CN207518501U - 直流母线小容量电容变频控制电路和变频设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流母线小容量电容变频控制电路和变频设备，包括整流器、直流母线、小容量电容、逆变器、逆变器控制模块、供电开关、逆变器控制模块供电电路和供电控制模块；供电开关连接于整流器和交流输入之间；逆变器控制模块供电电路连接交流输入，为逆变器控制模块提供电源；供电控制模块在逆变器控制模块供电电路运行稳定后控制供电开关闭合，使得交流输入连接整流器。整机上电提供交流输入后首先启动逆变器控制模块供电电路为逆变器控制模块提供工作电源，在其稳定后供电控制模块再控制供电开关闭合使得交流输入连接整流器，以2级上电控制的方式使逆变器控制回路与逆变器工作回路分时上电，提高了变频控制的可靠性。

Description

直流母线小容量电容变频控制电路和变频设备

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，具体地说，是涉及一种直流母线小容量电容变频控制电路和变频设备。

背景技术

空调市场存在定速空调和变频空调两类产品，定速空调在启动时产生巨大的冲击电流影响电网内其他电器的运行，运行过程中会产生大量谐波，增加电网负荷而影响电网安全，但因为定速空调成本低，因此占有大比例的空调器市场。

传统的变频空调的变频控制的直流滤波环节是由上千微法甚至几千微法的电解电容组成，但电解电容的容量大会，在电源输入侧电流发生畸变造成谐波成分高，而且功率因素第，为了改善滤波电容充放电造成的谐波，又需要增加PFC（Power FactorCorrection，功率因数矫正）电路进行功率因数矫正以及解决谐波问题；而PFC电路中的开关器件在较高的开关频率下会产生很大的功率损失以及很大的EMI（Electro MagneticInterference， 电磁干扰）干扰,未解决该问题有需要增加EMI滤波成本，因此，传统的变频控制电路成本偏高，且电解电容和PFC回路的功率器件为变频控制器的易失效器件，其中尤其是电解电容寿命受温度以及电压的影响更明显。

针对以上问题，现有技术中有提出以小容值的薄膜电容取代电解电容的方案，能够省去PFC部分以及EMI滤波部分，实现变频控制电路的小型化和低成本，也能消除电解电容寿命短的问题，但通常小容值的薄膜电容的容量小，导致直流母线电压不稳，当***阻抗匹配不合适时，造成***谐振，出现***的过压故障，为克服这些问题，现有解决方案是通过对交流输入电压、母线电压等参数的检测，运用驱动算法来解决直流母线电压稳定性问题。

发明内容

本申请提供了一种直流母线小容量电容变频控制电路和变频设备，搭建一种运用小容值薄膜电容的变频控制电路，以实现对直流母线电压的稳定性设计，并能够提供解决谐波问题和直流母线电压稳定性的驱动算法的各项参数。

为实现上述技术效果，本申请采用以下技术方案予以实现：

提出一种直流母线小容量电容变频控制电路，包括整流器、直流母线、小容量电容、逆变器和逆变器控制模块；所述整流器的两输出端连接所述直流母线，所述小容量电容和所述逆变器依次与所述直流母线并联；还包括供电开关、逆变器控制模块供电电路和供电控制模块；所述供电开关连接于所述整流器和交流输入之间；所述逆变器控制模块供电电路连接所述交流输入，为所述逆变器控制模块提供电源；所述供电控制模块，用于在所述逆变器控制模块供电电路运行稳定后，控制所述供电开关闭合，以使得所述交流输入连接所述整流器。

提出一种变频设备，包括直流母线小容量电容变频控制电路，所述直流母线小容量电容变频控制电路包括整流器、直流母线、小容量电容、逆变器和逆变器控制模块；所述整流器的两输出端连接所述直流母线，所述小容量电容和所述逆变器依次与所述直流母线并联；还包括供电开关、逆变器控制模块供电电路和供电控制模块；所述供电开关连接于所述整流器和交流输入之间；所述逆变器控制模块供电电路连接所述交流输入，为所述逆变器控制模块提供电源；所述供电控制模块，用于在所述逆变器控制模块供电电路运行稳定后，控制所述供电开关闭合，以使得所述交流输入连接所述整流器。

与现有技术相比，本申请的优点和积极效果是：本申请提出的直流母线小容量电容变频控制电路包括整流器、直流母线、小容量电容、逆变器、逆变器控制模块、供电开关、逆变器控制模块供电电路和供电控制模块；逆变器控制模块供电电路直接连接交流输入，交流输入与整流器之间连接有供电开关，供电开关断开使得交流输入与整流器隔开，在整机上电提供交流输入后首先启动逆变器控制模块供电电路为逆变器控制模块提供工作电源，在其稳定后，供电控制模块再控制供电开关闭合使得交流输入连接整流器，继而整流器再输出直流电源至逆变器，实现逆变器母线电源上电，通过这种2级上电控制的方式使逆变器控制回路与逆变器工作回路分时上电，提高了变频控制的可靠性。增加浪涌电压吸收回路，在第二级回路母线电压出现瞬间浪涌过压时，可通过该浪涌电压吸收回路将浪涌能量泻放至第一级回路的母线电容中，避免第二级功率器件的过压损坏，提高可靠性，实现对直流母线电压的稳定性设计。

结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本申请提出的直流母线小容量电容变频控制电路的电路实施例图；

图2为本申请提出的直流母线过压保护电路的实施例图；

图3为本申请提出的交流输入电压检测电路的实施例图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细地说明。

如图1所示，本申请提出的直流母线小容量电容变频控制电路，包括整流器U1、直流母线、小容量电容C1、逆变器U、逆变器控制模块U2、供电开关K1、逆变器控制模块供电电路U3和供电控制模块U4；整流器U1的两输出端b1和b2连接直流母线，小容量电容C1和逆变器U依次与直流母线并联；供电开关K1连接于整流器U1和交流输入AC之间；逆变器控制模块供电电路U3连接交流输入AC，为逆变器控制模块U2提供工作电源；供电控制模块U4用于在逆变器控制模块供电电路U3运行稳定后，控制供电开关K1闭合，以使得交流输入AC连接整流器U1；逆变器U连接电机COMP。

逆变器控制模块供电电路U3直接连接交流输入AC，交流输入AC与整流器U1之间连接有供电开关K1，供电开关K1断开使得交流输入AC与整流器U1隔开，在整机上电提供交流输入AC后会首先启动逆变器控制模块供电电路U3为逆变器控制模块U2提供工作电源，在其稳定后，供电控制模块U4再控制供电开关K1闭合使得交流输入AC连接整流器U1，继而整流器U1再输出直流电源至逆变器U，实现逆变器母线电源上电，通过这种2级上电控制的方式使逆变器控制回路与逆变器工作回路分时上电，提高了变频控制的可靠性，实现对直流母线电压的稳定性设计。

具体的，如图1所示，本申请提出的逆变器控制模块供电电路U3包括第一电阻R1、第一二极管D1、电解电容E1、开关管IC1和变压器T；第一电阻R1一端连接交流输入AC，第一电阻R1的另一端连接第一二极管D1的正极，第一二极管D1的负极连接变压器T的初级线圈一端，变压器T的初级线圈另一端连接开关管IC1的第二输入端b，开关管IC1的输出端c接地；开关管IC1的第一输入端a经电阻连接至电解电容E1的正极端；电解电容E1正极端连接第一二极管D1的负极，电解电容E1的负极端接地。

整机上电后，交流输入AC经第一电阻R1后被第一二极管D1半波整流输出脉动直流，该脉动直流输出使电解电容E1充电，在电解电容E1电压达到设定值时，开关管IC1进行开关控制，为逆变器控制模块U2和/或供电控制模块U4供电。

待逆变器控制模块供电电路U3工作稳定后，也即输出稳定工作电源之后，供电控制模块U4再控制供电开关K1闭合，这其中，逆变器控制模块供电电路U3的输出稳定性可以由时间设定或采样数据来度量，例如，供电控制模块U4可以在满足逆变器控制模块供电电路U3稳定工作的时间段后控制闭合供电开关K1，或者，通过逆变器控制模块供电电路的输出电压信号进行采样来判断是否满足预设电压，在满足预设电压之后闭合供电开关K1等。

本申请提出的直流母线小容量电容变频控制电路还包括直流母线浪涌电压吸收回路U5；如图1所示，所述直流母线浪涌电压吸收回路U5包括第二二极管D2、第二电阻R2和电解电容E1；第二二极管D2的正极连接整流器U1的第一直流输出端b1，第二二极管D21的负极连接第二电阻R2，第二电阻R2的另一端连接第一二极管D1负极和电解电容E1的正极。由于直流母线上的小容值电容仅为几十微法的薄膜电容，在逆变器侧反馈瞬间浪涌电压时，会导致母线电压Vdc1瞬间升高，可能导致逆变器端损坏，因此，本申请中的直流母线浪涌电压吸收回路U5，在Vdc1>Vdc2时，直流母线电压通过第二二极管D2和第二电阻R2给电解电容E1充电，降低Vdc1的电压值，维护直流母线电压稳定。

本申请中的直流母线小容量电容变频控制电路还包括直流母线过压保护电路；如图2所示，包括参考电压电路和第一比较器U7；参考电压电路例如图中的电阻分压电路，参考电压电路的输出连接第一比较器U7的第一输入端（图示中的正相端），第一比较器U7的第二输入端（图示中的反相端）连接在直流母线上、或电解电容的正极端、或如图所示的与电解电容E1并联的电阻分压电路的输出端等任何能够反映直流母线电压的测试点上；第一比较器U7的输出端连接逆变器控制模块U2；在直流母线电压高于参考电压电路的输出电压时，逆变器控制模块U2根据第一比较器的输出控制停止逆变器输出，实现对逆变器的快速保护。

本申请提出的直流母线小容量电容变频控制电路，还为提供解决谐波问题和直流母线电压稳定性的驱动算法提供各项参数，具体的，例如图2所示的母线电压检测电路U8；所述母线电压检测电路连接直流母线，用于获取并输出直流母线上的电压；具体的母线电压检测电路例如如图所示的电阻分压电路的输出或其他可以实现采样母线电压的电路，本申请不予限定，母线电压检测电路的输出Vdc1-AD/Vdc2-AD输出给MCU或驱动模块用于软件保护控制。

如图3所示，本申请提出的直流母线小容量电容变频控制电路还包括交流输入电压检测电路；包括电阻网络电路U10、偏置电压设置电路U11和第二比较器U12；电阻网络电路U10的输入端连接交流输入AC，电阻网络电路的第一输出端连接的第二比较器的第一输入端（图示的正相端）；电阻网络的第二输出端连接第二比较器的第二输入端（图示的反相端）；偏置电压设置电路U11的输出连接第二比较器的第一输入端，采用交流双向检测方式，将检测信号施加一个偏置电压，使输出信号为0-5V的电压信号，通过该电路，MCU、驱动模块等控制模块能够实时检测输入电压的变化来进行驱动控制，这其中，Vac-AD为交流输入电压的模拟量检测输出信号。

基于上述的直流母线小容量电容变频控制电路，本申请还保护一种例如变频空调等的变频设备，应用有如上所述的直流母线小容量电容变频控制电路，逆变器控制模块供电电路直接连接交流输入，交流输入与整流器之间连接有供电开关，供电开关断开使得交流输入与整流器隔开，在整机上电提供交流输入后首先启动逆变器控制模块供电电路为逆变器控制模块提供工作电源，在其稳定后，供电控制模块再控制供电开关闭合使得交流输入连接整流器，继而整流器再输出直流电源至逆变器，实现逆变器母线电源上电，通过这种2级上电控制的方式使逆变器控制回路与逆变器工作回路分时上电，提高了变频控制的可靠性。增加浪涌电压吸收回路，在第二级回路母线电压出现瞬间浪涌过压时，可通过该浪涌电压吸收回路将浪涌能量泻放至第一级回路的母线电容中，避免第二级功率器件的过压损坏，提高可靠性，实现对直流母线电压的稳定性设计。并且，还为解决谐波问题以及直流母线电压稳定性问题的驱动算法提供了输入电压、直流母线电压等各项参数。

应该指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.直流母线小容量电容变频控制电路，包括整流器、直流母线、小容量电容、逆变器和逆变器控制模块；所述整流器的两输出端连接所述直流母线，所述小容量电容和所述逆变器依次与所述直流母线并联；其特征在于，还包括供电开关、逆变器控制模块供电电路和供电控制模块；

所述供电开关连接于所述整流器和交流输入之间；

所述逆变器控制模块供电电路连接所述交流输入，为所述逆变器控制模块提供电源；

所述供电控制模块，用于在所述逆变器控制模块供电电路运行稳定后，控制所述供电开关闭合，以使得所述交流输入连接所述整流器。

2.根据权利要求1所述的直流母线小容量电容变频控制电路，其特征在于，所述逆变器控制模块供电电路包括第一电阻、第一二极管、电解电容、开关管和变压器；

所述第一电阻一端连接所述交流输入，所述第一电阻的另一端连接所述第一二极管的正极，所述第一二极管的负极连接所述变压器的初级线圈一端，所述变压器的初级线圈另一端连接所述开关管的第二输入端，所述开关管的输出端接地，所述开关管的第一输入端连接所述电解电容的正极端；所述电解电容正极端连接所述第一二极管的负极，所述电解电容的负极端接地。

3.根据权利要求2所述的直流母线小容量电容变频控制电路，其特征在于，所述直流母线小容量电容变频控制电路还包括直流母线浪涌电压吸收回路；

所述直流母线浪涌电压吸收回路包括第二二极管、第二电阻和所述电解电容；

所述第二二极管的正极连接所述整流器的第一直流输出端，所述第二二极管的负极连接所述第二电阻，所述第二电阻的另一端连接所述第一二极管的负极。

4.根据权利要求3所述的直流母线小容量电容变频控制电路，其特征在于，所述直流母线小容量电容变频控制电路还包括直流母线过压保护电路；

所述直流母线过压保护电路包括参考电压电路和第一比较器；

所述参考电压电路的输出连接所述第一比较器的第一输入端，所述第一比较器的第二输入端连接在所述直流母线上或所述电解电容的正极端；所述第一比较器的输出端连接所述逆变器控制模块；在所述直流母线电压高于所述参考电压电路的输出电压时，所述逆变器控制模块根据所述第一比较器的输出控制停止所述逆变器输出。

5.根据权利要求1所述的直流母线小容量电容变频控制电路，其特征在于，所述直流母线小容量电容变频控制电路还包括母线电压检测电路；

所述母线电压检测电路连接所述直流母线，用于获取并输出所述直流母线上的电压。

6.根据权利要求1所述的直流母线小容量电容变频控制电路，其特征在于，所述直流母线小容量电容变频控制电路还包括交流输入电压检测电路；

所述交流输入电压检测电路包括电阻网络电路、偏置电压设置电路和第二比较器；

所述电阻网络电路的输入端连接所述交流输入，所述电阻网络电路的第一输出端连接所述的第二比较器的第一输入端；所述电阻网络的第二输出端连接所述第二比较器的第二输入端；

所述偏置电压设置电路的输出连接所述第二比较器的第一输入端。

7.变频设备，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的直流母线小容量电容变频控制电路。