CN105024539B - 单相交流电源的电压短时中断应对方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法和装置，单相交流电源经过整流电路整流后输入到功率因素校正PFC电路，方法包括以下步骤：检测输入到PFC电路的电压以获取输入电压瞬时值，并根据输入电压瞬时值判断单相交流电源是否出现电压短时中断；如果判断出现电压短时中断，则控制PFC电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率；判断单相交流电源的电压是否恢复正常；如果判断电压恢复正常，则提高压缩机的运行频率直至达到给定频率，并在输入电压瞬时值小于等于PFC电路的输出端直流母线电压时，控制功率开关管开通。由此，减小电压恢复时的输入电流，延长电压中断时的工作时间，进而提高系统对电压短时中断的抗扰能力。

Description

单相交流电源的电压短时中断应对方法和装置

技术领域

本发明涉及空调技术领域，特别涉及一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法以及一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对装置。

背景技术

在单相交流电源输入系统例如家用空调中，来自电网的单相交流电源通常先经过不可控全桥整流电路，再经过功率因数校正电路，然后输出直流电并接至大容量电解电容，最后提供给负载。其中，功率因数校正电路一般采用典型的Boost型功率因数校正电路，负载包括内部开关电源、压缩机和风机等。

在GB-T17626.11-2008标准中，要求与低压供电网连接的电气电子设备能够通过电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验，其中短时中断包括半个电压周期的电压中断情况和一个电压周期的电压中断情况。

在相关技术中，当发生电压短时中断时，输入电压(整流后的直流电)变为零(即输入功率为零)，而输出功率不为零(继续给负载供电)，使得直流母线电压(即电解电容电压)下降。当电压恢复时，首先，由于PFC电路调节滞后，可能导致PFC电路的功率开关管发生电流骤升而引起电流过流保护；其次，恢复时刻输入电压可能高于直流母线电压，而造成电解电容充电电流很大，加上负载电流，很容易发生过流故障。

综上，相关技术需要进行改进。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法，该方法能够提高空调系统对电压短时中断的抗扰能力。

本发明的另一个目的在于提出一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法，所述单相交流电源经过整流电路整流后输入到功率因数 校正PFC电路，所述方法包括以下步骤：检测输入到所述PFC电路的电压以获取输入电压瞬时值，并根据所述输入电压瞬时值判断所述单相交流电源是否出现电压短时中断；如果判断所述单相交流电源出现电压短时中断，则控制所述PFC电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率；判断所述单相交流电源的电压是否恢复正常；如果判断所述单相交流电源的电压恢复正常，则提高所述压缩机的运行频率直至所述运行频率达到给定频率，并在所述输入电压瞬时值小于等于所述PFC电路的输出端直流母线电压时，控制所述功率开关管开通。

根据本发明实施例提出的供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法，如果判断单相交流电源出现电压短时中断，则控制PFC电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率，如果判断单相交流电源的电压恢复正常，则提高压缩机的运行频率直至运行频率达到给定频率，并在输入电压瞬时值小于等于PFC电路的输出端直流母线电压时，控制功率开关管开通，由此，该方法从减小电压中断时的输出功率(降低压缩机运行频率)和控制功率开关管关断两个方面，来减小电压恢复时的输入电流，延长电压中断时系统的工作时间，进而提高空调系统对电压短时中断的抗扰能力。

根据本发明的一个实施例，当所述输入电压瞬时值小于第一电压阈值且持续预设时间时，判断所述单相交流电源出现电压短时中断。

根据本发明的一个实施例，检测输入到所述PFC电路的电压的检测周期远小于所述单相交流电源的周期，且所述预设时间大于或等于4个检测周期。

根据本发明的一个实施例，当所述输入电压瞬时值大于第二电压阈值时，判断所述单相交流电源的电压恢复正常，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出的一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对装置，所述单相交流电源经过整流电路整流后输入到功率因数 校正PFC电路，所述装置包括：电压检测单元，用于检测输入到所述PFC电路的电压以获取输入电压瞬时值；控制单元，用于根据所述输入电压瞬时值判断所述单相交流电源是否出现电压短时中断，并在判断所述单相交流电源出现电压短时中断时，所述控制单元控制所述PFC电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率，以及判断所述单相交流电源的电压是否恢复正常，其中，如果判断所述单相交流电源的电压恢复正常，所述控制单元提高所述压缩机的运行频率直至所述运行频率达到给定频率，并在所述输入电压瞬时值小于等于所述PFC电路的输出端直流母线电压时，所述控制单元控制所述功率开关管开通。

根据本发明实施例提出的供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对装置，控制单元如果判断单相交流电源出现电压短时中断，则控制PFC 电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率，如果判断单相交流电源的电压恢复正常，则提高压缩机的运行频率直至运行频率达到给定频率，并在输入电压瞬时值小于等于PFC电路的输出端直流母线电压时，控制功率开关管开通，由此，该装置从减小电压中断时的输出功率(降低压缩机运行频率) 和控制功率开关管关断两个方面，来减小电压恢复时的输入电流，延长电压中断时系统的工作时间，进而提高空调系统对电压短时中断的抗扰能力。

根据本发明的一个实施例，当所述输入电压瞬时值小于第一电压阈值且持续预设时间时，所述控制单元判断所述单相交流电源出现电压短时中断。

根据本发明的一个实施例，所述电压检测单元检测输入到所述PFC电路的电压的检测周期远小于所述单相交流电源的周期，且所述预设时间大于或等于4个检测周期。

根据本发明的一个实施例，当所述输入电压瞬时值大于第二电压阈值时，所述控制单元判断所述单相交流电源的电压恢复正常，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。

附图说明

图1是根据本发明实施例的供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法的流程图；

图2是根据本发明一个实施例的供给空调系统的单相交流电源的供电装置的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的电压短时中断应对方法的原理示意图；以及

图4是根据本发明实施例的供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对装置的方框示意图。

附图标记：

整流电路10、PFC电路20、电解电容E1、负载30、第一电感L1、功率开关管Q1、二极管D1、电压短时中断应对装置100、电压检测单元101和控制单元102。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图来描述本发明实施例提出的供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法和装置。

其中，单相交流电源经过整流电路整流后输入到功率因数 校正PFC(PowerFactor Correction，功率因数校正)电路。根据图2的示例，供给空调系统的单相交流电源的供电装置可包括整流电路10、PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路20、电解电容E1和负载30。其中，整流电路10具有第一输入端和第二输入端以及第一输出端和第二输出端，整流电路10的第一输入端与单相交流电源AC的一端相连，整流电路10的第二输入端与单相交流电源AC的另一端相连，整流电路10用于将单相交流电源AC提供的将单相交流电进行整流以获取整流后的直流电；PFC电路20具有第一输入端和第二输入端以及第一输出端和第二输出端，PFC电路20的第一输入端与整流电路10的第一输出端相连，PFC电路20的第二输入端与整流电路10的第二输出端相连，PFC电路20的第一输出端与电解电容E1的正极端相连， PFC电路20的第二输入端与电解电容E1的负极端相连，负载30与电解电容E1并联，PFC电路20可包括第一电感L1、功率开关管Q1和二极管D1， PFC电路20用于对电源进行功率因数校正，并对整流后的直流电进行升压处理，以为电解电容E1和负载30提供稳定的直流电压。根据本发明的一个具体示例，PFC电路20可为Boost型功率因数校正电路。

也就是说，单相交流电源AC经过整流电路10的不可控全波整流，然后经过PFC电路20，输出接到大容量的电解电容E1，进而给负载30供电，负载30可优选为压缩机M，负载30也可为内部开关电源、直流风机等。

另外，可通过电阻采样方法检测输入电流(即整流后、PFC前的电流)，并根据输入电流进行过流保护。根据图2的示例，供电装置还包括电流检测单元和过流比较电路，其中，电流检测单元用于检测输入到PFC电路20 的电流以获取输入电流瞬时值，具体地，在功率开关管Q1开通时，输入电流等于流过功率开关管Q1的电流；在功率开关管Q1关断时，输入电流等于电解电容E1的充电电流和负载30的电流之和；过流比较电路用于在输入电流大于预设电流时产生过流保护信号。

其中，通过本发明实施例可在单相交流电源的电压短时中断时执行相应的应对方法。

图1是根据本发明实施例的供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1：检测输入到PFC电路的电压以获取输入电压瞬时值，并根据输入电压瞬时值判断单相交流电源是否出现电压短时中断。

其中，可通过电阻分压法检测检测输入到PFC电路的电压。

具体地，当输入电压瞬时值小于第一电压阈值且持续预设时间时，判断单相交流电源出现电压短时中断。

也就是说，实时检测输入到PFC电路的电压并判断是否出现电压短时中断，如果输入电压瞬时值小于第一电压阈值且持续预设时间，则判断为发生电压中断；如果输入电压瞬时值大于或等于第一电压阈值或者输入电压瞬时值小于第一电压阈值的持续时间小于预设时间，则继续执行步骤S1。

S2：如果判断单相交流电源出现电压短时中断，则控制PFC电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率。

也就是说，在出现电压中断时，进行电压中断处理，即停止输出驱动信号至PFC电路中的功率开关管以控制功率开关管关断，并重置PFC电路的控制环参数(即电压外环和电流内环的参数)，同时逐渐降低压缩机的运行频率。

需要说明的是，压缩机的运行频率应不低于压缩机最低闭环运行频率。

S3：判断单相交流电源的电压是否恢复正常。

具体地，当输入电压瞬时值大于第二电压阈值时，判断单相交流电源的电压恢复正常，其中，第二电压阈值大于第一电压阈值。

也就是说，在电压中断的过程中，依然实时检测输入到PFC电路的电压，如果输入电压瞬时值大于第二电压阈值，则判断单相交流电源的电压恢复正常；如果输入电压瞬时值小于或等于第二电压阈值，则判断单相交流电源的电压未恢复正常，继续执行步骤S3。

S4：如果判断单相交流电源的电压恢复正常，则提高压缩机的运行频率直至运行频率达到给定频率，并在输入电压瞬时值小于等于PFC电路的输出端直流母线电压时，控制功率开关管开通。

也就是说，在电压恢复正常时，进行电压恢复处理，即逐渐提高压缩机的运行频率直到达到实际的给定频率，并且，如果输入电压瞬时值小于等于PFC 电路的输出端直流母线电压，立即输出驱动信号至功率开关管以控制功率开关管开通；否则，如果输入电压瞬时值大于PFC电路的输出端直流母线电压，则等待电解电容充电完成，并在输入电压小于等于直流母线电压时再输出驱动信号至功率开关管，然后返回步骤S1。

下面结合图3的示意图来更详细地描述本发明实施例的电压短时中断应对方法的工作原理。其中，直流母线电压为Vdc，输入到PFC电路的电压为 Vbd，输入到PFC电路的电流为Iin，输出至功率开关管的驱动信号为PWM，压缩机的运行频率f。

如图3所示，在t1时刻，输入电压Vbd小于第一电压阈值，单相交流电源出现电压中断，而本实施例在t2时刻判断单相交流电源出现电压短时中断，这样，从t2时刻开始，停止输出驱动信号PWM至功率开关管，即驱动信号 PWM为低电平，同时逐渐降低压缩机的运行频率f，并且，此时电解电容放电以继续给负载供电，进而使得直流母线电压Vdc(即电解电容上的电压)逐渐下降。

之后，在t3时刻，输入电压Vbd大于第二电压阈值，判断电压恢复，逐渐提高压缩机的运行频率，并且由于t3时刻的输入电压Vbd大于直流母线电 Vdc，所以依然控制功率开关管关断，即驱动信号PWM依然为低电平。随着电解电容的充电，直流母线电压Vdc逐渐提高。在t4时刻，输入电压Vbd小于直流母线电压Vdc，此时输出驱动信号PWM至功率开关管，功率开关管开通，从而避免电解电容充电电流过大，并避免功率开关管发生电流骤升。

根据本发明的一个具体实施例，检测输入到PFC电路的电压的检测周期远小于单相交流电源的周期，且预设时间大于或等于4个检测周期，优选地，检测输入到PFC电路的电压的检测频率可为18kHz。另外，在对输入到PFC 电路的进行检测时通常存在检测误差，第一电压阈值略大于输入电压的检测误差，第二电压阈值略大于第一电压阈值，优选地，第一电压阈值为5V，第二电压阈值为10V。

综上所述，根据本发明实施例提出的供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法，如果判断单相交流电源出现电压短时中断，则控制PFC 电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率，如果判断单相交流电源的电压恢复正常，则提高压缩机的运行频率直至运行频率达到给定频率，并在输入电压瞬时值小于等于PFC电路的输出端直流母线电压时，控制功率开关管开通，由此，该方法从减小电压中断时的输出功率(降低压缩机运行频率) 和控制功率开关管关断两个方面，来减小电压恢复时的输入电流，延长电压中断时系统的工作时间，进而提高空调系统对电压短时中断的抗扰能力。

为执行上述实施例，本发明还提出了一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对装置。

其中，根据图2的示例，单相交流电源AC经过整流电路10整流后输入到功率因数校正PFC电路20。应当理解的是，图2实施例的具体结构、工作原理等已在前面详细描述，这里处于简洁的目的，不再一一赘述。

如图4所示，装置100包括：电压检测单元101和控制单元102。

其中，电压检测单元101用于检测输入到PFC电路20的电压以获取输入电压瞬时值，其中，电压检测单元101可通过电阻分压法检测检测输入到PFC 电路20的电压。

控制单元102用于根据输入电压瞬时值判断单相交流电源AC是否出现电压短时中断，并在判断单相交流电源AC出现电压短时中断时，控制单元102 控制PFC电路20中的功率开关管Q1关断，并降低压缩机M的运行频率，以及判断单相交流电源AC的电压是否恢复正常，其中，如果判断单相交流电源 AC的电压恢复正常，控制单元102提高压缩机M的运行频率直至运行频率达到给定频率，并在输入电压瞬时值小于等于PFC电路20的输出端直流母线电压时，控制单元102控制功率开关管开通。

需要说明的是，在降低压缩机M的运行频率的过程中，压缩机M的运行频率应不低于压缩机最低闭环运行频率。

也就是说，控制单元102可通过电压检测单元101实时检测输入电压瞬时值并判断是否出现电压短时中断。在出现电压中断时，控制单元102进行电压中断处理，即停止输出驱动信号至PFC电路20中的功率开关管Q1以控制功率开关管Q1关断，并重置PFC电路20的控制环参数(即电压外环和电流内环的参数)，同时逐渐降低压缩机M的运行频率。在电压中断的过程中，控制单元102依然通过电压检测单元101实时检测输入电压瞬时值并判断电压是否恢复。在电压恢复正常时，控制单元102进行电压恢复处理，即逐渐提高压缩机M的运行频率直到达到实际的给定频率，并且，如果输入电压瞬时值小于等于PFC电路20的输出端直流母线电压，，控制单元102立即输出驱动信号至功率开关管Q1以控制功率开关管Q1开通；否则，如果输入电压瞬时值大于PFC电路的输出端直流母线电压，则等待电解电容充电完成，并在输入电压小于等于直流母线电压时控制单元102再输出驱动信号至功率开关管Q1。

具体地，根据本发明的一个实施例，当输入电压瞬时值小于第一电压阈值且持续预设时间时，控制单元102判断单相交流电源AC出现电压短时中断。

也就是说，如果输入电压瞬时值小于第一电压阈值且持续预设时间，则控制单元102判断为发生电压中断；如果输入电压瞬时值大于或等于第一电压阈值或者输入电压瞬时值小于第一电压阈值的持续时间小于预设时间，则控制单元102继续检测输入电压瞬时值并判断是否出现电压短时中断。

具体地，根据本发明的一个实施例，当输入电压瞬时值大于第二电压阈值时，控制单元102判断单相交流电源AC的电压恢复正常，其中，第二电压阈值大于第一电压阈值。

也就是说，在电压中断的过程中，控制单元102依然实时检测输入到PFC 电路20的电压，如果输入电压瞬时值大于第二电压阈值，则控制单元102判断单相交流电源AC的电压恢复正常；如果输入电压瞬时值小于或等于第二电压阈值，则控制单元102判断单相交流电源AC的电压未恢复正常。

更具体地，本发明实施例的电压短时中断应对装置100的工作原理如图3 所示。

根据本发明的一个具体实施例，检测输入到PFC电路20的电压的检测周期远小于单相交流电源的周期，且预设时间大于或等于4个检测周期，优选地，检测输入到PFC电路20的电压的检测频率可为18kHz。另外，在对输入到PFC 电路20的进行检测时通常存在检测误差，第一电压阈值略大于输入电压的检测误差，第二电压阈值略大于第一电压阈值，优选地，第一电压阈值为5V，第二电压阈值为10V。

综上所述，根据本发明实施例提出的供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对装置，控制单元如果判断单相交流电源出现电压短时中断，则控制PFC电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率，如果判断单相交流电源的电压恢复正常，则提高压缩机的运行频率直至运行频率达到给定频率，并在输入电压瞬时值小于等于PFC电路的输出端直流母线电压时，控制功率开关管开通，由此，该装置从减小电压中断时的输出功率(降低压缩机运行频率)和控制功率开关管关断两个方面，来减小电压恢复时的输入电流，延长电压中断时系统的工作时间，进而提高空调系统对电压短时中断的抗扰能力。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对方法，其特征在于，所述单相交流电源经过整流电路整流后输入到功率因数 校正PFC电路，所述方法包括以下步骤：

检测输入到所述PFC电路的电压以获取输入电压瞬时值，并根据所述输入电压瞬时值判断所述单相交流电源是否出现电压短时中断；

如果判断所述单相交流电源出现电压短时中断，则控制所述PFC电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率；

判断所述单相交流电源的电压是否恢复正常；

如果判断所述单相交流电源的电压恢复正常，则提高所述压缩机的运行频率直至所述运行频率达到给定频率，并在所述输入电压瞬时值小于等于所述PFC电路的输出端直流母线电压时，控制所述功率开关管开通。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述输入电压瞬时值小于第一电压阈值且持续预设时间时，判断所述单相交流电源出现电压短时中断。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，检测输入到所述PFC电路的电压的检测周期远小于所述单相交流电源的周期，且所述预设时间大于或等于4个检测周期。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述输入电压瞬时值大于第二电压阈值时，判断所述单相交流电源的电压恢复正常，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。

5.一种供给空调系统的单相交流电源的电压短时中断应对装置，其特征在于，所述单相交流电源经过整流电路整流后输入到功率因数 校正PFC电路，所述装置包括：

电压检测单元，用于检测输入到所述PFC电路的电压以获取输入电压瞬时值；

控制单元，用于根据所述输入电压瞬时值判断所述单相交流电源是否出现电压短时中断，并在判断所述单相交流电源出现电压短时中断时，所述控制单元控制所述PFC电路中的功率开关管关断，并降低压缩机的运行频率，以及判断所述单相交流电源的电压是否恢复正常，其中，

如果判断所述单相交流电源的电压恢复正常，所述控制单元提高所述压缩机的运行频率直至所述运行频率达到给定频率，并在所述输入电压瞬时值小于等于所述PFC电路的输出端直流母线电压时，所述控制单元控制所述功率开关管开通。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，当所述输入电压瞬时值小于第一电压阈值且持续预设时间时，所述控制单元判断所述单相交流电源出现电压短时中断。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电压检测单元检测输入到所述PFC电路的电压的检测周期远小于所述单相交流电源的周期，且所述预设时间大于或等于4个检测周期。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，当所述输入电压瞬时值大于第二电压阈值时，所述控制单元判断所述单相交流电源的电压恢复正常，其中，所述第二电压阈值大于所述第一电压阈值。