电路的一实施例的示意图。
如图所示，所述电压调节电路12包括电机运行参数获取模块121和控制模块122。
电机运行参数获取模块121，用于获取电机的运行参数；
控制模块122，基于所述获取到的电机运行参数控制PFC电路11的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
由于采用了电机的运行参数(例如实时采集运行参数)作为调节参考因素，电压调节电路12能够通过调节使PFC电路11输出的直流母线电压跟随电机转速和负载自适应变化。
作为一种示例，电机运行参数获取模块121采集电机的运行参数，或者通过额外的采集模块(未示出)采集电机的运行参数后，电机运行参数获取模块121从采集模块直接获取电机的运行参数。
电机的运行参数可以包括电机的定子电流。定子电流例如为三相电流iu、iv、iw。
电压调节电路12还可以包括电流电压转换模块(未示出)，用于通过所述定子电流获得电机实际运行所需的直流母线电压，以该电压作为调节PFC电路的输出电压的依据。
作为一种实现方式，电压调节电路12(Uin＝F(i))将采集到的三相电流iu、iv、iw，经过坐标变换得到Iα、Iβ，再经过比例积分控制得到电压uα、uβ，电机所需的端电压
Figure BDA0002977178430000091
控制母线电压
Figure BDA0002977178430000092
其中，K是电压利用率，即电机所需的端电压us所对应的直流母线电压量是Uin。
当然，不限于此，采集的电机运行参数还可以包括电机的转速、扭矩等各种，只要能由这些参数获得参考电压即可，且本申请中的参考电压不限于电机实际运行所需的直流母线电压。
进一步地，控制模块122可以基于前面通过电机运行参数例如定子电流所获得的电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路11的工作状态以调节所述PFC电路11的输出电压。
可选地，PFC电路11的工作状态包括升压状态和降压状态，控制模块122通过控制PFC电路11工作在升压状态或降压状态以增大或减小所述PFC电路11的输出电压。当PFC工作在升压状态，则增大PFC电路11的输出直流母线电压，当PFC工作在降压状态，则减小PFC电路11的输出直流母线电压。
PFC电路11可以为具有开关器件的电压可控电路，控制模块122通过控制所述PFC电路11中的开关器件以控制所述PFC电路11的工作状态。开关器件例如为IGBT开关管(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，也可以为电力MOS管即电力MOSFET(Power Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)电力场效应晶体管等可控型开关管。
图3示出了本申请的一种PFC电路拓扑图的一实施例的示意图。
如图所示，关管例如包括第一开关管(J7)和第二开关管(J8)，所述第一开关管与前级电路串联，所述第二开关管与后级电路并联，当所述第一开关管关断且所述第二开关管开通时，所述PFC电路工作在升压状态，当所述第一开关管开通且所述第二开关管关断时，所述PFC电路工作在降压状态。作为一种实现方式，J7的一端(集电极或漏极)和前级电路(如不可控整流桥电路)相连，另一端(发射级或源极)和电感L相连，门级连接到主控电路(如电压调节电路)，J7串联在电路中。J8的一端(集电极或漏极)和电感L相连，另一端(发射级或源极)接二极管D6和后级电路(如逆变电路)相连，另一端门级连接到主控电路，J8并联在电路中。D5在电路中起续流作用，负极端连接与J7的一端(发射级或源极)并与电感L相连，D5的正极端与前级电路的负端相连接。D6在电路中起续流作用，正极端连接与J8的一端(集电极或漏极)并与电感L相连，D6的负极端与后级电路的相连接。C1、C2起滤波及储能作用，其并联在电路中。电感L起储能和滤波作用，其串联在电路中。
可选地，控制模块122通过调节输入开关器件的控制信号的占空比以实现所述开关器件的开通和断开，从而控制所述PFC电路11的工作状态。可选地，输入开关器件的控制信号为PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)波驱动信号。
进一步地，电压调节电路12还可以包括关联电压获取模块，用于获取所述PFC电路11的输出电压和/或不可控整流桥电路(未示出)的输出电压，从而，控制模块122基于前面获得的电机实际运行所需的直流母线电压、及此处获取的PFC电路11的输出电压和不可控整流桥电路的输出电压至少之一，控制所述PFC电路11的工作状态以调节所述PFC电路11的输出电压。不可控整流桥电路设置在供电电源与PFC电路11之间，用于将供电电源3输出的交流信号配置为直流信号后供给所述PFC电路11。
进一步地，控制模块还可以包括数据处理电路和控制器(均未示出)，所述数据处理电路，用于将所述电机2实际运行所需的直流母线电压、与所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路模块的输出电压至少之一进行运算，所述控制器基于所述数据处理电路的输出，控制所述PFC电路11的工作状态以调节所述PFC电路11的输出电压。这里所说的控制器例如为MCU(Microcontroller Unit)。作为一种实现方式，数据处理电路将电机运行所需的PFC直流母线实际电压Uin、与PFC实际输出的直流母线电压Ufdb和不可控整流桥电路的输出电压UDC至少之一进行大小比较，并将比较结果输入MCU模块，MCU按照控制逻辑控制PFC电路。PFC实际输出的直流母线电压Ufdb可通过母线电压采样电路(未示出)进行实时采样，作为数据处理电路的一个输入信号。
可选地，所述数据处理电路包括比较器和PI调节器，所述比较器用于将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压进行比较，所述PI调节器，用于根据所述电机实际运行所需的直流母线电压和所述不可控整流桥电路模块的输出电压的差值形成输出，进而，所述控制器基于所述比较器的输出和所述PI调节器的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
PI(proportional integral controller)调节器，用于根据所述电机实际运行所需的直流母线电压和所述不可控整流桥电路模块的输出电压的差值形成控制量输出。PI调节器是一种线性控制器，它根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例(P)和积分(I)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制。比例调节作用：按比例反应***的偏差，***一旦出现了偏差，比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使***的稳定性下降，甚至造成***的不稳定。积分调节作用：使***消除稳态误差，提高无差度。因为有误差，积分调节进行，直至无差，积分调节停止，积分调节输出一常值。积分作用的强弱取决于积分时间常数TI，TI越小，积分作用就越强。反之TI大则积分作用弱，加入积分调节可使***稳定性下降，动态响应变慢。
可选地，当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压大于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在升压状态以增大所述PFC电路的输出电压；当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压小于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在降压状态以减小所述PFC电路的输出电压。可选理解地，可以通过上面所述的数据处理电路(例如包括比较器和PI调节器)和控制器，来实现这里的控制逻辑。
下面以一个具体的示例对本申请的方案进行介绍。
图4示出了本申请的一种用于电机的控制***的一实施例的示意图。
如图所示，PMSM(Permanent magnet Synchronous Motor)为永磁同步电机20。永磁同步电机是控制***10的驱动载体，电能驱动永磁同步电机运行，电机带动负载运行。
PFC电路110中L为滤波电感；C1、C2为母线电容，其为小容量的电解电容；J7、J8为PFC电路的开关管例如为IGBT开关管；D5、D6为PFC电路的续流二极管。PFC输出直流母线电压可控电路，其中J7、J8的不同开关状态，PFC电路的输出直流母线电压大小不同。D5、D6两个续流二极管的作用是为电感L的电流提供续流通道。其中L为滤波电感，其作用是滤波和储能。C1、C2的作用主要是用来限制输出电压上的开关频率纹波分量，使之远小于稳态的直流输出电压。
J1、J2、J3、J4、J5、J6例如为IGBT开关管，组成逆变电路140，VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6为逆变器上的保护二极管，其作用主要为IGBT的栅极电荷提供一条快速泄放回路，加速IGBT关断。逆变电路的作用是将直流电逆变为三相电供给永磁同步电机工作。
D1、D2、D3、D4为四个二极管，组成不可控整流桥电路130，其目的是将供电电源30如220v、50Hz的工频电整流成平均电压约为311v的直流电，并供给下级电路工作。
iu、iv、iw为PMSM电机20的三相电流。Ufdb为直流母线电压采样值，Uin是电机实际运行所需的直流母线电压值，UDC是不可控整流桥电路130的输出电压，且UDC＝1.414*Urms(Urms为交流输入电压有效值，单相市电为220V)。
电压调节电路120包括定子电流实时监测及采样电路1210(电机运行参数获取模块的一种实现方式)和控制模块1220。
定子电流实时监测及采样电路1210的作用是将永磁同步电机20在运行时的iu、iv、iw三相电进行实时流检测和采集，电流电压转换模块1221(Uin＝F(i))是将采集到的三相电流iu、iv、iw，经过坐标变换得到Iα、Iβ，再经过比例积分控制得到电压uα、uβ，电机所需的端电压
Figure BDA0002977178430000131
控制母线电压
Figure BDA0002977178430000132
其中，K是电压利用率，即电机所需的端电压us所对应的直流母线电压量是Uin，电流电压转换模块1221将Uin输出给控制模块1220。其中电机所带负载变化引起了三相电流iu、iv、iw的大小变化，进而引起了us，也就引起了Uin的变化。在数据处理电路1222中，比较器将Uin与Ufdb进行比较，并将比较结果输入MCU，然后MCU输出使J7、J8开通或关断的信号，使PFC电路110切换为升压或降压电路。电压采样电路160的目的是实时采集PFC电路110电路输出的直流母线电压Ufdb，并为比较器提供比较电压。
PFC电路110为输出直流母线电压可控电路，其中J7、J8是IGBT开关管，J7、J8的不同开关状态，PFC电路的输出直流母线电压大小不同。D5、D6是两个续流二极管，其作用是为电感L的电流提供续流通道。其中L为滤波电感，其作用是滤波和储能。C1、C2是两个输出滤波电容，其作用主要是用来限制输出电压上的开关频率纹波分量，使之远小于稳态的直流输出电压。
下面对控制***10的工作流程结合图5进行说明。
图5示出了本申请的一种用于电机的控制***的工作流程图的一实施例的示意图。
定子采样电路1210将永磁同步电机20的定子电流进行实时采集，将采集到的定子电流输入到Uin＝F(i)(电流电压转换模块1221)电路处理，并在数据处理电路1222将输出电压Uin与实时直流母线电压Ufdb以及不可控整流桥输出电压UDC(UDC＝1.414*Urms，Urms为交流输入电压有效值，单相市电为220V)进行比较，当Uin<Ufdb<UDC时，即说明电机运行所需端电压需要减小，从而开关管J7在MCU输出的PWM波驱动下工作，J8断开，控制***10的PFC电路110的电路切换降压型PFC电路；当Ufdb<Uin<UDC时，即说明电机运行所需端电压小于不可控整流桥电路输出的电压，PFC电路的电路依然为降压型PFC电路，开关管J7在PWM波驱动下工作，J8断开。当Uin>Ufdb>UDC，即说明电机运行所需端电压需要增大，从而开关管J7断开，J8在PWM波驱动下工作，控制***10的PFC电路的电路切换升压型PFC电路；Ufdb>Uin>UDC时，即说明电机运行所需端电压大于不可控整流桥电路输出的电压，PFC电路的电路依然为升压型PFC电路，开关管J7断开，J8在PWM波驱动下工作。
当J7的通断受MCU输出的PWM波控制，J8受MCU控制一直处于断开状态，PFC电路为降(Buck)压型PFC电路时，PFC电路的输入输出电压关系如下所示：
Uout＝D·UDC
当J7受MUC控制一直处于断开状态，J8的通断受MCU输出的PWM波控制，此时PFC电路为升(Boost)压型PFC电路时，PFC电路的输入输出电压关系如下所示：
Figure BDA0002977178430000141
其中,Uout是PFC电路输出的直流母线电压，UDC是PFC电路的输入直流电压(也就是不可控整流桥电路130输出的电压)，D是MCU发出的PWM波的占空比，且D<1。
比较器输出的是Uin和Ufdb比较大小后的电压信号，此电压信号输入MCU，且MCU输出J7、J8开通或关断的信号，决定PFC电路110的电路工作在升压还是降压状态。
PI调节器的作用是，开关管J7、J8所需的PWM波驱动信号是由PI调节器和MCU共同决定的。PI调节器先将电机实际运行所需的直流母线电压Uin和电压采样电路采集到的母线直流电压UDC进行做差运算，并将差值输入PI调节器，然后PI调节器输出相应的电压信号给MCU，MCU输出响应的高低电平信号作为开关管J7、J8的PWM波驱动信号。在不同的PWM信号驱动下，PFC电路的电路输出直流母线电压跟随电机转速和负载自适应变化。由此，提高了电机的输出功率，降低了电机的铁损，提高了***的效率。
采用了本申请的PFC电路输出电压自适应的电机控制***，其中控制器的逆变电路中的开关器件所受到的电压应力减小，使用寿命增加，提高了***的稳定性；同时由于母线电压随负载电机自适应变化，电机铁损降低，效率提高。经实际测试某型号电机表明，电机转速为1080rpm、电机转矩为2.0n*m时电机输出功率提高了13.6438W；电机的铁损降低了1.5814W。效果对比见图6、7。
图6-A示出了采用传统的只具有boost电路的控制***驱动电机是电机的输出功率的一实施例的示意图。
图6-B示出了采用本申请的控制***驱动电机是电机的输出功率的一实施例的示意图。
图7-A示出了采用传统的只具有boost电路的控制***驱动电机是电机的铁损的一实施例的示意图。
图7-B示出了采用本申请的控制***驱动电机是电机的铁损的一实施例的示意图。
以某型号电机作为实验电机，电机转速为1080rpm、电机转矩为2.0n*m时：
当控制器PFC电路为升压(Boost)电路时，电机的输出功率为158.7266W，电机的铁损为4.1088W；
当控制器PFC电路为升压(Boost)/降(Buck)压电路，且PFC电路根据电机转矩的变化而切换为升压(Boost)电路或降压(Buck)电路时，电机的输出功率为172.3704W，电机的铁损为2.5274W。
图8示出了本申请的一种用于电机的电压调节方法的一实施例的示意图。
该方法包括如下步骤：
S1，获取电机的运行参数；
S2，基于所述获取到的电机运行参数控制PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
其中，所述PFC电路用于控制供电电源以向电机输出其稳定运行时所需要的相应的直流母线电压。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述控制***的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
本申请还包括一种用于电机的电压调节装置，包括存储器和处理器；所述存储器，用于存储程序代码；所述处理器，用于调用所述程序代码执行本申请实施例所述的电压调节方法。
本申请还包括一种用于电机的控制***，包括PFC电路，用于控制供电电源以向电机输出直流母线电压；和如前所述的电压调节电路或电压调节装置，用于调节所述PFC电路的输出电压。
本申请还包括一种电器设备，包括电机，和如前所述的控制***，所述控制***接入于供电电源与所述电机之间，被配置为控制所述供电电源的供电信号以向所述电机供电。所述电器设备可以包括各种家用或者商用电器，例如空调、冰箱、风扇等等。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行本发明实施例上述电压调节方法。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (16)

1.一种用于电机的电压调节电路，其特征在于，包括：
电机运行参数获取模块，用于获取电机的运行参数；
控制模块，基于所述获取到的电机运行参数控制PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
其中，所述PFC电路用于控制供电电源以向电机输出其稳定运行时所需要的相应的直流母线电压。
2.如权利要求1所述的电压调节电路，其特征在于：
所述运行参数包括所述电机的定子电流；
和/或，
控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括，通过控制所述PFC电路工作在升压状态或降压状态以增大或减小所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述PFC电路为具有开关器件的电压可控电路，
所述控制模块通过控制所述PFC电路中的开关器件以控制所述PFC电路的工作状态。
3.如权利要求2所述的电压调节电路，其特征在于，还包括：
电流电压转换模块，用于通过所述定子电流获得电机实际运行所需的直流母线电压，
其中，基于所述采集到的电机运行参数，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管与前级电路串联，所述第二开关管与后级电路并联，当所述第一开关管关断且所述第二开关管开通时，所述PFC电路工作在升压状态，当所述第一开关管开通且所述第二开关管关断时，所述PFC电路工作在降压状态；
和/或，
控制所述PFC电路中的开关器件以控制所述PFC电路的工作状态，包括：通过调节输入所述开关器件的控制信号的占空比以实现所述开关器件的开通和断开，以控制所述PFC电路的工作状态。
4.如权利要求3所述的电压调节电路，其特征在于，还包括：
关联电压获取模块，用于获取所述PFC电路的输出电压和/或不可控整流桥电路的输出电压，
基于所述电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述电机实际运行所需的直流母线电压、及所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路的输出电压至少之一，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，
其中，所述不可控整流桥电路，用于将供电电源输出的交流信号配置为直流信号后供给所述PFC电路；
和/或，
所述控制信号为PWM波驱动信号。
5.如权利要求4所述的电压调节电路，其特征在于：
所述控制模块包括数据处理电路和控制器，
所述数据处理电路，用于将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路模块的输出电压至少之一进行运算，
其中，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：所述控制器基于所述数据处理电路的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
6.如权利要求4或5所述的电压调节电路，其特征在于：
基于所述电机实际运行所需的直流母线电压、所述获取的PFC电路的输出电压、及所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：
当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压大于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在升压状态以增大所述PFC电路的输出电压，
当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压小于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在降压状态以减小所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述数据处理电路包括比较器和PI调节器，
所述比较器用于将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压进行比较，
所述PI调节器，用于根据所述电机实际运行所需的直流母线电压和所述不可控整流桥电路模块的输出电压的差值形成输出，
其中，所述控制器基于所述数据处理电路的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：
所述控制器基于所述比较器的输出和所述PI调节器的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
7.一种用于电机的电压调节方法，其特征在于，包括：
获取电机的运行参数；
基于所述获取到的电机运行参数控制PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
其中，所述PFC电路用于控制供电电源以向电机输出其稳定运行时所需要的相应的直流母线电压。
8.如权利要求7所述的电压调节方法，其特征在于：
所述运行参数包括所述电机的定子电流；
和/或，
控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括，通过控制所述PFC电路工作在升压状态或降压状态以增大或减小所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述PFC电路为具有开关器件的电压可控电路，
通过控制所述PFC电路中的开关器件以控制所述PFC电路的工作状态。
9.如权利要求8所述的电压调节方法，其特征在于，还包括：
通过所述定子电流获得电机实际运行所需的直流母线电压，
其中，基于所述采集到的电机运行参数，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压；
和/或，
所述开关管包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管与前级电路串联，所述第二开关管与后级电路并联，当所述第一开关管关断且所述第二开关管开通时，所述PFC电路工作在升压状态，当所述第一开关管开通且所述第二开关管关断时，所述PFC电路工作在降压状态；
和/或，
控制所述PFC电路中的开关器件以控制所述PFC电路的工作状态，包括：通过调节输入所述开关器件的控制信号的占空比以实现所述开关器件的开通和断开，以控制所述PFC电路的工作状态。
10.如权利要求9所述的电压调节方法，其特征在于，还包括：
获取所述PFC电路的输出电压和/或不可控整流桥电路的输出电压，
基于所述电机实际运行所需的直流母线电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述电机实际运行所需的直流母线电压、及所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路的输出电压至少之一，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，
其中，所述不可控整流桥电路，用于将供电电源输出的交流信号配置为直流信号后供给所述PFC电路；
和/或，
所述控制信号为PWM波驱动信号。
11.如权利要求10所述的电压调节方法，其特征在于：
将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压和不可控整流桥电路模块的输出电压至少之一进行运算，
其中，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：基于所述运算的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
12.如权利要求10或11所述的电压调节方法，其特征在于：
基于所述电机实际运行所需的直流母线电压、所述获取的PFC电路的输出电压、及所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：
当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压大于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在升压状态以增大所述PFC电路的输出电压，
当判断所述电机实际运行所需的直流母线电压值和所述采集的PFC电路的输出电压小于所述不可控整流桥电路模块的输出电压，控制所述PFC电路工作在降压状态以减小所述PFC电路的输出电压；
和/或，
将所述电机实际运行所需的直流母线电压与所述获取的PFC电路的输出电压进行比较，
根据所述电机实际运行所需的直流母线电压和所述不可控整流桥电路模块的输出电压的差值形成输出，
其中，基于所述运算的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压，包括：
基于所述比较的输出和所述差值的输出，控制所述PFC电路的工作状态以调节所述PFC电路的输出电压。
13.一种用于电机的电压调节装置，其特征在于，包括：
存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序代码；
所述处理器，用于调用所述程序代码执行如权利要求6至10中任一项所述的方法。
14.一种用于电机的控制***，其特征在于，包括：
PFC电路，用于控制供电电源以向电机输出直流母线电压；和
如权利要求1-6任一所述的电压调节电路或如权利要求13所述的电压调节装置，用于调节所述PFC电路的输出电压。
15.一种电器设备，其特征在于，包括：
电机，和如权利要求14所述的控制***；
所述控制***接入于供电电源与所述电机之间，被配置为控制所述供电电源的供电信号以向所述电机供电。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序代码，其特征在于，所述程序代码能够被处理器调用以执行实现权利要求7至12任一项所述的方法。
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