CN115152138A - 用于压缩机模块的变速驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适于驱动压缩机模块的变速驱动器，其中该变速驱动器包括：电压滤波器和电压极性保护单元，包括1)电压滤波器电路，被配置为对相关联的DC电压源的电压进行低通滤波，以及2)电压极性保护电路，被配置为防止变速驱动器和相关联的DC电压源之间的极性配对不正确；DC供电单元，经由至少正极性连接可操作地连接到电压滤波器和电压极性保护单元；逆变器单元，可操作地连接到DC供电单元，逆变器单元被配置为提供用于驱动压缩机模块的多相电压输出；可控负载突降器，串联***电压滤波器和电压极性保护单元与DC供电单元之间的正极性连接；以及控制单元，被配置为至少控制DC供电单元、逆变器单元和可控负载突降器。

Description

用于压缩机模块的变速驱动器
技术领域
本发明涉及一种用于驱动压缩机模块的变速驱动器，该压缩机模块包括无刷DC电机和往复式压缩机。该压缩机模块通常构成紧凑型移动冰箱***的一部分。特别地，本发明涉及一种允许最小化待机功耗、避免或至少减少非期望的浪涌电流并提供恒定的且明确限定的公共负/中性电压参考点的变速驱动器。
背景技术
适合安装在例如卡车、游艇、大篷车等中的紧凑型移动冰箱***通常由DC电压源(诸如电池和/或光伏***)供电。由于此类***中的可用电量受到限制，因此如最小化待机功耗、过压保护和避免非期望的浪涌电流等问题非常重要。
可以将本发明的实施例的一个目的视为提供一种被配置用于最小化待机功耗的变速驱动器。
可以将本发明的实施例的另一个目的视为提供一种被配置用于避免或至少减少非期望的浪涌电流的变速驱动器。
可以将本发明的实施例的又一个目的视为提供一种包括过压保护装置的变速驱动器。
可以将本发明的实施例的又一个目的视为提供一种具有恒定的且明确限定的公共负/中性电压参考点的变速驱动器。
发明内容
上述目的通过在第一方面提供一种适于驱动压缩机模块的变速驱动器来实现，其中该变速驱动器包括
a)电压滤波器和电压极性保护单元，包括1)电压滤波器电路，被配置用于对相关联的DC电压源的电压进行低通滤波，以及2)电压极性保护电路，被配置为防止变速驱动器和相关联的DC电压源之间的极性配对不正确，
b)DC供电单元，经由至少正极性连接可操作地连接到电压滤波器和电压极性保护单元，
c)逆变器单元，可操作地连接到DC供电单元，逆变器单元被配置为提供用于驱动压缩机模块的多相电压输出，
d)可控负载突降器，串联***电压滤波器和电压极性保护单元与DC供电单元之间的正极性连接，以及
e)控制单元，被配置为至少控制DC供电单元、逆变器单元和可控负载突降器。
因此，本发明涉及一种有利的变速驱动器，用于驱动例如紧凑型移动冰箱***的具有可变转速的压缩机模块。本发明的变速驱动器的优点在于它确保最小化待机功耗、提供过压保护、避免或至少减少非期望的浪涌电流，并提供恒定的且明确限定的公共负/中性电压参考点。紧凑型移动冰箱***的压缩机模块可以包括无刷DC电机和往复式压缩机。
电压滤波器可以包括用于去除电压瞬变(诸如噪声瞬变)的EMI滤波器。控制单元可以以微处理器的形式实现，使得控制单元的功能由微处理器执行。
负载突降器可以包括适于在至少导通操作状态、非导通操作状态或调制操作状态下操作的可控开关，诸如MOSFET。控制单元可以提供门信号形式的控制信号，以便设置可控开关应处于哪个操作状态(导通、非导通或调制)。在MOSFET的导通操作状态下，漏极和源极连接，而在MOSFET的非导通操作状态下，漏极和源极断开。
负载突降器的可控开关可以适于在主动驱动压缩机模块时在导通操作状态下操作。在本上下文中，主动驱动应该理解为是指从逆变器单元向压缩机模块供应具有特定频率和幅度的电力。逆变器单元可以包括可控B6逆变器桥，并且其中逆变器单元可以被配置为提供三相电压输出(诸如三相AC电压输出)以用于驱动压缩机模块。三相电压输出也可以采用其它形状，诸如矩形/盒形。
负载突降器的可控开关可以适于在变速驱动器的待机操作期间在非导通操作状态下操作以最小化待机损耗，或在负载突降器处的过压事件期间在非导通操作状态下操作以保护DC供电单元。最小化待机损耗是有利的，因为本发明的变速驱动器通常与安装在卡车和游艇中的电池驱动冰箱***相关地使用。DC供电单元的过压保护也是有利的，因为如果负载突降器处的电压增加到非期望的和损坏的电压水平，它可以保护DC供电单元。
在负载突降器的可控开关已处于非导通操作状态之后，可控开关可以适于在调制操作状态下操作，以便避免或至少减少非期望的浪涌电流。如上所述，可控开关可以与待机操作相关地或者与过压事件相关地处于非导通操作状态以便保护DC供电单元。可控开关的调制操作状态可以涉及可控开关根据具有在5-120kHz范围内(诸如在5-10kHz范围内，或者诸如在30-120kHz范围内)的开关频率的给定PWM模式来操作。应该注意的是，也可以适用其它开关频率范围。
电压极性保护电路也可以包括适于在变速驱动器与相关联的DC电压源两者之间的极性配对不正确的情况下将两者断开的可控开关，诸如MOSFET。因此，如果由于某种原因DC电压源的正极性端子连接到变速驱动器的负极性端子，并且DC电压源的负极性端子连接到变速驱动器的正极性端子，那么可控开关将变速驱动器与DC电压源断开，以避免损坏。
供电单元可以包括电容器和/或可控DC/DC转换器，诸如升压转换器或降压转换器。供电单元的电容器可以适于电压平滑目的。可控DC/DC转换器可以适于响应于来自控制单元的控制信号向逆变器单元提供可变DC电压。
控制单元可以被配置为从/向相关联的制冷单元的恒温器接收和提供信息，所述制冷单元包括压缩机模块。因此，控制单元可以被配置为形成控制回路，其中来自恒温器的信息(诸如测得的温度)可以用于至少部分地控制负载突降器、供电单元和/或逆变器单元。
本发明的变速驱动器可以被配置为连接到具有在8V和40V之间的范围内(诸如大约12V或诸如大约24V，它们是例如卡车和/或游艇的电池***的典型标称DC电压水平)的标称电压的DC电压源。
在第二方面，本发明涉及一种用于操作根据第一方面的变速驱动器的方法，该方法包括以下步骤：如果负载突降器处的电压超过预定阈值水平，那么在非导通操作状态下操作负载突降器的可控开关，诸如MOSFET。在MOSFET的非导通操作状态下，漏极和源极断开。在标称电压水平大约为12V的情况下，预定阈值电压水平可以是例如17V。在标称电压水平大约为24V的情况下，预定阈值电压水平可以是32V。替代地，预定阈值电压水平可以例如是36V且与标称电压水平无关。
在第三方面，本发明涉及一种用于操作根据第一方面的变速驱动器的方法，该方法包括以下步骤：在非导通操作状态下操作负载突降器的可控开关(诸如MOSFET)，以便在待机模式下操作变速驱动器并最小化待机损耗。当变速驱动器处于待机模式时，逆变器单元不会向压缩机模块提供电力。
在第四方面，本发明涉及一种用于操作根据第一方面的变速驱动器的方法，该方法包括以下步骤：在负载突降器的可控开关已处于非导通操作状态之后，在调制操作状态下操作可控开关(诸如MOSFET)，以便避免或至少减少浪涌电流。在调制操作状态下，可控开关可以根据具有在5-120kHz范围内(诸如在5-10kHz范围内，或者诸如在30-120kHz范围内)的开关频率的给定PWM模式来操作。应该注意的是，也可以适用其它开关频率范围。
在第五方面，本发明涉及一种移动冰箱***，包括根据第一方面的变速驱动器和包括压缩机模块的冰箱单元，压缩机模块包括无刷DC电机和往复式压缩机。
一般而言，本发明的各个方面可以在本发明的范围内以任何可能的方式组合和耦合。本发明的这些和其它方面、特征和/或优点将从下文描述的实施例中变得清楚并且参考下文中描述的实施例来阐明。
附图说明
现在将参考附图更详细地描述本发明，其中
图1示出了根据本发明的变速驱动器的框图。
虽然本发明易有各种修改和替代形式，但具体实施例已在图1中以示例的方式示出并且将在本文中详细描述。但是，应该理解的是，本发明并不旨在限于所公开的特定形式。相反地，本发明将覆盖落入如所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等同形式和替代形式。
具体实施方式
一般而言，本发明涉及一种用于驱动压缩机模块的变速驱动器，该压缩机模块包括无刷DC电机和往复式压缩机。压缩机模块通常构成紧凑型移动冰箱***的一部分。这种紧凑型移动冰箱***适合安装在例如卡车、游艇、大篷车等中，其中它们通常由DC电压源(诸如电池和/或光伏***)供电。本发明的变速驱动器的优点在于它确保最小化待机功耗、提供过压保护、避免或至少减少非期望的浪涌电流，并提供恒定的且明确限定的公共负/中性电压参考点。
现在参考图1，描绘了本发明的变速驱动器100的框图。如图1中所示，变速驱动器100电连接到相关联的电压源101，电压源101原则上可以涉及任何种类的DC电压源，诸如一个或多个电池、一个或多个光伏电池等。DC电压源通常可以具有介于8V和40V之间的端电压。通常，DC电压源具有大约12V或大约24V的标称端电压。虽然图1中的变速驱动器100直接电连接到DC电压源，但是应该注意的是，AC电压源(诸如包括整流器的发电机***)也可以电连接到变速驱动器100。
压缩机模块102通常包括无刷DC电机和往复式压缩机，如前所述，它们都形成紧凑型移动冰箱***109的一部分。如图1中所示，压缩机模块102的无刷DC电机由从变速驱动器100的逆变器单元107输出的三相电压驱动。从逆变器单元107输出的三相电压可以是三相AC电压输出。但是，三相电压输出也可以采用其它形状，诸如矩形/盒形。下面将更详细地讨论逆变器单元107的实施方式。
如已经提到的，压缩机模块102可以形成紧凑型移动冰箱***109的一部分。为了控制冰箱***109的温度，冰箱***109的恒温器103经由反馈回路与变速驱动器100的控制单元108通信。
图1中描绘的变速驱动器100包括电压滤波器和电压极性保护单元104，其电连接到相关联的电压源101，电压源101可以是如上所述的类型。电压滤波器和电压极性保护单元104包括EMI滤波器电路，其被配置为对来自相关联电压源101的电压进行低通滤波。EMI滤波器电路通常具有截止频率，使得有效地抑制非期望的电压/噪声瞬变。
电压滤波器和电压极性保护单元104还包括电压极性保护电路，该电压极性保护电路被配置为防止变速驱动器100和相关联电压源101之间的不正确的极性配对，即防止相关联电压源101的正极和负极被错误地交换。低通电压滤波电路可以以多种方式实现，包括但不限于无源RC电压滤波器电路。电压极性保护电路使用可控开关(诸如MOSFET)来实现，该可控开关适于在变速驱动器100与相关联电压源101之间的极性配对不正确的情况下断开两者的连接。
变速驱动器100还包括DC供电单元106，其经由正极性连接和公共负/中性连接可操作地连接到电压滤波器和电压极性保护单元104。公共负/中性连接为变速驱动器100的各个单元104、106、107、108和可操作地连接到变速驱动器100的单元101、102、103形成明确限定的负/中性电位。供电单元通常包括可选地与可控DC/DC转换器组合的电容器，诸如升压转换器和/或降压转换器。可控DC/DC转换器适于向逆变器单元107提供可变DC电压。可控DC/DC转换器的可变DC电压以及由此提供给逆变器单元107的DC电压水平由控制单元108控制。
变速驱动器100还包括逆变器单元107，逆变器单元107可操作地连接到DC供电单元106。逆变器单元107被配置为提供多相电压输出用于驱动压缩机模块102的无刷DC电机。逆变器单元107包括可控B6逆变桥，该可控B6逆变桥被配置为提供具有可变频率的三相电压输出，以便改变压缩机模块102的无刷DC电机的转速。逆变器单元107由控制单元108控制。
如图1中所示，在图1中被实现为微处理器的控制单元108被配置为至少控制DC供电单元106、逆变器单元107和可控负载突降器105，可控负载突降器105串联***电压滤波器和电压极性保护单元104与DC供电单元106之间的正极性连接。
如将在下文中公开的，存在与可控负载突降器105相关联的几个优点，特别是其在电压滤波器和电压极性保护单元104与DC供电单元106之间的正极性连接中的位置。
由于可控负载突降器105与电压滤波器和电压极性保护单元104与DC供电单元106之间的正极性连接串联定位，因此上述单元104、106之间的公共负/中性连接始终保持不中断，因此为整个变速驱动器100和与其操作连接的相关联单元101、102、103限定了明确限定的共享的负/中性电位。
负载突降器105包括适于在至少三种操作状态——即，导通操作状态、非导通操作状态或调制操作状态下操作的可控开关。负载突降器105的可控开关是MOSFET，其漏极和源极可操作地分别连接到电压滤波器和电压极性保护单元104和DC供电单元106。MOSFET的栅极由控制单元108控制。
在导通操作状态下，可控开关闭合，因此电压滤波器和电压极性保护单元104与DC供电单元106之间的连接不断开。在主动驱动压缩机模块102的无刷DC电机和压缩机时，可控开关将处于导通操作状态。在非导通操作状态下，可控开关打开，因此电压滤波器和电压极性保护单元104与DC供电单元106断开。例如，可控开关将在负载突降器105处的过压事件期间处于非导通操作状态，以保护DC供电单元106。当负载突降器105处的电压水平超过在负载突降器105处的标称电压水平之上的预定阈值电压水平时，发生过压事件。在第一示例中，在标称电压水平大约为12V的情况下，预定阈值电压水平可以是17V。在第二示例中，在标称电压水平大约为24V的情况下，预定阈值电压水平可以是32V。替代地，预定阈值电压水平可以是例如36V且与标称电压水平无关。在变速驱动器100的待机操作期间，负载突降器105的可控开关也可以处于非导通操作状态，以最小化待机损耗。在待机操作期间，变速驱动器100不向压缩机模块102的无刷DC电机提供电力。在调制操作状态下，可控开关根据由控制单元108设置的给定PWM模式而导通/不导通。负载突降器105的可控开关原则上可以是任何一种电控开关，诸如MOSFET。可控开关的调制操作状态可以用于在可控开关已经处于非导通操作状态之后避免或至少减少非期望的浪涌电流。
总之，本发明的变速驱动器100中的负载突降器105的实施方式(特别是定位)是有利的，原因有几个——包括负载突降器105被布置在电压滤波器和电压极性保护单元104与DC供电单元106之间的正极性连接中，由此上述单元104、106之间的公共负/中性连接始终保持不断开。此外，负载突降器105可以将电压滤波器和电压极性保护单元104与DC供电单元106断开，以便1)减少待机功率损耗，以及2)保护DC供电单元106免受在负载突降器105处检测到的过压事件。更进一步地，可以通过根据给定调制/PWM模式操作负载突降器105的可控开关来避免或至少减少非期望的浪涌电流。

Claims (15)

1.一种适于驱动压缩机模块的变速驱动器，其中所述变速驱动器包括
a)电压滤波器和电压极性保护单元，包括1)电压滤波器电路，被配置用于对相关联的DC电压源的电压进行低通滤波，以及2)电压极性保护电路，被配置用于防止变速驱动器和相关联的DC电压源之间的错误极性配对，
b)DC供电单元，经由至少正极性连接可操作地连接到电压滤波器和电压极性保护单元，
c)逆变器单元，可操作地连接到DC供电单元，逆变器单元被配置为提供用于驱动压缩机模块的多相电压输出，
d)可控负载突降器，串联***电压滤波器和电压极性保护单元与DC供电单元之间的正极性连接，以及
e)控制单元，被配置为至少控制DC供电单元、逆变器单元和可控负载突降器。
2.根据权利要求1所述的变速驱动器，其中负载突降器包括适于在至少导通操作状态、非导通操作状态或调制操作状态下操作的可控开关，诸如MOSFET。
3.根据权利要求2所述的变速驱动器，其中负载突降器的可控开关适于在主动驱动压缩机模块时在导通操作状态下操作。
4.根据权利要求2所述的变速驱动器，其中负载突降器的可控开关适于在变速驱动器的待机操作期间在非导通操作状态下操作以最小化待机损耗，或者在负载突降器处的过压事件期间在非导通操作状态下操作以保护DC供电单元。
5.根据权利要求2所述的变速驱动器，其中，在负载突降器的可控开关已处于非导通操作状态之后，可控开关适于在调制操作状态下操作，以便避免或至少减少非期望的浪涌电流。
6.根据权利要求5所述的变速驱动器，其中在调制操作状态下可控开关适于根据具有在5-120kHz范围内，诸如在5-10kHz的范围内，或者诸如在30-120kHz的范围内的开关频率的给定PWM模式而操作。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的变速驱动器，其中电压极性保护电路包括适于在变速驱动器与相关联的DC电压源两者之间的极性配对不正确的情况下将两者断开的可控开关，诸如MOSFET。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的变速驱动器，其中供电单元包括电容器和/或可控DC/DC转换器，诸如升压转换器或降压转换器。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的变速驱动器，其中逆变器单元包括可控B6逆变器桥，并且其中逆变器单元被配置为提供用于驱动压缩机模块的三相电压输出。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的变速驱动器，其中控制单元被配置为从/向相关联的制冷单元的恒温器接收和提供信息，所述制冷单元包括压缩机模块。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的变速驱动器，其中变速驱动器被配置为连接具有在8V和40V之间的范围内，诸如大约12V或诸如大约24V的标称电压的DC电压源。
12.一种用于操作根据前述权利要求中的任一项所述的变速驱动器的方法，所述方法包括以下步骤：如果负载突降器处的电压超过预定阈值水平，那么在非导通操作状态下操作负载突降器的可控开关，诸如MOSFET。
13.一种用于操作根据权利要求1-11中的任一项所述的变速驱动器的方法，所述方法包括以下步骤：在非导通操作状态下操作负载突降器的可控开关，诸如MOSFET，以便在待机模式下操作变速驱动器并最小化待机损耗。
14.一种用于操作根据权利要求1-11中的任一项所述的变速驱动器的方法，所述方法包括以下步骤：在负载突降器的可控开关已处于非导通操作状态之后，在调制操作状态下操作可控开关，诸如MOSFET，以便避免或至少减少浪涌电流。
15.一种移动冰箱***，包括根据权利要求1-11中的任一项所述的变速驱动器和包括压缩机模块的冰箱单元，所述压缩机模块包括无刷DC电机和往复式压缩机。
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