CN108847803B - 变频控制电路、变频空调器控制电路及变频空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变频控制电路、变频空调器控制电路及变频空调器，通过在交流输入侧设置开关模块、交流电压检测模块，在直流侧设置对滤波模块充电电压的直流电压检测模块，MCU以此根据交流电压检测模块检测的交流电压VC和直流电压检测模块检测的直流电压值VD控制开关模块的开关状态切换，以此控制对直流侧的滤波模块进行充电，并控制VC‑VD低于预设电压值ΔV，以此保证充电回路中充电电流在安全值以下，避免对充电回路中器件冲击，同时相对现有的需要单独设置用于对滤波模块充电进行限流的PTC电阻和继电器，可以省掉PTC电阻，以此节省了整个变频控制电路的体积并降低了成本。

Description

变频控制电路、变频空调器控制电路及变频空调器

技术领域

本发明涉及变频控制领域，尤其涉及一种变频控制电路、变频空调器控制电路及变频空调器。

背景技术

目前变频可控制电路，如应用于变频负载的家电如变频家用空调器，其负载为变频压缩机、直流电机等，由于负载功率大，因此需要大容量的高压电解电容进行滤波供电，由于此电容容量很大如超过800uF以上，因此对其充电时电流很大，为了防止充电电流过大，一般在交流输入侧串联一个PTC电阻同时并联一个继电器，在充电时继电器断开，通过PTC给电解电容充电，充电完成后继电器再断开，以此需要增加一个大功率的PTC电阻，占用了整个控制电路的体积。进一步的当应用在家用空调器的变频控制电路上时，其室内机控制电路上有一个主继电器控制给室外供交流电，而室外机控制电路需要单独设置一个上述的继电器和PTC电阻，以此占用了室外电路板的体积并增加了成本。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种变频控制电路，旨在解决由于需要单独设置给电解电容充电的PTC电阻因此带来占用体积和增加成本问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种变频控制电路，所述变频控制电路包括开关模块、交流电压检测模块、MCU、整流模块、滤波模块、直流电压检测模块和负载；

所述交流电压检测模块并联在交流输入侧，用于检测交流电源的交流电压值VC；

所述整流模块输入端连接交流电源，将输入的交流电转换成脉动直流电；并经所述滤波模块输出平滑的直流电，以为与所述滤波模块连接的负载工作供电；

所述直流电压检测模块与所述滤波模块连接，用于检测所述滤波模块输出的直流电压值VD；

所述开关模块串联在所述交流输入侧，所述MCU根据所述交流电压值和所示直流电压值控制所述开关模块的开关状态切换以对所述滤波模块进行充电，以使得所述交流电压值VC和所述直流电压值VD的差值VC-VD低于预设电压值ΔV。

优选的，所述MCU根据所述交流电压值和所述直流电压值控制所述开关模块的开关状态切换以对所述滤波模块进行充电包括：

所述MCU根据所述交流电压值检测交流电压的过零信号值；

在检测到所述过零信号值的1/4交流周期内，所述MCU控制所述开关模块首次开通以对所述滤波模块进行充电，并在该1/4交流周期内当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD>ΔV时，控制所述开关模块关闭以断开对所述滤波模块充电。

优选的，在MCU控制所述开关模块首次开通以对所述滤波模块进行充电之后，所述MCU根据所述交流电压值和所述直流电压值控制所述开关模块的开关状态切换以对滤波模块进行充电还包括：

在接下来检测到所述交流电压值超过峰值的1/4交流周期内，当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD≤ΔV时，控制所述开关模块开通以对所述滤波模块进行充电。

优选的，在所述交流电压值超过峰值的1/4交流周期内，当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD≤ΔV时，控制所述开关模块开通以对所述滤波模块进行充电之后，所述MCU根据所述交流电压值和所述直流电压值控制所述开关模块的开关状态切换以对滤波模块进行充电还包括：

在接下来检测到过零信号开始的1/4交流周期内，当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD>ΔV时，控制所述开关模块关闭以断开对所述滤波模块充电。

优选的，所述变频控制电路还包括PFC模块；

所述PFC模块连接在所述整流模块和所述滤波模块之间，对整流模块输出的脉动直流电进行功率因素校正。

优选的，所述变频控制电路还包括PFC驱动模块；

所述PFC驱动模块输出端连接所述PFC模块，所述PFC驱动模块输入端连接所述MCU，以在所述MCU控制下驱动所述PFC模块工作。

优选的，所述直流电压检测模块包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻和第二电阻以及第三电阻相互串联，所述第一电阻一端连接所述滤波模块输出正极，所述第三电阻与所述第二电阻连接端为直流电压检测模块输出端，所述第三电阻另一端接地。

为实现上述目的，本发明还提供一种变频空调器控制电路，所述变频空调器控制电路包括所述的变频控制电路。

优选的，所述变频空调器控制电路还包括室内电流环通讯控制电路和室外电流环通讯控制电路以及室外侧MCU；

所述开关模块、交流电压检测模块、MCU以及室内电流环通讯控制电路设置在室内机侧，所述整流模块、直流电压检测模块、PFC模块、滤波模块和负载以及所述室外侧MCU设置在所述室外机侧。

为实现上述目的，本发明还提供一种变频空调器，所述变频空调器包括所述的变频空调器控制电路。

本发明的变频控制电路，通过在交流输入侧设置开关模块、交流电压检测模块，在直流侧设置对滤波模块充电电压的直流电压检测模块，MCU以此根据交流电压检测模块检测的交流电压VC和直流电压检测模块检测的直流电压值VD控制开关模块的开关状态切换，以此控制对直流侧的滤波模块进行充电，并控制VC-VD低于预设电压值ΔV，以此保证充电回路中充电电流在安全值以下，避免对充电回路中器件冲击，同时相对现有的需要单独设置用于对滤波模块充电进行限流的PTC电阻和继电器，可以省掉PTC电阻，以此节省了整个变频控制电路的体积并降低了成本。

附图说明

图1为本发明变频控制电路第一实施例的电路结构示意图；

图2为第一实施例中交流电压VC和直流电压VD波形示意图；

图3为本发明变频控制电路第二实施例的电路结构示意图；

图4为本发明变频空调器控制电路的电路结构示意图。

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出一种变频控制电路，该变频控制电路可应用在需要变频控制的家用电器如变频空调、变频冰箱或者洗衣机等家电控制器上，实现对变频压缩机、直流电机等负载进行驱动。如图1所示，该变频控制电路包括开关模块10、交流电压检测模块20、MCU30、整流模块50、滤波模块60、直流电压检测模块70和负载80；

交流电压检测模块20并联在交流输入侧，用于检测交流电源的交流电压值VC；具体的，交流电压检测模块20主要由电压比较器IC8和与之连接的周边电阻以及降压电阻R8、R9组成，比较器IC8具体包含两个比较器，比较器B组成跟随型电路，其输出端电压VREF与同相输入端VCC相同，VREF加载在比较器A的同相输入端，与加载在反相输入端的交流电压经降压的电压进行比较，通过VREF的加载，将交流电压的零电压基准提升，最后得到与交流电压一致其电压变化在零电压以上的电压信号，输入到MCU30中。

整流模块50输入端连接交流电源，将输入的交流电转换成脉动直流电；并经滤波模块60输出平滑的直流电，以为与滤波模块60连接的负载80工作供电；具体的，整流模块主要由整流桥堆BR1组成，将输入的交流电转换成直流电。

滤波模块60由大容量的高压电解电容E1、E2组成，其单个容量超过400uF，将整流模块50输出的直流电进行滤波，输出平滑的直流母线电压达到310V左右，以为后面连接的负载80供电。这里的负载80为通过上述直流母线电压供电的负载，如驱动压缩机的IPM模块和压缩机，或者直流电机等负载。

直流电压检测模块70与滤波模块60连接，用于检测滤波模块60输出的直流电压值VD；具体的，直流电压检测模块70主要由起降压作用的第一电阻R4、第二电阻R5和第三电阻R7进行分压，最后在第三电阻R7上得到代表直流电压的低压经限流作用的第四电阻R6输出到MCU30中，二极管D3起钳位作用。

开关模块10串联在交流输入侧，MCU30根据交流电压值和所示直流电压值控制开关模块10的开关状态切换以对滤波模块60进行充电，以使得交流电压值VC和所示直流电压值VD的差值VC-VD低于预设电压值ΔV。具体的，开关模块10在图1中主要由继电器RY1组成，并进一步与开关驱动模块40连接，开关驱动模块40主要由第一三极管Q1组成，其输入端连接MCU30，通过MCU30输出高低电平信号，控制开关驱动模块40驱动开关模块10的开关状态切换。

当MCU30控制开关模块10开通对滤波模块60进行充电时，其充电电流经继电器RY1、共模电感L2、整流桥堆BR1对电解电容E1和E2充电，此时经过的上述器件中主要阻值为共模电感L2，因此在充电时输入的交流输入电压的瞬时值VC和电解电容E1和E2上的电压VD之差压降ΔV主要落在共模电感L2上，为了使得回路中充电电流低于其流经器件的承受电流值，如在图1中，其回路中主要考虑整流桥堆BR1的承受最大的冲击电流，例如当其器件承受最大的冲击电流为80A时，可以选择其可承受的安全阀值电流为20A，此时根据共模电感L2电阻和上述安全阀值电流即可估算出预设电压值ΔV，而在充电时，根据实时检测到的交流输入电压的瞬时值VC和电解电容E1和E2上的电压VD之差值，并控制此差值低于预设电压值ΔV即可控制上述回路中的充电电流在安全阀值电流之下，以此避免了对电解电容E1和E2进行充电时大的电流对整流桥堆BR1冲击导致其过流损坏。

具体的，MCU30根据交流电压值和所示直流电压值控制开关模块10的开关状态切换以对滤波模块60进行充电包括：

MCU30根据交流电压值检测交流电压的过零信号值；

在检测到过零信号值的1/4交流周期内，MCU30控制开关模块10首次开通以对滤波模块60进行充电，并在该1/4交流周期内当交流电压值和直流电压值VD的差值VC-VD>ΔV时，控制开关模块10关闭以断开对滤波模块60充电。

具体在对滤波模块60的电解电容E1、E2充电时，交流电压VC和直流电压VD的波形如图2所示，由于根据检测的交流电压值即可确定过零信号值，当MCU30控制继电器RY1首次开通时给电解电容E1、E2充电时，此时选择在交流电压的过零点处开通，其充电的电流也从过零点开始从零增加，电解电容E1、E2上的直流电压VD开始增加，并在该交流周期的1/4周期内当检测到交流电压值VC与直流电压VD超过预设电压值ΔV时，则控制继电器RY1关断，以避免此时充电回路中电流过大损坏回路中的整流桥堆BR1。

例如当共模电感L2的阻值为400mΩ时，如果安全阀值电流为20A，此时可计算出预设电压值ΔV为20*0.4＝8V，则当VC-VD>8V时，控制继电器RY1关闭，如图2中的a点时刻。

进一步的，在上述MCU30控制开关模块10首次开通以对滤波模块60进行充电之后，MCU30根据交流电压值和直流电压值控制开关模块10的开关状态切换以对滤波模块60进行充电还包括：

在检测到交流电压值超过峰值的1/4交流周期内，当交流电压值和直流电压值VD的差值VC-VD≤ΔV时，控制开关模块10开通以对滤波模块60进行充电。

如图2中，在接下来的交流第一周期的1/4T-1/2T内，由于交流电压VC变化为下降趋势，当下降到VC-VD≤8V时，即图中的b点时刻，控制继电器RY1开通，此时继续对电解电容E1、E2充电，随着交流电压VC的降低，其充电电流也随之下降，共模电感L2上的电压随着下降，电解电容E1、E2上的电压VD上升，当共模电感L2上的电压与电解电容E1、E2上的电压VD之和与交流电压VC相等时，充电自动停止。

进一步的，在交流电压值超过峰值的1/4交流周期内，当交流电压值和直流电压值VD的差值VC-VD≤ΔV时，控制开关模块10开通以对滤波模块60进行充电之后，MCU根据交流电压值和所示直流电压值控制开关模块10的开关状态切换以对滤波模块60进行充电还包括：

在接下来检测到过零信号开始的1/4交流周期内，当交流电压值和直流电压值VD的差值VC-VD>ΔV时，控制开关模块10关闭以断开对滤波模块60充电。

如图2中，在接下来的交流第一周期的1/2T-3/4T内，由于交流电压VC变化为上升趋势，当交流电压VC从过零点开始上升到其电压大于电解电容E1、E2上的电压VD时，自动开始对其充电，由于交流电压上升，充电电流开始上升，共模电感L2上的电压随着上升，当上升到VC-VD>8V时，控制继电器RY1关断，断开对电解电容E1、E2的充电，放在充电电流过高损坏充电回路中的器件如整流桥堆BR1。

而在以后的交流周期如3/4T-T，其充电过程与1/4T-1/2T控制相同，后续的周期与第一周期T相同。当电解电容E1、E2上的电压VD充电上升到接近交流电压VC时，则表示其充电已经基本充满。其充满的时刻需根据电解电容的容量和充电回路中共模电感L2上的阻值不同而不同，电解电容的容量大时，充电时间会长，可能经过几个交流周期才充满，而电解电容的容量小时，充电时间短，可能只需要一个交流周期即可充满。

值得说明的是，上述开关模块10的开关器件为继电器时，由于继电器的开关触点的吸合存在延迟时间，因此从MCU30发出控制信号到继电器吸合存在延迟时间如1-2ms，此时在控制继电器对上述电解电容E1、E2充电时需要考虑此延迟时间，但如果是其他开关器件是MOS管或者IGBT管时，由于这些开关器件开关速度快，几乎不存在切换延迟，因此可以准确控制开关模块10的开关时刻。

本发明的变频控制电路，通过在交流输入侧设置开关模块、交流电压检测模块，在直流侧设置对滤波模块充电电压的直流电压检测模块，MCU以此根据交流电压检测模块检测的交流电压VC和直流电压检测模块检测的直流电压值VD控制开关模块的开关状态切换，以此控制对直流侧的滤波模块进行充电，并控制VC-VD低于预设电压值ΔV，以此保证充电回路中充电电流在安全值以下，避免对充电回路中器件冲击，同时相对现有的需要单独设置用于对滤波模块充电进行限流的PTC电阻和继电器，可以省掉PTC电阻，以此节省了整个变频控制电路的体积并降低了成本。

进一步的，基于本发明变频控制电路第一实施例，本发明变频控制电路第二实施例中，如图3所示，变频控制电路还包括PFC模块90，PFC模块90连接在整流模块50和滤波模块60之间，对整流模块50输出的脉动直流电进行功率因素校正。如图2所示，该PFC模块90主要由电感器L1、IGBT管Q2和快速恢复二极管D2组成，并可进一步包括PFC驱动模块A0，通过MCU30控制PFC驱动模块A0对IGBT管Q2的开关状态进行切换，以实现功率因素校正。

本发明还提出一种变频空调器控制电路，该变频空调器控制电路包括上述的变频控制电路，具体的如图4所示，包括室内电流环通讯控制电路D0和室外电流环通讯控制电路E0以及室外侧MCUB0；

开关模块10、交流电压检测模块20、MCU30以及室内电流环通讯控制电路D0设置在室内机侧，整流模块50、PFC模块90、直流电压检测模块70、滤波模块60和负载80以及室外侧MCUB0设置在室外机侧。

该变频空调器控制电路在应用上述的变频控制电路时，增加室内和室外的电流环通讯电路和室外侧的MCU，此时室内机和室外机的控制电路通过电流环进行通讯，开关模块10为设置在室内控制电路上对室外侧电源进行控制的总开关，其兼起到控制对室外侧的滤波模块60进行充电的开关作用。

通过本发明的变频空调器控制电路，相对现有的变频空调器控制电路，减少了设置在室外侧控制电路上的，单独用于对滤波模块60限制充电电流的继电器开关和PTC电阻，以此节省了室外侧控制电路板体积，并降低了成本。

本发明还提出一种变频空调器，包括上述的变频空调器控制电路。

在本说明书的描述中，参考术语“第一实施例”、“第二实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置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、方法、装置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。

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 (7)

1.一种变频控制电路，其特征在于，所述变频控制电路包括开关模块、交流电压检测模块、MCU、整流模块、滤波模块、直流电压检测模块和负载；

所述交流电压检测模块并联在交流输入侧，用于检测交流电源的交流电压值VC；

所述整流模块输入端连接交流电源，将输入的交流电转换成脉动直流电；并经所述滤波模块输出平滑的直流电，以为与所述滤波模块连接的负载工作供电；

所述直流电压检测模块与所述滤波模块连接，用于检测所述滤波模块输出的直流电压值VD；

所述开关模块串联在所述交流输入侧，所述MCU根据所述交流电压值和所述直流电压值控制所述开关模块的开关状态切换以对所述滤波模块进行充电，以使得所述交流电压值VC和所述直流电压值VD的差值VC-VD低于预设电压值ΔV；

所述MCU根据所述交流电压值和所述直流电压值控制所述开关模块的开关状态切换以对所述滤波模块进行充电包括：

所述MCU根据所述交流电压值检测交流电压的过零信号值；

在检测到所述过零信号值的1/4交流周期内，所述MCU控制所述开关模块首次开通以对所述滤波模块进行充电，并在该1/4交流周期内当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD>ΔV时，控制所述开关模块关闭以断开对所述滤波模块充电；

在MCU控制所述开关模块首次开通以对所述滤波模块进行充电之后，所述MCU根据所述交流电压值和所述直流电压值控制所述开关模块的开关状态切换以对滤波模块进行充电还包括：

在接下来检测1/4-1/2交流周期内，当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD≤ΔV时，控制所述开关模块开通以对所述滤波模块进行充电；

在所述交流电的1/4-1/2交流周期内，当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD≤ΔV时，控制所述开关模块开通以对所述滤波模块进行充电之后，所述MCU根据所述交流电压值和所述直流电压值控制所述开关模块的开关状态切换以对滤波模块进行充电还包括：

在接下来检测到过零信号开始的1/2-3/4交流周期内，当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD>ΔV时，控制所述开关模块关闭以断开对所述滤波模块充电；

在接下来检测到过零信号开始的3/4-1交流周期内，当所述交流电压值和所述直流电压值VD的差值VC-VD≤ΔV时，控制所述开关模块开通以对所述滤波模块进行充电。

2.如权利要求1所述的变频控制电路，其特征在于，所述变频控制电路还包括PFC模块；

所述PFC模块连接在所述整流模块和所述滤波模块之间，对整流模块输出的脉动直流电进行功率因素校正。

3.如权利要求2所述的变频控制电路，其特征在于，所述变频控制电路还包括PFC驱动模块；

所述PFC驱动模块输出端连接所述PFC模块，所述PFC驱动模块输入端连接所述MCU，以在所述MCU控制下驱动所述PFC模块工作。

4.如权利要求1所述的变频控制电路，其特征在于，所述直流电压检测模块包括第一电阻、第二电阻和第三电阻；

所述第一电阻和第二电阻以及第三电阻相互串联，所述第一电阻一端连接所述滤波模块输出正极，所述第三电阻与所述第二电阻连接端为直流电压检测模块输出端，所述第三电阻另一端接地。

5.一种变频空调器控制电路，其特征在于，所述变频空调器控制电路包括如权利要求1至4任一项所述的变频控制电路。

6.如权利要求5所述的变频空调器控制电路，其特征在于，所述变频空调器控制电路还包括室内电流环通讯控制电路和室外电流环通讯控制电路以及室外侧MCU；

所述开关模块、交流电压检测模块、MCU以及室内电流环通讯控制电路设置在室内机侧，所述整流模块、直流电压检测模块、PFC模块、滤波模块和负载以及所述室外侧MCU设置在室外机侧。

7.一种变频空调器，其特征在于，所述变频空调器包括如权利要求5或6所述的变频空调器控制电路。

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