CN104113200A

CN104113200A - 用于变频空调的无桥apfc系统及其控制方法

Info

Publication number: CN104113200A
Application number: CN201410312876.XA
Authority: CN
Inventors: 任新杰; 张晓东; 罗冠锋
Original assignee: Guangdong Meizhi Compressor Co Ltd
Current assignee: Guangdong Midea Toshiba Compressor Corp; Guangdong Meizhi Compressor Co Ltd
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: CN104113200B

Abstract

本发明公开了一种用于变频空调的无桥APFC系统，其包括：PFC电感；电流采样电路，用于对流过PFC电感的电流进行采样以生成S1和S2；整流滤波单元，整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，整流滤波单元用于对交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电；电压采样单元，用于对预设电压的直流电进行采样以生成Vdc；微控制器，微控制器分别与电流采样电路、电压采样单元以及第一开关器件和第二开关器件相连，微控制器根据S1和S2以及Vdc和Vref生成PWM信号以对第一开关器件和第二开关器件进行控制。该无桥APFC系统能够提高效率、降低成本，并且整个系统的稳定可靠性得到了提高。本发明还公开了一种用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法。

Description

用于变频空调的无桥APFC系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及变频空调技术领域，特别涉及一种用于变频空调的无桥APFC(ActivePower Factor Correction，无桥有源功率因素校正)系统以及一种用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法。

背景技术

近年来变频空调得到了快速发展，而APFC技术因其PF值比较高、THD(TotalHarmonic Distortion，总谐波失真)比较低等优点，已广泛用于变频空调的电控部分。

目前变频空调中变频驱动器的AC-DC变流部分基本上都是采用同一种方案，如图1所示，即硬件上使用整流桥整流、Boost型升压PFC拓扑，控制部分使用专用IC，或是在微控制器上编制程序实现基于乘法器的APFC的控制算法。

但是，从硬件层面来看，整流桥器件发热严重，从而会降低整机的效率；APFC专用IC例如IR1153价格较贵，并且专用IC的外围器件多，增加了电路的复杂性。从控制算法层面来看，第一，基于乘法器的APFC算法需要检测电流、直流电压和交流电压等三个物理量，检测电路多、成本高；第二，基于乘法器的APFC算法需要对电流过零点的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号的占空比进行补偿，但是补偿的效果不佳；第二，基于乘法器的APFC算法需要对电流和电压进行双闭环控制，运算量大，算法比较复杂。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种用于变频空调的无桥有源功率因素校正APFC系统，能够提高效率、降低成本，并且整个系统的稳定可靠性得到了提高。

本发明的另一个目的在于提出一种用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种用于变频空调的无桥有源功率因素校正APFC系统，包括：PFC电感；电流采样电路，所述电流采样电路用于对流过所述PFC电感的电流进行采样以生成第一电压信号和第二电压信号；整流滤波单元，所述整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，所述整流滤波单元用于对输入的交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电；电压采样单元，所述电压采样单元与所述整流滤波单元的输出端相连，所述电压采样单元用于对所述预设电压的直流电进行采样以生成直流电压采样信号；微控制器，所述微控制器分别与所述电流采样电路、所述电压采样单元以及所述第一开关器件和第二开关器件相连，所述微控制器根据所述第一电压信号和第二电压信号以及所述直流电压采样信号和直流参考电压生成脉宽调制PWM信号以对所述第一开关器件和第二开关器件进行控制。

其中，所述微控制器包括：AD转换单元，所述AD转换单元用于分别将所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述直流电压采样信号转换为第一电压AD采样值、第二电压AD采样值和直流电压AD采样值；控制单元，所述控制单元用于对所述直流电压AD采样值与所述直流参考电压之间的差值进行PI控制以获取第一控制值；计算单元，所述计算单元用于根据所述第一控制值、所述第一电压AD采样值和所述第二电压AD采样值计算得到所述PWM信号的占空比的计数值；PWM信号生成单元，所述PWM信号生成单元根据所述PWM信号的占空比的计数值生成所述PWM信号。

根据本发明的一个实施例，所述计算单元根据以下公式计算所述PWM信号的占空比的计数值：

Count = \frac{V_{m} - ([S 1] + [S 2]) \times Gain}{V_{m}} \times D_{MAX}

其中，Count为所述PWM信号的占空比的计数值，V_m为所述第一控制值，[S1]为所述第一电压AD采样值，[S2]为所述第二电压AD采样值，Gain为AD采样增益，D_MAX为最大占空比计数值。

根据本发明的一个实施例，所述电流采样电路包括：电流互感器，所述电流互感器的初级绕组连接在所述交流电源的一端和所述整流滤波单元的第一端之间；分压电阻，所述分压电阻并联在所述电流互感器的次级绕组的两端；放大模块，所述放大模块分别与所述分压电阻的两端相连，所述放大模块对所述分压电阻两端的交流电压信号进行放大以输出所述第一电压信号和第二电压信号。

其中，所述放大模块包括输出所述第一电压信号的第一放大单元和输出所述第二电压信号的第二放大单元。

并且，所述第一放大单元具体包括：第一电阻，所述第一电阻的一端与所述分压电阻的一端相连；第一放大器，所述第一放大器的同相输入端与所述第一电阻的另一端相连；第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一放大器的反相输入端与所述第一放大器的输出端之间，所述第一放大器的输出端输出所述第一电压信号。所述第二放大单元具体包括：第三电阻，所述第三电阻的一端与所述分压电阻的另一端相连；第二放大器，所述第二放大器的同相输入端与所述第三电阻的另一端相连；第四电阻，所述第四电阻连接在所述第二放大器的反相输入端与所述第二放大器的输出端之间，所述第二放大器的输出端输出所述第二电压信号。

根据本发明的一个实施例，所述第一放大器和所述第二放大器的供电电源采用单一正电源。

在本发明的实施例中，所述PFC电感连接在所述交流电源的另一端与所述整流滤波单元的第二端之间。

根据本发明的一个实施例，还包括：过流保护电路，所述过流保护电路与所述电流采样电路相连，所述过流保护电路根据所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号以关断输入到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。

其中，所述过流保护电路包括：第一比较器，所述第一比较器的正输入端与参考电压相连，所述第一比较器的负输入端与所述第一放大器的输出端相连；第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述参考电压相连，所述第二比较器的负输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述第二比较器的输出端与所述第一比较器的输出端相连以输出所述保护信号；过流保护单元，所述过流保护单元与所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端相连，所述过流保护单元根据所述保护信号关断输入到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。

根据本发明的一个实施例，所述微控制器还与所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端相连，所述微控制器根据所述保护信号关断所述PWM信号的输出。

根据本发明实施例的用于变频空调的无桥APFC系统，整流滤波单元中的整流部分与PFC单元在硬件上共用开关器件例如IGBT以及快恢复二极管，从而省略了整流桥器件，降低了因整流桥二极管开通和关闭产生的发热损耗，可提高整个变频空调的电效率例如约提高1.5个百分点，大大节省了用电量；同时，整流滤波单元采用了两个开关器件例如IGBT，分摊了传统只有一个IGBT时的开关损耗，每个IGBT的发热温升得到了很好的改善，有效地提高了整个电路的可靠稳定性，虽然增加了IGBT和快恢复二极管的成本，但可以通过省略整流桥、交流电压的检测电路来进行抵消；并且，使用无桥拓扑引入的电感电流采样问题可通过电流互感器等电流采样电路能够得到很好地解决；此外，本发明实施例的无桥APFC系统中的微控制器采用数字化APFC算法，相比传统的基于乘法器的双闭环控制算法，简单易行，并可以集成到变频空调的主控制芯片的程序中，从而可省略价格较贵的专用IC及其电路，大大降低了成本。最后，通过过流保护电路能够在整个电路出现过电流时关断输入到开关器件的PWM信号，以达到保护整个电路的目的，提高了整个电路的可靠性。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，所述无桥APFC系统包括PFC电感和用于对输入的交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电的整流滤波单元，其中所述整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，所述控制方法包括以下步骤：对流过所述PFC电感的电流进行采样以生成第一电压信号和第二电压信号；对所述预设电压的直流电进行采样以生成直流电压采样信号；根据所述第一电压信号和第二电压信号以及所述直流电压采样信号和直流参考电压生成脉宽调制PWM信号以对所述第一开关器件和第二开关器件进行控制。

根据本发明的一个实施例，所述生成PWM信号，具体包括：分别将所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述直流电压采样信号转换为第一电压AD采样值、第二电压AD采样值和直流电压AD采样值；对所述直流电压AD采样值与所述直流参考电压之间的差值进行PI控制以获取第一控制值；根据所述第一控制值、所述第一电压AD采样值和所述第二电压AD采样值计算得到所述PWM信号的占空比的计数值；根据所述PWM信号的占空比的计数值生成所述PWM信号。

其中，根据以下公式计算所述PWM信号的占空比的计数值：

Count = \frac{V_{m} - ([S 1] + [S 2]) \times Gain}{V_{m}} \times D_{MAX}

根据本发明的一个实施例，还包括：根据所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号，并根据所述保护信号关断输入到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。

根据本发明实施例的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，采用数字化APFC算法，相比传统的基于乘法器的双闭环控制算法，简单易行，并可以集成到变频空调的主控制芯片的程序中，从而可省略价格较贵的专用IC及其电路，大大降低了成本。并且能够在整个电路出现过电流时关断输入到开关器件的PWM信号，以达到保护整个电路的目的，提高了整个电路的可靠性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为现有的无桥APFC系统的电路示意图；

图2为根据本发明实施例的用于变频空调的无桥APFC系统的电路示意图；

图3为根据本发明一个示例的电流采样电路采样得到的交流电压信号S0、第一电压信号S1和第二电压信号S2的波形图；

图4为根据本发明一个实施例的数字化APFC算法的原理框图；

图5为根据本发明实施例的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法的流程图；以及

图6为根据本发明一个实施例的微控制器通过触发中断服务程序来计算PWM信号的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的用于变频空调的无桥APFC系统以及该无桥APFC系统的控制方法。

图2为根据本发明实施例的用于变频空调的无桥APFC系统的电路示意图。如图2所示，该用于变频空调的无桥APFC系统包括：PFC电感L1、电流采样电路10、整流滤波单元200、电压采样单元300和微控制器400。并且，该无桥APFC系统还包括交流电源100，而变频空调还包括逆变器500以及变频压缩机M。

其中，整流滤波单元200包括第一开关器件例如IGBT1和第二开关器件例如IGBT2，整流滤波单元200用于对输入的交流电源100的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电，供给直流主回路。并且，整流滤波单元200中的整流部分使用无桥PFC拓扑，利用作为PFC单元的开关器件例如IGBT1和IGBT2所内置的续流二极管与快恢复二极管D1、D2组成整流全桥，因此，整流滤波单元中的整流部分与PFC单元在硬件上共用IGBT以及快恢复二极管，从而省略了整流桥器件。

在本发明的实施例中，电流采样电路10用于对流过PFC电感L1的电流进行采样以生成第一电压信号S1和第二电压信号S2。具体地，如图2所示，电流采样电路10包括：电流互感器T1、分压电阻R0和放大模块101。电流互感器T1的初级绕组连接在交流电源100的一端A和整流滤波单元200的第一端1之间，分压电阻R0并联在电流互感器T1的次级绕组的两端，这样，当整个变频空调的无桥APFC系统正常运行时，PFC电感L1中流过的电流等同于流过电流互感器T1初级绕组的电流，并且经过电流互感器T1感应后，在T1的次级线圈产生正比于初级绕组电流大小的电流信号，进而在分压电阻R0上产生线性比例的交流电压信号S0。根据变压器的原理以及欧姆定律，只要电流互感器T1的绕组匝数比一定和R0的阻值一定，则交流电压信号S0值的大小正比于流过PFC电感L1的电流值，而交流电压信号S0的极性反映流过PFC电感L1电流的方向。

放大模块101分别与分压电阻R0的两端相连，放大模块101对分压电阻R0两端的交流电压信号S0进行放大以输出第一电压信号S1和第二电压信号S2。具体而言，如图2所示，放大模块101包括输出第一电压信号S1的第一放大单元1011和输出第二电压信号S2的第二放大单元1012。

并且，如图2所示，第一放大单元1011具体包括：第一电阻R1、第一放大器OP1和第二电阻R2。第一电阻R1的一端与分压电阻R0的一端相连，第一放大器OP1的同相输入端与第一电阻R1的另一端相连，第二电阻R2连接在第一放大器OP1的反相输入端与第一放大器OP1的输出端之间，第一放大器OP1的输出端输出第一电压信号S1。

如图2所示，第二放大单元1012具体包括：第三电阻R3、第二放大器OP2和第四电阻R4。第三电阻R3的一端与分压电阻R0的另一端相连，第二放大器OP2的同相输入端与第三电阻R3的另一端相连，第四电阻R4连接在第二放大器OP2的反相输入端与第二放大器OP2的输出端之间，第二放大器OP2的输出端输出第二电压信号S2。

根据本发明的一个实施例，第一放大器OP1和第二放大器OP2的供电电源采用单一正电源。如图2所示，第一放大器OP1和第二放大器OP2的供电电源可以与过流保护电路中的比较器CP1、CP2以及无桥APFC系统的控制部分的电源共用，即图2中所示的Vcc和控制地，以此来保证放大器的输出信号相对于控制地的极性都是正的。其中，Vcc的典型值可以为正5伏，或者为正3.3伏。

其中，第一放大器OP1工作于比例放大模式，第二放大器OP2以同样的增益比例和工作模式进行工作。并且，在本发明的实施例中，第一电压信号S1可以为比例放大后的交流电压信号S0的正半周波形，第二电压信号S2可以为比例放大后的交流电压信号S0的负半周波形。

在本发明的实施例中，无桥APFC系统的控制部分的电源地与直流主回路的负母线共地，这样设置的目的在于省略强电地与弱电地之间的隔离元器件以节省成本。然而前述针对流过PFC电感L1的电流的电压信号S0是一个交变信号，因此需要对交流电压信号S0实施整流，即言，通过放大模块101和微控制器400的处理得到电流采样信号。并且无桥APFC系统的控制部分要求电流采样信号相对于控制地的极性都是正的。

具体地，当交流电压信号S0处于正半周时，在分压电阻R0一端的电位高于控制部分的参考零电位时，第一放大器OP1就可以对交流电压信号S0的该半周信号进行比例放大并输出第一电压信号S1；同样，第二放大器OP2处理交流电压信号S0的另一半周波形并输出第二电压信号S2。第一电压信号S1和第二电压信号S2通过叠加后，就得到了交流电压信号S0的绝对值|S0|，即相当于对S0进行全波整流，信号|S0|即可作为电流采样信号被无桥APFC系统的控制部分使用。根据本发明的一个示例，电流采样电路采样得到的交流电压信号S0、第一电压信号S1和第二电压信号S2的波形如图3所示。

在本发明的实施例中，如图2所示，PFC电感L1连接在交流电源100的另一端B与整流滤波单元200的第二端2之间。因此，PFC电感L1放置在整流滤波单元200的输入端，而不是目前普遍的放置于整流后的直流主回路中。

如图2所示，电压采样单元300与整流滤波单元200的输出端相连，电压采样单元300用于对预设电压的直流电即直流母线的电压进行采样以生成直流电压采样信号Vdc；微控制器400分别与电流采样电路10、电压采样单元300以及第一开关器件例如IGBT1和第二开关器件例如IGBT2相连，微控制器400根据第一电压信号S1和第二电压信号S1以及直流电压采样信号Vdc和直流参考电压Vref生成脉宽调制PWM信号以对第一开关器件和第二开关器件进行控制，即控制IGBT1和IGBT2的开通或关断。

根据本发明的一个实施例，如图2和图4所示，微控制器400包括：AD转换单元401、控制单元402、计算单元403和PWM信号生成单元404。其中，AD转换单元401用于分别将第一电压信号S1、第二电压信号S2和直流电压采样信号Vdc转换为第一电压AD采样值[S1]、第二电压AD采样值[S2]和直流电压AD采样值[Vdc]；控制单元402用于对直流电压AD采样值[Vdc]与直流参考电压Vref之间的差值进行PI控制以获取第一控制值Vm；计算单元403用于根据第一控制值Vm、第一电压AD采样值[S1]和第二电压AD采样值[S2]计算得到PWM信号的占空比的计数值；PWM信号生成单元404根据所述PWM信号的占空比的计数值生成所述PWM信号。

其中，计算单元403根据以下公式计算所述PWM信号的占空比的计数值：

Count = \frac{V_{m} - ([S 1] + [S 2]) \times Gain}{V_{m}} \times D_{MAX}

也就是说，在本发明的实施例中，微控制器400通过AD转换器采样到直流母线的电压[Vdc]、第一电压AD采样值[S1]和第二电压AD采样值[S2]，然后通过数字化APFC算法实时计算出合适的PWM信号的占空比，以实现APFC功能，因此无需采集交流电源的交流电压。由于微控制器是一种典型的数字化执行器，其采用的APFC算法是以一定的频率、通过定时中断程序的方式周期性地执行的。其中，数字化APFC算法可通过软件程序的形式在微控制器的控制芯片中实现。

由于交流电源的频率最常见的是50Hz和60Hz，为了保证数字化APFC算法具有较好的分辨率和控制灵敏度，通常PWM的载波频率在15KHz以上，而微控制器的算法运算频率通常等同于载波频率或者是其二分频，也即每一个或两个PWM周期计算并刷新一次PWM信号的占空比。其中，为减少微控制器的运算负担，可以将APFC算法的运算频率设为8KHz至16KHz之间。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，上述的用于变频空调的无桥APFC系统还包括：过流保护电路20，过流保护电路20与电流采样电路10相连，过流保护电路20根据第一电压信号S1和第二电压信号S2生成保护信号以关断输入到第一开关器件例如IGBT1和第二开关器件例如IGBT2的所述PWM信号。

其中，过流保护电路20可包括：第一比较器CP1、第二比较器CP2和过流保护单元201。第一比较器CP1的正输入端与参考电压S3相连，第一比较器CP1的负输入端与第一放大器OP1的输出端相连；第二比较器CP2的正输入端与参考电压S3相连，第二比较器CP2的负输入端与第二放大器OP2的输出端相连，第二比较器CP2的输出端与第一比较器CP1的输出端相连以输出保护信号S4；过流保护单元201与第一比较器CP1的输出端和第二比较器CP2的输出端相连，过流保护单元201根据保护信号S4关断输入到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，过流保护电路20还包括参考电压提供单元202，参考电压提供单元202包括串联的第五电阻R5和第六电阻R6，第五电阻R5的一端与预设电源即上述无桥APFC系统的控制部分的电源Vcc相连，第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端相连且具有第一节点，第六电阻R6的另一端接地即连接到控制地，其中，第一节点输出参考电压S3。

综上所述，在本发明的实施例中，第一电压信号S1和第二电压信号S2还用于过流保护电路20中。如图2所示，第五电阻R5和第六电阻R6连接在控制电源Vcc与控制地之间，通过阻值比得到一个恒定的电压信号S3即参考电压。S3对应着无桥APFC系统的过流保护阀值，即当PFC电感L1中流过的电流值超出本阀值时通过关断PWM信号来彻底关断IGBT1和IGBT2，此时APFC功能停止。过流保护功能通过第一电压信号S1和第二电压信号S2分别与参考电压S3比较来完成。任一时刻当S1或S2的值高于S3的值，则相应的比较器CP1或者CP2的输出保护信号S4将由高电平翻转为低电平，这样使得过流保护单元201马上关闭PWM信号输出，达到保护整个电路的目的。

需要说明的是，这种电平的翻转信号可作为保护电路动作的触发信号，为本领域技术人员所公知，即保护信号S4可以被输入到由数字逻辑门组成的数字电路即过流保护单元，由数字电路的逻辑门可靠地关断驱动IGBT的PWM信号。

根据本发明的一个实施例，如图2所示，微控制器400还与第一比较器CP1的输出端和第二比较器CP2的输出端相连，微控制器400根据所述保护信号关断所述PWM信号的输出，即由微控制器400中的中断服务程序来关断PWM信号。因此，当PFC电感L1中流过的电流值超出过流保护阀值时，可通过硬件即过流保护电路20和软件即微控制器400中的中断服务程序双重方式来关断PWM信号，大大提高了电路的可靠性。

图5为根据本发明实施例的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法的流程图。其中，该用于变频空调的无桥APFC系统为本发明上述实施例描述的无桥APFC系统，其包括PFC电感和用于对输入的交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电的整流滤波单元，其中所述整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件。如图5所示，该用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法包括以下步骤：

S1，对流过PFC电感的电流进行采样以生成第一电压信号和第二电压信号。

S2，对预设电压的直流电进行采样以生成直流电压采样信号。

S3，根据第一电压信号和第二电压信号以及直流电压采样信号和直流参考电压生成脉宽调制PWM信号以对第一开关器件和第二开关器件进行控制。

根据本发明的一个实施例，在步骤S3中，所述生成PWM信号，具体包括：分别将所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述直流电压采样信号转换为第一电压AD采样值、第二电压AD采样值和直流电压AD采样值；对所述直流电压AD采样值与所述直流参考电压之间的差值进行PI控制以获取第一控制值；根据所述第一控制值、所述第一电压AD采样值和所述第二电压AD采样值计算得到所述PWM信号的占空比的计数值；根据所述PWM信号的占空比的计数值生成所述PWM信号。

其中，根据以下公式计算所述PWM信号的占空比的计数值：

Count = \frac{V_{m} - ([S 1] + [S 2]) \times Gain}{V_{m}} \times D_{MAX}

具体地，在本发明的实施例中，通过数字化APFC算法来计算PWM信号，其中，数字化APFC算法的原理如图4所示。在每一次的AD采样完成后，通常微控制器都会触发中断服务程序，如图6所示，微控制器通过触发中断服务程序来计算PWM信号的流程包括以下步骤：

S601，中断服务程序开始，执行步骤S602和S604。

S602，计算直流电压误差，即计算直流电压AD采样值[Vdc]与直流参考电压Vref之间的差值，然后执行步骤S603；

S603，通过对直流电压误差进行PI控制，得到第一控制值Vm即In[1]，然后执行步骤S606。

S604，将第一电压AD采样值[S1]和第二电压AD采样值[S2]进行叠加。

S605，将叠加后的[S1]+[S2]乘以AD采样增益Gain得到In[2]。

S606，计算得到占空比Duty。

S607，将占空比Duty乘以最大占空比计数值D_MAX得到PWM信号的占空比的计数值Count。

S608，将本轮的计数值Count写入微控制器中的PWM计数器。

S609，根据计数值Count自动生成新的PWM信号。

S610，中断返回。

根据本发明的一个实施例，上述的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，还包括：根据所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号，并根据所述保护信号关断输入到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。其中，可通过硬件即过流保护电路和软件即微控制器中的中断服务程序双重方式来关断PWM信号，大大提高了电路的可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims

1.一种用于变频空调的无桥有源功率因素校正APFC系统，其特征在于，包括：

PFC电感；

电流采样电路，所述电流采样电路用于对流过所述PFC电感的电流进行采样以生成第一电压信号和第二电压信号；

整流滤波单元，所述整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，所述整流滤波单元用于对输入的交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电；

电压采样单元，所述电压采样单元与所述整流滤波单元的输出端相连，所述电压采样单元用于对所述预设电压的直流电进行采样以生成直流电压采样信号；

微控制器，所述微控制器分别与所述电流采样电路、所述电压采样单元以及所述第一开关器件和第二开关器件相连，所述微控制器根据所述第一电压信号和第二电压信号以及所述直流电压采样信号和直流参考电压生成脉宽调制PWM信号以对所述第一开关器件和第二开关器件进行控制。

2.如权利要求1所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述微控制器包括：

AD转换单元，所述AD转换单元用于分别将所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述直流电压采样信号转换为第一电压AD采样值、第二电压AD采样值和直流电压AD采样值；

控制单元，所述控制单元用于对所述直流电压AD采样值与所述直流参考电压之间的差值进行PI控制以获取第一控制值；

计算单元，所述计算单元用于根据所述第一控制值、所述第一电压AD采样值和所述第二电压AD采样值计算得到所述PWM信号的占空比的计数值；

PWM信号生成单元，所述PWM信号生成单元根据所述PWM信号的占空比的计数值生成所述PWM信号。

3.如权利要求2所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述计算单元根据以下公式计算所述PWM信号的占空比的计数值：

Count = \frac{V_{m} - ([S 1] + [S 2]) \times Gain}{V_{m}} \times D_{MAX}

4.如权利要求1所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述电流采样电路包括：

电流互感器，所述电流互感器的初级绕组连接在所述交流电源的一端和所述整流滤波单元的第一端之间；

分压电阻，所述分压电阻并联在所述电流互感器的次级绕组的两端；

放大模块，所述放大模块分别与所述分压电阻的两端相连，所述放大模块对所述分压电阻两端的交流电压信号进行放大以输出所述第一电压信号和第二电压信号。

5.如权利要求4所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述放大模块包括输出所述第一电压信号的第一放大单元和输出所述第二电压信号的第二放大单元。

6.如权利要求5所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述第一放大单元具体包括：

第一电阻，所述第一电阻的一端与所述分压电阻的一端相连；

第一放大器，所述第一放大器的同相输入端与所述第一电阻的另一端相连；

第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一放大器的反相输入端与所述第一放大器的输出端之间，所述第一放大器的输出端输出所述第一电压信号。

7.如权利要求6所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述第二放大单元具体包括：

第三电阻，所述第三电阻的一端与所述分压电阻的另一端相连；

第二放大器，所述第二放大器的同相输入端与所述第三电阻的另一端相连；

第四电阻，所述第四电阻连接在所述第二放大器的反相输入端与所述第二放大器的输出端之间，所述第二放大器的输出端输出所述第二电压信号。

8.如权利要求7所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述第一放大器和所述第二放大器的供电电源采用单一正电源。

9.如权利要求4所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述PFC电感连接在所述交流电源的另一端与所述整流滤波单元的第二端之间。

10.如权利要求1所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，还包括：

过流保护电路，所述过流保护电路与所述电流采样电路相连，所述过流保护电路根据所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号以关断输入到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。

11.如权利要求10所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述过流保护电路包括：

第一比较器，所述第一比较器的正输入端与参考电压相连，所述第一比较器的负输入端与所述第一放大器的输出端相连；

第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述参考电压相连，所述第二比较器的负输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述第二比较器的输出端与所述第一比较器的输出端相连以输出所述保护信号；

过流保护单元，所述过流保护单元与所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端相连，所述过流保护单元根据所述保护信号关断输入到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。

12.如权利要求11所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述微控制器还与所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端相连，所述微控制器根据所述保护信号关断所述PWM信号的输出。

13.一种用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，其特征在于，所述无桥APFC系统包括PFC电感和用于对输入的交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电的整流滤波单元，其中所述整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，所述控制方法包括以下步骤：

对流过所述PFC电感的电流进行采样以生成第一电压信号和第二电压信号；

对所述预设电压的直流电进行采样以生成直流电压采样信号；

根据所述第一电压信号和第二电压信号以及所述直流电压采样信号和直流参考电压生成脉宽调制PWM信号以对所述第一开关器件和第二开关器件进行控制。

14.如权利要求13所述的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，其特征在于，所述生成PWM信号，具体包括：

分别将所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述直流电压采样信号转换为第一电压AD采样值、第二电压AD采样值和直流电压AD采样值；

对所述直流电压AD采样值与所述直流参考电压之间的差值进行PI控制以获取第一控制值；

根据所述第一控制值、所述第一电压AD采样值和所述第二电压AD采样值计算得到所述PWM信号的占空比的计数值；

根据所述PWM信号的占空比的计数值生成所述PWM信号。

15.如权利要求14所述的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，其特征在于，根据以下公式计算所述PWM信号的占空比的计数值：

Count = \frac{V_{m} - ([S 1] + [S 2]) \times Gain}{V_{m}} \times D_{MAX}

16.如权利要求13所述的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号，并根据所述保护信号关断输入到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。