CN109196769A - 用于驱动压缩机和冷凝器风扇的电动机的基于降压转换器的驱动电路 - Google Patents

用于驱动压缩机和冷凝器风扇的电动机的基于降压转换器的驱动电路 Download PDF

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Abstract

提供了驱动电路，该驱动电路包括整流电路、降压转换器、第一逆变器和第二逆变器。整流电路被配置成对第一AC电压信号进行整流以生成经整流的电压信号。降压转换器被配置成将经整流的电压信号下变频为DC电压信号，其中，DC电压信号被供应给DC母线。第一逆变器被配置成将DC电压信号转换成第二AC电压信号并且将第二AC电压信号供应给压缩机电动机。第二逆变器被配置成将DC电压信号转换成第三AC电压信号并且将第三AC电压信号供应给冷凝器风扇电动机。第二AC电压信号和第三AC电压信号的峰值电压小于第一AC电压信号的峰值电压。

Description

用于驱动压缩机和冷凝器风扇的电动机的基于降压转换器的 驱动电路
相关申请的交叉引用
本申请是下述申请的PCT国际申请：于2017年4月13日提交的美国申请第15/487,151号、于2017年4月13日提交的美国申请第15/487,175号以及于2017年4月13日提交的美国申请第15/487,226号。本申请要求下述申请的较早申请日和优先权的权益：于2016年4月15日提交的美国临时申请第62/323,498号、于2016年4月15日提交的美国临时申请第62/323,505号、于2016年4月15日提交的美国临时申请第62/323,607号、于2016年9月23日提交的美国临时申请第62/398,641号以及于2016年9月23日提交的美国临时申请第62/398,658号。以上引用的申请的全部公开内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开内容涉及用于显示关于压缩机系统操作的消息的系统。
背景技术
本文中提供的背景描述的目的是为了总体上呈现本公开内容的背景。就本背景技术部分中描述的工作的程度而言，目前署名的发明人的工作以及在提交时可以不另外被限定作为现有技术的描述的方面既没有明确地也没有隐含地被承认为针对本公开内容的现有技术。
压缩机被广泛用于工业和住宅应用，包括但不限于加热、通风和空调(HVAC)系统。电动机用于对压缩机的元件进行供电或致动。用于控制压缩机的电动机的运行的控制系统可以包括驱动器。驱动器可以包括：功率因数校正(PFC)电路；滤波器，例如电磁干扰(EMI)滤波器和直流滤波器；逆变器电源电路；处理器；以及其他电路部件。
压缩机的驱动器可以包括整流器，该整流器例如将经由公用设施电源通过电力线接收的交流(AC)电力转换成在DC母线处接收的直流(DC)电压。DC母线将DC电压提供给逆变器。逆变器将DC电压转换成供应给压缩机的AC电压。冷凝器风扇电动机可以(i)连接到为驱动器提供电力的电力线，(ii)经由风扇逆变器连接到DC母线，DC母线连接到PFC电路的输出端，或者(iii)连接到被连接到压缩机并且为压缩机供应电力的电力线。电力线和DC母线可以处于高电压电位。例如，公用设施电力线可以处于575VAC，DC母线可以处于810VDC。因此，冷凝器风扇电动机的额定电压为575VAC。通常，冷凝器风扇电动机与向驱动器供电的电力线的额定AC电压相同。通常，冷凝器风扇电动机的AC电压额定值越高，冷凝器风扇电动机就越专业化和/或越昂贵。
发明内容
提供了一种驱动电路，该驱动电路包括整流电路、降压转换器、第一逆变器和第二逆变器。整流电路被配置成对第一AC电压信号进行整流以生成经整流的电压信号。降压转换器被配置成将经整流的电压信号下变频为DC电压信号，其中，DC电压信号被供应给DC母线。第一逆变器被配置成将DC电压信号转换成第二AC电压信号并且将第二AC电压信号供应给压缩机电动机。第二逆变器被配置成将DC电压信号转换成第三AC电压信号并且将第三AC电压信号供应给冷凝器风扇电动机。第二AC电压信号和第三AC电压信号的峰值电压小于第一AC电压信号的峰值电压。
在其他特征中，驱动电路包括整流电路、降压转换器、第一逆变器和冷凝器风扇电动机。整流电路被配置成对第一AC电压信号进行整流以生成经整流的电压信号。降压转换器被配置成将经整流的电压信号下变频为第一直流(DC)电压信号，其中，第一DC电压信号被供应给DC母线。第一逆变器被配置成将第一DC电压信号转换成第二AC电压信号并且将第二AC电压信号供应给压缩机电动机。冷凝器风扇电动机组件被配置成接收第一DC电压信号并且进行以下中的一个：将第一DC电压信号转换成第三AC电压信号，并且将第三AC电压信号供应给冷凝器风扇电动机；脉动(pulse)第一DC电压信号并且将脉动第一DC电压信号供应给冷凝器风扇电动机；将第一DC电压信号转换成第二DC电压信号，并且将脉动形式的第二DC电压信号供应给冷凝器风扇电动机。
在其他特征中，提供了一种驱动电路，该驱动电路包括整流电路、降压转换器和第一逆变器。整流电路被配置成对第一AC电压信号进行整流以生成经整流的电压信号。降压转换器被配置成将经整流的电压信号下变频为DC电压信号，其中，DC电压信号被供应给DC母线。第一逆变器被配置成将DC电压信号转换成第二AC电压信号，并且将第二AC电压信号供应给压缩机电动机和冷凝器风扇电动机。第二AC电压信号的峰值电压小于第一AC电压信号的峰值电压。
根据详细的说明书、权利要求书和附图，本公开内容的其他应用领域将变得明显。详细描述和具体示例仅用于说明的目的，而不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
图1是示例制冷系统的功能框图。
图2是图1的压缩机电动机驱动器的示例实现方式的框图。
图3A是图2的功率因数校正(PFC)电路的示例实现方式的框图。
图3B是图2的PFC电路的另一示例实现方式的框图。
图4是根据本公开内容的实施方式的包括降压转换器的多相驱动器的PFC电路和逆变器电源电路的部分的示例的示意性框图。
图5是根据本公开内容的实施方式的PFC开关控制模块的示例的功能框图。
图6是根据本公开内容的另一实施方式的驱动器的逆变器电源电路的部分的示例的示意性框图。
图7是根据本公开内容的实施方式的包括降压转换器的单相驱动器的PFC电路和逆变器电源电路的部分的示例的示意性框图。
图8是示出根据本公开内容的实施方式的操作图4的多相驱动器的示例方法的流程图。
在附图中，附图标记可以被重复使用以标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
制冷系统包括驱动器、压缩机和冷凝器风扇电动机。驱动器经由电力线从公用设施电源接收电力，并且将电力供应给压缩机。冷凝器风扇电动机可以从向驱动器供应电力的电力线接收电力或者直接从驱动器接收电力。冷凝器风扇电动机的额定电压可以为电力线上的AC电压。如果该AC电压为高(例如，575VAC)，则由于需要高压额定绕组并且满足高压对地绝缘要求，冷凝器风扇电动机的成本也很高。这些类型的冷凝器风扇电动机通常以小批量生产，这进一步增加了冷凝器风扇电动机的成本。
为了使冷凝器风扇电动机的成本最小化，可以通过经由变压器将冷凝器风扇电动机连接到向驱动器供应电力的电力线，来降低冷凝器风扇电动机所需的峰值电压额定值。变压器将向驱动器供应电力的电力线的第一AC电压(例如，575VAC或600VAC)进行下变频，以提供第二AC电压(例如，480VAC或230VAC)，然后可以将第二AC电压提供给冷凝器风扇电动机。虽然这降低了冷凝器风扇电动机的峰值电压要求和成本，但是由于使用变压器而增加了成本。而且，执行所述下变频的变压器可能大且重。
本文中所述的压缩机驱动器和对应的电路包括使用降压转换器来降低冷凝器风扇电动机的峰值电压要求。降压转换器降低冷凝器风扇电动机接收的峰值电压，并且提供可以在运行期间调节的输出电压。所公开的实施方式适用于AC电动机、DC电动机、感应电动机、永磁电动机、单相电动机、三相电动机和/或其他类型的冷凝器风扇电动机。
制冷系统
图1是包括压缩机102、冷凝器104、膨胀阀106和蒸发器108的示例制冷系统100的功能框图。根据本公开内容的原理，制冷系统100可以包括附加的和/或替选的部件如换向阀或过滤干燥器。此外，本公开内容适用于其他类型的制冷系统，包括但不限于加热、通风和空调(HVAC)系统、热泵系统、制冷系统和冷却系统。
压缩机102接收蒸汽形式的制冷剂并且压缩制冷剂。压缩机102将蒸汽形式的加压制冷剂提供给冷凝器104。压缩机102包括驱动泵的电动机(或压缩机电动机)。仅作为示例，压缩机102的泵可以包括涡旋式压缩机和/或往复式压缩机。
经加压的制冷剂的全部或部分在冷凝器104内被转换成液体形式。冷凝器104将热量从制冷剂传递出去，从而使制冷剂冷却。当制冷剂蒸汽被冷却到低于饱和温度的温度时，制冷剂转变成液态(或液化的)制冷剂。冷凝器104可以包括电风扇，该电风扇会增加使热量离开制冷剂的热传递速率。
冷凝器104经由膨胀阀106将制冷剂提供给蒸发器108。膨胀阀106控制将制冷剂供应到蒸发器108的流速。膨胀阀106可以包括恒温膨胀阀或者可以由例如系统控制器130进行电控制。由膨胀阀106引起的压降可以使一部分液化制冷剂转变回蒸汽形式。以这种方式，蒸发器108可以接收制冷剂蒸汽和液化制冷剂的混合物。
制冷剂在蒸发器108中吸收热量。当被加热到大于制冷剂的饱和温度的温度时，液态制冷剂转变成蒸汽形式。蒸发器108可以包括电风扇，该电风扇增加制冷剂的热传递速率。
公用设施120向制冷系统100提供电力。仅作为示例，公用设施120可以提供大约230伏特均方根(VRMS)的单相交流(AC)电力。在其他实现方式中，公用设施120可以以例如50Hz或者60Hz的线频率提供大约400VRMS、480VRMS或者600VRMS的三相AC电力。当三相AC电力标称值为600VRMS时，电力的实际可用电压可能为575VRMS。
公用设施120可以经由AC线路向系统控制器130提供AC电力，该AC线路包括两个或更多个导体。还可以经由AC线路将AC电力提供给驱动器132。系统控制器130控制制冷系统100。仅作为示例，系统控制器130可以基于由各种传感器(未示出)测量的参数和/或用户输入来控制制冷系统100。传感器可以包括压力传感器、温度传感器、电流传感器、电压传感器等。通过串行数据总线或其他合适的数据总线，传感器还可以包括来自驱动控制的反馈信息，例如电动机电流或扭矩。
用户接口134向系统控制器130提供用户输入。用户接口134可以附加地或者替选地将用户输入直接提供给驱动器132。用户输入可以包括例如期望温度、关于运行风扇的请求(例如，连续运行蒸发器风扇的请求)和/或其他合适的输入。用户接口134可以采用恒温器的形式，并且系统控制器的一些或全部功能(包括例如致动热源)可以被结合到恒温器中。
系统控制器130可以控制冷凝器104的风扇、蒸发器108的风扇和膨胀阀106的操作。驱动器132可以基于来自系统控制器130的命令来控制压缩机102。仅作为示例，系统控制器130可以指示驱动器132以一定速度运行压缩机102的电动机或者以一定的容量运行压缩机102。在各种实现方式中，驱动器132还可以控制冷凝器风扇。
热敏电阻140热耦接到离开压缩机102的用于将制冷剂蒸汽输送到冷凝器104的制冷剂管线。因此，热敏电阻140的可变电阻随着压缩机102的排放管线温度(DLT)而变化。如更详细地描述的那样，驱动器132监测热敏电阻140的电阻以确定离开压缩机102的制冷剂的温度。
DLT可以用于例如通过改变压缩机102的容量来控制压缩机102，并且还可以用于检测故障。例如，如果DLT超过阈值，则驱动器132可以使压缩机102断电以防止损坏压缩机102。
驱动器
在图2中，驱动器132的示例实现方式包括电磁干扰(EMI)滤波器与保护电路204，其从AC线路接收电力。EMI滤波器与保护电路204减小可能以其他方式从驱动器132注回到AC线路上的EMI。EMI滤波器与保护电路204还可以去除或减小来自AC线路的EMI。此外，EMI滤波器与保护电路204防止例如可能由闪电引起的电涌和/或其他类型的电涌和电压骤降。
充电电路208控制从EMI滤波器与保护电路204供应给功率因数校正(PFC)电路212的电力。例如，当驱动器132初始上电时，充电电路208可以将电阻串联在EMI滤波器与保护电路204与PFC电路212之间，以减小电流涌入的量。这些电流或功率尖峰可能导致各种部件过早失效。
在初始充电完成之后，充电电路208可以闭合用于旁路限流电阻器的继电器。例如，控制模块220可以向充电电路208内的继电器提供继电器控制信号。在各种实现方式中，控制模块220可以在启动后的预定时间段之后或者基于指示充电接近完成的闭环反馈使继电器控制信号有效以旁路限流电阻器。
PFC电路212在输入的AC与生成的DC之间提供功率因数校正。功率因数指示电路中的电流与电压之间的关系，或者与存储并与返回到电源的无功功率相比，电路有效地使用的有功功率如何。功率因数可以被表达为零与一之间的值。功率因数可以等于电路消耗的实际电功率相对于电路的电流和电压的均方根(RMS)值的乘积的比率。随着该比率的增大，功率因数接近于1。PFC电路可以实现成增大驱动器的功率因数，从而与电路存储并返回到电源的无功功率的量相比，增加电路使用的有功功率的量。
PFC电路212将输入的AC电力转换成DC电力。PFC电路212可以不限于PFC功能——例如，PFC电路212还可以执行电压转换功能，例如用作升压电路和/或降压电路。在一些实现方式中，PFC电路212可以由非PFC电压转换器替换。DC电源可以具有电压纹波，该电压纹波由滤波器电容224减小。滤波器电容224可以包括一个或更多个电容器，所述一个或更多个电容器并联布置并且连接到DC母线。PFC电路212可以尝试以与输入电压的正弦模式匹配的正弦模式从AC线路汲取电流。当正弦波对准时，功率因数接近于一，这代表AC线路上的最高效率和最低要求负荷。
PFC电路212包括一个或更多个开关，所述一个或更多个开关由控制模块220使用被标记为电力开关控制的一个或更多个信号来控制。控制模块220基于DC母线的测量电压、PFC电路212中的测量电流、AC线路电压，PFC电路212的一个或更多个温度以及PFC电路212中的电力开关的测量状态来确定电力开关控制信号。虽然提供了使用测量值的示例，但是控制模块220可以基于DC母线的估计电压、PFC电路212中的估计电流、估计的AC线路电压、PFC电路212的一个或更多个估计温度和/或PFC电路212中的电力开关的估计或预期状态来确定电力开关控制信号。在各种实现方式中，在EMI滤波器与保护电路204之后但是在充电电路208之前测量或估计AC线路电压。
控制模块220由DC-DC电源228供电，DC-DC电源228提供适合于控制模块220的逻辑的电压，例如3.3伏、2.5伏等。DC-DC电源228还可以提供用于操作逆变器电源电路232和PFC电路212的开关的DC电力。仅作为示例，该电压可以是比数字逻辑更高的电压，作为一个示例为15伏。
逆变器电源电路232还接收来自控制模块220的电力开关控制信号。响应于电力开关控制信号，逆变器电源电路232内的开关使电流流入压缩机102的电动机236的相应绕组中。控制模块220可以接收对电动机236的每个绕组或者逆变器电源电路232的每个支路的电动机电流的测量或估计。控制模块220还可以从逆变器电源电路232接收温度指示。
仅作为示例，从逆变器电源电路232接收的温度和从PFC电路212接收的温度仅用于故障目的。换言之，一旦温度超过预定阈值，就宣告故障，并且驱动器132或者断电或者以减小的容量操作。例如，驱动器132可以以减小的容量操作，并且如果温度没有以预定速率降低，则驱动器132转换到关闭状态。
控制模块220还可以使用热敏电阻140从压缩机102接收排放管线温度的指示。隔离电路260可以将热敏电阻140的电阻的脉宽调制表示提供给控制模块220。隔离电路260可以包括电隔离，使得在热敏电阻140和控制模块220之间不存在电连接。
隔离电路260还可以接收指示故障的保护输入，例如高压力截止或者低压力截止，其中压力是指制冷剂压力。如果任何保护输入指示故障，并且在一些实现方式中，如果任何保护输入变得与隔离电路260断开，则隔离电路260停止将PWM温度信号发送到控制模块220。因此，控制模块220可以从PWM信号的缺失来推断已经接收到保护输入。作为响应，控制模块220可以关闭驱动器132。
控制模块220控制集成显示器264，集成显示器264可以包括LED网格和/或单个LED封装，LED网格和/或单个LED封装可以是三色LED。控制模块220可以使用集成显示器264提供诸如固件版本的状态信息以及错误信息。控制模块220使用通信收发器268与外部装置——例如图1中的系统控制器130——通信。仅作为示例，通信收发器268可以符合RS-485或RS-232串行总线标准或者符合控制器局域网(CAN)总线标准。
PFC电路
在图3A中，PFC电路300是图2的PFC电路212的一种实现方式。PFC电路300包括整流器304，整流器304将输入的AC转换成脉动DC。在各种实现方式中，整流器304包括全波二极管桥。整流器304的DC输出端跨第一端子和第二端子。第一端子连接到电感器308，而第二端子连接到电流传感器312。电感器308的相对端连接到由电感器308、二极管316的阳极以及开关320的第一端子共用的节点。
PFC电路300产生DC母线，其中DC母线的第一端子连接到二极管316的阴极，而DC母线的第二端子经由电流传感器312连接到整流器304的第二输出端子。因此，电流传感器312可以感测开关320内的电流以及DC母线中的电流和电感器308中的电流。DC母线的第二端子也连接到开关320的第二端子。
驱动器324从图2的控制模块220接收电力开关控制信号，并且对开关320的控制端子进行快速充电或放电。例如，开关320可以是具有栅极端子作为控制端子的场效应晶体管。更具体地，开关320可以是功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，例如来自意法半导体公司的STW38N65M5功率MOSFET。响应于电力开关控制信号，驱动器324对场效应晶体管的栅极处的电容进行充电或放电。
开关监测电路328测量开关是接通还是断开。该闭环控制使控制模块220能够确定开关320是否已经对由电力开关控制信号提供的命令作出反应，并且还可以用于确定开关320需要多长时间来响应该控制信号。测量的开关状态从开关监测电路328输出回到控制模块220。控制模块220可以更新其对电力开关控制信号的控制，以补偿接通和/或关断开关320的延迟。
在图3A中，电感器、开关320和二极管316以升压配置来布置。简而言之，开关320闭合，使得通过电感器308的电流增加。然后开关320断开，但是通过电感器308的电流不会瞬时改变，因为电感器两端的电压与电流的导数成比例。电感器308两端的电压变为负，意味着连接到二极管316的阳极的电感器308的一端经历电压升高到高于从整流器304输出的电压。
一旦二极管316的阳极处的电压升高到高于二极管316的导通电压，则通过电感器308的电流可以通过二极管316馈送到DC母线。通过电感器308的电流减小，然后开关320再次闭合，导致通过电感器308的电流增加。
在各种实现方式中，可以接通开关320，直到电流传感器312确定已经超过预定电流阈值为止。此时，开关320被关断达指定时间段。该指定时间段可以是适应性的，其随着DC母线的电压以及AC输入的电压的变化而变化。然而，(当开关320断开时的)关断时间是指定值。一旦经过了等于指定值的时间，就重新接通开关320并且重复该过程。关断时间可以是固定的或可变的。在关断时间可变的情况下，关断时间可以被限制为至少预定最小关断时间。
为了减小PFC电路300的物理尺寸和零件成本，可以降低电感器308的电感(电感可能对PFC电路300的物理尺寸作用最大)。然而，利用较低的电感，电感器308将更快地饱和。因此，开关320必须更快地操作。虽然更快和更小是相对术语，但是当前的功率切换控制在10千赫至20千赫的切换频率范围内操作。在本申请中，开关320的切换频率可以增加到大于50千赫、大于100千赫或者大于200千赫。例如，可以将开关的切换频率控制为大约200千赫。
因此，开关320被选择为允许更快的切换以及具有低切换损耗。通过更快的切换，电感器308的电感可以更小。此外，二极管316可能需要更快。碳化硅二极管可以具有快速响应时间。例如，二极管316可以是来自意法半导体公司的STPSC2006CW碳化硅双二极管封装。
为了在以更高速度操作时精确地驱动开关320，必须类似地加速控制策略。仅作为示例，控制模块220可以包括多个装置，例如被配置成执行更多涉及的计算的微控制器以及被配置成近乎实时地监测和响应输入的FPGA(现场可编程门阵列)或PLD(可编程逻辑装置)。在该上下文中，近乎实时意味着与关注的物理时间尺度相比，响应于FPGA或PLD的输入的测量的时间分辨率和时间延迟可以忽略不计。对于更快的切换速度，FPGA/PLD的近乎实时的响应可能引入不可忽略的延迟。在这种情况下，可以测量和补偿FPGA/PLD和驱动电路的延迟。例如，如果由于延迟而导致开关的关断发生的时间晚于需要，则可以更早地指示关断来补偿延迟。
旁路整流器340在AC线路输入处与整流器304并联连接。旁路整流器340的第二输出端子连接到整流器304的第二端子。然而，旁路整流器340的第一输出端子连接到二极管316的阴极。
结果，当不操作PFC电路300以升高DC母线电压时，如果AC输入的线间电压超过DC母线两端的电压，则旁路整流器340将是有效的。在这些情况下，旁路整流器340使电流偏离而不通过二极管316。由于电感器308很小，并且开关320快速切换，所以二极管316也被选择为具有快速切换时间。因此，二极管316可能对高电流较不耐受，因此通过旁路整流器340选择性地使电流围绕二极管316分流。
此外，通过整流器304和二极管316的电流路径经历三个二极管电压降或者两个二极管电压降和开关电压降，而通过旁路整流器340的路径仅经历两个二极管电压降。虽然图3A中的单相AC输入与升压转换器拓扑相关联，但是本公开内容还包括降压转换器拓扑或者降压-升压转换器拓扑。
在图3B中，示出了具有三相AC输入信号的降压转换器拓扑。注意，本公开内容的原理还适用于与三相AC输入一起使用的升压转换器或者降压-升压转换器拓扑。PFC电路350表示图2的PFC电路212的另一实现方式。
三相整流器354接收三相AC并且生成跨第一端子与第二端子的脉动DC。开关358连接在三相整流器354的第一端子与公共节点之间。公共节点连接到电感器366和功率二极管370的阴极。
功率二极管370的阳极连接到三相整流器354的第二端子。电感器366的相对端子建立DC母线的一个端子，而三相整流器354的第二输出端建立DC母线的另一端子。在图3B所示的配置中，开关358、电感器366和二极管370以降压拓扑结构配置。
电流传感器362串联连接在二极管370的阳极与DC母线之间。在其他实现方式中，电流传感器362可以与电感器366串联定位。在其他实现方式中，电流传感器362可以与开关358串联定位。在其他实现方式中，电流传感器362可以串联地定位在二极管370的阳极与三相整流器354的第二输出端之间。电流传感器362测量通过电感器366的电流以及通过DC母线的电流，并且提供指示电流量的电流信号。
驱动器374基于来自图2中的控制模块220的电力开关控制信号来驱动开关358的控制端子。开关监测电路378检测开关358是断开还是闭合，并且将开关状态报告给控制模块220。利用电流传感器362的位置，当开关358断开时，电流传感器362会测量到近似零电流。
关于以下图4至图8描述了各种电压；每个电压都具有相应的电压信号。图4示出了包括降压转换器404的多相驱动器(例如，图1的驱动器132)的PFC电路(例如，图2的PFC电路212)以及逆变器电源电路(例如，图2的逆变器电源电路232)的部分400、402。部分400、402可以统称为驱动电路。
部分400包括EMI滤波器406、整流电路408、电感器410、二极管412、开关414、驱动器416以及一个或更多个电流传感器418a、418b。EMI滤波器406从3相AC输入端422接收3相AC电压VAC。EMI滤波器406可以连接到桥式整流器420的输出端或者第一电流传感器418a的输出端。EMI滤波器406对3相AC电压VAC进行滤波。整流电路408包括桥式整流器420。桥式整流器420可以包括六个二极管，如图所示。桥式整流器420包括AC输入端、返回输入端和输出端。桥式整流器420的AC输入端接收来自EMI滤波器406的3相AC电压输出。返回输入端连接到第二电流传感器418b的相同输出端424。桥式整流器420的输出端连接到开关414。桥式整流器420的输出电压可以称为主电压。部分400的DC输出被提供给DC母线426，DC母线426可以指连接在图2的PFC电路212与逆变器电源电路208之间的DC母线。
电感器410、二极管412、开关414和驱动器416提供降压转换器404的示例实现方式。降压转换器404可以与所示不同地配置。降压转换器404操作为电压和功率转换器。降压转换器404将提供给降压转换器404的第一(或主)电压减小到提供给DC母线426的第二电压。在一个实施方式中，驱动器416控制开关414的接通时间、关断时间、占空比和/或频率，以调节DC母线426上的电压。驱动器416可以基于具有预定频率的平均模式控制、开关414的可变最小关断时间、峰值电压模式控制和/或其他控制操作模式，在接通状态与关断状态之间转换开关。平均模式控制是指调节开关414的占空比并且使开关以预定频率循环。
峰值电压模式控制包括调节峰值电压。降压转换器404降低桥式整流器420的峰值电压输出。降压转换器404可以在升高电流的同时降低电压。降压转换器404可以被(i)关断(在非活动模式下操作并且开关414保持在断开状态)或者接通以及在低活动模式下操作并且以低频率在接通与关断状态之间切换开关414，以升高和降低从桥式整流器420输出的经整流的AC信号的部分，或者(ii)接通，在高活动模式下操作，并且在从桥式整流器420输出的经整流的AC信号的峰值附近以高频率在接通与关断状态之间切换开关414。对降压转换器404的操作限制了DC母线426处的DC输出电压VDCOUT，同时降低了降压转换器404的功耗。在一个实施方式中，降压转换器404可以被接通(即，开关414闭合)并且保持在接通状态，使得不存在切换损耗。这可以在轻负荷条件下发生。DC输出电压VDCOUT的峰值电压基于：(i)开关414的输出端处的平均电压减去电感器410两端的微小电压降；以及(ii)开关的占空比和在该开关414处接收的电压。
电感器410(i)在第一端处连接到开关和二极管412的阴极，并且(ii)在第二端处连接到DC母线426和电容器430。电感器410操作作为扼流圈并且可以很小(例如，80微亨(μH))。二极管412可以由例如碳化硅SiC形成。二极管412的阳极连接到第二电流传感器418b的输入端432和参考端子434(例如，接地参考)。开关414在(i)主桥式整流器420和/或第一电流传感器418a的输出端与(ii)电感器410之间与电感器410串联连接。
开关414可以是晶体管，例如超结场效应晶体管(FET)、功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和/或超结MOSFET。开关414可以被配置成以高频率(例如，大于或等于200千赫(kHz))在接通(例如闭合)与关断(例如断开)状态之间振荡。开关414的第一端子连接到桥式整流器420的输出端或者第一电流传感器418a的输出端。开关414的第二端子连接到电感器410和二极管412的阴极。
开关414的控制端子从驱动器(或者开关驱动控制电路)416接收控制信号SWCTRL。驱动器416基于控制模块220的输出信号PFCOUT来生成控制信号SWCTRL。控制模块220基于下述来生成输出信号PFCOUT和逆变器信号INVOUT：来自电流传感器418的一个或更多个电流感测信号PFCINC1、PFCINC2；代表AC电压VAC的AC信号PFCACREP；以及代表DC输出电压VDCOUT的DC信号PFCDCREP。电流感测信号PFCINC1可以等于和/或指示(i)通过电感器410的电流量和/或(ii)通过PFC电路的电流量。电流感测信号PFCINC2可以等于和/或指示(i)从DC母线426返回到第二电流传感器418b的电流量和/或(ii)通过PFC电路的电流量。AC信号PFCACREP可以等于和/或指示AC电压VAC。DC信号PFCDCREP可以等于和/或指示DC输出电压VDCOUT。
电容器430可以连接在DC母线426与参考端子434之间。电容器430可以(i)在第一端处连接到电感器410和DC母线426，并且(ii)在第二端处连接到第二电流传感器418b的输入端432和参考端子434。
下面参照图5进一步描述控制模块220，控制模块220控制驱动器416的操作。这可以包括调节SWCTRL的占空比和/或频率。驱动器416的操作还可以包括：生成逆变器控制信号INVCONT，以控制由驱动器416生成的逆变器输出信号INV1-n的生成，其中n是逆变器输出信号的编号。在一个实施方式中，逆变器输出信号INV1-n由控制模块220生成。逆变器输出信号INV1-n可以控制用于压缩机102的逆变器电源电路的部分402的开关440、442、444、446、448、450和/或用于冷凝器风扇的另一个逆变器的开关的操作，如图6所示。开关440、442、444、446、448、450共同操作为逆变器。开关440、446串联连接在DC母线426与参考端子434之间。开关442、448串联连接在DC母线426与参考端子434之间。开关444、450串联连接在DC母线426与参考端子434之间。压缩机电力线452、454、456连接到相应的端子458、460、462。端子458连接到开关440、446。端子460连接到开关442、448。端子462连接到开关444、450。
在DC输出电压VDCOUT在预定范围内的时间段中，控制模块220可以命令小于输入电压VAC的峰值电压和/或桥式整流器420的输出的DC输出电压VDCOUT。预定范围可以以输入电压VAC的峰值电压和/或桥式整流器420的输出为中心。命令电压可以由控制模块220确定。
由于降压转换器404降低了提供给DC母线426的电压，因此低压冷凝器风扇可以连接到压缩机电力线452、454、456，或者可以直接或间接地连接到DC母线426和参考端子434。作为第一示例实施方式，3相AC冷凝器风扇电动机470连接到压缩机电力线452、454、456并且从逆变器接收电力。3相AC冷凝器风扇电动机470可以是感应电动机、永磁电动机、单速电动机、变速电动机和/或其他合适的电动机。3相AC冷凝器风扇电动机470被配置成接收预定峰值电压，例如575VAC、480VAC、230VAC、208VAC或者其他AC电压。
在另一实施方式中并且作为使用3相AC冷凝器风扇电动机470的替选方案，冷凝器风扇电动机组件472经由线路474、476连接到DC母线426和参考端子434。冷凝器风扇电动机组件472包括可以是单速或变速电动机的冷凝器风扇电动机473(例如，永磁电动机、感应电动机、同步磁阻电动机或者其他AC冷凝器风扇电动机)。在一个实施方式中，冷凝器风扇电动机473是接收脉动DC的开关磁阻电动机。冷凝器风扇电动机组件472被配置成接收预定峰值电压，例如810VDC、675VDC、300VDC或者其他DC电压。冷凝器风扇电动机组件472可以直接连接到DC母线426和参考端子434，并且可以包括控制电路480。控制电路480可以包括继电器482、控制器484、变速接口(VSI)486和/或其他电路部件，以传输、调节和/或转换来自DC母线416的接收的DC电压信号。预定峰值电压可以经由控制电路480转换成AC，或者可以由控制电路480脉动并且提供给冷凝器风扇电动机473。下面参照图6描述用于将冷凝器风扇间接地连接到DC母线426和参考端子434的另一示例实施方式。控制电路480可以调节提供给冷凝器风扇电动机473的电压信号的电压、峰值电压、频率和/或占空比。
在一个实施方式中，电感器490、492、494分别连接到压缩机电力线452、454、456并且向AC冷凝器风扇电动机470的输入端供电。电感器490、492、494可以被包括，以用于例如降低AC冷凝器风扇电动机470所见的峰值电压。可以基于AC冷凝器风扇电动机470的绝缘额定值，包括电感器490、492、494。
继电器482在断开状态时禁用冷凝器风扇电动机472，并且在闭合状态时启用冷凝器风扇电动机472。VSI 486可以从控制模块220接收控制信号CONT，以调节冷凝器风扇电动机472的速度。控制电路480可以基于控制信号CONT来闭合继电器482和/或调节到冷凝器风扇电动机472的电压。控制器484可以将从DC母线426接收的DC电压(第一DC电压)转换成(i)另一(或第二)DC电压，或者(ii)AC电压。因此，控制电路480和/或控制器484可以包括用于转换第一DC电压的变压器。控制器484可以基于控制信号CONT来改变第二DC电压、第一DC电压的脉动频率、第二DC电压的脉动频率或者提供给冷凝器风扇电动机473的AC电压。
在操作期间，降压转换器404将所接收的从桥式整流器420输出的电压(例如，575VAC)下变频到由DC母线426接收的DC电压(例如，480VAC、230VAC或者208VAC)。降低的DC电压可以(i)经由逆变器转换成AC并且供应给压缩机102和AC冷凝器风扇电动机470，或者(ii)提供给冷凝器风扇电动机组件472。逆变器在压缩机电力线452、454、456上输出脉宽调制(PWM)信号，该PWM信号由压缩机102和AC冷凝器风扇电动机470接收。在一个实施方式中，降压转换器404可以操作成使得接收的电压不被下变频，其中提供给逆变器的峰值电压与供应给桥式整流器420的峰值电压相同。
在一个实施方式中，压缩机102的电动机488和AC冷凝器风扇电动机470是变速电动机。在实施方式中，电动机488是感应电动机或永磁电动机，并且AC冷凝器风扇电动机470是感应电动机。AC冷凝器风扇电动机470的极数可以高于电动机488的极数。较高的极数导致AC冷凝器风扇电动机470以比压缩机102的电动机488的速度低的速度旋转。在一个实施方式中，AC冷凝器风扇电动机470的极数是压缩机102的电动机488的极数的两倍。在一个实施方式中，AC冷凝器风扇电动机470的极数是压缩机102的电动机488的极数的三倍。在另一实施方式中，电动机470、488二者都是感应电动机，并且AC冷凝器风扇电动机470的极数大于电动机488的极数。
对于图2至图4和图10的模块的进一步限定的结构，参见下面提供的图11至图12的方法和下面提供的术语“模块”的定义。
图5示出了控制模块220的示例。控制模块220可以包括负荷模块502、AC电压模块504、DC电压模块506、电流模块508、输出模块510和存储器512。虽然模块502、504、506、508、510和存储器512被示出为控制模块220的一部分，但是模块502、504、506、508、510和存储器512中的一个或更多个可以是系统控制模块270的一部分或者也被包括在系统控制模块270中。由模块502、504、506、508、510接收和/或生成的信息(数据、参数和信号)可以在模块502、504、506、508、510之间共享。输出模块510可以包括定时模块513、参考生成模块514、定时器515和/或峰值检测器517。存储器512可以包括一个或更多个表516。下面参照图8的方法进一步描述模块502、504、506、508、510和存储器512的操作。
输出模块510可以在活动模式、非活动模式、低活动模式、高活动模式、全PFC模式和部分PFC模式下操作。在实施方式中，开关414的振荡操作的频率被降低而不是停用。在低活动时间段(或低活动模式)期间，频率可以降低到小于例如200kHz。低活动时间段的定时可以与非活动时间段的定时相同或者相似。作为示例，低活动时间段中的频率可以比活动时间段(或者活动模式)期间的频率小一个数量级。这样，开关414的操作可以在低活动模式与高活动模式之间而不是在非活动模式与活动模式之间转换。
全PFC模式可以指当降压转换器404连续处于活动模式或高活动模式，以将DC母线电压降压(降低)以匹配命令的DC电压VDCCOM。部分PFC模式是指在(i)活动模式或高活动模式下操作与(ii)非活动模式或低活动模式下操作之间切换。
在一个实施方式中，定时模块513从在完全PFC模式下操作切换到在部分PFC模式下操作。部分PFC模式通过在降低的DC电压下操作来降低功耗，并且提供改进的操作效率。定时模块513可以例如：在轻压缩机负荷条件(例如，压缩机上的负荷小于预定负荷)期间，以部分PFC模式操作，并且在重压缩机负荷条(例如，压缩机上的负荷大于或等于预定负荷)件期间，以完全PFC模式操作。在轻负荷条件期间，由于通过电感器410的电流量低，所以开关414的频率降低。当由于负荷增加而使通过电感器410的电流增加时，开关414可以以更高的频率进行脉宽调制，以进一步降低母线电压。这防止了在重负荷条件期间图2的逆变器电源电路232过热。
输出模块510基于模块502、504、506、608的输出来生成信号PFCOUT和INV1-n。在一个实施方式中，逆变器信号INV1-n包括提供给压缩机102的逆变器的逆变器信号。在替选实施方式中，逆变器信号INV1-n包括提供给压缩机102和提供给AC冷凝器电动机的逆变器的逆变器信号。该替选实施方式在图6中示出。压缩机102的电动机和AC冷凝器风扇电动机470的速度可以通过调节以下各者来调节：开关414的占空比以及因此DC母线426上的DC电压；以及开关440、442、444、446、448、450的切换频率。调节DC母线426上的DC电压和开关440、442、444、446、448、450的切换频率调节了压缩机电力线452、454、456的电压频率比率，这调节了电动机470、488的速度。
图6示出了逆变器电源电路(例如，图2的逆变器电源电路232)的部分600，部分600包括用于压缩机102的第一逆变器以及用于AC冷凝器风扇电动机602的第二逆变器。部分600包括降压转换器404。降压转换器404包括电感器410、二极管412、开关414、驱动器416和电容器430。逆变器包括开关440、442、444、446、448、450。驱动器416基于信号PFCOUT来生成开关控制信号SWCTRL。驱动器416还生成逆变器输出信号INV1-n，逆变器输出信号INV1-n可以基于来自控制模块220的控制信号INVCONT来生成，其中n是逆变器控制信号的编号。逆变器输出信号INV1-n中的一些被提供给AC冷凝器风扇电动机602的逆变器。
AC冷凝器风扇电动机602的逆变器由开关610、612、614、616、618、620提供。开关610、612、614、616、618、620与开关440、442、444、446、448、450类似地连接，并且连接到DC母线426和参考端子434。
AC冷凝器风扇电动机602经由电力线640、642、644连接到输出端子630、632、634并且接收来自输出端子630、632、634的电力。输出端子630、632、634分别连接到(i)开关610、616，(ii)开关612、618，以及(iii)开关614、620。在一个实施方式中，电感器650、652、654连接到输出端子630、632、634和AC冷凝器风扇电动机602的输入端，以降低AC冷凝器风扇电动机602所见的峰值电压。
尽管图6的示例实现方式是用于3相冷凝器风扇电动机，但是可以针对单相冷凝器风扇电动机修改该实现方式。例如，单相AC风扇冷凝器电动机可以经由相应的逆变器连接到图7的DC母线726和参考端子734。
图7分别示出了包括降压转换器704的单相驱动器的PFC电路(例如，图2的PFC电路212)以及逆变器电源电路(例如，图2的逆变器电源电路232)的部分700、702的示例。部分700、702的配置类似于图4的部分400、402。部分700、702可以统称为驱动电路。降压转换器704可以与图4的降压转换器404类似地操作。
部分700包括EMI滤波器706、整流电路708、电感器710、二极管712、开关714、驱动器716以及一个或更多个电流传感器718a、718b。EMI滤波器706从单相AC输入端722接收单相AC电压VAC。EMI滤波器706可以连接到桥式整流器720的输出端或者第一电流传感器718a的输出端。EMI滤波器706对单相AC电压VAC进行滤波。整流电路708包括桥式整流器720。桥式整流器720可以包括四个二极管，如图所示。桥式整流器720包括AC输入端、返回输入端和输出端。桥式整流器720的AC输入端接收来自EMI滤波器706的单相AC电压输出。返回输入端连接到第二电流传感器718b的相同输出端724。桥式整流器720的输出端连接到开关714。桥式整流器720的输出电压可以被称为主电压。部分700的DC输出被提供给DC母线726，DC母线726可以指连接在图2的PFC电路212与逆变器电源电路208之间的DC母线。
电感器710、二极管712、开关714和驱动器716提供降压转换器704的示例实现方式。降压转换器704可以与所示不同地配置。降压转换器704用作电压和功率转换器。降压转换器704将提供给降压转换器704的第一(或主)电压降低到提供给DC母线726的第二电压。在一个实施方式中，驱动器716控制开关714的接通时间、关断时间、占空比和/或频率，以调节DC母线726上的电压。驱动器716可以基于具有预定频率的平均模式控制、开关714的可变最小关断时间、峰值电压模式控制和/或其他控制操作模式在接通与关断状态之间转换开关。平均模式控制是指调节开关714的占空比并且使开关以预定频率循环。
峰值电压模式控制包括调节峰值电压。降压转换器704降低从桥式整流器720输出的峰值电压。降压转换器704可以在升高电流的同时降低电压。降压转换器404可以被(i)关断(在非活动模式下操作并且开关714保持在断开状态)或者接通并且以低频率在接通与关断状态之间切换开关714，以用于升高和降低从桥式整流器720输出的经整流的AC信号的部分，或者(ii)接通，在高活动模式下操作，并且以接近从桥式整流器720输出的经整流的AC信号的峰值的高频率在接通与关断状态之间切换开关714。降压转换器704的操作限制DC母线726处的DC输出电压VDCOUT，同时降低降压转换器704的功耗。在一个实施方式中，降压转换器704可以被接通(即，开关714闭合)并且保持在接通状态，使得不存在切换损耗。这可以在轻负荷条件期间发生。
电感器710(i)在第一端处连接到开关和二极管712的阴极，并且(ii)在第二端处连接到DC母线726和电容器730。电感器710操作作为扼流圈并且可能很小(例如，80微亨(μH))。二极管712可以由例如碳化硅SiC形成。二极管712的阳极连接到第二电流传感器718b的输入端732和参考端子734(例如，接地参考)。开关714在(i)主桥式整流器720和/或第一电流传感器718a的输出端与(ii)电感器710之间与电感器710串联连接。
开关714可以是晶体管，例如超结FET、MOSFET和/或超结MOSFET。开关714可以被配置成以高频率(例如，大于或等于200千赫(kHz))在接通(例如闭合)与关断(例如断开)状态之间振荡。开关714的第一端子连接到桥式整流器720的输出端或者第一电流传感器718a的输出端。开关714的第二端子连接到电感器710和二极管712的阴极。
开关714的控制端子从驱动器(或者开关驱动控制电路)716接收控制信号SWCTRL。驱动器716基于控制模块220的输出信号PFCOUT来生成控制信号SWCTRL。控制模块220基于下述来生成输出信号PFCOUT和逆变器控制信号INVCONT：来自电流传感器718的一个或更多个电流感测信号PFCINC1、PFCINC2；代表AC电压VAC的AC信号PFCACREP；以及代表DC输出电压VDCOUT的DC信号PFCDCREP。电流感测信号PFCINC1可以等于和/或指示(i)通过电感器710和/或(ii)通过PFC电路的电流量。电流感测信号PFCINC2可以等于和/或指示(i)从DC母线726返回到第二电流传感器718b和/或(ii)通过PFC电路的电流量。AC信号PFCACREP可以等于和/或指示AC电压VAC。DC信号PFCDCREP可以等于和/或指示DC输出电压VDCOUT。
电容器730可以连接在DC母线726与参考端子734之间。电容器730可以(i)在第一端处连接到电感器710和DC母线726，并且(ii)在第二端处连接到第二电流传感器718b的输入端732和参考端子734。
上面参照图5进一步描述了控制模块220，控制模块220控制驱动器716的操作。这可以包括调节SWCTRL的占空比和/或频率。这还可以包括生成逆变器控制信号INVCONT以控制逆变器输出信号INV1-n的生成，逆变器输出信号INV1-n由驱动器716生成。在一个实施方式中，逆变器输出信号INV1-n由控制模块220生成。逆变器输出信号INV1-n可以控制用于压缩机750的逆变器电源电路的部分702的开关740、742、744、746和/或用于冷凝器风扇的另一逆变器的开关的操作。开关740、742、744、746共同操作为逆变器。开关740、744串联连接在DC母线726与参考端子734之间。开关742、746串联连接在DC母线726与参考端子734之间。压缩机电力线752、754连接到相应的端子758、760。端子758连接到开关740、744。端子760连接到开关742、746。
在DC输出电压VDCOUT在预定范围内的时间段中，控制模块220可以命令小于输入电压VAC的峰值电压和/或桥式整流器720的输出的DC输出电压VDCOUT。预定范围可以以输入电压VAC的峰值电压和/或桥式整流器720的输出为中心。命令电压可以由控制模块220确定。
由于降压转换器704降低了提供给DC母线726的电压，因此低压冷凝器风扇可以连接到压缩机电力线752、754，或者可以直接或间接地连接到DC母线726和参考端子734。作为第一示例实施方式，单相AC冷凝器风扇电动机750连接到压缩机电力线752、754并且从逆变器接收电力。单相AC冷凝器风扇电动机752可以是感应电动机、永磁电动机、单速电动机、变速电动机和/或其他合适的电动机。单相AC冷凝器风扇电动机752被配置成接收预定峰值电压，例如575VAC、480VAC、230VAC、208VAC或者其他AC电压。
在另一实施方式中并且作为使用单相AC冷凝器风扇电动机752的替选方案，冷凝器风扇电动机组件754经由线路774、776连接到DC母线726和参考端子734。冷凝器风扇电动机组件754可以直接连接到DC母线726和参考端子734和/或可以包括控制电路780，控制电路780可以与图4的控制电路480类似地配置。冷凝器风扇电动机组件754包括冷凝器风扇电动机755，冷凝器风扇电动机755可以是单速或变速电动机。冷凝器风扇电动机组件754被配置成接收预定峰值电压，例如810VDC、675V DC、300VDC或者其他DC电压。预定峰值电压可以被提供给冷凝器风扇电动机755，或者可以由控制电路755的控制器调节和/或转换，然后提供给冷凝器风扇电动机755。控制电路780可以包括继电器、控制器和/或VSI。以上参照图6描述了用于将冷凝器风扇间接连接到DC母线726和参考端子734的另一示例实施方式。
在一个实施方式中，电感器790、792分别连接到压缩机电力线752、754并且向AC冷凝器风扇电动机752输入端供电。可以包括电感器790、792，例如以降低AC冷凝器风扇电动机752所见的峰值电压。可以基于AC冷凝器风扇电动机752的绝缘额定值来包括电感器790、792。
在一个实施方式中，压缩机750和AC冷凝器风扇电动机752是变速装置。AC冷凝器风扇电动机752的极数可以高于压缩机750的电动机788的极数。较高的极数导致AC冷凝器风扇电动机752以低于压缩机750的电动机788的速度的速度旋转。在一个实施方式中，AC冷凝器风扇电动机752的极数是压缩机750的电动机的极数的两倍。
对于图2至图7的模块的进一步限定的结构，参见下面提供的图8的方法以及下面提供的术语“模块”的定义。
本文中公开的系统可以使用多种方法来操作，图8中示出了示例方法。在图8中，示出了操作多相驱动器(例如，图4的多相驱动器)的方法。尽管主要参照图4至图6的实现方式描述了以下任务，但是可以容易地修改任务以应用于包括图7的单相实现方式的本公开内容的其他实现方式。任务可以被迭代地执行。
该方法可以在800处开始。在802处，负荷模块502可以从(i)图2的PFC电路212以及(ii)从图2的逆变器电源电路208接收各种信号和参数，包括来自图4的驱动电路的信号和参数。信号和参数可以包括PFC电路212与逆变器电源电路208之间的DC母线426的电压DCDCout。信号和参数中的至少一些在图2中公开并且参照图2来描述。信号和参数可以包括DC信号和/或与DC母线上的DC电压对应的测量DC电压、供应给压缩机(例如，压缩机102、750中的一个)的电流量、供应给压缩机的电力的电压、传感器输入数据、命令和/或手动输入的参数和/或其他共享数据和参数。负荷模块502可以基于所述信号和参数生成指示压缩机上的负荷的负荷信号LD。可以基于负荷算法、一个或更多个映射、一个或更多个等式、一个或更多个表(例如，表516中的一个或更多个)、预定(或历史)数据和/或预测(或估计)的未来数据来生成负荷信号LD。负荷算法、映射、等式和/或表可以将信号和参数进行关联，以提供计算出的负荷和/或指示压缩机上的负荷的值。
在804处，AC电压模块504可以接收或生成AC信号PFCACREP。AC电压模块504可以检测桥式整流器420的输出处的电压。AC信号PFCACREP可以被设置成等于和/或代表桥式整流器420的输出中的一个或更多个。
在806处，DC电压模块506可以接收或生成DC信号PFCDCREP。DC电压模块506可以(i)检测PFC电路212与逆变器电源电路208之间的DC母线处的电压DCDCout，和/或(ii)从控制模块220和/或DC电压模块506外部的传感器和/或模块接收DC母线电压指示信号。
在808处，电流模块508可以确定供应给压缩机和/或通过电流传感器418中的一个或更多个的电流量。这可以基于电流感测信号PFCINC1、PFCINC2。
在810处，参考生成模块514可以生成参考正弦信号和/或参考整流正弦信号。可以基于AC输入信号VAC、EMI滤波器406的输出和/或桥式整流器420的输出来生成参考信号。在一个实施方式中，基于EMI滤波器的输出来生成参考信号。这可以包括估计EMI滤波器406的输出或者桥式整流器420的输出的相位。AC输入信号VAC、桥式整流器420的输出和/或EMI滤波器406的输出可能具有噪声或者不规则的活动，因为不是完美的正弦波和/或经整流的正弦波。参考生成模块514将参考信号生成为纯正弦和/或经整流的正弦参考信号，该信号具有与AC输入信号VAC、桥式整流器420的输出和/或EMI滤波器406的输出相同的相位。这使得参考信号与AC输入信号VAC、桥式整流器402的输出和/或EMI滤波器406的输出同步。参考生成模块514可以输出包括参考信号的相位、频率、周期和/或其他时变导数(或梯度)的参考数据。参考数据可以包括参考信号的缩放版本。
在812处，定时模块513可以将命令DC电压VDCCOM生成为小于AC输入电压VAC的峰值(或最大值)和/或桥式整流器420的输出电压峰值(或最大值)。这与传统的PFC电路不同，传统的PFC电路总是具有高于峰值AC输入电压的命令DC电压。命令DC电压VDCCOM可以被设置成在桥式整流器420的峰值输出电压的预定范围内。作为示例，随着压缩机上的负荷的增加，命令DC电压VDCCOM可以降低。通过降低命令DC电压VDCCOM，振荡开关控制操作的结束时间与连续开始时间之间的时间量(或者活动模式与随后的非活动模式之间的时间)增加。这允许DC输出电压VDCOUT在非活动时间段中增加到更高的峰值电压。模式转换点是指(i)活动(和/或高活动)模式(启用振荡开关操作)与(ii)低活动模式之间的转换。模式转换点的示例在图5中被示为交叉点，然而，模式转换点可能与相应的交叉点不匹配，这取决于模式转换点的开始时间和结束时间(即，相位角)。作为另一示例，通过相对于VAC的峰值电压和/或桥式整流器420的输出增加命令DC电压VDCCOM，开关414的振荡操作的时段的长度减小。命令DC电压VDCCOM的微小变化可以使所供应的峰值电流产生很大的差异。
在814处，定时模块513可以调节：开关414的振荡操作的下一开始时间和/或结束时间；开关414的振荡操作的占空比；开关414的振荡操作的频率；逆变器开关(例如，开关442、444、446、448、450、610、612、614、616、618、620、740、742、744、746)的频率和/或控制信号DCCONT。这可以包括调节控制信号SWCTRL的上升沿和/或下降沿的时间。可以执行所述调节，以调节电动机470、472、602、752、754中的一个的速度。所述一个或更多个调节可以基于在802处确定的压缩机的负荷、在804处接收和/或生成的AC电压、在606处接收和/或生成的DC电压、在808处检测到的一个或更多个电流水平和/或在810处生成的一个或更多个参考信号。调节还可以基于DC母线的电容、压缩机的命令的扭矩、桥式整流器420的输出的预测电压和/或与驱动电路的操作相关的其他参数。调节可以提前或推后转换开始时间和/或转换结束时间。调节可以基于与所述参数相关的等式、算法、映射和/或表来确定，所述参数可以存储在存储器512中并且由定时模块513访问。调节还可以基于可以存储在存储器512中并且从存储器512访问的先前(历史)值和/或结果。例如，如果最后的峰值DC母线电压或者峰值检测电流(由电流传感器418a、418b之一检测到的电流)高于预定阈值，则下一个转换结束时间或者转换开始时间可以提前，以降低峰值DC母线电压和/或峰值检测电流。
在816处，定时模块513确定桥式整流器420的输出的相位角是否与活动时间段的预定开始时间匹配。附加地或者替选地，可以将桥式整流器420的输出(或者对开关414的输入)和/或降压转换器404的输出(或者电感器410的输出)的电压与预定开始时间的预定电压进行比较，以确定是否存在所述条件。如果存在匹配，则执行任务818，否则执行任务620。
在818处，定时模块513转换到非活动模式或低活动模式。如果定时模块513转换到非活动模式，则降压转换器404转换到关断状态，并且开关414切换到断开状态。如果定时模块513转换到低活动模式，则开关414的振荡操作继续，但是以降低的频率和/或以减小的占空比进行，使得开关414的关断时间增加和/或开关414的接通时间减小。可以在任务818之后执行任务802。
在820处，定时模块513可以确定DC母线电压是否小于或等于命令DC电压VDCCOM和/或下一转换相位角(操作模式之间发生转换的点处的下一相位角)是否为非活动模式和/或低活动模式的结束时间(例如，图5至图6的结束时间e1至e6之一)。附加地或者替选地，可以将桥式整流器420和/或降压转换器404的输出的电压与预定结束时间的预定电压进行比较，以确定是否存在一个或更多个所述条件。定时模块513还可以或者替选地确定当前转换相位角是否在当前非活动模式或低活动模式的预定范围内(例如，在最后开始时间与后续结束时间之间)。附加地或者替选地，可以将桥式整流器420和/或降压转换器404的输出的电压与预定范围下的预定电压进行比较，以确定是否存在所述条件。在结束时间处，定时模块513从非活动模式或低活动模式转换到活动和/或高活动模式。如果DC母线电压小于或等于命令DC电压VDCCOM和/或下一转换相位角处于非活动模式或低活动模式的结束时间，则执行任务822，否则执行任务821。
在821处，定时模块513确定(i)是否存在轻负荷条件，(ii)VAC是否小于“高线”电压(处于或者接近于最大工作电压)和/或桥420的电压输出(或者Vbridge)是否小于预定最大电压，和/或(iii)逆变器电源电路232的温度是否在限度内(即在预定温度范围内)。通过检查VAC是否小于“高线”电压和/或桥420的输出Vbridge是否小于预定最大电压，系统防止图2的逆变器电源电路232上的应力。如果存在轻负荷条件、VAC小于“高线”电压、Vbridge小于预定最大电压和/或逆变器电源电路232的温度在限度内，则执行任务830，否则执行任务824。在一个实施方式中，当(i)存在轻负荷条件、(ii)VAC小于“高压”电压和/或Vbridge小于预定最大电压并且(iii)逆变器电源电路232的温度在限度内时，执行任务830，否则执行任务824。
在822处，定时模块513保持在低活动模式或者转换到低活动模式。可以在任务822之后执行任务802。在824处，定时模块513确定相位角是否是活动模式和/或高活动模式的结束时间。附加地或者替选地，可以将桥式整流器420和/或降压转换器404的输出的电压与结束时间的预定电压进行比较，以确定是否存在所述条件。如果相位角是结束时间，则执行任务826，否则执行任务828。
在826处，定时模块513转换到活动(或高活动)模式。这包括开关414在第一(或者高)频率下的振荡操作。开关808的占空比——包括接通时间和关断时间的持续时间——可以对应于在814处确定的占空比信息。可以在任务826之后执行任务802。在828处，定时模块513在活动模式或高活动模式下操作。可以在任务828之后执行任务802。
在830处，开关414保持在闭合(或者接通)状态，并且不在状态之间切换。当开关接通时，部分400被执行为具有DC扼流圈的3相整流器。因此，当VAC处于标称或者低线电压时，不会发生切换。可以在任务830之后执行任务802。
当VAC太高时，发生开关414的切换(或者降压)以降低母线电压VDCOUT。随着负荷的增加，母线电压VDCOUT减小，通过电感器410的电流量增加并且控制模块220开始通过对开关414进行脉宽调制来降压以将母线电压VDCOUT(例如，在任务826、828处)降低到选定的命令电压。控制模块220可以通过在PFC操作的该时间段中调节SWCTRL的占空比来对电流进行整形。这可以包括提供通过扼流圈或者异形电流形状的扁平(或者恒定)量的电流。在某些条件期间降压并且在其他条件期间不降压的能力被称为“部分降压”操作。
在轻负荷条件期间，开关414可以以低频切换，因为通过电感器410的电流量低。随着通过电感器410的电流由于负荷的增加而增加，可以增加开关414的频率以降低母线电压。这防止了在重负荷条件期间图2的逆变器电源电路232过热。
尽管以特定顺序提供上述任务816至830，但是可以以不同顺序执行任务816至830。作为示例，可以在任务816、818、820和822之前执行任务821、824、826、828。如果在任务816、818、820和822之前执行任务821、824、826、828，则可以将任务820修改成：确定DC母线电压是否大于或等于命令电压，下一转换相位角是否是活动模式和/或高活动模式的开始时间，和/或当前相位角在预定范围内(例如，在非活动模式或低活动模式的结束时间与非活动模式或低活动模式的后续开始时间之间)。这可以包括将桥式整流器420和/或降压转换器404的输出的电压与相应的预定电压和范围进行比较，以有效地确定下一转换相位角是否是活动模式和/或高活动模式的开始时间和/或当前相位角是否在预定范围内。
图8的上述操作旨在作为说明性示例；可以根据应用顺序地、同步地、同时地、连续地、在交叠时间段中或者以不同顺序执行任务。而且，取决于事件的实现方式和/或顺序，可以不执行或者跳过任何任务。
上述冷凝器风扇电动机的峰值电压不高于并且可以低于在市电处所见的峰值电压和/或在降压转换器接收的电压。可以通过控制降压转换器来调节DC母线上的DC电压，以调节冷凝器风扇电动机所见的峰值电压的水平。包括降压转换器比包括用于高到低电压转换的变压器便宜。为了调节冷凝器电动机的速度，可以调节DC母线电压，可以调节逆变器开关的频率，和/或可以调节对冷凝器风扇电动机组件的控制信号。
在一个实施方式中，高AC电压(例如，575VAC或者600VAC)由降压转换器下变频到低DC电压(例如，675VDC或者300VDC)，该低DC电压被提供给输出低AC电压(例如，480VAC或者230VAC)的逆变器。这允许低压逆变器和低压冷凝器风扇电动机。在一个实施方式中，冷凝器风扇电动机是感应电动机，并且冷凝器风扇电动机“从动”于压缩机，使得冷凝器的电力输入连接到压缩机的电力线。冷凝器风扇电动机可以以与压缩机相同的定子频率运行。冷凝器风扇电动机的速度与压缩机的速度有关。在该示例中，冷凝器风扇电动机的极数大于压缩机的极数。由于降低了输出电压并且降低了供应给冷凝器风扇电动机的峰值电压，所以冷凝器风扇电动机的绝缘相间和绕组对地额定值降低并且额定用于峰值电压。
在另一实施方式中，通过调节相应逆变器的PWM来调节冷凝器风扇电动机的速度。PWM调节被控制成将逆变器的输出电压维持在低于或等于预定电压(例如，230VAC)。
前面的描述本质上仅是说明性的，而决不是要限制本公开内容、其应用或者用途。本公开内容的广泛教导可以以各种形式实现。因此，尽管本公开内容包括特定示例，但是本公开内容的真实范围不应受此限制，因为在研究了附图、说明书和所附权利要求书之后，其他修改将变得明显。应当理解，在不改变本公开内容的原理的情况下，方法内的一个或更多个步骤可以以不同的顺序(或者同时)执行。此外，尽管上面将每个实施方式描述为具有某些特征，但是关于本公开内容的任何实施方式描述的特征中的任何一个或更多个可以在任何其他实施方式的特征中实现和/或与任何其他实施方式的特征组合，即使该组合未被明确描述。换言之，所描述的实施方式不是相互排斥的，并且一个或更多个实施方式彼此的置换仍然在本公开内容的范围内。
元件之间(例如、模块、电路元件、半导体层等之间)的空间和功能关系使用各种术语来描述，包括“连接”、“接合”、“耦接”、“相邻”、“紧接着”、“在……上方”、“高于”“低于”和“置于”。除非明确地描述为“直接”，否则当在上述公开内容中描述第一元素与第二元素之间的关系时，该关系可以是在第一元素与第二元素之间不存在其他中间元素的直接关系，但也可以是在第一元素与第二元素之间存在(空间或者功能上)一个或更多个中间元件的间接关系。如本文中所使用的，短语A、B和C中的至少一个应被解释为使用非排他性逻辑OR(或)表示的逻辑(A或B或C)，而不应被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个以及C中的至少一个”。
在附图中，箭头所指示的箭头方向通常表示图示所关注的信息(例如数据或者指令)的流动。例如，当元素A和元素B交换各种信息但是从元素A传递到元素B的信息与图示相关时，箭头可以从元素A指向元素B。这个单向箭头并且不意味着没有其他信息从元素B发送到元素A。此外，对于从元素A发送到元素B的信息，元素B可以向元素A发送对信息的请求或者接收确认。
在包括以下定义的本申请中，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”来替换。术语“模块”可以指代下述各者、是下述各者的一部分、或者包括下述各者：专用集成电路(ASIC)；数字、模拟或混合模拟/数字分立电路；数字、模拟或混合模拟/数字集成电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA)；执行代码的处理器电路(共享的、专用的或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享的、专用的或组)；提供所述功能的其他合适的硬件部件；或上述各者的一些或全部的组合，比如在片上系统中。
模块可以包括一个或更多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括连接到局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合的有线或无线接口。本公开内容的任何给定模块的功能可以分布在经由接口电路连接的多个模块中。例如，多个模块可以允许负荷平衡。在另一示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户端模块来实现某些功能。
可以使用诸如IEEE标准1364-2005(通常称为“硬件描述语言(Verilog)”)和IEEE标准1076-2008(通常称为“VHDL”)的用于硬件描述的语言来限定模块的一些或全部硬件特征。硬件描述语言可以用于制造和/或对硬件电路进行编程。在一些实现方式中，模块的一些或全部特征可以由诸如IEEE 1666-2005(通常称为“SystemC”)的语言来限定，该语言包括如下所述的代码和硬件描述。
如上所使用的，术语代码可以包括软件、固件和/或微代码，并且可以指代程序、例程、功能、类、数据结构和/或对象。术语共享处理器电路包括执行来自多个模块的一些代码或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路包括结合附加的处理器电路执行来自一个或更多个模块的一些或全部代码的处理器电路。所提及的多个处理器电路包括离散管芯上的多个处理器电路、单个管芯上的多个处理器电路、单个处理器电路的多个核、单个处理器电路的多个线程，或以上的组合。术语共享存储器电路包括存储来自多个模块的一些或全部代码的单个存储器电路。术语组存储器电路包括结合附加的存储器存储来自一个或更多个模块的一些或全部代码的存储器电路。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文所使用的，术语计算机可读介质不包括通过介质(比如在载波上)传播的暂态电信号或电磁信号；因此，术语计算机可读介质可以被认为是有形的且非暂态的。非暂态计算机可读介质的非限制性示例为非易失性存储器电路(比如闪速存储器电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模型只读存储器电路)、易失性存储器电路(比如静态随机存取存储器电路或动态随机存取存储器电路)、磁存储介质(比如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(比如CD、DVD或蓝光光盘)。
本申请中所描述的装置和方法可以部分地或完全地由以下专用计算机来实现，该专用计算机是通过将通用计算机配置成执行体现在计算机程序中的一个或更多个特定功能而创建的。以上描述的功能块和流程图元件用作软件说明，其可以通过有经验的技术人员或编程人员的常规工作被译为计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂态计算机可读介质上的处理器可执行指令。计算机程序还可以包括存储的数据或依赖于存储的数据。计算机程序可以包括与专用计算机的硬件交互的基本输入/输出系统(BIOS)、与专用计算机的特定装置交互的装置驱动器、一个或更多个操作系统、用户应用、后台服务、后台应用等。
计算机程序可以包括：(i)待被解析的描述性文本，比如HTML(超文本标记语言)、XML(可扩展标记语言)或JSON(JavaScript对象标记)；(ii)汇编代码；(iii)由编译器从源代码生成的目标代码；(iv)用于由解释器执行的源代码；(v)由即时编译器编译和执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以使用来自包括下述各者的语言的语法来编写：C、C++、C#、Objective C、Swift、Haskell、Go、SQL、R、Lisp、Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、HTML5(超文本标记语言第5版)、Ada、ASP(动态服务器页面)、PHP(PHP：超文本预处理器)、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、Ruby、VisualLua、MATLAB、SIMULINK和。
除非使用短语“用于……的装置”或者在方法权利要求的情况下使用短语“用于……的操作”或“用于……的步骤”来明确地描述元件，否则权利要求书中限定的所有元件都不意指35U.S.C§112(f)的含义内的装置加功能(means-plus-function)元件。

Claims (20)

1.一种驱动电路，包括：
整流电路，被配置成对第一交流电压信号进行整流以生成经整流的电压信号；
降压转换器，被配置成将所述经整流的电压信号下变频为直流电压信号，其中，所述直流电压信号被供应给直流母线；
第一逆变器，被配置成将所述直流电压信号转换成第二交流电压信号并且将所述第二交流电压信号供应给压缩机电动机；以及
第二逆变器，被配置成将所述直流电压信号转换成第三交流电压信号并且将所述第三交流电压信号供应给冷凝器风扇电动机，
其中，所述第二交流电压信号和所述第三交流电压信号的峰值电压小于所述第一交流电压信号的峰值电压。
2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中：
所述降压转换器包括：
开关，以及
驱动器，所述驱动器被配置成在断开状态与闭合状态之间转换所述开关；
所述直流电压信号的峰值电压基于所述开关的输出端处的平均电压；以及
所述驱动器被配置成通过调节所述开关的占空比来降低所述直流电压信号的直流电压。
3.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括电感器，所述电感器串联连接在所述第二逆变器的输出端与所述冷凝器风扇电动机的输入端之间。
4.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述冷凝器风扇电动机的速度与所述压缩机电动机的速度无关。
5.根据权利要求1所述的驱动电路，还包括控制模块，其中：
所述降压转换器包括开关和驱动器；
所述驱动器被配置成从所述控制模块接收第一控制信号并且基于所述第一控制信号来控制所述开关的状态；
所述第一逆变器和所述第二逆变器被配置成从所述驱动器或者所述控制模块接收多个控制信号；以及
所述控制模块与所述驱动器分开。
6.根据权利要求5所述的驱动电路，其中，所述驱动器被配置成从所述控制模块接收第二控制信号，并且基于所述第二控制信号将所述多个控制信号提供给所述第一逆变器和所述第二逆变器。
7.根据权利要求5所述的驱动电路，其中，所述控制模块被配置成将所述多个控制信号提供给所述第一逆变器和所述第二逆变器。
8.一种驱动电路，包括：
整流电路，被配置成对第一交流电压信号进行整流以生成经整流的电压信号；
降压转换器，被配置成将所述经整流的电压信号下变频为第一直流电压信号，其中，所述第一直流电压信号被供应给直流母线；
第一逆变器，被配置成将所述第一直流电压信号转换成第二交流电压信号并且将所述第二交流电压信号供应给压缩机电动机；以及
冷凝器风扇电动机组件，被配置成接收所述第一直流电压信号并且进行以下中的一个：
将所述第一直流电压信号转换成第三交流电压信号并且将所述第三交流电压信号供应给冷凝器风扇电动机，
脉动所述第一直流电压信号并且将脉动第一直流电压信号供应给所述冷凝器风扇电动机，以及
将所述第一直流电压信号转换成第二直流电压信号，并且将脉动形式的第二直流电压信号供应给所述冷凝器风扇电动机。
9.根据权利要求8所述的驱动电路，其中：
所述冷凝器风扇电动机组件包括控制电路；并且
所述控制电路被配置成将所述第一直流电压信号转换成所述第三交流电压信号并且将所述第三交流电压信号供应给所述冷凝器风扇电动机组件的所述冷凝器风扇电动机。
10.根据权利要求8所述的驱动电路，还包括控制模块，其中：
所述降压转换器包括开关和驱动器；
所述驱动器被配置成从所述控制模块接收第一控制信号并且基于所述第一控制信号来控制所述开关的状态；
所述冷凝器风扇电动机组件包括控制器；
所述控制器被配置成从所述控制模块接收第二控制信号并且基于所述第二控制信号来调节所述第三交流电压信号以调节所述冷凝器风扇电动机的速度；以及
所述控制模块与所述驱动器和所述冷凝器风扇电动机组件分开。
11.根据权利要求8所述的驱动电路，其中：
所述降压转换器包括：
开关，以及
驱动器，所述驱动器被配置成在断开状态与闭合状态之间转换所述开关；以及
所述直流电压信号的峰值电压基于所述开关的输出端处的平均电压。
12.根据权利要求8所述的驱动电路，其中：
所述降压转换器包括开关和驱动器；并且
所述驱动器被配置成通过调节所述开关的占空比来降低所述第一直流电压信号的直流电压。
13.一种驱动电路，包括：
整流电路，被配置成对第一交流电压信号进行整流以生成经整流的电压信号；
降压转换器，被配置成将所述经整流的电压信号下变频为直流电压信号，其中，所述直流电压信号被供应给直流母线；以及
第一逆变器，被配置成将所述直流电压信号转换成第二交流电压信号并且将所述第二交流电压信号供应给压缩机电动机并且供应给冷凝器风扇电动机，
其中，所述第二交流电压信号的峰值电压小于所述第一交流电压信号的峰值电压。
14.根据权利要求13所述的驱动电路，其中，所述冷凝器风扇电动机的极数大于所述压缩机电动机的电动机的极数。
15.根据权利要求14所述的驱动电路，其中，
所述冷凝器风扇电动机是感应电动机；以及
所述压缩机电动机的电动机是感应电动机或永磁电动机。
16.根据权利要求13所述的驱动电路，其中，所述冷凝器风扇电动机的极数是所述压缩机电动机的极数的两倍或三倍。
17.根据权利要求13所述的驱动电路，其中，所述冷凝器风扇电动机的速度基于所述第二交流电压信号，使得当调节所述压缩机电动机的速度时调节所述冷凝器风扇电动机的速度。
18.根据权利要求13所述的驱动电路，其中，所述冷凝器风扇电动机以与所述压缩机电动机的电动机相同的定子频率运行。
19.根据权利要求13所述的驱动电路，其中：
所述降压转换器包括：
开关，以及
驱动器，所述驱动器被配置成在断开状态与闭合状态之间转换所述开关；
所述直流电压信号的峰值电压基于所述开关的输出端处的平均电压；并且
所述驱动器被配置成通过调节所述开关的占空比来降低所述直流电压信号的直流电压。
20.根据权利要求13所述的驱动电路，还包括控制模块，其中：
所述降压转换器包括开关和驱动器；
所述驱动器被配置成从所述控制模块接收第一控制信号并且基于所述第一控制信号来控制所述开关的状态；
所述逆变器被配置成从所述驱动器或所述控制模块接收多个控制信号；以及
所述控制模块与所述驱动器分开。
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