CN114679046A - 功率因数校正的载波频率控制方法、控制装置和空调器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率因数校正的载波频率控制方法、控制装置和空调器,其中载波频率控制方法为在变载频控制方法的过零点附近采用特殊的载波频率控制,对于输入电压/输入电流在过零点附近所对应的载波频率,通过限定该载波频率为固定值或者使载波频率随输入电压/输入电流的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路控制技术领域,尤其涉及一种功率因数校正的载波频率控制方法、控制装置和空调器。
背景技术
现有通过数字软件方式进行PFC(Power Factor Correction,功率因数校正)控制技术,可以采用变载频的控制方式进行功率因数校正,变载频的控制方式是载波频率根据输入电压的大小进行变化,在不同的输入电压下具有不同的载波频率值;虽然变载波的控制方式在一定程度上降低谐波,但是在过零点处容易出现过零失真,即输入电压为零时输入电流不为零,相当于增加了谐波,影响电路在过零点附近的稳定性。
发明内容
以下是对本文详细描述的主题的概述。本概述并非是为了限制权利要求的保护范围。
本发明实施例提供了一种功率因数校正的载波频率控制方法、控制装置和空调器,当功率因数校正电路的输入电压或者输入电流过低时,控制载波频率维持固定值或者增大,使得过零点处输入电流能够跟随输入电压,减小过零点处的谐波。
本发明第一方面的实施例提供了一种功率因数校正的载波频率控制方法,应用于功率因数校正PFC电路,所述载波频率控制方法包括:
获取所述PFC电路的输入电压;
当所述输入电压大于设定电压,控制所述PFC电路的载波频率跟随所述输入电压的减小而减小;
当所述输入电压小于所述设定电压,将所述载波频率设为固定值或控制所述载波频率跟随所述输入电压的减小而增大。
根据本发明第一方面实施例的功率因数校正的载波频率控制方法,至少具有如下有益效果:对于输入电压在过零点附近所对应的载波频率,通过该限定载波频率为固定值或者使载波频率随输入电压的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
在一些实施例中,所述第二相位区间为退化区间。即第二相位区间的两个端点相同并且等于电压相位的峰值相位,载波频率在第二相位区间收敛为一点。
在一些实施例中,所述控制所述载波频率跟随所述输入电压的减小而增大,包括:
将所述设定电压与所述输入电压的比值作为第一比值;
控制所述载波频率按所述第一比值的n次方增大,其中n为大于1。
由于过零点附近输入电压较小,将输入电压作为第一比值的分母,从而使得载波频率能够跟随输入电压的减小而增大,从而改变过零点附近载波频率过低的现象,保证过零点附近的电流谐波。
在一些实施例中,当所述载波频率按所述第一比值的n次方增大后所得的频率值大于最大频率阈值,将所述载波频率设为所述最大频率阈值。由于接近过零点时输入电压趋近于0,为了避免载波频率与第一比值相乘后过大,限定了载波频率的最大值,即最大频率阈值,超过最大频率阈值的载波频率都限定到最大频率阈值上,保证电路的正常工作。
本发明第二方面的实施例提供了一种功率因数校正的载波频率控制方法,,应用于功率因数校正PFC电路,所述载波频率控制方法包括:
获取所述PFC电路的输入电流;
当所述输入电流大于设定电流,控制所述PFC电路的载波频率跟随所述输入电流的减小而减小;
当所述输入电流小于所述设定电流,将所述载波频率设为固定值或控制所述载波频率跟随所述输入电流的减小而增大。
根据本发明第二方面实施例的功率因数校正的载波频率控制方法,至少具有如下有益效果:对于输入电流在过零点附近所对应的载波频率,通过限定该载波频率为固定值或者使载波频率随输入电流的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
在一些实施例中,所述控制所述载波频率跟随所述输入电流的减小而增大,包括:
将所述设定电流与所述输入电流的比值作为第二比值;
控制所述载波频率按所述第二比值的m次方增大,其中m为大于1。
由于过零点附近输入电流较小,将输入电流作为第二比值的分母,从而使得载波频率能够跟随输入电流的减小而增大,从而改变过零点附近载波频率过低的现象,保证过零点附近的电流谐波。
在一些实施例中,当所述载波频率按所述第二比值的m次方增大后所得的频率值大于最大频率阈值,将所述载波频率设为所述最大频率阈值。由于接近过零点时输入电流趋近于0,为了避免载波频率与第二比值相乘后过大,限定了载波频率的最大值,即最大频率阈值,超过最大频率阈值的载波频率都限定到最大频率阈值上,保证电路的正常工作。
本发明第三方面实施例提供了一种功率因数校正的载波频率控制装置,包括至少一个处理器和用于与所述至少一个处理器通信连接的存储器;所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行如前述第一方面的功率因数校正的载波频率控制方法或执行如前述第二方面的功率因数校正的载波频率控制方法。
根据本发明第三方面实施例的载波频率控制装置,至少具有如下有益效果:通过载波频率控制装置执行上述载波频率控制方法,对于输入电压/输入电流在过零点附近所对应的载波频率,通过限定该载波频率为固定值或者使载波频率随输入电压/输入电流的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
本发明第四方面实施例提供了一种线路板,包括前述第三方面的载波频率控制装置。
根据本发明第四方面实施例的线路板,至少具有如下有益效果:在线路板上集成上述的载波频率控制装置,从而使得线路板具有上述载波频率控制装置的功能,对于输入电压/输入电流在过零点附近所对应的载波频率,通过限定该载波频率为固定值或者使载波频率随输入电压/输入电流的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
本发明第五方面实施例提供了一种空调器,包括前述第四方面的线路板。
根据本发明第四方面实施例的空调器,至少具有如下有益效果:在空调器中设置上述线路板对空调器进行控制,可以在控制空调器内PFC电路在过零点处的纹波电流,即对于输入电压/输入电流在过零点附近所对应的载波频率,通过限定该载波频率为固定值或者使载波频率随输入电压/输入电流的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
本发明第五方面实施例提供了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可执行指令,所述计算机可执行指令用于使计算机执行前述第一方面的功率因数校正电路的控制方法。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1是本发明实施例提供的功率因数校正电路的一种电路图;
图2是本发明实施例提供的功率因数校正电路的另一种电路图;
图3是本发明实施例提供的载波频率控制方法的流程图;
图4是本发明实施例提供的载波频率跟随输入电压减小而增大的流程图;
图5是本发明实施例提供的载波频率控制方法的流程图;
图6是本发明实施例提供的载波频率跟随输入电流减小而增大的流程图;
图7是本发明的控制装置的模块连接关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种功率因数校正的载波频率控制方法、载波频率控制装置和空调器,根据设定电压或设定电流划分载波频率的控制区间,高于设定电压或设定电流时,按照变载频的方式控制PFC电路的载波频率,使得载波频率跟随输入电压或跟随输入电流正相关变化,而在低于设定电压或设定电流时,设定载波频率为固定值或者跟随输入电压或跟随输入电流负相关变化,从而改善过零点附近的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
下面结合附图,对本发明实施例作进一步阐述。
本发明实施例提供了一种功率因数校正电路的控制方法,应用于功率因数校正PFC电路,该PFC电路的电路结构可以参照图1,包括依次连接的直流输入端、升压模块、滤波模块和控制器,其中直流输入端的直流电压由交流输入整流得到,该直流电压为PFC电路的输入电压Uin,输入电压Uin对应的直流电流为当前PFC电路的输入电流Iin;直流输入端连接升压模块,其中升压模块用于boost升压,包括电感器件和开关器件,电感器件串接于直流输入端的正极,开关器件的一端连接电感器件,另一端连接直流输入端的负极,开关器件的受控端连接控制器的使能引脚,滤波模块与开关器件并联,负载(图1中未标示)并联于滤波模块的两端,输入到负载的直流电压为当前PFC电路的输出电压Uo。可知,控制器通过控制开关器件的导通和关断,可以实现升压输出,并实现PFC控制过程。
可以理解的是,上述PFC电路还可以包括二极管,二极管的正极连接到电感器件与开关器件的连接处,二极管的负极连接到滤波模块的一端。而滤波模块可以选用电容器件或其他滤波电路实现,为了方便表示,图1中仅以单个电容来代表滤波电路。
上述PFC电路中的升压模块还可以采用另一种电路结构,参照图2,升压模块分为三路并联,每一路都包括串联连接的电感器件和开关器件,三个电感器件均一端连接到直流输入端的正极,另一端通过开关器件连接到直流输入段的负极,其中,三个开关器件的受控端均连接到控制器的使能引脚。升压模块的三条支路还可以分别设置有二极管,二极管的正极连接到电感器件与开关器件的连接处,二极管的负极连接到滤波模块的一端。图2的这种形式的电路同样可以实现PFC控制。
可以理解的是,上述两个PFC电路仅以举例的方式说明能够实现本发明实施例的载波频率控制方法的一些电路形式,基于上述PFC电路所做出的各种变形、优化、扩展等,都能够实现本发明实施例的控制方法,为避免过多列举,在此不再赘述。
基于上述PFC电路,参照图3,控制方法包括但不限于以下步骤:
步骤S100,获取PFC电路的输入电压Uin;
步骤S200,当输入电压Uin大于设定电压,控制PFC电路的载波频率跟随输入电压Uin的减小而减小;
步骤S300,当输入电压Uin小于设定电压,将载波频率设为固定值或控制载波频率跟随输入电压Uin的减小而增大。
PFC电路的输入电压Uin由交流市电整流而来,输入电压周期性变化,为了保证PFC电路的输入电流Iin跟随输入电压Uin变化,通常采用变载频的方式进行控制,变载频的控制方式下,载波频率跟随输入电压Uin的增大而增大,也跟随输入电压Uin的减小而减小;然而在输入电压Uin过零点附近,由于输入电压Uin趋近于0,载波频率也趋近于0,导致在过零点附近输入电流无法跟随输入电压,相当于产生电流谐波,影响PFC电路的稳定性。
为了改善过零点附近的电流谐波,本发明实施例划分载波频率的控制区间,在输入电压Uin较低的区间内,即低于设定电压Ux时,将载波频率调整为固定值或者控制载波频率不降反升,而在输入电压Uin高于设定电压Ux时,按照常规的变载频方式控制载波频率。其中设定电压Ux(大于0的值)可以根据PFC电路的实际性能设定。
具体来说,变载频控制方法的载波频率的计算公式可以参照下式:
根据简化后的式子,载波频率f可以在一定程度上认为是跟输入电压Uin正相关。
基于上述PFC电路、步骤S100至步骤S300和变载频计算公式,下面以两种具体控制方法对本发明控制方法的构思进行说明。
示例一:根据输入电压Uin进行载波频率控制:
载波频率f的值根据变载频计算公式进行变化;
当输入电压Uin低于设定电压Ux时,PFC电路的控制器输出固定的频率值,从而使得载波频率f不再降低,此时PFC电路实际的纹波电流值ΔI随着输入电压Uin的减小而减小,从而降低了过零点附近的电流谐波,实现输入电流Iin跟随输入电压Uin进行变化,避免输入电流Iin在过零点附近失真的问题。
示例二:根据输入电压Uin进行载波频率控制:
载波频率f的值根据变载频计算公式进行变化;
当输入电压Uin低于设定电压Ux时,载波频率f按照下式进行变化:
其中n为大于1,f为上述的变载频计算公式。由上述可知,设定电压Ux与输入电压Uin的比值的n次方作为载波频率f的系数,由过零点时输入电压Uin变小可知,控制器输出的实际载波频率f′反而增大。即,参照图4,步骤S300中控制载波频率跟随输入电压Uin的减小而增大包括:
步骤S310,将设定电压Ux与输入电压Uin的比值作为第一比值;
步骤S320,控制载波频率按第一比值的n次方增大,其中n为大于1。
其中第一比值即设定电压Ux与输入电压Uin的比值。由于在过零点附近输入电压Uin的值趋近于零,因此为了避免实际载波频率f′过大,可以设定有最大频率阈值,当计算所得的实际载波频率f′大于最大频率阈值,则将实际载波频率f′直接设为最大频率阈值,避免了控制器或开关器件的控制速度无法跟上实际载波频率f′。
示例二同样通过改变过零点附近的载波频率来降低电流谐波,避免输入电流Iin在过零点附近失真的问题。
本发明实施例还提供了一种功率因数校正电路的控制方法,应用于上述的功率因数校正PFC电路,由于PFC电路中输入电压Uin和输入电流Iin正相关,因此,上述步骤S100至步骤S300实际上也可以基于获取到的输入电流Iin来实现,即参照图5,本发明实施例的载波频率控制方法包括以下步骤:
步骤S400,获取PFC电路的输入电流Iin;
步骤S500,当输入电流Iin大于设定电流Ix,控制PFC电路的载波频率跟随输入电流Iin的减小而减小;
步骤S600,当输入电流Iin小于设定电流Ix,将载波频率设为固定值或控制载波频率跟随输入电流Iin的减小而增大。
由于输入电流Iin与输入电压Uin正相关,因此步骤S400至步骤S600分别与步骤S100至步骤S300相似,同样,为了改善过零点附近的电流谐波,本发明实施例划分载波频率的控制区间,在输入电流Iin较低的区间内,即低于设定电流Ix时,将载波频率调整为固定值或者控制载波频率不降反升,而在输入电流Iin高于设定电流Ix时,按照常规的变载频方式控制载波频率。
值得注意的是,设定电流Ix可以根据PFC电路的实际性能设定一个值(大于0的值),也可以根据PFC电路的纹波电流ΔI来设定。由于PFC电路中输入电压Uin和输入电流Iin正相关,因此本发明实施例中的变载频计算公式与上一实施例的变载频计算公式相同。
基于上述PFC电路、步骤S400至步骤S600和变载频计算公式,下面以两种具体控制方法对本发明控制方法的构思进行说明。
示例三:根据输入电流Iin进行载波频率控制:
载波频率f的值根据变载频计算公式进行变化;
当输入电流Iin低于设定电流Ix时,PFC电路的控制器输出固定的频率值,从而使得载波频率f不再降低,此时PFC电路实际的纹波电流值ΔI随着输入电流Iin的减小而减小,从而降低了过零点附近的电流谐波,实现输入电流Iin跟随输入电流Iin进行变化,避免输入电流Iin在过零点附近失真的问题。
示例四:根据输入电流Iin进行载波频率控制:
载波频率f的值根据变载频计算公式进行变化;
当输入电流Iin低于设定电流Ix时,载波频率f按照下式进行变化:
其中m为大于1,f为上述的变载频计算公式。由上述可知,设定电流Ix与输入电流Iin的比值的m次方作为载波频率f的系数,由过零点时输入电流Iin变小可知,控制器输出的实际载波频率f′反而增大。即,参照图6,步骤S600中控制载波频率跟随输入电流Iin的减小而增大包括:
步骤S610,将设定电流Ix与输入电流Iin的比值作为第二比值;
步骤S620,控制载波频率按第二比值的m次方增大,其中m为大于1。
其中第二比值即设定电流Ix与输入电流Iin的比值。由于在过零点附近输入电流Iin的值趋近于零,因此为了避免实际载波频率f″过大,同样可以设定有最大频率阈值,当计算所得的实际载波频率f′大于最大频率阈值,则将实际载波频率f″直接设为最大频率阈值,避免了控制器或开关器件的控制速度无法跟上实际载波频率f″。
示例四同样通过改变过零点附近的载波频率来降低电流谐波,避免输入电流Iin在过零点附近失真的问题。
通过上述四个示例可知,本发明实施例在过零点附近对载波频率进行特殊控制,使得载波频率不再跟随输入电压Uin或输入电流Iin减小而减小,而是设为固定值或者跟随输入电压Uin或输入电流Iin减小而增大,从而使得过零点附近的电流谐波减小,提高PFC电路工作的稳定性。
本发明实施例还提供了一种功率因数校正的载波频率控制装置,包括至少一个处理器和用于与至少一个处理器通信连接的存储器;存储器存储有能够被至少一个处理器执行的指令,指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够执行前述两个实施例中任意一个功率因数校正的载波频率控制方法。
参照图7,以控制装置1000中的控制处理器1001和存储器1002可以通过总线连接为例。存储器1002作为一种非暂态计算机可读存储介质,可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外,存储器1002可以包括高速随机存取存储器,还可以包括非暂态存储器,例如至少一个磁盘存储器、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中,存储器1002可选包括相对于控制处理器1001远程设置的存储器,这些远程存储器可以通过网络连接至控制装置1000。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
本领域技术人员可以理解,图7中示出的装置结构并不构成对控制装置1000的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
本发明实施例通过载波频率控制装置执行上述载波频率控制方法,对于输入电压/输入电流在过零点附近所对应的载波频率,通过限定该载波频率为固定值或者使载波频率随输入电压/输入电流的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
本发明实施例还提供了一种线路板,包括前述的载波频率控制装置。在线路板上集成上述的载波频率控制装置,对于输入电压/输入电流在过零点附近所对应的载波频率,通过限定该载波频率为固定值或者使载波频率随输入电压/输入电流的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
本发明实施例还提供了一种空调器,包括前述的线路板。在空调器中设置上述线路板对空调器进行控制,可以在控制空调器内PFC电路在过零点处的纹波电流,即对于输入电压/输入电流在过零点附近所对应的载波频率,通过限定该载波频率为固定值或者使载波频率随输入电压/输入电流的减小而增大,可以使得PFC电路在过零点附近输入电流无法跟随输入电压的情况得到改善,减小PFC电路的电流谐波,提高PFC电路的工作稳定性。
本发明实施例的第五方面提供了一种计算机可读存储介质,该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,该计算机可执行指令被一个或多个控制处理器执行,例如,被图7中的一个控制处理器1001执行,可使得上述一个或多个控制处理器执行上述方法实施例中的过流保护方法,例如,执行以上描述的图3中的方法步骤S100至步骤S300、图4中的方法步骤S310至步骤S320、图5中的方法步骤S400至步骤S600和图6中的方法步骤S610至步骤S620。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
本领域普通技术人员可以理解,上文中所公开方法中的全部或某些步骤、***可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器,如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件,或者被实施为硬件,或者被实施为集成电路,如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上,计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的,术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外,本领域普通技术人员公知的是,通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据,并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明,但本申请并不局限于上述实施方式,熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换,这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种功率因数校正的载波频率控制方法,应用于功率因数校正PFC电路,所述载波频率控制方法包括:
获取所述PFC电路的输入电压;
当所述输入电压大于设定电压,控制所述PFC电路的载波频率跟随所述输入电压的减小而减小;
当所述输入电压小于所述设定电压,将所述载波频率设为固定值或控制所述载波频率跟随所述输入电压的减小而增大。
2.根据权利要求1所述的载波频率控制方法,其特征在于,所述控制所述载波频率跟随所述输入电压的减小而增大,包括:
将所述设定电压与所述输入电压的比值作为第一比值;
控制所述载波频率按所述第一比值的n次方增大,其中n大于1。
3.根据权利要求2所述的载波频率控制方法,其特征在于,当所述载波频率按所述第一比值的n次方增大后所得的频率值大于最大频率阈值,将所述载波频率设为所述最大频率阈值。
4.一种功率因数校正的载波频率控制方法,应用于功率因数校正PFC电路,所述载波频率控制方法包括:
获取所述PFC电路的输入电流;
当所述输入电流大于设定电流,控制所述PFC电路的载波频率跟随所述输入电流的减小而减小;
当所述输入电流小于所述设定电流,将所述载波频率设为固定值或控制所述载波频率跟随所述输入电流的减小而增大。
5.根据权利要求4所述的载波频率控制方法,其特征在于,所述控制所述载波频率跟随所述输入电流的减小而增大,包括:
将所述设定电流与所述输入电流的比值作为第二比值;
控制所述载波频率按所述第二比值的m次方增大,其中m大于1。
6.根据权利要求5所述的载波频率控制方法,其特征在于,当所述载波频率按所述第二比值的m次方增大后所得的频率值大于最大频率阈值,将所述载波频率设为所述最大频率阈值。
7.一种功率因数校正的载波频率控制装置,其特征在于,包括至少一个处理器和用于与所述至少一个处理器通信连接的存储器;所述存储器存储有能够被所述至少一个处理器执行的指令,所述指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1至3中任意一项所述的载波频率控制方法或执行如权利要求4至6中任意一项所述的载波频率控制方法。
8.一种线路板,其特征在于,包括权利要求7所述的载波频率控制装置。
9.一种空调器,其特征在于,包括权利要求8所述的线路板。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令用于使计算机执行如权利要求1至3中任意一项所述的功率因数校正的载波频率控制方法或执行如权利要求4至6中任意一项所述的载波频率控制方法。
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