CN101418983B

CN101418983B - 一种空调器供电系统及供电方法

Info

Publication number: CN101418983B
Application number: CN2007101762549A
Authority: CN
Inventors: 楚人震; 程永甫; 刘俊杰
Original assignee: Qingdao Haier Air Conditioner Gen Corp Ltd; Haier Group Corp
Current assignee: Qingdao Haier Air Conditioner Gen Corp Ltd; Haier Group Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2011-03-09
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: CN101418983A

Abstract

本发明涉及一种空调器供电系统，该系统包括：Boost升压变换器模块、开关电源模块、变频逆变模块和智能控制模块。本发明使空调系统在直流低压供电网内使用更加经济和方便，扩大了空调的使用范围，提高了工作效率，并且降低了生产成本。

Description

一种空调器供电系统及供电方法

技术领域

本发明涉及空调领域，特别是涉及一种适用于直流低压供电网的空调器供电系统及供电方法。

背景技术

随着人类科技和物质文明的进步，人类对生活质量、生活环境的要求越来越高，空调作为人类调节生活环境质量的一种装置越来越受到人们的认可，空调的应用大大改善了人类的生活质量，并越来越多的应用到人类活动的各个环境。

空调的电气部分主要有压缩机、外风机、内风机、控制电路板和辅助控制部件等构成，其中的压缩机、外风机、内风机等电机类部件一般为交流电源部件，再者由于我们生活中应用的电源一般为交流供电系统，所以空调系统通常均被设计成交流电源系统，需要交流电源供电。可是随着空调应用范围的扩大，一些直流电源环境也有空调应用的需要，例如一些电气列车上也需要安装空调，但是电气列车上的电源是100伏特的直流电源，无法安装采用交流供电系统的空调。

现有技术为了解决直流供电环境下的空调应用问题，采用了加装逆变电源的方法，也就是说在空调系统前增加一级逆变电路，把100伏特的直流电源通过逆变电路变成220伏特的直流电源，这样供给空调系统的电源就变成了交流电，满足了空调系统的电源需求。

但是采用加装逆变电源的技术方案有一个严重的缺点，就是空调系统的成本太高。一般一个逆变电源的成本是空调成本的5到8倍，这样就大大的增加了空调系统的应用成本，使空调的在市场中不具有价格竞争优势。而且在逆变过程中电源的损耗也非常大。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于直流低压供电网的空调器供电系统。

为达上述目的，本发明的技术方案提供一种空调器供电系统，包括：Boost升压变换器模块、开关电源模块、变频逆变模块和智能控制模块；所述Boost升压变换器模块，与所述智能控制模块连接，在所述智能控制模块的控制下，将接入的初始直流低压电源升压为高压直流电源；所述开关电源模块，与所述Boost升压变换器模块、变频逆变模块和智能控制模块连接，用于将输入的直流电源转换成低压直流电源，为所述变频逆变模块和智能控制模块提供低压直流电源；所述变频逆变模块，与直流变频压缩机和所述智能控制模块连接，用于驱动所述直流变频压缩机工作，所述变频逆变模块包括智能化功率模块，所述智能化功率模块具有三相的上桥臂和三相的下桥臂；所述智能控制模块，用于通过检测三相取样电阻的电压来检测各相电流，然后通过数学模型，利用矢量控制理论和压缩机的参数来推算出转子的角度误差和角速度，进而计算出转子的角度，，根据计算出的转子的角度，对所述直流变频压缩机进行控制，所述三相取样电阻为三个电阻，分别连接到所述智能化功率模块的下桥臂上。

其中，所述Boost升压变换器模块的输入电压范围为50V到350V直流电压。

其中，所述高压直流电源的电压为280伏。

其中，所述低压直流电源的电压为12伏和15伏；所述12伏电压通过稳压器后转换为5伏直流电源，给所述智能控制模块供电；所述15伏电压给所述变频逆变模块供电。

其中，所述智能控制模块包括一个32位的单片机。

其中，所述智能控制模块还用于检测母线电压。

其中，所述智能控制模块还用于对所述初始低压电源的电压进行检测。

其中，所述智能控制模块还用于控制室外直流风机、电子膨胀阀、四通阀。

其中，所述智能控制模块还用于和室内机控制模块进行数据通讯。

本发明的技术方案提供一种空调器供电的方法，包括以下步骤：步骤1，Boost升压变换器模块输入初始直流低压电源，此时所述Boost升压变换器模块不工作，在母线上输出所述初始直流低压电源；步骤2，开关电源模块从母线上输入所述初始直流低压电源，并将所述初始低压直流电源转换成直流低压电源，并将所述直流低压电源提供给Boost升压变换器模块、变频逆变模块和智能控制模块；步骤3，所述智能控制模块上电后，控制所述Boost升压变换器模块开始工作，所述Boost升压变换器模块将输入的初始直流低压电源升压为高压直流电源；步骤4，所述开关电源模块将所述高压直流电源转换成直流低压电源，并将所述直流低压电源提供给Boost升压变换器模块、变频逆变模块和智能控制模块；步骤5，所述变频逆变模块利用所述高压直流电源驱动直流变频压缩机工作，所述变频逆变模块包括智能化功率模块，所述智能化功率模块具有三相的上桥臂和三相的下桥臂；步骤6，所述智能控制模块通过检测三相取样电阻的电压来检测各相电流，然后通过数学模型，利用矢量控制理论和压缩机的参数来推算出转子的角度误差和角速度，进而计算出转子的角度，并根据计算出的转子的角度对所述直流变频压缩机进行控制，同时，所述智能控制模块还对室外直流风机、电子膨胀阀、四通阀的工作进行控制，所述三相取样电阻为三个电阻，分别连接到所述智能化功率模块的下桥臂上。

通过以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明实现了空调在低压直流网中的使用，并且降低了空调成本，提高了的空调系统的工作效率，大大降低了空调系统的振动、噪音等不良性能。

附图说明

图1是本发明实施例的一种空调器供电系统的连接示意图；

图2是本发明实施例的Boost电路原理图；

图3是本发明实施例的变频逆变模块的原理图；

图4是本发明实施例的室内外通讯电路原理图；

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明实施例的一种空调器供电系统的连接示意图，如图1所示，本发明的空调器供电系统包括Boost升压变换器模块、开关电源模块、变频逆变模块和智能控制模块。图中所示的其他模块和装置为空调系统的模块和装置，因为与空调供电系统有连接控制关系，所以一起介绍。

直流低压供电网提供的初始低压直流电源为100伏，接入Boost升压变换器模块，Boost升压变换器模块的工作需要受智能控制模块的控制，所以开始Boost升压变换器模块并不工作，在母线上的输出100伏，开关电源模块从母线上接入100伏电压，将100伏电压转换成12V和15的低压直流电源，其中，15V低压直流电源供给变频逆变模块的IPM，12V电源供给控制系统里的一些继电器和可控硅，同时12V电源通过一个稳压器产生一路5V直流电源，为智能控制模块的单片机等5V电源器件供电。智能控制模块上电后，控制Boost升压变换器模块开始工作，Boost升压变换器模块对初始低压直流电源进行升压，在母线上输出280伏的高压直流电源。280伏的高压直流电源分别接入开关电源模块和变频逆变模块，开关电源模块将接入的280伏的高压直流电源转换成12V和15的低压直流电源，其中，15V低压直流电源供给变频逆变模块的IPM，12V电源供给控制系统里的一些继电器和可控硅，同时12V电源通过一个稳压器产生一路5V直流电源，为智能控制模块的单片机等5V电源器件供电。变频逆变模块通过15V低压直流电源驱动IPM(intelligent power module，智能化功率模块)工作，利用280伏的高压直流电源驱动直流变频压缩机。智能控制模块的32位单片机依靠开关电源模块提供的5V电源开始工作，通过变频逆变模块采集直流变频压缩机三相的电流数据，根据三相的电流数据，控制直流变频压缩机工作。智能控制模块同时还对流低压供电网提供的低压电源和母线电压进行检测。并且可以控制室外的其他部件，主要有室外直流风机、电子膨胀阀、四通阀等电器件。而且还与室内机控制系统进行数据通讯。

下面结合图2、图3、图4进行详细说明。

图2是本发明实施例的Boost电路原理图，本发明是通过单片机对BOOST电路进行控制和保护的。图中L1为电感，FD1为功率二极管，图中+和-端子分别代表输入直流电源的正和负，P和N分别代表系统母线电压的正和负，图中R1、R2、R3、R4、D1、C1构成了电源电压的电压检测电路，V-TEST直接接到单片机的A/D口，用来检测电源电压。图中R6为大功率水泥电阻，它和R5、Q1和R7共同构成了该模块的电流保护电路，当R6上的电流大到一定程度时，Q1导通，直接强制把TR1的门极电压拉低，使TR1关闭，从而实现对TR1上午强制保护。图中V_CONTROL是单片机对BOOST电路的驱动控制口，用来控制驱动IGBT的开关，图中R11、R10、IC1、E2、C2、R8、R9共同组成了IGBT(TR1)的驱动电路，根据V_CONTROL的信号逻辑控制IGBT的导通和关闭。

本发明使用开关电源模块是因为在本控制系统里使用开关电源具有一个优势，那就是输入电源本身就是直流电源，不需要电源整流，因为开关电源模块属于DC-DC电源模块，也就是开关电源模块是把高压直流电源转变为低压电源的模块，在常规的空调系统里面由于供电电源是交流电源，所以在开关电源前面必须对交流电源进行整流和平波成高压直流电源，然后才能进行低压转换，而在本系统里输入电源本身就是高压直流电源，所以就不需要整流和平波电路，进一步降低了成本。在本系统里面开关电源模块把280V的直流电转换出15V和12V低压直流电，其中15V电源供给变频逆变模块的IPM，12V电源供给控制系统里的一些继电器和可控硅，同时12V电源通过一个稳压器产生一路5V直流电源，供给单片机等5V电源器件供电。

图3是本发明实施例的变频逆变模块的原理图。变频逆变模块实际上就是一个正弦直流变频空调的变频逆变模块，其中虚线里面的部分表示IPM模块，是变频逆变的执行部件，图中UP、VP、WP分别代表U、V、W三相的上桥臂，图中UN、VN、WN分别代表U、V、 W三相的下桥臂，在IPM工作过程中相应相的下桥臂与上桥臂的开关状态相反，也就是在上桥臂ON时刻相应的下桥臂为OFF，在上桥臂OFF时刻相应的下桥臂为ON.IPM的3个下桥臂各接一个取样电阻，用来直接采集压缩机3相的电流(Iu，Iv，Iw)，这三个电流值由智能控制模块中的32位单片机进行采集，作为内环反馈以实现电流(力矩)控制；由压缩机三相的电流数据，进而通过数学模型来计算出压缩机转子的实际位置，实现无传感器换相，进而实现对直流变频压缩机的变频控制。IPM的6个IGBT的开关状态也是由智能控制模块中的32位单片机进行逻辑控制的，所以说IPM在整个控制系统里是一个执行部件。在本模块中的电源有两个，一个是控制系统的母线电压，也就是在BOOST电路中产生的280V直流电源，用来驱动压缩机运行的就是来源于该电源，另外一个电源是IPM的控制电源，是一个15V的低压直流电源，是由开关电源模块产生的，用来驱动IPM工作，在图3中没有体现出该15V低压电源。

智能控制模块是由一个高性能的32位单片机和辅助电路组成，该模块的主要功能有：

第一，智能控制模块的32位单片机通过检测三相取样电阻的电压来检测各相电流，然后通过数学模型，利用矢量控制理论和压缩机的参数来推算出转子的角度误差和角速度，进而计算出转子的角度。为变频控制提供转子位置依据，从而可以稳定可靠的控制压缩机运转，同时对压缩机的电流进行检测，当压缩机电流超过允许的电流值时对系统进行过电流保护，避免损坏空调系统或部件，使得控制系统更加安全可靠。

第二，智能模块的32位单片机对母线电压进行检测，根据检测的电压值对BOOST电路的升压比进行时时调节，保证供给变频逆变模块的直流母线电压为稳定的280伏直流电压，以确保逆变电路的正常工作。

第三，对输入电源进行电压检测，确保输入电源正常，因为本BOOST模块方案的设计工作电压范围为50V到350V直流电压，如果系统输入直流电压超出设计范围，则本系统停止工作，并显示输入电压故障，这样做是为了保护空调系统，避免系统由于输入电源不正常而损坏。

第四，控制室外的其他部件，主要有室外直流风机、电子膨胀阀、四通阀等电器件，根据空调系统的需要对他们进行合理控制，保证空调系统的正常运行。

第五，和室内机进行数据通讯，由于室内机控制模块实际上是一个独立的控制系统，它有自己的处理芯片和执行部件，可以独立的完成室内机的功能控制。所以室外机需要和室内机控制模块进行信息通讯，来协同工作，才能保证整个空调系统的正常工作，完成整个空调系统的各项控制和保护，使得整个空调系统能够合理、安全、稳定的工作。本控制器的通讯方式采用高效的SPI通讯模式，通讯波特率为1200，电路图如图4所示。图4是本发明实施例的室内外通讯电路原理图，图中SCK、SI和SO分别是控制芯片的通讯时钟接收、通讯数据接收和通讯数据输出，控制器就是通过他们实现和室内机的通讯。

本发明为直流供电环境下的空调系统提供了一个全新的解决方案，不但空调系统的成本得以大幅的降低，而且空调系统的性能也比常规的空调解决方案有了很大的改进。而且由于采用了最先进的正弦直流变频控制技术，提高了的空调系统的工作效率，而且大大降低了空调系统的振动、噪音等性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种空调器供电系统，其特征在于，包括：Boost升压变换器模块、开关电源模块、变频逆变模块和智能控制模块；

所述Boost升压变换器模块，与所述智能控制模块连接，在所述智能控制模块的控制下，将接入的初始直流低压电源升压为高压直流电源；

所述开关电源模块，与所述Boost升压变换器模块、变频逆变模块和智能控制模块连接，用于将输入的直流电源转换成低压直流电源，为所述变频逆变模块和智能控制模块提供低压直流电源；

所述变频逆变模块，与直流变频压缩机和所述智能控制模块连接，用于驱动所述直流变频压缩机工作，所述变频逆变模块包括智能化功率模块，所述智能化功率模块具有三相的上桥臂和三相的下桥臂；

所述智能控制模块，用于通过检测三相取样电阻的电压来检测各相电流，然后通过数学模型，利用矢量控制理论和压缩机的参数来推算出转子的角度误差和角速度，进而计算出转子的角度，根据计算出的转子的角度，对所述直流变频压缩机进行控制，所述三相取样电阻为三个电阻，分别连接到所述智能化功率模块的下桥臂上。

2.如权利要求1所述的空调器供电系统，其特征在于，所述Boost升压变换器模块的输入电压范围为50V到350V直流电压。

3.如权利要求1所述的空调器供电系统，其特征在于，所述高压直流电源的电压为280伏。

4.如权利要求1所述的空调器供电系统，其特征在于，所述低压直流电源的电压为12伏和15伏；

所述12伏电压通过稳压器后转换为5伏直流电源，给所述智能控制模块供电；

所述15伏电压给所述变频逆变模块供电。

5.如权利要求1所述的空调器供电系统，其特征在于，所述智能控制模块包括一个32位的单片机。

6.如权利要求1所述的空调器供电系统，其特征在于，所述智能控制模块还用于检测母线电压。

7.如权利要求1所述的空调器供电系统，其特征在于，所述智能控制模块还用于对所述直流低压供电网提供的低压电源的电压进行检测。

8.如权利要求1所述的空调器供电系统，其特征在于，所述智能控制模块与室外直流风机、电子膨胀阀、四通阀连接，用于对所述室外直流风机、电子膨胀阀、四通阀的工作进行控制。

9.如权利要求1所述的空调器供电系统，其特征在于，所述智能控制模块与室内机控制模块连接，用于和室内机控制模块进行数据通讯。

10.一种空调器供电方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，Boost升压变换器模块输入初始直流低压电源，此时所述Boost升压变换器模块不工作，在母线上输出所述初始直流低压电源；

步骤2，开关电源模块从母线上输入所述初始直流低压电源，并将所述初始低压直流电源转换成直流低压电源，并将所述直流低压电源提供给Boost升压变换器模块、变频逆变模块和智能控制模块；

步骤3，所述智能控制模块上电后，控制所述Boost升压变换器模块开始工作，所述Boost升压变换器模块将输入的初始直流低压电源升压为高压直流电源；

步骤4，所述开关电源模块将所述高压直流电源转换成直流低压电源，并将所述直流低压电源提供给Boost升压变换器模块、变频逆变模块和智能控制模块；

步骤5，所述变频逆变模块利用所述高压直流电源驱动直流变频压缩机工作，所述变频逆变模块包括智能化功率模块，所述智能化功率模块具有三相的上桥臂和三相的下桥臂；

步骤6，所述智能控制模块通过检测三相取样电阻的电压来检测各相电流，然后通过数学模型，利用矢量控制理论和压缩机的参数来推算出转子的角度误差和角速度，进而计算出转子的角度，并根据计算出的转子的角度对所述直流变频压缩机进行控制，同时，所述智能控制模块还对室外直流风机、电子膨胀阀、四通阀的工作进行控制，所述三相取样电阻为三个电阻，分别连接到所述智能化功率模块的下桥臂上。