CN106998133B - 开关管的控制方法、装置及空调器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种开关管的控制方法、装置及空调器，在适用该控制方法时，通过周期性地采集PFC电路的输入电源的频率，设定功率开关管的开关频率，并依据采集的PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比，然后通过所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合，该控制方法能够根据不同的输入电源频率控制功率开关管的开关，提高了PFC电路的功率因数，使其达到最优的EMI效果。

Description

开关管的控制方法、装置及空调器
技术领域
本发明涉及家用电器技术领域，尤其涉及一种开关管的控制方法、装置及空调器。
背景技术
目前，在变频空调产品中，为了降低电流载波、提高功率因数，通常会采用有源PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路。在所述有源PFC电路中，一般使用固定的载波频率和电压控制参数，但是，由于不同国家和地区使用不同标准的电网参数，单一的载波频率和电压控制参数不能很好地适应不同的电网特性，因而不能获得最佳的EMI(Electro Magnetic Interference，电磁干扰)和EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)效果，难以实现全球通用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种开关管的控制方法，旨在适应不同电网的电源频率，提升EMI效果。
为实现上述目的，本发明提出的开关管的控制方法，包括以下步骤：
采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率；
采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比；
依据所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合。
进一步地，所述采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率的步骤，具体包括：
周期性采集PFC电路的输入电源频率；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fo(x+1)；
若采集到的输入电源频率小于预设最小值Fi1，则设定功率开关管的开关频率为Fo0；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox；
其中，Fo0＜Fox＜Fo(x+1)，Fi1＜Fix＜Fi(x+1)，x≥0。
进一步地，所述若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox的步骤，具体包括：
将所述输入电源频率按预设最大值Fi(x+1)到预设最小值Fi1分成若干区间，每一区间设定一对应的开关频率Fox；
判定采集到的输入电源频率所处的区间，依据其所处的区间获取对应的开关频率Fox。
进一步地，所述采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比的步骤，具体包括：
设定PFC输出直流母线电压值的目标值为Udc_star，计算其与采集到的实际PFC输出直流母线电压值Udc之间的差值Udc_delta；
将所述差值Udc_delta作为第一PI调节器的输入值，设定第一PI调节器的比例系数为Kpu，积分系数为Kiu，则第一PI调节器的输出值为Oudc＝Kpu*Udc_delta+Kiu∫Udc_deltadt；
将PFC电路的输入电源的交流电压值Uac与第一PI调节器的输出值Oudc的乘积Iac_star设定为交流电流值的目标值，计算其与采集到的输入电源的实际交流电流值Iac之间的差值Iac_delta；
将所述差值Iac_delta作为第二PI调节器的输入值，设定第二PI调节器的比例系数为Kpi，积分系数为Kii，则第二PI调节器的输出值为Oiac＝Kpi*Iac_delta+Kii∫Iac_deltadt，设定功率开关管的输出占空比Oica等于Oiac，则Oica＝Kpi*(Iac-Uac*Oudc)+Kii∫(Iac-Uac*Oudc)dt。
进一步地，所述依据所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合的步骤，具体包括：
根据所述开关频率和输出占空比计算每一开关周期T内功率开关管的闭合时间Ton和断开时间Toff；
按照每一开关周期T内的闭合时间Ton和断开时间Toff驱动功率开关管闭合或断开；
其中，T＝1/开关频率，Ton＝T*Oica，Toff＝T*(1－Oica)。
进一步地，所述输入电源频率为30-400Hz，所述功率开关管的开关频率的设定范围为10-40kHz。
进一步地，所述Udc_star的取值范围为0-1kv，所述Kpu、Kiu、Kpi及Kii的取值范围均为0-1000。
本发明的另一目的在于提出一种开关管的控制装置，应用于PFC电路，该控制装置包括：
开关频率设定模块，采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率；
占空比计算模块，采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比；
驱动模块，依据所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合。
进一步地，所述开关频率设定模块设定功率开关管的开关频率时，具体包括：
周期性采集PFC电路的输入电源频率；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fo(x+1)；
若采集到的输入电源频率小于预设最小值Fi1，则设定功率开关管的开关频率为Fo0；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox；
其中，Fo0＜Fox＜Fo(x+1)，Fi1＜Fix＜Fi(x+1)，x≥0。
进一步地，所述若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox，具体包括：
将所述输入电源频率按预设最大值Fi(x+1)到预设最小值Fi1分成若干区间，每一区间设定一对应的开关频率Fox；
判定采集到的输入电源频率所处的区间，依据其所处的区间获取对应的开关频率Fox。
进一步地，所述占空比计算模块计算功率开关管的输出占空比时，具体包括：
设定PFC输出直流母线电压值的目标值为Udc_star，计算其与采集到的实际PFC输出直流母线电压值Udc之间的差值Udc_delta；
将所述差值Udc_delta作为第一PI调节器的输入值，设定第一PI调节器的比例系数为Kpu，积分系数为Kiu，则第一PI调节器的输出值为Oudc＝Kpu*Udc_delta+Kiu∫Udc_deltadt；
将PFC电路的输入电源的交流电压值Uac与第一PI调节器的输出值Oudc的乘积Iac_star设定为交流电流值的目标值，计算其与采集到的输入电源的实际交流电流值Iac之间的差值Iac_delta；
将所述差值Iac_delta作为第二PI调节器的输入值，设定第二PI调节器的比例系数为Kpi，积分系数为Kii，则第二PI调节器的输出值为Oiac＝Kpi*Iac_delta+Kii∫Iac_deltadt，设定功率开关管的输出占空比Oica等于Oiac，则Oica＝Kpi*(Iac-Uac*Oudc)+Kii∫(Iac-Uac*Oudc)dt。
进一步地，所述驱动模块包括：
计算单元，根据所述开关频率和输出占空比计算每一开关周期T内功率开关管的闭合时间Ton和断开时间Toff；
驱动单元，按照每一开关周期T内的闭合时间Ton和断开时间Toff驱动功率开关管闭合或断开；
其中，T＝1/开关频率，Ton＝T*Oica，Toff＝T*(1－Oica)。
进一步地，所述输入电源频率为30-400Hz，所述功率开关管的开关频率的设定范围为10-40kHz。
进一步地，所述Udc_star的取值范围为0-1kv，所述Kpu、Kiu、Kpi及Kii的取值范围均为0-1000。
本发明还提出一种空调器，该空调器包括如上所述的开关管的控制装置。
本发明的开关管的控制方法，应用于PFC电路，在适用该控制方法时，通过周期性地采集PFC电路的输入电源的频率，设定功率开关管的开关频率，并依据采集的PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比，然后通过所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合，该控制方法能够根据不同的输入电源频率控制功率开关管的开关，提高了PFC电路的功率因数，使其达到最优的EMI效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明中的PFC电路一实施例的结构示意图；
图2为本发明开关管的控制方法一实施例的流程图；
图3为本发明开关管的控制装置一实施例的功能模块图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
100 开关管的控制装置 30 驱动模块
10 开关频率设定模块 31 计算单元
20 占空比计算模块 32 驱动单元
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出一种开关管的控制方法，应用于PFC电路。
传统单相电源系统的功率因数可以定义为：负载实际上所消耗的平均功率(有功功率)与测量到的视在功率的比值，其中，有功功率为在一个线电压周期内，瞬时电压与瞬时电流的乘积对时间积分的平均值，如图1所示，在该电路中，电容EC通常为大电容，利用大电容放电慢的特性，使得负载跨接稳定的直流电压。如果功率开关管Q不动作，输入电流只有在输入电压大于输出电压时电流才能流动，为了使输入电压小于输出电压时，输入电流不截止，在整流电路的流动路径上加入电感L，利用电感L电流连续的特性，使得输入电流较为平滑，利用二极管D确定输入电流的流向，使能量单方面的传送，防止送至负载的能量反馈至输入端，造成功率损失；当功率开关管Q闭合时，输入电流直接流经功率开关管Q，电感L开始充电，输入电流增大，二输出电压端由于电容EC放电，输出电压下降；当功率开关管Q断开时，电感L开始释放之前积蓄的能量，电流下降，一方面给电容EC充电(电压升高)，另一方面给负载供电。
参照图2，图2为本发明的开关管的控制方法一实施例的流程图。
在本实施例中，该开关管的控制方法包括以下步骤：
S10：采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率；
S20：采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比；
S30：依据所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合。
在本实施例中，该开关管的控制方法，主要应用于变频空调、变速电机的PFC电路中，以便结合输入电源的频率获取该PFC电路的功率开关管的开关频率和输出占空比，依据所述开关频率和输出占空比控制PFC电路的输出。在应用该控制方法时，依据接入PFC电路的电源频率采集元件，周期性地采集PFC电路的输入电源频率，在判断所述输入电源的频率范围后，利用开关频率与输入电源频率的预设关系设定功率开关管的开关频率，功率开关管的开关频率，也即功率开关管的开关周期；在采集输入电源频率的同时还可以依据接入于PFC电路的电流采集元件及接出的电压采集单元对PFC电路的输入电源的交流电压值和交流电流值进行采集，此外，在PFC电路的输出端还设置有直流母线电压采集单元，以采集PFC输出直流母线电压值，然后依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值之间设定的积分函数关系计算功率开关管的输出占空比；在获取功率开关管的开关频率和输出占空比之后，控制功率开关管周期性地断开或闭合，具体如下，若用f表示功率开关管的开关频率，以Oica表示功率开关管的输出占空比，按照所述开关频率f计算开关周期T＝1/f，然后按照所述开关周期T计算每一开关周期T内功率开关管的开通时间Ton＝T*Oica，计算每一开关周期T内功率开关管的关断时间Toff＝T-T*Oica，最后按照Ton和Toff控制功率开关管按开通时间Ton和关断时间Toff周期性地断开或闭合，使电感L和电容EC周期性地充电和放电，控制整个PFC电路的输出，进而调节变速电机或变频空调器的压缩机的做功。
本发明的开关管的控制方法，应用于变速电机或变频空调器的PFC电路，在适用该控制方法时，通过周期性地采集PFC电路的输入电源的频率，设定功率开关管的开关频率，并依据采集的PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比，然后通过所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合，该控制方法能够根据不同的输入电源频率控制功率开关管的开关，提高了变速电机或变频空调器的功率因数，使其达到最优的EMI效果。
进一步地，基于上述实施例的开关管的控制方法，所述采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率的步骤，具体包括：
周期性采集PFC电路的输入电源频率；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fo(x+1)；
若采集到的输入电源频率小于预设最小值Fi1，则设定功率开关管的开关频率为Fo0；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox；
其中，Fo0＜Fox＜Fo(x+1)，Fi1＜Fix＜Fi(x+1)，x≥0。
在本实施例中，在周期性地采集到输入电源频率之后，可以依据设定的输入电源频率与功率开关管的开关频率的关系设定功率开关管的开关频率，所述若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox的步骤：
将所述输入电源频率按预设最大值Fi(x+1)到预设最小值Fi1分成若干区间，每一区间设定一对应的开关频率Fox；判定采集到的输入电源频率所处的区间，依据其所处的区间获取对应的开关频率Fox。
在采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)时，需要一步一步地判定输入电源频率处于哪一区间范围，进而确定该输入电源频率对应的开关频率，如采集到的输入电源频率既小于预设最大值Fi(x+1)，同时又大于等于预设最小值Fi1，也即采集到的输入电源频率处于预设最小值Fi1与预设最大值Fi(x+1)之间，则需要进一步判定该输入电源频率是否小于第二大的预设值Fix，若否，则该输入电源频率位于(Fix，Fi(x+1))的区间内，此时设定功率开关管的开关频率为Fox，若是，则进一步判断该输入电源频率是否小于第三大的预设值Fi(x－1)，若否，则该输入电源频率位于(Fi(x－1)，Fix)的区间内，此时设定功率开关管的开关频率为Fo(x－1)，若是，则进入下一步的判断，直至该输入电源频率找到合适的区间范围，拾取与之对应的开关频率，完成该周期内对功率开关管的控制，然后在下一周期内重新采集输入电源频率重新进行判断。
参照不同的适用场所，将输入电源频率的范围设定为50-400Hz，不同的PFC电路，输入电源频率也不相同，则对应的功率开关管的开关频率设定为10-40kHz。
以输入电源频率的预设最大值为70Hz，预设最小值为50为例，则所述采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率的步骤，具体为：
A3：判断电源频率是否小于70Hz，如果小于70Hz，则执行步骤A2，否则执行步骤B3；
B3：设定功率开关管的开关频率为16kHz，然后执行步骤A3；
A2：判断电源频率是否小于60Hz，如果小于60Hz，则执行步骤A1，否则执行步骤B2；
B3：设定功率开关管的开关频率为15kHz，然后执行步骤A3；
A1：判断电源频率是否小于50Hz，如果小于50Hz，则执行步骤A0，否则执行步骤B1；
B1：设定功率开关管的开关频率为14kHz，然后执行步骤A3；
A0：设定功率开关管的开关频率为13kHz，然后执行步骤A3。
进一步地，基于上述实施例的开关管的控制方法，所述采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比的步骤，具体包括：
设定PFC输出直流母线电压值的目标值为Udc_star，计算其与采集到的实际PFC输出直流母线电压值Udc之间的差值Udc_delta；
将所述差值Udc_delta作为第一PI调节器的输入值，设定第一PI调节器的比例系数为Kpu，积分系数为Kiu，则第一PI调节器的输出值为Oudc＝Kpu*Udc_delta+Kiu∫Udc_deltadt；
将PFC电路的输入电源的交流电压值Uac与第一PI调节器的输出值Oudc的乘积Iac_star设定为交流电流值的目标值，计算其与采集到的输入电源的实际交流电流值Iac之间的差值Iac_delta；
将所述差值Iac_delta作为第二PI调节器的输入值，设定第二PI调节器的比例系数为Kpi，积分系数为Kii，则第二PI调节器的输出值为Oiac＝Kpi*Iac_delta+Kii∫Iac_deltadt，设定功率开关管的输出占空比Oica等于Oiac，则Oica＝Kpi*(Iac-Uac*Oudc)+Kii∫(Iac-Uac*Oudc)dt。
在本实施例中，在利用PFC电路中的电流采集单元、电压采集单元及直流母线电压采集单元分别采集到输入电源的交流电流值、交流电压值及PFC输出直流母线电压值后，依据输入电流、输入电压与输出电压的积分关系，首先设定PFC输出直流母线电压值的目标值Udc_star，所述目标值Udc_star的取值范围为0-1000V，如在本实施例中设定Udc_star为380V，接着计算采集到的实际PFC输出直流母线电压值Udc与PFC输出直流母线电压值的目标值Udc_star之间的差值Udc_delta，Udc_delta＝Udc_star–Udc，然后把Udc_delta作为第一PI调节器的输入值，设定第一PI调节器的比例系数(数值范围是0-1000)，Kpu＝100，积分系数(数值范围是0-1000)，Kiu＝10，则第一PI调节器的输出值为Oudc，Oudc＝Kpu*Udc_delta+Kiu∫Udc_deltadt，随后将输入电源的交流电压值Uac与第一PI调节器的输出值Oudc的乘积Iac_star作为输入电源的交流电流的目标电流值，则I ac_star＝Uac*Oudc，计算输入电源的实际交流电流值Iac与Iac_star的差值，Iac_delta＝Iac–Iac_star，把Iac_delta作为第二PI调节器的输入值，设定第二PI调节器的比例系数(数值范围是0-1000)，Kpi＝200，积分系数(数值范围是0-1000)，Kii＝20，则第二PI调节器的输出值为Oiac，Oiac＝Kpi*Iac_delta+Kii∫Iac_deltadt,设定Oica为功率开关管的输出占空比(数值范围是0-100％)，则Oica＝Kpi*(Iac-Uac*Oudc)+Kii∫(Iac-Uac*Oudc)dt，Oica的取值范围可以达到0.95-0.99。
本发明进一步提出一种开关管的控制装置，以控制PFC电路的输出。
参照图3，图3为本发明的开关管的控制装置一实施例的功能模块图。
在本实施例中，该控制装置100包括：
开关频率设定模块10，采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率；
占空比计算模块20，采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比；
驱动模块30，依据所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合。
在本实施例中，该开关管的控制装置100，主要应用于变频空调、变速电机的PFC电路中，以便结合输入电源的频率获取该PFC电路的功率开关管的开关频率和输出占空比，依据所述开关频率和输出占空比控制PFC电路的输出。在应用该控制装置100时，依据接入PFC电路的电源频率采集元件，周期性地采集PFC电路的输入电源频率，在判断所述输入电源的频率范围后，由开关频率设定模块10利用开关频率与输入电源频率的预设关系设定功率开关管的开关频率，功率开关管的开关频率，也即功率开关管的开关周期；在采集输入电源频率的同时还可以依据接入于PFC电路的电流采集元件及接出的电压采集单元对PFC电路的输入电源的交流电压值和交流电流值进行采集，此外，在PFC电路的输出端还设置有直流母线电压采集单元，以采集PFC输出直流母线电压值，然后由占空比计算模块20依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值之间设定的积分函数关系计算功率开关管的输出占空比；在获取功率开关管的开关频率和输出占空比之后，由驱动模块30依据所述开关频率和输出占空比控制功率开关管周期性地断开或闭合。
本发明的开关管的控制装置100，应用于变速电机或变频空调器的PFC电路，在适用该控制装置进行PFC电路的控制时，通过开关频率设定模块10周期性地采集PFC电路的输入电源的频率，设定功率开关管的开关频率，并由占空比计算模块20依据采集的PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比，然后由驱动模块30通过所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合，该控制装置能够根据不同的输入电源频率控制功率开关管的开关，提高了变速电机或变频空调器的功率因数，使其达到最优的EMI效果。
进一步地，所述开关频率设定模块10设定功率开关管的开关频率时，具体包括：
周期性采集PFC电路的输入电源频率；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fo(x+1)；
若采集到的输入电源频率小于预设最小值Fi1，则设定功率开关管的开关频率为Fo0；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox；
其中，Fo0＜Fox＜Fo(x+1)，Fi1＜Fix＜Fi(x+1)，x≥0。
在本实施例中，开关频率设定模块10设定功率开关管的开关频率的过程，具体如下：
在周期性地采集到输入电源频率之后，可以依据设定的输入电源频率与功率开关管的开关频率的关系设定功率开关管的开关频率，所述若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox的步骤：
将所述输入电源频率按预设最大值Fi(x+1)到预设最小值Fi1分成若干区间，每一区间设定一对应的开关频率Fox；判定采集到的输入电源频率所处的区间，依据其所处的区间获取对应的开关频率Fox。
在采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)时，需要一步一步地判定输入电源频率处于哪一区间范围，进而确定该输入电源频率对应的开关频率，如采集到的输入电源频率既小于预设最大值Fi(x+1)，同时又大于等于预设最小值Fi1，也即采集到的输入电源频率处于预设最小值Fi1与预设最大值Fi(x+1)之间，则需要进一步判定该输入电源频率是否小于第二大的预设值Fix，若否，则该输入电源频率位于(Fix，Fi(x+1))的区间内，此时设定功率开关管的开关频率为Fox，若是，则进一步判断该输入电源频率是否小于第三大的预设值Fi(x－1)，若否，则该输入电源频率位于(Fi(x－1)，Fix)的区间内，此时设定功率开关管的开关频率为Fo(x－1)，若是，则进入下一步的判断，直至该输入电源频率找到合适的区间范围，拾取与之对应的开关频率，完成该周期内对功率开关管的控制，然后在下一周期内重新采集输入电源频率重新进行判断。
进一步地，所述占空比计算模块计算功率开关管的输出占空比时，具体包括：
设定PFC输出直流母线电压值的目标值为Udc_star，计算其与采集到的实际PFC输出直流母线电压值Udc之间的差值Udc_delta；
将所述差值Udc_delta作为第一PI调节器的输入值，设定第一PI调节器的比例系数为Kpu，积分系数为Kiu，则第一PI调节器的输出值为Oudc＝Kpu*Udc_delta+Kiu∫Udc_deltadt；
将PFC电路的输入电源的交流电压值Uac与第一PI调节器的输出值Oudc的乘积Iac_star设定为交流电流值的目标值，计算其与采集到的输入电源的实际交流电流值Iac之间的差值Iac_delta；
将所述差值Iac_delta作为第二PI调节器的输入值，设定第二PI调节器的比例系数为Kpi，积分系数为Kii，则第二PI调节器的输出值为Oiac＝Kpi*Iac_delta+Kii∫Iac_deltadt，设定功率开关管的输出占空比Oica等于Oiac，则Oica＝Kpi*(Iac-Uac*Oudc)+Kii∫(Iac-Uac*Oudc)dt。
在本实施例中，在利用PFC电路中的电流采集单元、电压采集单元及直流母线电压采集单元分别采集到输入电源的交流电流值、交流电压值及PFC输出直流母线电压值后，依据输入电流、输入电压与输出电压的积分关系，首先设定PFC输出直流母线电压值的目标值Udc_star，所述目标值Udc_star的取值范围为0-1000V，如在本实施例中设定Udc_star为380V，接着计算采集到的实际PFC输出直流母线电压值Udc与PFC输出直流母线电压值的目标值Udc_star之间的差值Udc_delta，Udc_delta＝Udc_star–Udc，然后把Udc_delta作为第一PI调节器的输入值，设定第一PI调节器的比例系数(数值范围是0-1000)，Kpu＝100，积分系数(数值范围是0-1000)，Kiu＝10，则第一PI调节器的输出值为Oudc，Oudc＝Kpu*Udc_delta+Kiu∫Udc_deltadt，随后将输入电源的交流电压值Uac与第一PI调节器的输出值Oudc的乘积Iac_star作为输入电源的交流电流的目标电流值，则Iac_star＝Uac*Oudc，计算输入电源的实际交流电流值Iac与Iac_star的差值，
Iac_delta＝Iac–Iac_star，把Iac_delta作为第二PI调节器的输入值，设定第二PI调节器的比例系数(数值范围是0-1000)，Kpi＝200，积分系数(数值范围是0-1000)，Kii＝20，则第二PI调节器的输出值为Oiac，Oiac＝Kpi*Iac_delta+Kii∫Iac_deltadt,设定Oica为功率开关管的输出占空比(数值范围是0-100％)，则Oica＝Kpi*(Iac-Uac*Oudc)+Kii∫(Iac-Uac*Oudc)dt，Oica的取值范围可以达到0.95-0.99。
进一步地，参照图3，所述驱动模块30包括：
计算单元31，根据所述开关频率和输出占空比计算每一开关周期T内功率开关管的闭合时间Ton和断开时间Toff；
驱动单元32，按照每一开关周期T内的闭合时间Ton和断开时间Toff驱动功率开关管闭合或断开；
其中，T＝1/开关频率，Ton＝T*Oica，Toff＝T*(1－Oica)。
在本实施例中，若用f表示功率开关管的开关频率，以Oica表示功率开关管的输出占空比，按照所述开关频率f计算开关周期T＝1/f，然后由计算单元31按照所述开关周期T计算每一开关周期T内功率开关管的开通时间Ton＝T*Oica，计算每一开关周期T内功率开关管的关断时间Toff＝T-T*Oica，最后由驱动单元32按照Ton和Toff控制功率开关管按开通时间Ton和关断时间Toff周期性地断开或闭合，使电感L和电容EC周期性地充电和放电，控制整个PFC电路的输出，进而调节变速电机或变频空调器的压缩机的做功。
本发明还提出一种空调器，该空调器包括如上所述的开关管的控制装置100。
在本实施例中，该空调器包括如上所述的开关管的控制装置100，该控制装置通过控制空调器的PFC电路的开关管周期性地断开或闭合，进而控制PFC电路的输出，具体由开关频率设定模块10周期性地采集PFC电路的输入电源频率，设定功率开关管的开关频率，并由占空比计算模块20依据采集的PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比，然后由驱动模块30通过所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合，该控制装置能够根据不同的输入电源频率控制功率开关管的开关，提高了变频空调器的功率因数，使其达到最优的EMI效果。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (13)

1.一种开关管的控制方法，应用于PFC电路，其特征在于，该开关管的控制方法包括以下步骤：
采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率；
采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比；
依据所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合；
所述采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率的步骤，具体包括：
周期性采集PFC电路的输入电源频率；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fo(x+1)；
若采集到的输入电源频率小于预设最小值Fi1，则设定功率开关管的开关频率为Fo0；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox；
其中，Fo0＜Fox＜Fo(x+1)，Fi1＜Fi(x+1)，x≥0。
2.根据权利要求1所述的开关管的控制方法，其特征在于，所述若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox的步骤，具体包括：
将所述输入电源频率按预设最大值Fi(x+1)到预设最小值Fi1分成若干区间，每一区间设定一对应的开关频率Fox；
判定采集到的输入电源频率所处的区间，依据其所处的区间获取对应的开关频率Fox。
3.根据权利要求1或2所述的开关管的控制方法，其特征在于，所述采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比的步骤，具体包括：
设定PFC输出直流母线电压值的目标值为Udc_star，计算其与采集到的实际PFC输出直流母线电压值Udc之间的差值Udc_delta；
将所述差值Udc_delta作为第一PI调节器的输入值，设定第一PI调节器的比例系数为Kpu，积分系数为Kiu，则第一PI调节器的输出值为Oudc＝Kpu*Udc_delta+Kiu∫Udc_deltadt；
将PFC电路的输入电源的交流电压值Uac与第一PI调节器的输出值Oudc的乘积Iac_star设定为交流电流值的目标值，计算其与采集到的输入电源的实际交流电流值Iac之间的差值Iac_delta；
将所述差值Iac_delta作为第二PI调节器的输入值，设定第二PI调节器的比例系数为Kpi，积分系数为Kii，则第二PI调节器的输出值为Oiac＝Kpi*Iac_delta+Kii∫Iac_deltadt，设定功率开关管的输出占空比Oica等于Oiac，则Oica＝Kpi*(Iac-Uac*Oudc)+Kii∫(Iac-Uac*Oudc)dt。
4.根据权利要求3所述的开关管的控制方法，其特征在于，所述依据所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合的步骤，具体包括：
根据所述开关频率和输出占空比计算每一开关周期T内功率开关管的闭合时间Ton和断开时间Toff；
按照每一开关周期T内的闭合时间Ton和断开时间Toff驱动功率开关管闭合或断开；
其中，T＝1/开关频率，Ton＝T*Oica，Toff＝T*(1－Oica)。
5.根据权利要求1所述的开关管的控制方法，其特征在于，所述输入电源频率为30-400Hz，所述功率开关管的开关频率的设定范围为10-40kHz。
6.根据权利要求3所述的开关管的控制方法，其特征在于，所述Udc_star的取值范围为0-1kv，所述Kpu、Kiu、Kpi及Kii的取值范围均为0-1000。
7.一种开关管的控制装置，应用于PFC电路，其特征在于，该控制装置包括：
开关频率设定模块，采集PFC电路的输入电源频率，并依据所述输入电源频率设定功率开关管的开关频率；
占空比计算模块，采集PFC电路的输入电源的交流电压值、交流电流值、及PFC输出直流母线电压值，并依据所述交流电压值、交流电流值、及直流母线电压值计算功率开关管的输出占空比；
驱动模块，依据所述开关频率和输出占空比驱动功率开关管周期性地断开或闭合；
所述开关频率设定模块设定功率开关管的开关频率时，具体包括：
周期性采集PFC电路的输入电源频率；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fo(x+1)；
若采集到的输入电源频率小于预设最小值Fi1，则设定功率开关管的开关频率为Fo0；
若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox；
其中，Fo0＜Fox＜Fo(x+1)，Fi1＜Fi(x+1)，x≥0。
8.根据权利要求7所述的开关管的控制装置，其特征在于，所述若采集到的输入电源频率大于等于预设最小值Fi1，且小于预设最大值Fi(x+1)，则设定功率开关管的开关频率为Fox，具体包括：
将所述输入电源频率按预设最大值Fi(x+1)到预设最小值Fi1分成若干区间，每一区间设定一对应的开关频率Fox；
判定采集到的输入电源频率所处的区间，依据其所处的区间获取对应的开关频率Fox。
9.根据权利要求7或8所述的开关管的控制装置，其特征在于，所述占空比计算模块计算功率开关管的输出占空比时，具体包括：
设定PFC输出直流母线电压值的目标值为Udc_star，计算其与采集到的实际PFC输出直流母线电压值Udc之间的差值Udc_delta；
将所述差值Udc_delta作为第一PI调节器的输入值，设定第一PI调节器的比例系数为Kpu，积分系数为Kiu，则第一PI调节器的输出值为Oudc＝Kpu*Udc_delta+Kiu∫Udc_deltadt；
将PFC电路的输入电源的交流电压值Uac与第一PI调节器的输出值Oudc的乘积Iac_star设定为交流电流值的目标值，计算其与采集到的输入电源的实际交流电流值Iac之间的差值Iac_delta；
将所述差值Iac_delta作为第二PI调节器的输入值，设定第二PI调节器的比例系数为Kpi，积分系数为Kii，则第二PI调节器的输出值为Oiac＝Kpi*Iac_delta+Kii∫Iac_deltadt，设定功率开关管的输出占空比Oica等于Oiac，则Oica＝Kpi*(Iac-Uac*Oudc)+Kii∫(Iac-Uac*Oudc)dt。
10.根据权利要求9所述的开关管的控制装置，其特征在于，所述驱动模块包括：
计算单元，根据所述开关频率和输出占空比计算每一开关周期T内功率开关管的闭合时间Ton和断开时间Toff；
驱动单元，按照每一开关周期T内的闭合时间Ton和断开时间Toff驱动功率开关管闭合或断开；
其中，T＝1/开关频率，Ton＝T*Oica，Toff＝T*(1－Oica)。
11.根据权利要求7或8所述的开关管的控制装置，其特征在于，所述输入电源频率为30-400Hz，所述功率开关管的开关频率的设定范围为10-40kHz。
12.根据权利要求9所述的开关管的控制装置，其特征在于，所述Udc_star的取值范围为0-1kv，所述Kpu、Kiu、Kpi及Kii的取值范围均为0-1000。
13.一种空调器，其特征在于，该空调器包括如权利要求7-12任一项所述的开关管的控制装置。
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