CN106949602B - 空调器及空调器中功率器件的防过热保护方法和装置 - Google Patents

空调器及空调器中功率器件的防过热保护方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空调器及空调器中功率器件的防过热保护方法和装置，所述功率器件包括整流桥、功率开关管、二极管和智能功率模块IPM，且功率器件通过冷媒散热管进行散热，所述方法包括以下步骤：获取当前冷媒散热管的管温；根据当前冷媒散热管的管温对空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使功率器件处于安全工作温度范围内。该方法通过根据冷媒散热管的管温对压缩机的目标运行频率进行控制，使得功率器件处于安全工作温度范围内，有效解决了功率器件过热损坏的问题，保证空调器的可靠运行。

Description

空调器及空调器中功率器件的防过热保护方法和装置
技术领域
本发明涉及空调器技术领域，特别涉及一种空调器中功率器件的防过热保护方法、一种空调器中功率器件的防过热保护装置以及一种具有该装置的空调器。
背景技术
在变频空调器的电控中，有IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、整流桥、快恢复二极管等功率器件，这些功率器件在工作时会产生大量的热，很容易造成过热损坏。因此，可采用纯风冷散热方式进行散热，即将这些功率器件集中布局在散热器(如铝片散热器)上，通过散热器增加与空气的接触面积，以改善散热效果。
但在高温工况下，这种纯风冷散热方式仍无法满足散热需求。为此，相关技术中，采用冷媒散热的方式对功率器件进行散热，即在空调器中增加一路冷媒管，并将该冷媒管嵌入散热器中，以对功率器件进行散热，从而进一步改善功率器件的散热效果。
发明内容
本申请是基于发明人对以下问题的认识和研究做出的：
在采用冷媒散热方式对功率器件进行散热时，随着室内外环境温度(特别是室外环境温度)变化，散热用冷媒管中的冷媒温度也会发生变化，而功率器件散热是依靠散热器与冷媒管之间的热量传导来降低散热器温度，进而降低功率器件的温度，所以当散热用冷媒管中的冷媒温度升高时，散热器的散热效果就会变差，很可能导致功率器件发生过热损坏。
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空调器中功率器件的防过热保护方法，通过根据冷媒散热管的管温对压缩机的目标运行频率进行控制，使得功率器件处于安全工作温度范围内，有效解决了功率器件过热损坏的问题，保证空调器的可靠运行。
本发明的另一个目的在于提出一种空调器中功率器件的防过热保护装置。
本发明的又一个目的在于提出一种空调器。
为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种空调器中功率器件的防过热保护方法，所述功率器件包括整流桥、功率开关管、二极管和IPM，且所述功率器件通过冷媒散热管进行散热，所述方法包括以下步骤：获取当前所述冷媒散热管的管温；根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使所述功率器件处于安全工作温度范围内。
根据本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护方法，实时获取当前冷媒散热管的管温，并根据当前冷媒散热管的管温对空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使功率器件处于安全工作温度范围内。该方法通过根据冷媒散热管的管温对压缩机的目标运行频率进行控制，使得功率器件处于安全工作温度范围内，有效解决了功率器件过热损坏的问题，保证空调器的可靠运行。
根据本发明的一个实施例，所述根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，包括：获取与当前所述冷媒散热管的管温对应的所述压缩机的最高允许目标运行频率；控制所述压缩机的目标运行频率小于等于所述最高允许目标运行频率。
根据本发明的另一个实施例，所述根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，包括：获取与当前所述冷媒散热管的管温对应的所述空调器的最高允许功率；通过调节所述压缩机的目标运行频率以使所述空调器的功率小于等于所述最高允许功率。
根据本发明的一个实施例，当所述空调器的功率大于所述最高允许功率时，降低所述压缩机的目标运行频率。
为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种空调器中功率器件的防过热保护装置，所述功率器件包括整流桥、功率开关管、二极管和IPM，且所述功率器件通过冷媒散热管进行散热，所述装置包括：温度获取模块，用于获取当前所述冷媒散热管的管温；控制模块，所述控制模块与所述温度获取模块相连，所述控制模块用于根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使所述功率器件处于安全工作温度范围内。
根据本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护装置，通过温度获取模块获取当前冷媒散热管的管温，控制模块根据当前冷媒散热管的管温对空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使功率器件处于安全工作温度范围内。该装置通过根据冷媒散热管的管温对压缩机的目标运行频率进行控制，使得功率器件处于安全工作温度范围内，有效解决了功率器件过热损坏的问题，保证空调器的可靠运行。
根据本发明的一个实施例，所述控制模块根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节时，其中，所述控制模块获取与当前所述冷媒散热管的管温对应的所述压缩机的最高允许目标运行频率，并控制所述压缩机的目标运行频率小于等于所述最高允许目标运行频率。
根据本发明的另一个实施例，所述控制模块根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节时，其中，所述控制模块获取与当前所述冷媒散热管的管温对应的所述空调器的最高允许功率，并通过调节所述压缩机的目标运行频率以使所述空调器的功率小于等于所述最高允许功率。
根据本发明的一个实施例，当所述空调器的功率大于所述最高允许功率时，所述控制模块降低所述压缩机的目标运行频率。
此外，本发明的实施例还提出了一种空调器，其包括上述的空调器中功率器件的防过热保护装置。
本发明实施例的空调器，通过上述的功率器件的防过热保护装置，能够有效解决功率器件过热损坏的问题，保证空调器的可靠运行。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的空调器的控制电路拓扑图；
图2是根据本发明一个实施例的冷媒散热模块的俯视图；
图3是根据本发明一个实施例的冷媒散热模块的主视图；
图4是根据本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护方法的流程图；
图5是根据本发明一个实施例的温度传感器的安装位置；以及
图6是根据本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护装置的方框示意图。
附图标记：
整流桥10、PFC电路20、压缩机驱动电路30、控制单元40、电解电容EC、压缩机M、交流电源AC、壳体1、电控板2、散热器3、冷媒散热管4、中隔板5和温度传感器6。
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。
下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的空调器中功率器件的防过热保护方法、空调器中功率器件的防过热保护装置以及具有该装置的空调器。
图1是根据本发明一个实施例的空调器的控制电路拓扑图。如图1所示，空调器的控制器可包括整流桥、PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路、压缩机驱动电路、电解电容和控制单元。
具体地，整流桥的输入端与交流电源相连，整流桥的输出端与PFC电路的输入端相连，压缩机驱动电路的输入端与PFC电路的输出端相连，压缩机驱动电路的输出端与压缩机相连，并且电解电容并联在PFC电路的输出端之间。其中，PFC电路可以为由电感、二极管和功率开关管(如IGBT)构成的Boost型功率因数校正拓扑，压缩机驱动电路可包括IPM。控制单元分别与PFC电路和压缩机驱动电路相连，控制单元通过控制PFC电路和压缩机驱动电路，实现功率因数校正功能和压缩机运行频率的控制功能。
其中，在空调器运行的过程中，整流桥、功率开关管、二极管和IPM的发热量较大，当温度较高时会发生热损坏，因此需要对这些功率器件进行散热，例如，可以采用冷媒散热方式对功率器件进行散热。而其它器件如电感、电解电容等发热量比较小，不需要冷却，所以这些器件也称为被动器件。
在本发明的实施例中，当采用冷媒散热方式对功率器件进行散热时，空调器中设置有冷媒散热装置。如图2所示，空调器的冷媒散热装置可包括壳体、散热器和冷媒散热管。具体地，功率器件(如整流桥、功率开关管、二极管和IPM)均包括器件本体和器件引脚，其中，器件引脚钎焊在空调器的电控板上，器件本体(待散热部分)贴装在散热器的一面，被动器件(如电感、电解电容)钎焊在电控板合适位置上。冷媒散热管嵌入在散热器的另一面(与贴着器件本体的一面相对)，并保证冷媒散热管与空调器中的冷媒管路相连通，以使空调器中的低温冷媒流经散热器，带走功率器件产生的热量，以达到对功率器件进行散热的目的。并且散热器、电控板和冷媒散热管均设置在壳体中。
另外，如图2和图3所示，还通过中隔板将室外机分成两个腔体，即室外风机侧腔体和压缩机侧腔体。在对冷媒散热装置安装时，可将壳体的一部分设置在空调器室外风机的腔体内，另一部分设置在压缩机的腔体内，这样可以同时实现冷媒散热和风冷散热，散热效果更好。
但是，在空调器工作的过程中，由于室内外环境温度(特别是室外环境温度)会发生变化，冷媒散热管中的冷媒温度也会随之发生变化，当冷媒散热管中的冷媒温度升高时，散热器的散热效果就会变差，此时如果功率器件的散热量很大，很容易造成热损坏。因此，可通过相应的控制策略来使冷媒散管中的冷媒温度不会很高，来保证散热器的散热效果能够满足功率器件的散热需求，以防止功率器件发生热损坏。
图4是根据本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护方法的流程图。如图4所示，该空调器中功率器件的防过热保护方法可包括以下步骤：
S1，获取当前冷媒散热管的管温。
具体而言，冷媒散热管的管温可以为冷媒散热管的入口温度，或者冷媒散热管的出口温度，或者冷媒散热管的入口温度和冷媒散热器的出口温度的平均值。如图5所示，可通过设置在冷媒散热管的入口处的温度传感器或热敏电阻获取冷媒散热管的入口温度，通过设置在冷媒散热管的出口处的温度传感器或热敏电阻获取当前冷媒散热管的出口温度。其中，温度传感器和热敏电阻在安装时，靠近散热器，但不与散热器接触。热敏电阻可以为NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)热敏电阻。
S2，根据当前冷媒散热管的管温对空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使功率器件处于安全工作温度范围内。
具体而言，通过增加设置温度传感器来实时检测冷媒散热管的入口温度和/或冷媒散热管的出口温度，并根据温度反馈对压缩机的目标运行频率进行调节，确保功率器件工作在安全温度范围内，以保证空调器的可靠运行。例如，当冷媒散热管的温度较高时，说明流经散热器的冷媒温度较高，对功率器件的散热效果差，需要降低压缩机的运行频率，以使功率器件产生较少的热量，防止功率器件过热损坏；当温度较低时，说明流经散热器的冷媒温度较低，对功率器件的散热效果好，可提高压缩机的运行频率或保持当前运行频率不变。从而使得功率器件处于安全工作温度范围内，有效防止功率器件发生热损坏，保证系统可靠运行。
根据本发明的一个实施例，根据当前冷媒散热管的管温对空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，包括：获取与当前冷媒散热管的管温对应的压缩机的最高允许目标运行频率；控制压缩机的目标运行频率小于等于最高允许目标运行频率。
具体而言，当冷媒散热管的管温较低时，功率器件的散热效果较好，不容易过热损坏，此时压缩机允许的目标运行频率较高；当冷媒散热管的管温较高时，功率器件的散热效果较差，很容易过热损坏，此时对应的压缩机允许的目标运行频率较低，功率器件的散热量较少，功率器件不易发生热损坏。所以，可预先将冷媒散热管的管温范围分成N段，并通过试验测试获得每段管温对应的压缩机的最高允许目标运行频率，并对应存储至空调器中，其中，N≥3。
在空调器运行的过程中，实时获取当前冷媒散热管的管温，并根据当前冷媒散热管的管温获取相对应的压缩机的最高允许目标运行频率，然后，通过控制压缩机驱动电路，以使压缩机的目标运行频率不超过该最高允许目标运行频率。从而根据反馈的冷媒散热管的管温对压缩机进行限频运行，有效减少功率器件的发热量，保证功率器件处于安全工作温度范围内，保证系统可靠运行。
在本发明的实施例中，在冷媒散热管的管温升高时，不仅可以通过调节压缩机的目标运行频率来减少功率器件产生的热量，进而使得功率器件处于安全工作温度范围内，还可以通过调节空调器的功率来减少功率器件产生的热量，进而使得功率器件处于安全工作温度范围内。
根据本发明的另一个实施例，根据当前冷媒散热管的管温对空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，包括：获取与当前冷媒散热管的管温对应的空调器的最高允许功率；通过调节压缩机的目标运行频率以使空调器的功率小于等于最高允许功率。
进一步地，根据本发明的一个实施例，当空调器的功率大于最高允许功率时，降低压缩机的目标运行频率。
具体而言，可预先将冷媒散热管的管温范围分成N段，并通过试验测试获得每段管温对应的空调器的最高允许功率，并对应存储至空调器中，其中，N≥3。在空调器运行的过程中，实时获取当前冷媒散热管的管温，并根据当前冷媒散热管的管温获取相对应的空调器的最高允许功率，然后，自动调节压缩机的目标运行频率，以使空调器的功率不超过该最高允许功率。其中，当空调器的功率超过该最高允许功率时，降低压缩机的目标运行频率。从而根据反馈的冷媒散热管的管温对空调器进行限功率运行，有效减少功率器件的发热量，保证功率器件处于安全工作温度范围内，保证系统可靠运行。
综上所述，根据本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护方法，实时获取当前冷媒散热管的管温，并根据当前冷媒散热管的管温对空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使功率器件处于安全工作温度范围内。该方法通过根据冷媒散热管的管温对压缩机的目标运行频率进行控制，使得功率器件处于安全工作温度范围内，有效解决了功率器件过热损坏的问题，保证空调器的可靠运行。
图6是根据本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护装置的方框示意图。在本发明的实施例中，功率器件可包括整流桥10、功率开关管、二极管和IPM，且功率器件通过冷媒散热管4进行散热。
如图6所示，该空调器中功率器件的防过热保护装置可包括：温度获取模块100和控制模块200。
其中，温度获取模块100用于获取当前冷媒散热管4的管温。控制模块200与温度获取模块100相连，控制模块200用于根据当前冷媒散热管4的管温对空调器中压缩机M的目标运行频率进行调节，以使功率器件处于安全工作温度范围内。
根据本发明的一个实施例，控制模块200根据当前冷媒散热管4的管温对空调器中压缩机M的目标运行频率进行调节时，其中，控制模块200获取与当前冷媒散热管4的管温对应的压缩机M的最高允许目标运行频率，并控制压缩机M的目标运行频率小于等于最高允许目标运行频率。
根据本发明的另一个实施例，控制模块200根据当前冷媒散热管4的管温对空调器中压缩机M的目标运行频率进行调节时，其中，控制模块200获取与当前冷媒散热管4的管温对应的空调器的最高允许功率，并通过调节压缩机M的目标运行频率以使空调器的功率小于等于最高允许功率。
根据本发明的一个实施例，当空调器的功率大于最高允许功率时，控制模块200降低压缩机M的目标运行频率。
需要说明的是，本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。
根据本发明实施例的空调器中功率器件的防过热保护装置，通过温度获取模块获取当前冷媒散热管的管温，控制模块根据当前冷媒散热管的管温对空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使功率器件处于安全工作温度范围内。该装置通过根据冷媒散热管的管温对压缩机的目标运行频率进行控制，使得功率器件处于安全工作温度范围内，有效解决了功率器件过热损坏的问题，保证空调器的可靠运行。
此外，本发明的实施例还提出了一种空调器，其包括上述的空调器中功率器件的防过热保护装置。该防过热保护装置可集成设置在图1所示的控制单元中，具体这里不再详述。
本发明实施例的空调器，通过上述的功率器件的防过热保护装置，能够有效解决功率器件过热损坏的问题，保证空调器的可靠运行。
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 (7)

1.一种空调器中功率器件的防过热保护方法，其特征在于，所述功率器件包括整流桥、功率开关管、二极管和智能功率模块IPM，且所述功率器件通过冷媒散热管进行散热，所述方法包括以下步骤：
获取当前所述冷媒散热管的管温；
根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使所述功率器件处于安全工作温度范围内，其中，所述根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，包括：
获取与当前所述冷媒散热管的管温对应的所述压缩机的最高允许目标运行频率；
控制所述压缩机的目标运行频率小于等于所述最高允许目标运行频率。
2.如权利要求1所述的空调器中功率器件的防过热保护方法，其特征在于，所述根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，包括：
获取与当前所述冷媒散热管的管温对应的所述空调器的最高允许功率；
通过调节所述压缩机的目标运行频率以使所述空调器的功率小于等于所述最高允许功率。
3.如权利要求2所述的空调器中功率器件的防过热保护方法，其特征在于，当所述空调器的功率大于所述最高允许功率时，降低所述压缩机的目标运行频率。
4.一种空调器中功率器件的防过热保护装置，其特征在于，所述功率器件包括整流桥、功率开关管、二极管和智能功率模块IPM，且所述功率器件通过冷媒散热管进行散热，所述装置包括：
温度获取模块，用于获取当前所述冷媒散热管的管温；
控制模块，所述控制模块与所述温度获取模块相连，所述控制模块用于根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节，以使所述功率器件处于安全工作温度范围内，其中，所述控制模块根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节时，
所述控制模块获取与当前所述冷媒散热管的管温对应的所述压缩机的最高允许目标运行频率，并控制所述压缩机的目标运行频率小于等于所述最高允许目标运行频率。
5.如权利要求4所述的空调器中功率器件的防过热保护装置，其特征在于，所述控制模块根据当前所述冷媒散热管的管温对所述空调器中压缩机的目标运行频率进行调节时，其中，
所述控制模块获取与当前所述冷媒散热管的管温对应的所述空调器的最高允许功率，并通过调节所述压缩机的目标运行频率以使所述空调器的功率小于等于所述最高允许功率。
6.如权利要求5所述的空调器中功率器件的防过热保护装置，其特征在于，当所述空调器的功率大于所述最高允许功率时，所述控制模块降低所述压缩机的目标运行频率。
7.一种空调器，其特征在于，包括如权利要求4-6中任一项所述的空调器中功率器件的防过热保护装置。
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