CN105915045B - 基于igbt振铃时间的变频空调pfc控制方法 - Google Patents

基于igbt振铃时间的变频空调pfc控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空调控制技术领域，提供一种基于IGBT振铃时间的变频空调PFC控制方法，该方法包括：在IGBT关断时间内设置PFC直流母线电流AD采样触发位置；在每个PFC载波周期，根据PFC直流母线电流采样点位置设置对应的AD采样控制寄存器，在每个PFC载波周期，根据PFC直流母线电流采样点位置设置对应的AD采样控制寄存器，在PFC计数器值等于AD采样控制寄存器值时触发PFC电流AD采样，在PFC电流AD采样完成后触发相应的PFC AD中断，在PFC AD中断服务程序中，读取母线电流AD采样数值；根据采样处理后得到的母线电流AD采样数值调节控制IGBT的导通时间和关断时间的PWM信号。本发明提出的技术方案避免了电流采样不准确所导致的控制出错问题。

Description

基于IGBT振铃时间的变频空调PFC控制方法
技术领域
本发明属于空调控制技术领域，特别涉及一种基于IGBT振铃时间的变频空调PFC控制方法。
背景技术
目前，变频空调随着频率的升高，直流母线电压会下降，同时，母线电压会随着电机负荷的变换波动，电流波形畸变大，为了稳定直流母线电压，提高功率因数，常常采用PFC控制技术。
PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正，其主要目的是为了提高抗干扰能力，提高电源利用率，同时改善电源电流波形，易于通过EMI和EMS测试。
传统的PFC控制方法，或者通过硬件电路来实现，或者通过复杂的算法来实现，直流母线电压均不能非常稳定，功率因数不理想，有的控制模型需要检测输入电压的过零点，在过零点附近某个范围内，控制输出PWM,用于PFC的导通和关断控制，增加了硬件成本，控制复杂。
申请号为CN201310151565.5的发明专利，从软件角度解决了PFC PWM波控制算法，虽然该专利解决了PFC控制问题，但是没有公开电流采样控制方法，申请号为CN201510124598.X的发明专利虽然公开了电流采样控制方法，但其电流采样方法在空调处于恶劣工作环境下存在电流采样不准确，造成控制问题，其电流采样方法是：获取IGBT开通时间Ton和IGBT关断时间Toff，当Ton大于Toff时，电流采样设置在Ton中点，当Ton小于Toff时，电流采样设置在Toff中点，如图1所示。由于在空调恶劣工作环境下，可能造成A点采样电流与B点采样电流差别很大，导致控制出错。
发明内容
【要解决的技术问题】
本发明的目的是提供一种基于IGBT振铃时间的变频空调PFC控制方法，以解决现有技术中的电流采样方法不准确所导致的控制出错问题。
【技术方案】
本发明是通过以下技术方案实现的。
本发明涉及一种基于IGBT振铃时间的变频空调PFC控制方法，包括以下步骤：
在IGBT关断时间内设置PFC直流母线电流AD采样触发位置，所述IGBT关断时间由PWM信号控制；
在每个PFC载波周期，根据PFC直流母线电流采样点位置设置对应的AD采样控制寄存器，在PFC计数器值等于AD采样控制寄存器值时，触发PFC电流AD采样，在PFC电流AD采样完成后触发相应的PFC AD中断，在PFC AD中断服务程序中，读取母线电流AD采样数值；
根据采样处理后得到的母线电流AD采样数值调节控制IGBT的导通时间和关断时间的PWM信号，自动控制PFC电流波形。
作为一种优选的实施方式，所述直流母线电流采样点设置方法为：
当IGBT关断时间大于IGBT振铃时间与AD采样保持时间之和时，AD采样触发位置设置在按下式计算的位置：
Tsample1＝Ton+(Tring+Toff)/2-Tdelay-Tw-Tsh/2；
当IGBT关断时间不大于IGBT振铃时间与AD采样保持时间之和时，AD采样触发位置设置在按下式计算的位置：
Tsample2＝Ton-Tdelay-Tw-Tsh，
其中Tsample1、Tsample2为启动AD采样时间，Ton为IGBT导通时间，Toff为IGBT关断时间，其中Tring为IGBT信号振铃时间，Tw为AD采样等待时间，Tdelay为AD采样延时时间，Tsh为AD采样保持时间。
作为另一种优选的实施方式，所述IGBT导通时间、IGBT关断时间的计算公式为：
Ts为PWM信号的载波周期，α为升压比，α≥1，Ius是采样电流经过滤波时间常数为T1的低通滤波后的数值，Ims是采样电流经过滤波时间常数为T2的低通滤波后的数值，T1<T2。
【有益效果】
本发明提出的技术方案具有以下有益效果：
本发明中，在一个PWM控制周期内，当IGBT关断时间满足一定条件时，在IGBT关断时间内采样直流母线电流值，否则，在IGBT关断之前的时刻采样直流母线电流值，PFC直流母线电流采样更准确，避免了电流采样不准确所导致的控制出错问题。
附图说明
图1为现有技术中的电流采样示意图。
图2为本发明实施例提供的PFC控制电路的电路图。
图3为本发明实施例提供的电流采样点及PFC控制PWM信号示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的具体实施方式进行清楚、完整的描述。
实施例
图2为本发明实施例提供的PFC控制电路的电路图，实施例一基于该PFC控制电路实现一种基于IGBT振铃时间的变频空调PFC控制方法。如图2所示，该PFC控制电路包括整流桥A、第一电容C1、第一电感L1、第一晶体管T1、第一电阻R1、第二电容C2、第二晶体管T2和第三电容C3。
整流桥A中可以包括有第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5和第六晶体管T6。较佳的，第三晶体管T3、第四晶体管T4、第五晶体管T5和第六晶体管T6可以均为二极管。
第三晶体管T3的正极和第六晶体管T6的负极相连，且连接到所述PFC控制电路的第一输入端，所述PFC控制电路通过所述第一输入端接收输入电流，所述输入电流可以用Vin表示。第四晶体管T4的正极与和第五晶体管的负极相连，且连接到所述PFC控制电路的第二输入端，所述PFC控制电路通过所述第二输入端接收输入电流，其中，因为所述PFC控制电路接收的是交流电，因此需要有两个输入端。
同时，第三晶体管T3的负极与第四晶体管T4的负极相连，第五晶体管T5的正极与第六晶体管T6的正极相连。
第三晶体管T3的负极与第一电感L1的第一端及第一电容C1的第一端相连，第一电容C1的第二端与第五晶体管T5的正极及第一电阻R1的第一端相连，第一电阻的第二端与第一晶体管T1的第一端、第二电容C2的第一端及第三电容C3的第一端相连，第一晶体管T1的第二端与第一电感L1的第二端、第二电容C2的第二端及第二晶体管T2的正极相连，第二晶体管T2的负极与第三电容C3的第二端相连。
本发明实施例中，第二晶体管T2的负极即为所述PFC控制电路的输出端，可以连接其他负载，可以将该输出端称为Vout，或者也可以称为Edc。其中，Edc也就是母线电压。
本发明实施例中，较佳的，第一晶体管T1可以是IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，第一晶体管T1的第一端可以是IGBT的栅极，第一晶体管T1的第二端可以是IGBT的漏极，第一晶体管T1的第三端可以是IGBT的源极。其中第一晶体管T1的栅极可以与所述晶体管控制装置相连，所述晶体管控制装置可以向第一晶体管T1的栅极输入PWM信号，以控制第一晶体管T1处于导通状态或截止状态。
基于该PFC控制电路，本实施例提供的变频空调PFC控制方法包括以下步骤：
(1)在每个PFC载波周期，根据PFC直流母线电流采样点位置设置对应的AD采样控制寄存器，在PFC计数器值等于AD采样控制寄存器值时，触发PFC电流AD采样，在PFC电流AD采样完成后触发相应的PFC AD中断，在PFC AD中断服务程序中，读取母线电流AD采样数值。
该步骤中，IGBT导通时间、IGBT关断时间的计算公式为：
Ts为PWM信号的载波周期，α为升压比，α≥1，Ius是采样电流经过滤波时间常数为T1的低通滤波后的数值，Ims是采样电流经过滤波时间常数为T2的低通滤波后的数值，T1<T2，低通滤波递推公式为：
采用一阶低通滤波器计算Ius、Ims,其传递函数为:离散化计算公式为 IPFC为PFC直流母线电流采样值，n为自然数，T1、T2为低通滤波器时间常数，Ti为计算周期，将I1(n)赋值给Ius，I2(n)赋值给Ims。IGBT导通时间、IGBT关断时间的详细的计算方法可以参考申请号为201310151565.5的中国专利。
该步骤中，直流母线电流采样点设置方法为：
当IGBT关断时间大于IGBT振铃时间与AD采样保持时间之和时，即当Toff>(Tring+Tsh)时，AD采样触发位置设置在按下式计算的位置：
Tsample1＝Ton+(Tring+Toff)/2-Tdelay-Tw-Tsh/2；
当IGBT关断时间不大于IGBT振铃时间与AD采样保持时间之和时，即当Toff<＝(Tring+Tsh)时，AD采样触发位置设置在按下式计算的位置：
Tsample2＝Ton-Tdelay-Tw-Tsh，
其中Tsample1、Tsample2为启动AD采样时间，Ton为IGBT导通时间，Toff为IGBT关断时间，其中Tring为IGBT信号振铃时间，Tw为AD采样等待时间，Tdelay为AD采样延时时间，Tsh为AD采样保持时间。
(2)根据采样处理后得到的母线电流AD采样数值调节控制IGBT的导通时间和关断时间的PWM信号，自动控制PFC电流波形。
从图2可知，当PWM为高电平时，由于IGBT导通，母线电流波形如图3中的电流瞬时值1所示，此时，由于IGBT导通，造成自流母线电流的增加；当PWM为低电平时，IGBT截止，直流母线电流减小，母线电流波形如图3中的电流瞬时值2所示。由于本实施例是对直流母线电流采样，严格意义上说，该采样的电流不包括IGBT导通电流，因此本实施例在IGBT关断时采样直流母线电流。当IGBT关断时间不满足采样条件时，即关断时间太短，无法完成AD采样保持时，可以选择在IGBT关断之前完成AD采样保持，由于所采样到的电流值经过低通滤波处理，而且IGBT关断时间特别短，只发生在交流电流过零点附近(具体参见申请号为CN201310151565.5的发明专利中的Toff计算公式)，可以在IGBT关断之前完成AD采样保持。因此，当关断时间太短，无法完成AD采样保持时，本发明实施例通过在IGBT关断之前完成AD采样保持，不会改变控制效果。
从以上实施例可以看出，本发明实施例中，在一个PWM控制周期内，当IGBT关断时间满足一定条件时，在IGBT关断时间内采样直流母线电流值，否则，在IGBT关断之前的时刻采样直流母线电流值，PFC直流母线电流采样更准确，避免了电流采样不准确所导致的控制出错问题。
需要说明，上述描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，也不是对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于IGBT振铃时间的变频空调PFC控制方法，其特征在于包括以下步骤：
在IGBT关断时间内设置PFC直流母线电流AD采样触发位置，所述IGBT关断时间由PWM信号控制；
在每个PFC载波周期，根据PFC直流母线电流采样点位置设置对应的AD采样控制寄存器，在PFC计数器值等于AD采样控制寄存器值时，触发PFC电流AD采样，在PFC电流AD采样完成后触发相应的PFC AD中断，在PFC AD中断服务程序中，读取母线电流AD采样数值；
根据采样处理后得到的母线电流AD采样数值调节控制IGBT的导通时间和关断时间的PWM信号，自动控制PFC电流波形；
所述直流母线电流采样点设置方法为：
当IGBT关断时间大于IGBT振铃时间与AD采样保持时间之和时，AD采样触发位置设置在按下式计算的位置：
Tsample1＝Ton+(Tring+Toff)/2-Tdelay-Tw-Tsh/2；
当IGBT关断时间不大于IGBT振铃时间与AD采样保持时间之和时，AD采样触发位置设置在按下式计算的位置：
Tsample2＝Ton-Tdelay-Tw-Tsh，
其中Tsample1、Tsample2为启动AD采样时间，Ton为IGBT导通时间，Toff为IGBT关断时间，其中Tring为IGBT信号振铃时间，Tw为AD采样等待时间，Tdelay为AD采样延时时间，Tsh为AD采样保持时间。
2.根据权利要求1所述的基于IGBT振铃时间的变频空调PFC控制方法，其特征在于所述IGBT导通时间、IGBT关断时间的计算公式为：
Ton为IGBT导通时间，Toff为IGBT关断时间，Ts为PWM信号的载波周期，α为升压比，α≥1，Ius是采样电流经过滤波时间常数为T1的低通滤波后的数值，Ims是采样电流经过滤波时间常数为T2的低通滤波后的数值，T1<T2。
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