CN109314459B - 功率因数校正电路和用于升压功率转换器和降压功率转换器的部分功率因数校正操作的方法 - Google Patents

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Abstract

驱动器包括从直流(DC)电压总线向压缩机的电动机供电的逆变器功率电路。功率因数校正(PFC)电路基于输入的交流(AC)电力向DC电压总线输出电力。PFC电路包括：(i)具有第一端子、第二端子和控制端子的开关；(ii)基于控制信号在断开状态和闭合状态之间切换开关的驱动器；(iii)基于开关的切换而充电和放电的电感器；以及(iv)基于开关的第一端子和第二端子两端的电压而输出指示开关处于断开状态还是闭合状态的信号的电路。

Description

功率因数校正电路和用于升压功率转换器和降压功率转换器 的部分功率因数校正操作的方法
相关申请的交叉引用
本申请是2017年4月13日提交的美国申请第15/487,151号和2017 年4月13日提交的美国申请第15/487,175号的PCT国际申请。本申请要求以下的较早提交日期的权益和优先权的权益：2016年4月15日提交的美国临时申请第62/323,498号、2016年4月15日提交的美国临时申请第62/323,505号、2016年4月15日提交的美国临时申请第62/323,607号、2016年9月23日提交的美国临时申请第62/398,641号和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。
技术领域
本公开内容涉及功率因数校正电路。
背景技术
本文提供的背景描述是为了总体上呈现本公开内容的背景。目前所述发明人的工作、在本背景技术部分中描述的工作的范围，以及在提交时可能不具有其他资格作为现有技术的描述的方面既不明确也不暗示地被接纳为相对于本公开内容对现有技术。
压缩机用于各种工业和住宅应用，包括但不限于加热、通风和空气调节(HVAC)系统。电机用于为压缩机的元件供电和/或致动压缩机的元件。用于控制压缩机的电机的操作的控制系统可以包括驱动器。驱动器可以包括用于在输入的交流(AC)和生成的直流(DC)之间提供功率因数校正的功率因数校正(PFC)电路。
功率因数是电路中的电流和电压之间的关系或者与被存储并返回到电源的无功功率相比电路如何有效地使用实际电功率的指示符。功率因数可以表示为0到1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。随着该比率增加，功率因数接近1。PFC电路可以被实现为增加驱动器的功率因数，从而与电路存储和返回到电源的无功功率量相比增加电路使用的实际电功率量。
发明内容
提供了一种功率因数校正电路，并且其包括桥式整流电路、功率转换器、电流传感器和控制模块。桥式整流电路被配置成：(i)接收AC电压，以及(ii)生成经整流的AC电压。功率转换器被配置成将经整流的AC 电压转换为第一DC电压，其中功率转换器包括开关并且将第一DC电压提供给DC总线以对压缩机供电。电流传感器被配置成：检测(i)通过功率转换器或(ii)从功率因数校正电路的输出返回的电流量。控制模块被配置成：当在部分功率因数校正模式下操作时：基于经整流的AC电压、经整流的AC电压的相位角、第二DC电压或检测到的电流量，控制开关的操作，以在(i)高活动模式和(ii)非活动模式或低活动模式下操作之间转换，其中，第二DC电压是DC总线的检测到的DC电压；当处于高活动模式和低活动模式时，在断开状态和闭合状态之间转换开关；并且当处于非活动模式时，将功率转换器保持在关闭(OFF)状态。
在其他特征中，提供了一种操作功率因数校正电路的方法。该方法包括：接收AC电压；经由桥式整流电路生成经整流的AC电压；以及经由功率转换器将经整流的AC电压转换为第一DC电压，其中，功率转换器包括开关；将第一DC电压提供给DC总线以对压缩机供电；检测(i)通过功率转换器的电流量或(ii)从功率因数校正电路的输出返回的电流量。该方法还包括，当在部分功率因数校正模式下操作时：基于经整流的AC 电压、经整流的AC电压的相位角、第二DC电压或检测到的电流量，控制开关的操作，以在(i)高活动模式和(ii)非活动模式或低活动模式下操作之间转换，其中，第二DC电压是DC总线的检测到的DC电压；当处于高活动模式和低活动模式时，在断开状态和闭合状态之间转换开关；并且当处于非活动模式时，将功率转换器保持在OFF状态。
在其他特征中，提供了一种PFC电路，并且其包括第一桥式整流器和第二桥式整流器、功率转换器和控制模块。第一桥式整流器被配置成接收AC电压。功率转换器包括开关并且被配置成：(i)接收第一桥式整流器的输出，(ii)将第一桥式整流器的输出转换为第一DC电压，以及(iii) 将第一DC电压提供给DC总线以对压缩机供电。第二桥式整流器被配置成：(i)接收AC电压，以及(ii)绕过功率因数校正电路的第一桥式整流器、扼流圈和二极管中的至少一个，以将第二桥式整流器输出的经整流的 AC电压提供给DC总线以对压缩机供电。控制模块被配置成：控制驱动器的操作，以在断开状态和闭合状态之间转换开关，以调节DC总线上的第二DC电压，其中取决于AC电压和第二DC电压，第二DC电压基于 (i)第一DC电压和(ii)由第二桥式整流器生成的经整流的AC电压中的至少一个。
在其他特征中，提供了一种操作功率因数校正电路的方法。该方法包括：在第一桥式整流器处接收AC电压；在功率转换器处接收第一桥式整流器的输出；将第一桥式整流器的输出转换为第一DC电压；将第一DC 电压提供给DC总线以对压缩机供电；在第二桥式整流器处接收AC电压；绕过功率因数校正电路的第一桥式整流器、扼流圈和二极管中的至少一个，以将第二桥式整流器输出的经整流的AC电压提供给DC总线；以及控制驱动器的操作以在断开状态和闭合状态之间转换功率转换器的开关，以调节DC总线上的第二DC电压，其中，第二DC电压基于(i)第一 DC电压，以及(ii)由第二桥式整流器生成的经整流的AC电压。
在其他特征中，提供了一种同步整流器，并且其包括：电磁干扰滤波器，其被配置成接收单相电压信号并且对单相电压信号滤波；第一二极管；第二二极管，其与第一二极管串联连接；以及电感器。电磁干扰滤波器的第一输出连接至第一二极管、第二二极管和电感器的第一端。同步整流器还包括第一开关、第二开关、第三二极管、第四二极管和驱动器。第一开关连接至第一二极管和电感器的第二端。第二开关连接至电感器的第二端和第二二极管。第三二极管(i)在第一端处连接至第一二极管和第一开关，并且(ii)在第二端处连接至电磁干扰滤波器的第二输出端。第四二极管(i)在第一端处连接至第三二极管和电磁干扰滤波器的第二输出端，并且(ii)在第二端处连接至第二二极管。驱动器被配置成控制第一开关和第二开关的操作。
根据详细描述、权利要求和附图，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旨在仅用于说明的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
图1是示例性制冷系统的功能框图。
图2是图1的压缩机电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升压转换器的图2的驱动器的PFC电路的一部分的示例的示意图。
图5是根据本公开内容的实施方式的整流AC信号、预定DC电压和操作开关周期的示例图。
图6是图2的根据本公开内容的实施方式的驱动器中的感测电流的示例图。
图7是根据本公开内容的实施方式的示例性电磁干扰(EMI)滤波器的示意图。
图8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9是示出根据本公开内容的实施方式的利用具有升压转换器的PFC 电路来操作驱动器的示例方法的流程图。
图10是根据本公开内容的实施方式的包括降压转换器的驱动器的 PFC电路的一部分的示例的示意图。
图11是示出根据本公开内容的实施方式的利用具有降压转换器的 PFC电路来操作驱动器的示例方法的流程图。
图12是示出根据本公开内容的实施方式的操作具有PFC电路的驱动器的示例方法的流程图，其中，PFC电路具有功率转换器。
图13是根据本公开内容的实施方式的包括用于三相实现方式的升压转换器的图2的驱动器的PFC电路的一部分的示例的示意图。
图14是根据本公开内容的实施方式的包括用于三相实现方式的逆变器和升压转换器的图2的驱动器的PFC电路的一部分的另一示例的示意图。
图15是根据本公开内容的实施方式的在PFC电路中包括非线路非接地EMI滤波器的三相转换器电路的示例的功能框图。
图16是图15的三相转换器电路的示例的功能块和示意图。
图17是示出根据本公开内容的实施方式的提供给图10的部分的示例性三相输入电压的曲线图。
图18是示出根据本公开内容的实施方式的叠加在图17的三相输入电压上并且用于图10的部分的整流和总线电压的曲线图。
图19是示出根据本公开内容的另一个实施方式的叠加在图17的三相输入电压上并且用于图10的部分的整流、扼流和总线电压的曲线图。
图20是根据本公开内容的另一实施方式的同步整流器的示意图。
在附图中，可以重复使用附图标记来标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
图1是包括压缩机102、冷凝器104、膨胀阀106和蒸发器108的示例性制冷系统100的功能框图。根据本公开内容的原理，制冷系统100可以包括另外的和/或可替选部件，例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、通风和空气调节 (HVAC)、热泵、制冷和冷却系统。
压缩机102接收蒸汽形式的制冷剂并压缩制冷剂。压缩机102向冷凝器104提供蒸汽形式的加压制冷剂。压缩机102包括驱动泵的电机。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。
加压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，从而冷却制冷剂。当制冷剂蒸汽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可以包括增加远离制冷剂的热传递速率的电风扇。
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 控制制冷剂被提供给蒸发器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电子地控制。由膨胀阀106引起的压降可以使液化制冷剂的一部分转变回蒸汽形式。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。当加热到大于制冷剂的饱和温度的温度时，液体制冷剂转变成蒸汽形式。蒸发器108可以包括增加制冷剂的热传递速率的电风扇。
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60Hz的线路频率提供大约400VRMS、480VRMS或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可以经由包括两个或更多个导体的AC线路向系统控制器130提供AC电力。AC电力也可以经由AC线路提供给驱动器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)测量的用户输入和/或参数来控制制冷系统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。传感器还可以包括通过串行数据总线或其他合适的数据总线的来自驱动控制的反馈信息，例如电机电流或扭矩。
用户接口134向系统控制器130提供用户输入。用户接口134可以另外地或可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的温度，关于风扇的操作的请求(例如，连续操作蒸发器风扇的请求)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所有功能(包括例如致动热源)可以结合到恒温器中。
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以一定速度操作压缩机102的电机或者以一定的容量操作压缩机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热耦合到离开压缩机102的制冷剂管线，该制冷剂管线将制冷剂蒸汽输送到冷凝器104。因此，热敏电阻140的可变电阻随压缩机102的排放管线温度(DLT)而变化。如上所述，更详细地，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。
在图2中，驱动器132的示例实现方式包括电磁干扰(EMI)滤波器和保护电路204，其从AC线路接收电力。EMI滤波器和保护电路204减少可能以其他方式从驱动器132注回到AC线路上的EMI。EMI滤波器和保护电路204还可以去除或减少来自AC线路的EMI。此外，EMI滤波器和保护电路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骤降。
充电电路208控制从EMI滤波器和保护电路204向功率因数校正(PFC)电路212提供的电力。例如，当驱动器132最初上电时，充电电路208可以在EMI滤波器和保护电路204与PFC电路212之间串联放置电阻，以减少电流涌入量。这些电流或电力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可以闭合绕过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。在各种实施方式中，控制模块220可以要求继电控制信号在启动后的预定时间段之后或基于指示充电接近完成的闭环反馈来绕过限流电阻器。
PFC电路212将输入的AC电力转换为DC电力。DC电力可以具有由滤波电容器224减小的电压纹波。滤波电容器224可以包括并联布置并连接至DC总线的一个或更多个电容器。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1，这代表AC线路上的最高效率和最低要求负荷。
PFC电路212，如果实现为有源PFC电路，则可以包括(i)一个或更多个开关，(ii)整流电路，以及(iii)取决于扼流圈是整流电路的上游还是下游的AC扼流圈或DC扼流圈。PFC电路212包括由控制模块220 使用标记为电源开关控制的一个或更多个信号来控制的一个或更多个开关。开关由控制模块220使用标记为电源开关控制的一个或更多个信号来控制。控制模块220基于DC总线的测量电压、PFC电路212中的测量的电流、AC线路电压、PFC电路212的一个或多个温度以及PFC电路212 中的电源开关的测量状态来确定电源开关控制信号。在提供测量值的使用示例的同时，控制模块220可以基于DC总线的估计电压、PFC电路212 中的估计电流、估计的AC线路电压、PFC电路212的估计的一个或多个温度和/或PFC电路212中的功率开关的估计状态或预期状态来确定电源开关控制信号。在各种实现方式中，AC线路电压在EMI滤波器和保护电路204之后但是在充电电路208之前被测量或估计。在各种实现方式中， AC线路电压在EMI滤波器和保护电路204之后但是在充电电路208之前被测量。PFC电路212在被实现为无源PFC电路的情况下可以包括整流电路以及取决于扼流圈是整流电路的上游还是下游的AC扼流圈或DC扼流圈。
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伏特、2.5伏特等。DC-DC电源228 也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，其中15伏特是一个示例。
逆变器电源电路232还从控制模块220接收电源开关控制信号。响应于电源开关控制信号，逆变器电源电路232内的开关使电流流入压缩机 102的电机236的相应绕组中。控制模块220可以接收对电机236的每个绕组或逆变器电源电路232的每个支路的电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，来自逆变器电源电路232的温度和来自PFC电路212 的温度仅用于故障目的。换句话说，一旦温度超过预定阈值，就宣告故障并且驱动器132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减小，则驱动器132转换到关机状态。逆变器电源电路232可以包括用于检测来自逆变器电源电路232并且由电机236抽取的电流的一个或更多个电流传感器259。
控制模块220还可以使用热敏电阻140从压缩机102接收放电管线温度的指示。隔离电路260可以向控制模块220提供热敏电阻140的电阻的脉冲宽度调制表示。隔离电路260可以包括电流隔离，使得在热敏电阻 140和控制模块220之间没有电连接。
隔离电路260还可以接收指示故障的保护输入，例如高压切断或低压切断，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断开连接，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 可以推断已经从PWM信号的不存在接收到保护输入。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/或可以是三色LED的单个LED包。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与外部设备例如图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串行总线标准或符合控制器局域网(CAN)总线标准。
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包括将输入的AC转换成脉动DC的整流器304。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输出跨越第一端子和第二端子。第一端子连接至电感器308，而第二端子连接至电流传感器312。电感器308的相对端连接至电感器308、二极管316的阳极、以及开关320的第一端子共用的节点。虽然被描述为具有单个第一端子、第二端子和控制端子的单个开关，但是开关320可以包括多个开关和相应的端子。
PFC电路300生成DC总线，其中DC总线的第一端子连接至二极管 316的阴极，而DC总线的第二端子经由电流传感器312连接至整流器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总线中的电流和电感器308中的电流。DC总线的第二端子也连接至开关的第二端子。
驱动器324从图2的控制模块220接收电源开关控制信号，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。响应于电源开关控制信号，驱动器 324对场效应晶体管的栅极处的电容器进行充电或放电。
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STMicroelectronics的STW38N65M5功率 MOSFET。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是否已经对由电源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响应该控制信号需要多长时间。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 可以更新其对电源开关控制信号的控制，以补偿接通和/或断开开关320 的延迟。
在图3A中，电感器、开关320和二极管316以升压配置布置。简而言之，开关320闭合，使得通过电感器308的电流增加。当开关320闭合时，通过电感器308的电流不能瞬时改变，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，意味着连接至二极管316 的阳极的电感器308的端部增加到高于从整流器304输出的电压。
一旦二极管316的阳极处的电压增加到高于二极管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总线。通过电感器308的电流减小，并且然后开关320再次闭合，使得电流和电感器308 增加。
在各种实施方式中，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。此时，开关320闭合指定的时间段。该指定周期可以是自适应的，随着DC总线的电压以及AC输入的电压变化而变化。然而，闭合时间(当开关320断开时)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。断开时间可以是固定的或可变的。在断开时间可变的情况下，断开时间可以被限制为至少预定最小断开时间。
为了减小PFC电路300的物理尺寸和部件成本，可以降低电感器308 的电感(其可以是PFC电路300的物理尺寸的最大贡献者)。然而，利用较低的电感，电感器308将更快地饱和。因此，开关320将必须更快地操作。虽然更快和更小是相对术语，但是当前的功率切换控制在10千赫兹到20千赫兹切换频率的范围内操作。在本申请中，开关320的切换频率可以增加到大于50千赫兹、大于100千赫兹或大于200千赫兹。例如，可以将开关的切换频率控制为大约200千赫兹。
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 STMicroelectronics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可以包括多个设备，例如被配置成执行更多涉及的计算的微处理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(可编程逻辑设备)。在这种情况下，接近实时意味着与感兴趣的时间帧相比，测量的时间分辨率和响应FPGA 或PLD的输入的延迟可忽略不计。
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至第二端子整流器304。然而，旁路整流器340 的第一输出端子连接至二极管316的阴极。
因此，当PFC电路300不操作以升高DC总线电压时，当AC输入的线间电压超过DC总线上的电压时，旁路整流器340将是活动的。在这些情况下，旁路整流器340使电流偏离通过二极管316。由于电感器308很小，并且开关320快速切换，所以选择二极管316也表现出快速的切换时间。因此，二极管316可以对通过旁路整流器340在二极管316周围选择性地分流的电流更敏感。
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中输入的单相AC与升压转换器拓扑结构相关联，但是本公开内容还涵盖降压转换器拓扑结构或降压-升压转换器拓扑结构。
在图3B中，示出了具有三相AC输入信号的降压转换器拓扑结构。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降压-升压转换器拓扑结构。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并且在第一端子和第二端子两端生成脉动DC。开关358通过电流传感器362连接至三相整流器354的第一端子。开关358在公共节点处连接至电感器366。公共节点还连接至功率二极管 370的阴极。
功率二极管370的阳极连接至三相整流器354的第二端子。电感器 366的相对端子建立DC总线的一个端子，而三相整流器354的第二输出端建立DC总线的另一个端子。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测量通过电感器366的电流以及通过DC总线的电流。驱动器374基于来自图2中的控制模块220的电源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，并且向控制模块220报告开关状态。利用电流传感器362的位置，当开关 358断开时，电流传感器362将测量近似零电流。
图4示出了包括升压转换器401的图2的驱动器132的PFC电路212 的一部分400。虽然图4的部分400包括升压转换器401并且被配置用于接收单相AC信号，但是该部分可以被实现多次，一次用于三相输入信号的每个相位。部分400包括整流电路402、电感器404、二极管406、EMI 滤波器407、开关408、驱动器410和一个或更多个电流传感器412a、412b (统称为电流传感器412)。整流电路402包括主(或第一)桥式整流器414和次级(或第二)桥式整流器416。次级桥式整流器416可以被称为旁路整流器并且允许电流绕过主桥式整流器414和升压转换器401。如图所示，桥式整流器414、416中的每一个可以包括四个二极管。
桥式整流器414、416中的每一个包括AC输入端、返回输入端和输出端。桥式整流器414、416中的每一个的AC输入端连接至差分AC输入端420，差分AC输入端420从EMI滤波器202接收AC电压VAC。返回输入端连接至第二电流传感器412b的相同输出端418。主桥式整流器 414的输出端连接至电感器404或第一电流传感器412a的输入端。次级桥式整流器416的输出端连接至PFC电路212的DC输出端422。桥式整流器414、416的输出电压可以称为主电压。虽然示出了电流传感器412a和 412b，但是其他电流传感器可以被替选地或另外地结合到部分400中。例如，电流传感器可以与二极管406、开关408和电容器430中的一个或更多个串联连接。该电流传感器可以检测通过二极管406、开关408和/或电容器430的电流。在一个实施方式中，电流传感器连接在电感器404和开关408之间。在另一实施方式中，电流传感器连接在开关408和参考端子 426之间。此外，可以使用所公开的电流传感器中的任一个或全部。从所公开的电流传感器的信号导出的信号和/或参数中的任一个可以被用在下面描述的电路和方法中。
EMI滤波器407可以连接至主桥式整流器414的输出端或第一电流传感器412a的输出端。EMI滤波器407对主桥式整流器414的输出进行滤波。EMI滤波器407将升压转换器401与主桥式整流器414解耦，以使由从主桥式整流器414处看到的升压转换器401生成的噪声最小化。DC输出端422可以连接至DC总线，DC总线连接在图2的PFC电路212和逆变器电源电路208之间。
电感器404、二极管406、开关408和驱动器410提供升压转换器401，升压转换器401将DC输出端电压VDCOUT和/或DC总线的DC总线电压增加到命令(或预定)DC电压VDCCOM。升压转换器401是功率转换器。命令DC电压VDCCOM可以由控制模块250确定，并且可以设置成小于桥式整流器414、416的峰值(或最大)输出电压。电感器404与二极管406 串联连接在(i)主桥式整流器414和/或第一电流传感器412a的输出端与 (ii)DC输出端422之间。电感器404(i)在第一端处连接至主桥式整流器414的输出端或者第一电流传感器412的输出端，并且(ii)在第二端处连接至二极管406的阳极和开关408的第一端子。电感器404可以是小的(例如80微亨(μH))并且作为扼流圈运作。二极管406可以由例如碳化硅SiC形成，以用于快速切换频率并且没有反向恢复时间。二极管 406可以包括并联连接的多个二极管。
开关408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408 可以被配置成以高频率(例如大于或等于200千赫兹(kHz))在ON(例如接通)状态和OFF(例如断开)状态之间振荡。开关408的第一端子连接至电感器404和二极管406的阳极。开关408的第二端子连接至第二电流传感器412b的输入425和参考端子426(例如接地端参考)。开关408 的控制端子从驱动器410接收控制信号SWCTRL。驱动器410基于控制模块250的输出信号PFCOUT生成控制信号SWCTRL。控制模块250基于以下来生成输出信号PFCOUT：来自电流传感器412a、412b的一个或更多个电流感测信号PFCINC1、PFCINC2；表示AC电压VAC的AC信号PFCACREP；以及表示PFC电路212的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404的电流量和/或(ii)通过PFC电路212的电流量。电流感测信号PFCINC2可以等于和/ 或指示(i)从DC输出端422返回到第二电流传感器412b的电流量和/ 或(ii)通过PFC电路212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输出端422和参考端子426之间。电容器 430可以(i)在第一端处连接至二极管406的阴极和DC输出端422，并且(ii)在第二端处连接至参考端子426和第二电流传感器412b的输入端 425。
在操作期间，当DC总线电压大于AC电压VAC时，升压转换器可以接通。当DC总线电压大于AC电压VAC时，电流不从次级整流器416传递到DC总线。当DC总线电压小于AC电压VAC时，升压电路401可以是活动的并且将能量存储在电感器404中，并且将来自电感器404的能量释放到DC总线上以升高DC总线的电压。当开关408闭合时可以存储能量，并且当开关408断开时可以释放能量。
图5示出了经整流的AC信号450的曲线图。经整流的AC信号450 可以表示图4的主桥式整流器414的输出端和/或次级桥式整流器416的输出端。经整流的AC信号450可以从零偏移，使得经整流的AC信号450 的最小电压处于偏移电压VOffset。
控制模块250可以控制驱动器410的操作以控制开关408的状态，使得DC输出电压VDCOUT等于命令DC电压VDCCOM或在命令DC电压VDCCOM的预定范围内。控制模块250控制驱动器410的操作，使得开关408在活动时段452期间以预定频率在断开状态和闭合状态之间振荡，并且在非活动时段454期间保持在OFF(或断开)状态。
在操作期间，二极管406的输出被提供给DC输出端422，而开关408 处于断开状态，并且DC输出电压VDCOUT小于主桥式整流器414的输出电压。这可能发生在活动时段452期间。在活动时段，经整流的AC信号450 的电压增加(即提升)以匹配命令DC电压VDCCOM。开关408保持在OFF (或断开)状态的时间量影响经整流的AC信号450的电压被提升多少以匹配命令DC电压VDCCOM。升压转换器401在活动时段452期间为接通 (ON)。相反，升压转换器401在非活动时段期间为OFF。当升压转换器 401为OFF时，电流不通过电感器404和二极管406到达DC总线。这可能是因为二极管406处于反向偏置状态。当升压转换器401为OFF时，可以提供通过次级桥式整流器416的纯整流。
每个AC周期的开关408的ON时间和OFF时间以及因此开关408 的占空比由控制模块250控制。控制模块250和/或驱动器410可以调节开关408的占空比，包括调节控制信号SWCTRL的每个脉冲的OFF时间和/或ON时间。下面进一步描述开关408的操作控制。
当DC输出电压VDCOUT小于主桥式整流器416的输出电压时，次级桥式整流器416的输出被提供给DC输出端422，这可以在以下期间发生： (i)当开关408振荡时的活动时段452，以及(ii)当开关408未振荡时的非活动时段454。在非活动时段期间，开关408可以处于断开状态，并且DC输出电压VDCOUT基于次级桥式整流器416的输出而改变。二极管 406被旁路，而开关408处于闭合状态。DC输出电压VDCOUT可以从小于或等于命令DC电压VDCCOM的电压增加到大于或等于命令DC电压VDCCOM的电压。增加量可以取决于活动时段和/或非活动时段的持续时间。
在图5中，示出了开关408的活动操作的开始时间s1至s6和结束时间e1至e6。在活动时段452期间，开关408在ON状态和OFF状态之间振荡。在非活动时段454期间，开关408不在ON状态和OFF状态之间振荡。虽然以经整流的AC信号450的某些角度(或相位)示出了开始时间s1至s6和结束时间e1至e6，但是可以在相对于经整流的AC信号450 的时间上调节开始时间s1至s6和结束时间e1至e6。如图所示，结束时间e1至e6对应于当经整流的AC信号450的电压增加并且在第一(增加的)交叉点处与命令DC电压VDCCOM匹配时的时刻。如图所示，开始时间s1至s6对应于当经整流的AC信号450的电压减小并且在第二(减小的)交叉点处与命令DC电压VDCCOM匹配的时刻。
下面关于桥式整流器414、416的输出和/或VAC的相位角来描述各种实现方式。如下所述，实现方式和相应条件和任务可以基于桥式整流器 414、416的VAC、输出端的电压和/或相应功率转换器的输出端的电压来确定和/或执行。在执行下述任务时，可以监测电压并且将其用作相位角的可替选方案或除了相位角之外的补充。
作为示例，结束时间e1至e6可以被调节为在与命令DC电压VDCCOM的相应增加的交叉点之前的经整流的AC信号450的相位角处和更早的时间上出现。作为另一示例，开始时间s1至s6可以提前在与命令DC电压 VDCCOM的相应减少的交叉点之前的经整流的AC信号450的相位角处以及更早的时间上发生，和/或在接近相应的结束时间e1至e6的时间上发生。这些调节可以使DC输出电压VDCOUT超过命令DC电压VDCCOM的程度最小化和/或使非活动时段期间的峰值电流最小化。通过使开始时间s1至s6 在时间上接近结束时间e1至e6，非活动时段的长度减小，这减少了次级桥416的输出仅被提供给DC输出端422的时间量和/或减少非活动时段的持续时间。
在活动时段期间并且由于开关408的振荡操作，电感器404内的电流斜坡上升和下降。当电流斜坡下降时，次级桥式整流器416通过允许电流从次级桥式整流器416直接传递到DC输出端422来保护二极管406免受电感器404中的瞬态电压尖峰的影响。次级桥式整流器416使差分AC输入端420和DC输出端422之间的元件数目最小化。当电流通过次级桥式整流器416到DC输出端422时，电流通过次级桥式整流器416的单个二极管而不是通过主桥式整流器414的二极管、电感器404和二极管406。这将元件数目从3减少到1，这降低了电压和功率损耗。
在可替选实施方式中，开关408的振荡操作的频率降低而不是停用。在低活动时段(或低活动模式)期间，频率可以降低到小于例如200kHz。低活动时段的定时可以与先前描述的非活动时段的定时相同或相似。作为示例，低活动时段期间的频率可以比活动时段(或活动模式)期间的频率小一个数目级。这样，开关408的操作可以在低活动模式和高活动模式之间而不是在非活动模式和活动模式之间转换。在终点e1至e6和连续起始点s1至s6之间的时段期间，开关408可以在低活动模式下操作。开关408 的ON时间(或闭合时段)可以减小以用于低活动模式下的操作并且增加以用于高活动模式下的操作。
虽然关于活动模式或高活动模式的开始时间描述了开始时间s1至s6，但是开始时间s1至s6还指非活动模式或低活动模式的结束时间。此外，虽然关于活动模式或高活动模式的结束时间描述了结束时间e1至e6，但是结束时间e1至e6也指非活动模式或低活动模式的开始时间。
在高活动模式期间，电感器404中的电流斜坡上升和下降。在斜坡下降时，次级桥式整流器416保护二极管406免受电感器404中的电压尖峰的影响。次级桥式整流器416使AC输入端420与DC总线和/或DC输出端422之间的部件数目最小化。当从高活动模式转换到低活动模式时，开关408的ON/OFF频率降低。
图6示出了由于开关408的振荡操作的激活和去激活引起的由图4的第二电流传感器412b感测的电流量的变化的示例。开关408的振荡操作在开始时间s1至s6被启用并且在结束时间e1至e6被禁用，这对应于图 5的开始时间s1至s6和结束时间e1至e6。如上所述，增加电流周期460 和减小电流周期462的长度可以通过改变开始时间s1至s6和结束时间e1至e6来调节以改变电流464的峰值。电流464的峰值可以相对于基峰电流水平Ibase来调节。
图4的桥式整流电路402的上述双桥电路配置能够处理增加的最大允许正向浪涌电流(IFSM)。次级桥电路416能够通过单个旁路二极管布置来处理增加的电流，其中次级桥电路416用两个二极管而不是全桥来替换。在活动PFC未运行的情况下，布置可以提供更高的效率。作为可替选方案，可以使用单个二极管以通过(i)将单个二极管的阳极连接至与第一电流传感器412a连接的两个二极管的阴极以及(ii)将二极管的阴极连接至输出端子422来替换次级桥416。当输入线电压VAC的峰值大于 VDCOUT时，双桥电路配置还为部分PFC操作提供传导路径。
图7示出了EMI滤波器407的示例。EMI滤波器407可以包括一个或更多个电容器470。如果包括多于一个的电容器，则电容器并联连接在第一总线472和第二总线474之间。第一总线连接在桥式整流器414的输出端和电感器404之间。第二总线474连接在第二电流传感器412b和参考端子426之间。通过使多个(例如3个)电容器并联连接，与EMI滤波器407相关联的寄生电感减小。
图8示出了控制模块250，其包括负荷模块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被示为控制模块250的一部分，但是模块502、504、506、508、510以及存储器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、计时器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。下面关于图9和图11至图12的方法来描述模块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。完全PFC模式可以指升压转换器401持续处于活动模式或高活动模式以升高DC总线电压以匹配命令 DC电压VDCCOM。当命令DC电压VDCCOM大于或等于桥式整流器414、416 的输出端和/或AC电压VAC的峰值电压时，可能发生这种情况。部分PFC 模式指的是在(i)活动模式或高活动模式和(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模式通过以降低的DC电压操作来降低功率损耗，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)期间在部分PFC模式下操作，并且在重压缩机负荷条件(例如压缩机上的负荷大于或等于预定负荷)期间在完全PFC模式下操作。
参照图6和图8，虽然在非活动时段期间允许电流增加到对应于如图所示的转换结束时间的电流阈值水平之上，但是增加量可以被控制和/或最小化。此外，虽然在非活动时段期间发生的电流增加会对PFC电路的功率因数产生负面影响，但是在部分PFC模式期间提供的改进的效率超过了对功率因数的较小的负面影响。效率可以指升压转换器401、PFC电路212和/或驱动器132的输出功率和输入功率之间的比率，其可以小于或等于1％。
对于图2至图4的模块的进一步限定的结构，参见下面图9和图12 提供的方法以及下面提供的术语“模块”的定义。
本文公开的系统可以使用多种方法操作，示例性方法在图9和图11 至图12中示出。在图9中，示出了操作具有升压转换器(例如图4的升压转换器401)和PFC电路(例如图2的PFC电路212)的驱动器(例如图2的驱动器132)的方法。虽然以下任务主要是关于图4至图8的实现方式来描述的，但是可以容易地修改任务以应用于本公开内容的其他实现方式。可以迭代地执行任务。可以在执行任务616至628的同时执行任务 602至614。
该方法可以在600处开始。在602处，负荷模块502可以从(i)包括来自图4的部分400的信号和参数的图2的PFC电路212以及(ii)图 2的逆变器电源电路208接收各种信号和参数。信号和参数可以包括PFC 电路212和逆变器电源电路208之间的DC总线的电压DCVBus。信号和参数的至少一些在图2中公开并且关于图2进行描述。信号和参数可以包括与DC总线上的DC电压对应的DC信号和/或测量的DC电压、提供给压缩机102的电流量、提供给压缩机102的电力的电压、传感器输入数据，命令和/或手动输入参数和/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102上的负荷的负荷信号LD。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(例如一个或更多个表516)、预定(或历史)数据和/或预测 (或估计的)未来数据来生成。负荷算法、映射、等式和/或表可以将信号和参数相关联，以提供指示压缩机上的负荷的计算负荷和/或值。
在604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414、416的输出端处的电压。AC信号 PFCACREP可以被设置成等于和/或表示桥式整流器414、416的一个或更多个输出。
在606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和逆变器电源电路208之间的 DC总线处的电压DCVBus，和/或(ii)从控制模块250和/或DC电压模块 506外部的传感器和/或模块接收DC总线电压指示信号。
在608处，电流模块508可以确定提供给压缩机102和/或通过一个或更多个电流传感器412的电流量。这可以基于电流感测信号PFCINC1、 PFCINC2。
在610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。参考信号可以基于桥式整流器414、416的AC输入信号VAC、输出和/或EMI滤波器407的输出来生成。在一个实施方式中，参考信号基于EMI滤波器407的输出来生成。这可以包括估计EMI滤波器407的输出的相位。桥式整流器414、416的AC输入信号VAC、输出和/或EMI 滤波器407的输出可能具有噪声或不规则活动，因为不是完美的正弦波和 /或整流正弦波。参考生成模块514生成为纯正弦的参考信号和/或整流正弦参考信号，其具有与桥式整流器414、416的AC输入信号VAC、输出和/或EMI滤波器407的输出相同的相位。这使参考信号与桥式整流器414、 416的AC输入信号VAC、输出和/或EMI滤波器407的输出同步。参考生成模块514可以输出包括相位、频率、周期和/或参考数据信号的其他时变导数(或梯度)的参考数据。参考数据可以包括参考数据信号的缩放版本。
在612处，定时模块513生成要小于桥式整流器414、416的峰值(或最大)AC输入电压VAC和/或峰值(或最大)输出电压的命令DC电压 VDCCOM。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可以被设置在一个或更多个桥式整流器414、416的峰值输出电压的预定范围内。作为示例，随着压缩机102上的负荷增加，命令DC电压VDCCOM可以减少。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(或活动模式与随后的非活动模式之间的时间)量增加。这允许 DC输出电压VDCOUT和电流在非活动时段期间增加到更高的峰值电压和更高的峰值电流。模式转换点指的是(i)活动(和/或高活动)模式(启用振荡开关操作)与(ii)非活动模式(振荡开关操作禁用)或低活动模式之间的转换。模式转换点的示例在图5中示为交叉点，然而，取决于模式转换点的开始时间和结束时间(即相位角和/或相应的电压)，模式转换点可以与相应的交叉点不匹配。作为另一示例，通过相对于桥式整流器414、 416的VAC和/或输出端的峰值电压增加命令DC电压VDCCOM，开关408 的振荡操作时的时段的长度减小。命令DC电压VDCCOM的微小变化可以使所提供的峰值电流产生很大的差异。
在614处，定时模块513可以调节(i)开关408的振荡操作的下一个开始时间和/或结束时间，(ii)开关408的振荡操作的占空比，和/或(iii) 开关408的振荡操作的频率。这可以包括调节控制信号SWCTRL的上升沿和/或下降沿的时间。所述调节可以基于在602处确定的压缩机的负荷、在604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608处检测的一个或更多个电流水平、和/或在610处生成的一个或更多个参考信号。调节还可以基于DC总线的电容、压缩机102命令的扭矩、桥式整流器414、416的输出的预测电压、和/或与部分400的操作相关联的其他参数。调节可以提前或延迟转换开始时间和/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，与所述参数相关的等式、算法、映射和/或表可以被存储在存储器512中并且由定时模块513访问。调节也可以基于先前(历史)和/或结果，先前(历史)和/或结果可以被存储在存储器512中并且从存储器512访问。例如，如果最后峰值DC总线电压或峰值检测电流(由电流传感器412a、412b之一检测的电流)高于预定阈值，则可以提前下一个转换结束时间或转换开始时间，以降低峰值DC总线电压或峰值检测电流。
在616处，定时模块513确定桥式整流器414、416中的一个或更多个的输出的相位角是否与活动时段的预定开始时间匹配。另外地或可替选地，可以将桥式整流器414、416的输出(或电感器404的输入)和/或升压转换器401的输出(或二极管406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618，否则执行任务620。
在618处，定时模块513转换到活动(或高活动)模式。这包括开关 408在第一(或高)频率下的振荡操作。包括ON时间和OFF时间的持续时间的开关408的占空比可以对应于在614处确定的占空比信息。任务 602可以在任务618之后执行。
在620处，定时模块513可以确定DC总线电压是否小于或等于命令 DC电压VDCCOM和/或下一个转换相位角(在该点发生操作模式之间的转换的下一个相位角)是否是活动模式和/或高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)。另外地或可替选地，可以将桥式整流器414、416和/或升压转换器401的输出的电压与结束时间的预定电压进行比较，以确定是否存在一个或更多个所述条件。定时模块513还可以或可替选地确定当前转换相位角是否在当前活动模式和/或高活动模式的预定相位角范围内(例如在最后开始时间和后续结束时间之间)。另外地或可替选地，可以将桥式整流器414、416和/或升压转换器401的输出的电压与对应于预定相位角范围的预定电压范围进行比较，以确定是否存在所述条件。在结束时间，定时模块513从活动和/或高活动模式转换到非活动或低活动模式。如果DC总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活动模式和/或高活动模式的结束时间，则执行任务622，否则执行任务624。
在622处，定时模块513在活动模式和/或高活动模式下操作。任务 602可以在任务622之后执行。在624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。另外地或可替选地，可以将桥式整流器414、416和/或升压转换器401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626，否则执行任务628。在626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，则升压转换器 401转换到OFF状态，并且开关408切换到闭合状态。这允许经由次级桥式整流器416进行纯整流。次级桥式整流器416的输出被提供给DC输出端422，而不从主桥式整流器414、电感器404和二极管406接收电流。纯整流降低电压和电力损失。如果定时模块513转换到低活动模式，则开关408的振荡操作继续，但是以降低的频率和/或以增加的占空比继续，使得开关408的OFF时间增加和/或开关408的ON时间减少。任务602 可以在任务626之后执行。在628处，定时模块513保持在非活动模式或在低活动模式下操作。可以在任务628之后执行任务602。
虽然以特定顺序提供了上述任务616至628，但是可以以不同顺序执行任务616至628。作为示例，可以在任务616、618、620和622之前执行任务624、626、628。如果在任务616、618、620和622之前执行任务 624、626、628，则可以修改任务620以确定：DC总线电压是否大于或等于命令电压、下一转换相位角是否是非活动模式或低活动模式的开始时间、和/或当前相位角是否在预定范围内(例如在活动模式和/或高活动模式的结束时间与活动模式和/或高活动模式的后续开始时间之间)。这可以包括将桥式整流器414、416和/或升压转换器401的输出的电压与相应的预定电压和范围进行比较，以有效地确定下一个转换相位角是否是非活动模式或低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10是包括降压转换器701的驱动器(例如图1的驱动器132)的 PFC电路(例如图2的PFC电路212)的部分700的示意图。该部分700 包括整流电路702、电感器704、二极管706、EMI滤波器707、开关708、驱动器710和一个或更多个电流传感器712a、712b。整流电路702包括桥式整流器714。桥式整流器714可以包括六个二极管，如图所示。桥式整流器714包括AC输入端、返回输入端和输出端。桥式整流器714的AC 输入端从三相AC输入端720接收三相AC电压VAC。返回输入端连接至第二电流传感器712b的相同输出端718。桥式整流器714的输出端连接至开关708。桥式整流器714的输出电压可以称为主电压。
EMI滤波器707可以连接至桥式整流器714的输出端或第一电流传感器712a的输出端。EMI滤波器707对桥式整流器714的输出进行滤波。 EMI滤波器707将降压转换器701与桥式整流器714解耦，以使由从桥式整流器714处看到的降压转换器701生成的噪声最小化。图7中示出可以替换EMI滤波器707的示例EMI滤波器。DC输出端722可以连接至DC 总线的输入端，DC总线的输入端连接在图2的PFC电路212和逆变器电源电路208之间。
电感器704、二极管706、开关708和驱动器710提供降压转换器701。降压转换器701作为功率转换器运作。降压转换器701在提高电流的同时降低电压，而不是像图4的升压转换器401那样升高电压。降压转换器 701可以是(i)OFF(在非活动模式下操作并且开关708保持在断开状态) 或ON并且以低频将开关708在ON状态和OFF状态之间切换以用于桥式整流器714输出的经整流的AC信号的上升部分和下降部分，或者(ii) ON并且在桥式整流器714输出的经整流的AC信号的峰值附近以高频将开关708在ON状态和OFF状态之间切换。这与图4的升压转换器401 相反，升压转换器401是(i)ON并且在桥式整流器414、416输出的经整流的AC信号的上升部分和下降部分期间以高频率将开关408在ON状态和OFF状态之间切换，以及(ii)OFF(开关408保持断开)或ON并且在桥式整流器414、416输出的经整流的AC信号的峰值附近以低频将开关408在ON状态和OFF状态之间切换。降压转换器701的操作在降低降压转换器701的功率损耗的同时将DC输出电压VDCOUT限制在DC输出端子722处。
图8的定时模块513可以命令大于桥式整流器714的输入电压VAC、输出的峰值电压和/或在桥式整流器714输出的经整流的AC信号的上升部分和下降部分期间的DC输出电压VDCOUT和/或DC总线电压(第一预定电压)。定时模块513可以命令在DC输出电压VDCOUT和/或DC总线电压在预定范围内时的时段期间小于桥式整流器714的输入电压VAC和/或输出的峰值电压的DC输出电压VDCOUT和/或DC总线电压(第二预定电压)。预定范围可以以桥式整流器714的输入电压VAC和/或输出的峰值电压为中心。命令电压可以由控制模块250确定。
电感器704(i)在第一端处连接至开关和二极管706的阴极，并且(ii) 在第二端处连接至DC输出端子722和电容器723。电感器704作为扼流圈运作并且可以很小(例如80微亨(μH))。二极管706可以由例如碳化硅SiC形成。二极管706的阳极连接至第二电流传感器712b的输入端724 和参考端子726(例如接地端参考)。开关708与电感器704串联连接在(i)主桥式整流器714和/或第一电流传感器712a的输出端与(ii)电感器704之间。
开关708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708 可以被配置成以高频率(例如大于或等于200千赫兹(kHz))在ON(例如闭合)状态和OFF(例如断开)状态之间振荡。开关708的第一端子连接至主桥式整流器714的输出端或第一电流传感器712a的输出端。开关 708的第二端子连接至电感器704和二极管706的阴极。
开关708的控制端子从开关驱动(或控制)电路710接收控制信号 SWCTRL。驱动器710基于控制模块250的输出信号PFCOUT生成控制信号 SWCTRL。控制模块250基于以下来生成输出信号PFCOUT：来自电流传感器712的一个或更多个电流感测信号PFCINC1、PFCINC2，表示AC电压VAC的AC信号PFCACREP，以及表示PFC电路212的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704的电流量，和/或(ii)通过PFC电路212的电流量。电流感测信号PFCINC2可以等于和/或指示(i)从DC输出端722返回到第二电流传感器712b的电流量，和/或(ii)通过PFC电路212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723可以连接在DC输出端722和参考端子726之间。电容器 723可以(i)在第一端处连接至电感器704和DC输出端子722，以及(ii) 在第二端处连接至第二电流传感器712b的输入端724和参考端子726。
降压转换器701可以转向ON(即开关708闭合)并且保持在ON状态，使得没有切换损失。这可以在轻负荷条件下发生。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和图12的方法以及下面提供的术语“模块”的定义。
在一个实施方式中，降压转换器701包括连接在开关708两端并且由控制模块250控制的旁路继电器730。当VAC和/或Vbridge(整流电路702 输出的电压)小于最大可允许预定电压(例如可施加到相应功率模块和/ 或由部分700接收的最大电压)时和/或当逆变器电源电路232输出的电流水平小于预定最大电流水平时，旁路继电器730可以是ON(即导通)并且开关708可以是OFF(或OPEN)。当VAC和/或Vbridge大于或等于最大可允许预定电压时和/或当逆变器电源电路232输出的电流的水平大于或等于预定最大电流水平时，旁路继电器730可以是OFF(即不导通) 并且开关708可以是ON(或CLOSED)或脉冲宽度调制。如下所述，当开关708为ON或脉冲宽度调制时，可以执行峰值电流模式控制或平均电流模式控制。这可以包括调节SWCTRL的占空比和/或频率。旁路继电器730 和开关708的所述操作可以如下面关于图17至图18针对第一部分降压模式所描述的那样执行。
在图11中，示出了利用降压转换器(例如降压转换器701)和PFC 电路(例如图2的PFC电路212)操作驱动器(例如图2的驱动器132) 的方法。虽然以下任务主要是关于图8和图10的实现方式来描述的，但是可以容易地修改任务以应用于本公开内容的其他实现方式。可以迭代地执行任务。可以在执行任务816至828的同时执行任务802至814。
该方法可以在800处开始。在802处，负荷模块502可以从(i)包括来自图10的部分700的信号和参数的图2的PFC电路212和(ii)图2 的逆变器电源电路208接收各种信号和参数。信号和参数可以包括PFC 电路212和逆变器电源电路208之间的DC总线的电压DCVBus。信号和参数中的至少一些在图2中公开并且关于图2进行描述。信号和参数可以包括与DC总线上的DC电压对应的DC信号和/或测量的DC电压、提供给压缩机102的电流量、提供给压缩机102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102上的负荷的负荷信号LD。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(例如一个或更多个表516)、预定(或历史)数据和/或预测(或估计的)未来数据来生成。负荷算法、映射、等式和/或表可以将信号和参数相关联，以提供指示压缩机上的负荷的计算负荷和/或值。
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714的输出端处的电压。AC信号 PFCACREP可以被设置成等于和/或表示桥式整流器714的一个或更多个输出。
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总线处的电压DCVBus，和/或(ii)从控制模块250和/或DC电压模块 506外部的传感器和/或模块接收DC总线电压指示信号。
在808处，电流模块508可以确定提供给压缩机102和/或通过一个或更多个电流传感器712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。参考信号可以基于桥式整流器714的AC输入信号VAC、输出和/或EMI滤波器707的输出生成。在一个实施方式中，参考信号基于EMI 滤波器707的输出生成。这可以包括估计EMI滤波器707的输出的相位。桥式整流器714的AC输入信号VAC、输出和/或EMI滤波器707的输出可以具有噪声或不规则的活动，因为不是完美的正弦波和/或整流正弦波。参考生成模块514生成为纯正弦的参考信号和/或整流正弦参考信号，其具有与桥式整流器714的AC输入信号VAC、输出和/或EMI滤波器707 的输出相同的相位。这使参考信号与桥式整流器714的AC输入信号VAC、输出和/或EMI滤波器707的输出同步。参考生成模块514可以输出包括相位、频率、周期和/或参考信号的其他时变导数(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生成要小于桥式整流器714的峰值(或最大) AC输入电压VAC和/或峰值(或最大)输出电压的命令DC电压VDCCOM。这不同于传统的PFC电路，传统的PFC电路具有高于峰值AC输入电压的命令DC电压。命令DC电压VDCCOM可以被设置在桥式整流器714的峰值输出电压的预定范围内。作为示例，随着压缩机102上的负荷增加，可以减小命令DC电压VDCCOM。通过降低命令DC电压VDCCOM，振荡开关控制操作的结束时间和连续开始时间之间的时间(或活动模式与随后的非活动模式之间的时间)量增加。这允许DC输出电压VDCOUT在非活动时段期间增加到更高的峰值电压。模式转换点指的是(i)活动(和/或高活动) 模式(启用振荡开关操作)与(ii)非活动模式(振荡开关操作禁用)或低活动模式之间的转换。模式转换点的示例在图5中示为交叉点，然而，取决于模式转换点的开始时间和结束时间(即相位角)，模式转换点可以与相应的交叉点不匹配。作为另一示例，通过相对于桥式整流器714的VAC和/或输出的峰值电压增加命令DC电压VDCCOM，开关708的振荡操作时的时段的长度减小。命令DC电压VDCCOM的微小变化可以使所提供的峰值电流产生很大的差异。
在814处，定时模块513可以调节(i)开关708的振荡操作的下一个开始时间和/或结束时间，(ii)开关708的振荡操作的占空比，和/或(iii) 开关708的振荡操作的频率。这可以包括调节控制信号SWCTRL的上升沿和/或下降沿的时间。所述调节可以基于在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总线的电容、压缩机102命令的扭矩、桥式整流器714的输出的预测电压、和/或与部分700的操作相关联的其他参数。调节可以提前或延迟转换开始时间和/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，与所述参数相关的等式、算法、映射和/或表可以被存储在存储器512中并且由定时模块513访问。调节也可以基于先前(历史)和/或结果，先前(历史) 和/或结果可以被存储在存储器512中并且从存储器512访问。例如，如果最后峰值DC总线电压或峰值检测电流(由电流传感器712a、712b之一检测的电流)高于预定阈值，则可以提前下一个转换结束时间或转换开始时间，以降低峰值DC总线电压或峰值检测电流。
在816处，定时模块513确定桥式整流器714的输出的相位角是否与活动时段的预定开始时间匹配。另外地或可替选地，可以将桥式整流器 714的输出(或向开关708的输入)和/或降压转换器701的输出(或电感器704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701转换到OFF状态，并且开关408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 708的振荡操作继续，但是以降低的频率和/或以减小的占空比继续，使得开关708的OFF时间增加和/或开关708的ON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总线电压是否小于或等于命令 DC电压VDCCOM和/或下一个转换相位角(在该点发生操作模式之间的转换的下一个相位角)是否是非活动模式和/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)。另外地或可替选地，可以将桥式整流器714和/或降压转换器701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还可以或可替选地确定当前转换相位角是否在当前非活动模式和/或低活动模式的预定范围内(例如在最后开始时间和后续结束时间之间)。另外地或可替选地，可以将桥式整流器714和/或降压转换器701的输出的电压与预定范围内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，定时模块513从非活动模式或低活动模式转换到活动模式或高活动模式。如果DC总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(处于或接近最大运作电压)和/或桥714输出的电压(或Vbridge)是否小于预定最大电压，和/或(iii)逆变器电源电路 232的温度是否是范围内的(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714的输出Vbridge是否小于预定最大电压，系统防止对图2的逆变器电源电路232施加应力。如果存在轻负荷条件，则 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的温度是范围内的，则执行任务830，否则执行任务824。在一个实施方式中，当(i)存在轻负荷条件时，(ii)VAC小于“高压”电压和/ 或Vbridge小于预定最大电压，以及(iii)逆变器功率的温度电路232的温度是范围内的，则执行任务830，否则执行任务824。
在822处，定时模块513保持在非活动模式或在低活动模式下操作。可以在任务822之后执行任务802。在824，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。另外地或可替选地，可以将桥式整流器714和/或降压转换器701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 708在第一(或高)频率下的振荡操作。包括ON时间和OFF时间的持续时间的开关808的占空比可以对应于在814处确定的占空比信息。任务 802可以在任务826之后执行。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708保持在闭合(或ON)状态，并且不在状态之间切换。当开关为ON时，部分700执行作为具有DC扼流圈的三相整流器。因此，当VAC处于标称或低线电压时，不会发生切换。可以在任务830之后执行任务802。
当VAC太高(例如大于预定电压)时，开关708(或降压)的切换发生以降低总线电压VDCOUT。随着负荷增加，总线电压VDCOUT减小，通过电感器704的电流量增加并且控制模块250开始通过对开关708进行脉冲宽度调制将总线电压VDCOUT(例如在任务826、828处)降低到所选的命令电压来进行降压。控制模块250可以通过在PFC操作的该时段期间调节SWCTRL的占空比来对电流整形。这可以包括提供通过扼流圈的平坦(或恒定)的电流量或异形电流形状。在某些条件下降压并且在其他条件下不降压的能力被称为“部分降压”操作。
在轻负荷条件期间，由于通过电感器704的电流量低，所以开关708 保持ON。随着通过电感器704的电流增加以增加负荷，可以对开关进行脉冲宽度调制以降低总线电压。这防止了图2的逆变器电源电路232在重负荷条件下过热。
虽然以特定顺序提供了上述任务816至830，但是可以以不同的顺序执行任务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，则可以修改任务820以确定：DC总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/或当前相位角是否在预定范围内(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714和/或降压转换器701的输出的电压与相应的预定电压和范围进行比较，以有效地确定下一个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9和图11的上述任务意在为说明性示例；可以在交叠时间段期间顺序地、同步地、同时地、连续地执行任务或根据应用以不同顺序执行任务。此外，根据事件的实现方式和/或顺序，可以不执行或跳过任务中的任一个。
上述示例提供高带宽峰值模式控制，其允许精确控制升压转换器401 和降压转换器701的导通点和关断点。峰值模式控制指的是接近峰值DC 总线电压的操作模式转换控制并且控制DC总线电压的峰值电压。这是因为高速开关控制和基于转换相位角的操作模式之间的转换。转换相位角基于所生成的参考正弦信号来确定。因此，转换相位角不仅仅基于桥式整流器的AC输入和/或输出来确定，还基于(i)桥式整流器的AC输入和/或输出以及(ii)参考正弦信号两者来确定。如上所述，该高速控制设置有基于反馈到控制模块250的各种参数的反馈控制。
虽然上面描述的图9和图11的任务主要是关于调节操作模式的开始时间和结束时间出现的相位角来描述，但是电压阈值和/或电流阈值可以被调节、监测和/或用作操作模式之间转换的基础。例如，可以监测DC总线的电压DCVBus，并且当电压DCVBus超过或低于电压阈值时，图8的定时模块513可以在(i)活动模式和/或高活动模式与(ii)非活动模式或低活动模式之间转换。电压阈值可以与PFC电路212的一个或更多个桥式整流器输出的经整流的AC信号的转换相位角对应。
替代监测图4的桥式整流器414、416的AC输入电压VAC和/或输出的相位和/或电压，可以执行图12的方法以调节操作模式(活动模式、高活动模式、非活动模式和/或低活动模式)之间的转换定时。可以执行图 12的方法以将由电流传感器412检测到的电流水平保持在预定操作范围之间。还可以执行图12的方法以将DC总线电压调节到用于部分PFC操作的预定范围内。
在图12中，示出了操作具有功率转换器(例如图4的升压转换器401) 和PFC电路(例如图2的PFC电路212)的驱动器(例如图2的驱动器 132)的方法。虽然以下任务主要是关于图4和图8的实现方式来描述的，但是可以容易地修改任务以应用于本公开内容的其他实现方式。可以修改任务以应用于图10的降压转换器701。可以迭代地执行任务。可以在执行任务922至940的同时执行任务908至920。
该方法可以在900处开始，其可以包括重置图8的计时器515。在902 处，模块502、504、506、508可以接收和/或确定各种信号和/或参数，例如在图9的任务602至608期间接收和确定的信号。在一个实施方式中，参数包括测量的DC总线电压、压缩机的速度、负荷量、和/或由压缩机汲取的电流量和/或由一个或更多个电流传感器412检测的电流量。
在908处，输出模块510可以确定第一计时器(计时器515中的一个) 是否指示已经达到第一预定时段(例如100ms)。可以设置第一预定时段以提供稳定性。如果第一预定时段(或时间量)已经过去，则执行任务 912，否则可以执行任务910。在910处，如果实现为计数器，则第一计时器可以递增。可以在任务908和/或910之后执行任务902。在912处，可以重置第一计时器。
在914处，输出模块510确定峰值电流Ipeak和/或测量的电流水平是否大于第一预定最大电流水平Ipredmax1(例如20A)。可以执行任务914 以确定部分PFC是否已经执行得太长，使得峰值电流Ipeak较高并且应该降低到预定范围内(例如在15A和20A之间)。峰值电流Ipeak可以是例如由第二电流传感器412b检测的电流或由PFCINC2指示的电流。如果峰值电流Ipeak大于第一预定最大电流水平Ipredmax1，则执行任务916，否则执行任务918。
在916处，输出模块510将调节变量Adjust设置成等于Adjust减去预定量(例如2V)。调节变量Adjust用于在940处调节命令DC电压 VDCCOM。例如，如果命令DC电压VDCCOM增加，则部分PFC操作减少。如果命令DC电压VDCCOM减小，则执行更多(或更长)的部分PFC操作。可以在任务916之后执行任务902。
在918处，输出模块510确定Ipeak和/或测量的电流水平是否小于预定最小电流水平Ipredmin(例如15A)。可以执行任务918以确定Ipeak 是否较低并且可以执行更长的部分PFC操作以将Ipeak增加到预定范围内。当最初启动驱动器132时，由电流传感器412检测的电流可能较低并逐渐增加。作为示例，由电流传感器412b检测的电流可以逐渐增加到Ipredmin和Ipredmax1之间。如果Ipeak和/或测量的电流水平小于 Ipredmin，则执行任务920，否则执行任务902。在920处，将Adjust设置成等于Adjust加上预定量(例如2V)。
在922处，输出模块510确定第二计时器(计时器515中的另一个) 是否指示到达第二预定时段(例如1ms)。第二预定时段可以小于第一预定时段，并且可以设置成允许检测电流和/或电压的快速变化。如果第二预定时段(或时间量)已经过去，则执行任务924，否则可以执行任务923。在923处，如果实现为计数器，则第二计时器可以递增。可以在任务922 和/或923之后执行任务902。在924处，可以重置第二计时器。
在925处，控制模块250确定是否禁用功率因数校正。如果禁用了功率因数校正，则执行任务926，否则执行任务927。在926处，输出模块 510将Adjust设置成等于0并且将VDCCOM设置成等于0。
在927处，输出模块510可以(i)确定在相应的驱动器132被加电的情况下的临时电压Vtmp和请求电压Vreq(例如280V)的初始值，或者(ii)在执行图12的方法的另外的迭代的情况下调节和/或保持Vreq和 Vtmp的当前值。请求电压Vreq可以指压缩机102的操作所需的最小电压。临时电压Vtmp可以设置成等于峰值电压Vpeak(例如325V)加上偏移电压(例如10V)。Vtmp可以在最初设置得较高，使得不存在任何电流峰值，例如图4的峰值464，并且当前峰值是Ibase。峰值电压Vpeak是桥式整流器414、416的峰值AC VAC输入电压或输出的峰值电压。请求电压 Vreq可以基于在任务902期间接收、生成和/或确定的信号和/或参数来确定。请求电压Vreq可以基于压缩机102的电机的速度和/或其他操作条件(例如压缩机102上的负荷)。请求电压Vreq可以基于算法、映射、表和 /或等式来确定。作为示例，该表可以将压缩机102的电机的速度与请求电压相关联。
在928处，输出模块510确定Vreq是否大于或等于Vtmp。如果Vreq 大于或等于Vtmp，则执行任务930，否则执行任务932。如果Vreq大于或等于Vtmp并且功率转换器是升压转换器，则可以操作升压转换器以持续升高DC总线电压。在930处，输出模块510将Adjust设置成等于0并且将VDCCOM设置成等于Vreq。
在932处，输出模块510确定(i)Ipeak和/或测量的电流水平是否大于第二预定最大电流水平Ipredmax2(例如25A)，和/或(ii)Adjust是否小于0。Ipredmax2大于Ipredmax1。该任务确定由电流传感器412中的一者检测到的电流是否太高，这可能在压缩机102上的负荷增加时发生。如果Ipeak和/或测量的电流水平大于Ipredmax 2和/或Adjust小于0，则执行任务934，否则执行任务936。任务932和934的执行允许控制模块250 执行PFC算法以快速调节和防止电源关闭过程的跳闸。如果发生跳闸，则关闭压缩机的电源。替代逐渐减小电流，控制模块250执行任务934以快速减小电流，使得控制模块在完全PFC模式而不是部分PFC模式下操作。这不同于当控制模块250可以在部分PFC模式下操作时执行例如任务914至920的情况。当Adjust是负值时，也可以执行任务934。这可以防止沿向上方向调节电压。在934处，输出模块(i)将Adjust设置成等于0，并且(ii)将VDCCOM设置成等于Vtmp。这会将Adjust和VDCCOM重置为初始值。
在936处，输出模块510确定Adjust是否大于Vtmp减Vreq。此任务可以防止VDCCOM降至Vreq以下。如果Adjust大于Vtmp减Vreq，则执行任务938，否则执行任务940。在938处，输出模块510(i)将Adjust设置成等于Vtmp减Vreq，并且(ii)将VDCCOM设置成等于Vreq。
在940处，输出模块510将命令DC电压VDCCOM设置成等于Vtmp 减Adjust。可以在任务930、934、938和940之后执行任务902。
在上述任务期间，可以经由峰值检测器517检测Vpeak和Ipeak。峰值检测器517可以检测功率转换器和/或DC总线的峰值电压和/或电流水平。峰值检测器517可以存储并更新峰值电压和/或电流水平。峰值检测器517可以比降低峰值水平更快地更新增加的峰值水平。因此，峰值检测器517可以执行作为正在减小的峰值水平的滤波器，并且可以不执行作为正在增加的峰值水平的滤波器。峰值检测器517可以跟踪桥式整流器414、 416的AC输入电压VAC和/或输出的每个周期上的峰值水平。峰值电压和电流水平的跟踪和更新可以如美国专利第8,508,166号中描述的那样执行，该专利通过引用并入本文。
图12的上述任务可以针对单相、三相和/或多相操作执行。图12的上述任务可以应用于具有将三相输入转换为单个整流(或DC)输出的单个整流器的电路。图12的上述任务还可以应用于以下电路：接收多个独立电流相位，并且具有接收相应的一个独立相位的多个整流器，并且输出相应的整流(或DC)输出。图12的上述任务意在为说明性示例；可以在交叠时间段期间顺序地、同步地、同时地、连续地执行任务或根据应用以不同顺序执行任务。此外，根据事件的实现方式和/或顺序，可以不执行或跳过任务中的任一个。
虽然关于峰值模式控制描述了上述任务908至920，但是可以使用平均模式控制作为可替选方案。这包括将任务914和918的决定改变为基于平均电流而不是峰值电流。
图12的方法可以针对图10的降压转换器701修改。在降压转换器实现期间，总线电流可以沿向上方向调节而不是沿向下方向调节，如在升压转换器实现方式中那样。上述任务908至920与内部电流控制回路相关联。上述任务922至940与外部电压控制回路相关联。在一个降压转换器实施方式中，使用电压控制回路而不是电流控制回路，其中总线电压等于(i) 整流电路702输出的电压或Vbridge和(ii)SWCTRL的占空比的乘积。在一个实施方式中，与任务922至940相关联的外部电压回路对于降压转换器操作是相同的。在另一实施方式中，利用内部电流控制回路和外部电压控制回路。对于降压操作，电感器704对于峰值电流模式控制的电感可以小于对于平均电流模式控制的电感。可以基于以下关于图17至图19提供的公开内容来针对降压操作修改图12的方法。
图13示出了包括用于三相实现方式的升压转换器951的图2的驱动器的PFC电路的部分950的示例。部分950包括整流电路952、电感器 954、二极管406、EMI滤波器407、开关408、驱动器410和一个或更多个电流传感器962a、962b、962c、962d(统称为电流传感器962)。整流电路952包括主(或第一)桥式整流器964和次级(或第二)桥式整流器 966。次级桥式整流器966可以被称为旁路整流器并且允许电流绕过主桥式整流器964和升压转换器951。主桥式整流器964包括六个二极管967 (或用于VAC的每个输入相位的二极管对)。在一个实施方式中，次级桥式整流器966包括六个二极管、三个旁路二极管968和三个可选二极管 969。在另一实施方式中，包括旁路二极管968并且不包括可选二极管969。
桥式整流器964、966中的每一个包括三相AC输入端、返回输入端和输出端。桥式整流器964、966中的每一个的三相AC输入端分别连接至电流传感器962a、962b、962c的输出端。电流传感器962a、962b、962c 的输入端连接至AC输入端子970，AC输入端子970接收来自EMI滤波器407的三相AC电压VAC的相位。桥式整流器964、966的返回输入端连接至第四电流传感器962d的输出端972。桥式整流器964的输出端连接至电感器954。桥式整流器966的输出端连接至输出端子974，输出端子974连接至DC总线。在一个实施方式中，电流传感器与电感器954串联并位于电感器的上游或下游。在另一实施方式中，电流传感器与开关 408或电容器980串联并位于其两侧。在另一实施方式中，电流传感器位于DC总线上。电流传感器可以位于部分190中的任何位置，并且相应的传感器信号可以被提供给控制模块250并用于控制开关408的状态。
桥式整流器964、966的输出电压可以称为主电压。虽然示出了电流传感器962a、962b、962c、962d，但是可以替选地或另外地将其他电流传感器结合到部分950中。例如，一个或更多个电流传感器可以与二极管 956、开关408和电容器980中的一个或更多个串联连接。电容器980连接在输出端子974和接地(或参考)端子982之间。电容器980可以(i) 在第一端处连接至二极管956的阴极并且连接至输出端子974，并且(ii) 在第二端处连接至第四电流传感器412d的参考端子982和输入端984。与二极管956、开关408和电容器980中的一个或更多个串联连接的其他电流传感器可以检测通过二极管956、开关408和/或电容器980的电流。二极管983可以连接在开关408两端。在一个实施方式中，电流传感器连接在电感器954和开关408之间。在另一实施方式中，电流传感器连接在开关408和参考端子982之间。此外，可以使用所公开的电流传感器中的任一个或全部。从所公开的电流传感器的信号导出的信号和/或参数中的任一个可以被用在本文公开的电路和方法中。
EMI滤波器407可以连接至主桥式整流器964的输出端。EMI滤波器 407对主桥式整流器964的输出进行滤波。EMI滤波器407将升压转换器 951与主桥式整流器954解耦，以使由从主桥式整流器954处看到的升压转换器951生成的噪声最小化。输出端子974可以连接至DC总线，该 DC总线连接在图2的PFC电路212和逆变器电源电路208之间。
电感器954、二极管956、开关408和驱动器410提供升压转换器951，升压转换器951将DC总线的DC输出电压VDCOUT和/或DC总线电压增加到命令(或预定)DC电压VDCCOM。升压转换器951是功率转换器。命令DC电压VDCCOM可以由控制模块250确定，并且可以设置成小于桥式整流器964、966的峰值(或最大)输出电压。电感器954与二极管956 串联连接在主桥式整流器954的输出端与输出端子974之间。电感器954 (i)在第一端处连接至主桥式整流器954的输出端，并且(ii)在第二端处连接至二极管956的阳极和开关408的第一端子。电感器954可以很小 (例如80微亨(μH))并且用作扼流圈。二极管956可以由例如碳化硅 SiC形成，以便快速切换频率并且没有反向恢复时间。二极管956可以包括并联连接的多个二极管。
开关408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408 可以被配置成以高频率(例如大于或等于200千赫兹(kHz))在ON(例如闭合)状态和OFF(例如断开)状态之间振荡。开关408的第一端子连接至电感器954和二极管956的阳极。开关408的第二端子连接至第四电流传感器412d的输入端984和参考端子982。
开关408的控制端子从驱动器410接收控制信号SWCTRL。驱动器410 基于控制模块250的输出信号PFCOUT生成控制信号SWCTRL。控制模块250 基于以下来生成输出信号PFCOUT：来自电流传感器962a、962b、962c、 962d的一个或更多个电流检测信号PFCINC1、PFCINC2、PFCINC13、PFCINC4；表示AC电压VAC的AC信号PFCACREP；以及表示PFC电路212的DC输出电压VDCOUT的DC信号PFCDCREP。电流感测信号PFCINC1、PFCINC2、 PFCINC13可以等于和/指示(i)从输入电压VAC的每个相位提供的电流量，(ii)共同等于通过电感器954和/或通过PFC电路212的电流量的电流量。电流感测信号PFCINC4可以等于和/或指示(i)从输出端子974返回到第四电流传感器412d的电流量，和/或(ii)通过PFC电路212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。
在操作期间，当DC总线电压大于AC电压VAC时，升压转换器951 可以为ON。当DC总线电压大于AC电压VAC时，电流不从次级整流器 966传递到DC总线。当DC总线电压小于AC电压VAC时，则升压电路 951可以是活动的并且将能量存储在电感器954中，并且将来自电感器954 的能量释放到DC总线上以升高DC总线的电压。当开关408闭合时可以存储能量，并且当开关958断开时可以释放能量。
控制模块250可以控制驱动器410的操作以控制开关408的状态，使得DC输出电压VDCOUT等于或在命令DC电压VDCCOM的预定范围内。控制模块250可以控制驱动器410的操作，使得开关408在例如活动时段 452期间以预定频率在断开状态和闭合状态之间振荡，并且在图5的非活动时段454期间保持在OFF(或断开)状态。
通过主桥式整流器964对三相进行整流，以提供三相整流输出电压。升压转换器951的部分PFC操作可以与图4的升压转换器401的部分PFC 操作相同或类似。当VAC大于DC总线的总线电压和/或VDCOUT时，由二极管968提供的附加桥连接用于三相导通。这通过降低切换损耗和降低的 EMI来提高效率。三相操作类似于单相操作，除了三相基本上“ORed”在一起。如果总线电压被控制为小于VAC的峰值电压，则当总线电压小于 VAC的峰值电压时，整流电路952传导电流并且开关为OFF(即不切换)。当VAC小于总线电压的峰值时，可以由控制模块250和驱动器410执行当前整形。
当开关408为ON时，总线电压等于由电感器(或扼流圈)954接收的电压。开关408可以在与用于单相操作类似地用于三相操作的小调节窗口期间闭合。
图14示出了用于三相实现方式的图2的驱动器的PFC电路的部分 1000的另一示例。部分1000包括整流电路1002和具有切换桥电路1006 和驱动器1008的升压转换器1004。整流电路1002包括具有六个二极管 (用于VAC的每个相位的二极管对)的桥式整流器1010。桥式整流器1010 的输入端接收VAC的相应相位并且分别连接至(i)电流传感器962a、962b、962c以及(ii)电感器1011、1012、1014的输入端。桥式整流器1010的输出端连接至输出端子974和/或DC总线。桥式整流器1010的返回输入端连接至第四电流传感器962d的输出端972。
切换桥电路1006包括三组二极管对和开关对。每组包括二极管对(标识为二极管1020、1022、1024)和开关对(标识为开关1026、1028、1030)。二极管对中的每一对中的二极管串联连接在(i)输出端子974和(ii)参考端子982之间。开关对中的每一对中的开关串联连接在(i)输出端子 974和(ii)参考端子982。二极管中的每一个连接在开关中的相应开关的两端。在一个实施方式中，图13至图14的开关1026、1028、1030可以是IGBT。
部分1000可以进一步包括EMI滤波器407并且包括控制模块1032，控制模块1032可以替代图4的控制模块250来使用并且与图4的控制模块250类似地操作。控制模块1032接收来自传感器962的信号并且基于信号控制驱动器1008。驱动器1008生成控制信号(标识为SWCTRL1-6)以控制开关1026、1028、1030的状态。虽然示出了电流传感器962a、962b、 962c、962d，但是可以替选地或另外地将其他电流传感器结合到部分1000 中。例如，电流传感器可以与二极管1020、1022、1024、开关1026、1028、 1030和电容器1034中的一个或更多个串联连接。电容器1034连接在输出端子974和参考端子982之间。控制模块1032可以基于来自电流传感器中的任一个的信号来控制驱动器1008。
控制模块1032可以控制驱动器1008的操作，以控制开关1026、1028、 1030的状态，使得DC输出电压VDCOUT等于或在命令DC电压VDCCOM的预定范围内。控制模块1032可以控制驱动器1008的操作，使得开关408 在例如活动时段452期间以预定频率在断开状态与闭合状态之间振荡，并且在图5的非活动时段454期间保持在OFF(或断开)状态。
当VAC大于总线电压时，整流电路1002的二极管导通并且开关1026、 1028、1030为OFF(或断开)，开关1026、1028、1030在电感器1011、 1012和1014的输入端处提供与DC总线处不同的电压。这通过降低切换损耗和降低的EMI来提高效率。可以命令总线电压稍微小于(在预定范围内)VAC的峰值电压。如果总线电压被控制为小于VAC的峰值电压并且 VAC大于总线电压，则整流电路1002导通并且开关1026、1028、1030为 OFF(或断开)。这发生在VAC的峰值电压附近。当VAC小于总线电压时，可以执行包括脉冲宽度调制SWCTRL1-6的电流整形和/或调节SWCTRL1-6的占空比。由于包括电感器1011、1012、1014、二极管1020、1022、1024和开关1026、1028、1030，图14的部分1000提供了比图13的部分950更多的控制。在一个实施方式中，控制模块1032针对相位中的每一个独立地控制通过电感器1011、1012、1014中的每一个的电流，以对通过电感器1011、1012、1014的电流整形。控制模块1032和驱动器1008基于PFCINC1、PFCINC2、PFCINC13、PFCINC4、PFCACREP、PFCDCPREP中的一个或更多个来致动开关1026、1028、1030。
图15是三相转换器电路1150的示例的功能框图，三相转换器电路 1150包括第一线路保护电路1152、第一线路EMI滤波器1154、共模扼流圈1156、第二保护电路1158、接地EMI滤波器1160、第二线路EMI滤波器1162、充电电路1164和PFC电路1166。PFC电路1166可以包括图 10的部分700、图13的部分950或图14的部分1000。
PFC电路1166包括整流电路1168、一个或更多个非线路非接地EMI 滤波器1170和驱动器电路1172。转换器电路1150将三相AC输入电压(例如480V AC或600V AC)转换到DC电压，在DC总线(例如图2中所示的DC总线)上提供DC电压。第一线路保护电路1152提供线路电涌保护以对包括在启动时从第一线路保护电路1152的AC输入(可以称为“电源”)提供给从第一线路保护电路1152起下游的电路(例如共模扼流圈1156、充电电路1164和PFC电路1166)的电流进行限制。第一线路保护电路1152可以包括熔丝和MOV。
第一线路EMI滤波器1154对第一线路保护电路1152的输出进行滤波，并且将从第一线路EMI滤波器1154起下游的电路与第一线路保护电路1152的AC输入端解耦。第一线路EMI滤波器1154可以包括在第一线路保护电路1152的输出端两端连接的一个或更多个跨线电容器(例如X 额定电容器)。
共模扼流圈1156向共模信号提供高阻抗，以提供EMI滤波并对第一线路EMI滤波器1154的输出进行滤波。共模扼流圈1156将从共模扼流圈1156起下游的电路与从共模扼流圈1156起上游的电路解耦。
第二保护电路1158提供线对地电涌保护，并且可以包括MOV和 GDT。接地EMI滤波器1160提供EMI滤波，并且可以包括线对地电容器 (例如Y额定电容器)。第二保护电路1158和线对地电容器可以连接至接地端1159(例如大地)。
充电电路1164对包括在启动时从第一线路保护电路1152的AC输入端流到DC总线的电流量进行限制。电源和从整流电路1168起下游的电容器之间的阻抗可以很小。为此，充电电路1164对用来防止损坏从充电电路1164起下游的电路部件的电流量进行限制。充电电路1164可以包括继电器、可变电阻器和其他电路元件。
PFC电路1166可以由本文公开的其他三相输入PFC电路(例如图10 的PFC电路700)中的一个替换，包括本文公开的其他三相输入PFC电路(例如图10的PFC电路700)中的一个和/或与本文公开的其他三相输入PFC电路(例如图10的PFC电路700)中的一个类似地配置。整流电路1168可以包括一个或更多个整流器。非线路非接地EMI滤波器1170 对整流电路1168的输出进行滤波，并且将转换器(例如图10的降压转换器701、图13的升压转换器951或图14的升压转换器1004)或驱动电路 1172与桥式整流器(例如图10的主桥式整流器714，图13的主桥式整流器964或图14的整流电路1002)解耦，以使由从桥式整流器处看到的转换器生成的噪声最小化。整流电路1168可以与图10的整流电路702、图 13的整流电路952或图14的整流电路1002类似地配置。
非线路非接地EMI滤波器1170可以包括并联连接的一个或更多个电容器。非线路非接地EMI滤波器1170的示例在图7和图16中示出，并且被提供以减少和/或消除对第二线路EMI滤波器1162的需要。第二EMI 滤波器1162中的电容器的电容取决于非线路非接地EMI滤波器1170中的一个或更多个电容器的电容。非线路非接地EMI滤波器1170的电容越大，第二EMI滤波器1162的电容越小。非线路非接地EMI滤波器1170 中的电容器的数目可以小于第二EMI滤波器1162中的电容器的数目。这减少了与转换器电路1150相关联的电容器的数目、成本和尺寸，这减小了转换器电路1150的包络和相应PCB和散热器的尺寸(PCB和散热器未在附图中示出)。
此外，EMI滤波器1154和1162的电容器是X电容器，因为电容器额定用于高电压并且连接在电源(或AC线路)两端。接地EMI滤波器 1160的电容器是线对地电容器，因为电容器额定为高电压并且从AC线路连接至接地端1159。相比之下，非线路非接地EMI滤波器1170的电容器连接在DC电压线路和参考端子1173之间，并且DC电压线路的DC电压小于电源两端的AC电压。因此，非线路非接地EMI滤波器1170的电容器不需要满足与使用X电容器和/或Y电容器相关联的功率和安全要求，并且可以在尺寸上小很多并且不同于X电容器和Y电容器进行构造。此外，在X电容器或Y电容器发生故障的情况下，每个X电容器和Y电容器转换到开路状态。在DC总线额定电容器发生故障时的情况下，非线路非接地EMI滤波器1170的电容器(称为DC总线额定电容器)中的每一个被评定为DC总线并且可以处于开路状态或短路(即提供低电阻连接) 状态。
由于DC总线额定电容器的减小的尺寸和不同的结构，DC总线额定电容器具有比X电容器和Y电容器更高的谐振频率。另外，通过具有从整流电路1018起下游的DC总线额定电容器而不是从整流电路起上游的X 电容器，整流电路和DC总线额定电容器的有效总电容增加，从而提供较低的截止频率，并且因此提供了增加的滤波(即滤除了增加的频率数)。
非线路非接地EMI滤波器1070可以具有如图7所示并联连接的多个电容器。尺寸越小并且并联连接的电容器越多，非线路非接地EMI滤波器1070的高频特性越好。例如，从整流电路1068起下游并联连接的三个小电容器(具有小电容)具有比从整流电路1068起上游连接的单个较大电容器(具有大电容)更好的高频特性。三个小电容器具有比单个大电容器更高的谐振频率。每个电容器具有寄生等效串联电阻(ESR)和寄生等效串联电感(ESC)，这可能是不期望的特性。与使用单个较大的电容器相比，并联连接三个小电容器可以显著降低寄生ESR和寄生ESL的影响。
在图15至图16中示出保护电路1152、1158、EMI滤波器1154、1160、 1170和共模扼流圈1156的示例。在图15、图16中示出PFC电路1166 的示例。驱动器电路1172可以包括升压转换器(例如图13至图14的升压转换器之一)、降压转换器(例如图10的降压转换器)或其他驱动器电路并且提供DC总线上的DC输出。驱动电路1172具有输出参考端子1173。
图16示出了图16的转换器电路1150的示例。图16示出了三相转换器电路1150'，其包括第一线路保护电路1152'、第一线路EMI滤波器1154'、共模扼流圈1156'、第二保护电路1158'、接地EMI滤波器1160'、第二线 EMI滤波器1162'、充电电路1164和PFC电路1166'。PFC电路1166'包括整流电路1168、非线路非接地EMI滤波器1170'和驱动器电路1172。转换器电路1150'将三相AC输入电压(例如480V AC或600V AC)转换到 DC电压，在DC总线上(例如图2中所示的DC总线)提供DC电压。第一线路保护电路1152'提供线路电涌保护，以对包括在启动时从第一线路保护电路1152'的AC输入(可以称为“电源”)提供给从第一线路保护电路1152'起下游的电路(例如共模扼流圈1156'、充电电路1164和PFC 电路1166')的电流进行限制。第一线路保护电路1152'可以包括熔丝1400 和MOV1402。
第一线路EMI滤波器1154'对第一线路保护电路1152'的输出进行滤波，并且将从第一线路EMI滤波器1154'起下游的电路与第一线路保护电路1152'的AC输入端解耦。第一线路EMI滤波器1154'可以包括在第一线路保护电路1152'的输出端两端连接的一个或更多个跨线电容器1404(例如X额定电容器)。
共模扼流圈1156'向共模信号提供高阻抗，以提供EMI滤波并对第一线路EMI滤波器1154'的输出进行滤波。共模扼流圈1156'将从共模扼流圈 1156'起下游的电路与从共模扼流圈1156'起上游的电路解耦。共模扼流圈包括电感器1406(每个相位一个)和芯1408。
第二保护电路1158'提供线对地电涌保护，并且可以包括MOV 1410 (每个相位一个)和GDT 1412。接地EMI滤波器1160'提供EMI滤波并且可以包括线对地电容器1414、1416、1418(例如Y额定电容器)。第二保护电路1158'和线对地电容器1414、1416、1418可以连接至接地端1159 (例如大地)。线对地电容器1414、1416、1418可以包括如图所示的三对电容器(每个相位一对)，或者根据电压和/或相位数来包括不同数目的电容器。
第二线EMI滤波器1162'可以包括跨线电容器1420，跨线电容器1420 连接在相应的AC线1422对的两端。由于包括非线路非接地EMI滤波器 1170'，电容器1420的尺寸和电容很小。在一个实施方式中，不包括第二线路EMI滤波器1162'。
充电电路1164可以包括多个继电器1180。在一个实施方式中，包括两个继电器，每个用于三相中的两个相位中的每一个。作为示例，可以为 L1和L3提供继电器(L1、L2、L3可以指：向PFC电路1166'提供三相电压VAC的线路)。继电器可以由本文公开的控制模块中的任一个控制。用于L1和L3的继电器可以在从充电电路起下游的电容器的预充电期间断开，并且在预充电之后闭合。这可以在电源被转换器电路1150'激活和/或最初被提供给PFC电路1166'时，防止L1和L3上的电压被PFC电路1166' 接收并且防止电流电涌在电容器处被接收。在一个实施方式中，可以不包括继电器之一(例如用于L1的继电器)并且到电容器的电流可以通过控制PFC电路1166'的一个或更多个开关来限制。PFC电路1166'中的EMI 滤波器还限制由连接至DC总线的电容器在PFC电路1166'的输出端处接收的电流。在轻负荷条件期间，可以断开相位中的一者的继电器(例如用于L3的继电器)，如下面关于图9进一步描述的。相位中的一者的开路将由PFC电路1166'接收的电压从三相电压变为单相电压。
非线路非接地EMI滤波器1170'对整流电路1168的输出进行滤波，并且将转换器(例如图10的降压转换器701)或驱动器电路1172与桥式整流器(例如图10的主桥式整流器714)解耦，以使由从桥式整流器处看到的转换器生成的噪声最小化。非线路非接地EMI滤波器1170'可以包括一个或更多个DC总线额定电容器(示出了一个电容器1430)。在一个实施方式中，非线路非接地EMI滤波器1170'包括如图所示的单个DC总线额定电容器1430，并且不包括第二线路EMI滤波器1162'。因此，减少了电容器的数目、尺寸和成本。单个电容器1430替换三个电容器1420，并且在尺寸上可以更小并且具有比第二线路EMI滤波器1162'的每个电容器更小的电容。例如，如果不包括非线路非接地EMI滤波器1170'，则电容器1420每个都可以是较大的(例如0.47μF)。如果包括非线路非接地EMI 滤波器1170'，则电容器1420中的每一个的电容可以显著减小(0.01μF 至0.1μF)，或者可以不包括第二线路EMI滤波器1162'。作为示例，电容器1402和1430中的每一个的电容可以是0.33μF。在一个实施方式中，非线路非接地EMI滤波器1170的电容器中的每一个小于或等于从充电电路1164和/或整流电路1168起上游的跨线电容器中的每一个的电容。
示例性信号图在图17至图19中被提供以用于图10的部分700。图 17是示出提供给图10的整流电路702的示例性三相输入线间电压Vab、 Vbc、Vca的曲线图，可以从图15或图16的充电电路1164接收示例性三相输入线间电压Vab、Vbc、Vca。图18是示出叠加在图17的三相输入电压上的整流电压Vbridge和总线电压VDCOUT并且用于图10的部分700的曲线图。示出了针对本公开内容的第一部分降压模式示例实施方式的整流电压Vbridge和总线电压VDCOUT。第一部分降压模式在图18和图19中被标识为“opt1”。
当在第一部分降压模式下操作时，用于L1、L2、L3的继电器闭合，使得图16的PFC电路1166'接收三相VAC。桥714输出的电压(或Vbridge) 可以由等式1表示，其中Vbridge等于Vab、Vbc、Vca之一的最大幅度，其中θ是相位角。
Vbridge＝max(|Vab(θ)|，|Vbc(θ)|，|Vca(θ)|) (1)
如果电感器704的电感很大，使得电感器704和电容器723的LC组合的截止频率低于用于三相VAC操作的预定频率(例如，如果在美国则为 360Hz，或者如果在欧洲则为300Hz)，则总线电压VDCOUT可以由等式2 表示，其中T是时间。例如，(i)如果在美国并且为单相，则预定频率可以是120Hz，或者(ii)如果在欧洲并且为单相，则预定频率可以是100Hz。
对于美国操作，VAC可以是60Hz，并且对于欧洲操作，VAC可以是50Hz。
Figure GDA0002618921960000421
在轻负荷条件下，总线电压VDCOUT为高。在重负荷条件下，总线电压VDCOUT为低。在轻负荷条件期间并且当VAC小于“高线”电压(处于或接近最大运作电压)和/或电桥714的输出Vbridge小于预定最大电压(处于或接近最大运作电压)时，开关708保持在闭合(或ON)状态并且不在状态之间切换。当开关为ON时，部分700执行作为具有DC扼流圈的三相整流器。通过检查VAC是否小于“高线”电压和/或桥714的输出Vbridge 是否小于预定最大电压，系统防止对图2的逆变器电源电路232施加应力。因此，当VAC处于标称或低线路电压时，不会发生切换。当VAC太高时，发生开关708的切换(或降压)以降低总线电压VDCOUT。随着负荷增加，总线电压VDCOUT减小，通过电感器704的电流量增加，并且控制模块250 开始通过对开关708进行脉冲宽度调制将总线电压VDCOUT降低到所选的命令电压来进行降压。控制模块250可以通过在PFC操作的该时段期间调节SWCTRL的占空比来对电流整形。这可以包括提供通过扼流圈的平坦 (或恒定)的电流量。在某些条件下降压并且在其他条件下不降压的能力被称为“部分降压”操作。
在轻负荷条件期间，由于通过电感器704的电流量较低，所以开关 708保持为ON。随着通过电感器704的电流增加用于增加的负荷，可以对开关进行脉冲宽度调制以降低总线电压。这防止了图2的逆变器电源电路232在重载条件下过热。
图19是示出叠加在图17的三相输入电压上的整流、扼流圈和总线电压Vbridge、Vchoke和VDCOUT并且用于图10的部分的曲线图。示出了用于本公开内容的第二部分降压模式示例实施方式的电压。第二部分降压模式在图19中被标识为“opt2”。此外，还示出了用于第一部分降压模式的整流电压Vbridge，以示出第一部分降压模式中的操作相对于第二部分降压模式中的操作之间的差异。在第二部分降压模式期间，继电器1180中的一个断开，使得PFC电路1166'接收单相电压VAC。这被称为“单相运行”。这发生在例如从PFC电路1166'起下游的压缩机的轻负荷条件期间。控制模块250可以基于例如信号PFCINC1、PFCINC2、PFCACREP，PFCDCREP和由图2的传感器259提供的信号中的一个或更多个来检测轻负荷条件。在重负荷条件期间，用于线路L1、L2和L3的继电器1180闭合，使得PFC 电路1166'接收所有三相。
在第二部分降压模式期间，作为由电感器704接收的电压的扼流电压 Vchoke可以由等式3表示。
Figure GDA0002618921960000431
基于等式3，降压转换器被激活并且因此当Vbridge较高和/或大于或等于Vmax(预定电压)时切换开关708。当Vbridge较高和/或大于或等于Vmax时，开关708被提供有PWM信号SWCTRL。作为可替选方案，开关708可以保持断开(或OFF)，使得当VAC太高和/或Vbridge较高和/ 或大于或等于Vmax时没有电压被施加至相应的电感器(例如图13的电感器954)。
如果电感器704的电感较大，使得电感器704和电容器723的LC组合的截止频率低于预定频率，则总线电压VDCOUT可以由等式4表示用于 opt2。对于三相VAC操作，预定频率可以是例如：如果在美国则为360Hz 或者如果在欧洲则为300Hz。例如，(i)如果在美国并且为单相，则预定频率可以是120Hz，或者(ii)如果在欧洲并且为单相，则预定频率可以是100Hz。
Figure GDA0002618921960000432
如从图19中可以看出，用于第一部分降压模式(opt1)的总线电压 VDCOUT高于用于第二部分降压模式(opt2)的总线电压VDCOUT。大扼流圈平均接收电压以提供平坦总线电压VDCOUT。随着电感器704的电感的减小，对于总线电压VDCOUT的电压纹波的大小(峰至峰)增加。随着电感器704的电感的增加，总线电压VDCOUT也减小。如果第二部分降压模式的电感减小，则VDCOUT的电压纹波增加，并且相应的平均电压增加到(i) 高于图19中所示的opt2的VDCOUT，并且(ii)小于图19中所示的opt1 的VDCOUT和图19中所示的Vchoke的最大值。当扼流圈较大时，总线电压VDCOUT可以等于VAC的平均值。随着扼流圈尺寸的减小，VDCOUT中的纹波的大小增加，并且VDCOUT在VAC的平均值和VAC的峰值之间。
对于第二部分降压模式并且在轻负荷条件期间，如果VAC的峰值相对于VDCOUT过高，则断开用于L3的继电器以执行单相运行，并且开关708 断开(或OFF)。在轻负荷条件期间并且当VAC的峰值不是太高时，开关 708被脉冲宽度调制或保持在闭合(或ON)位置，这取决于正在执行多少电流整形。作为示例，开关708可以在VAC的电压过零点处接通，并且保持接通一段时间，并且然后随后断开。作为另一示例，当VAC小于预定电压时，开关708可以被脉冲宽度调制，并且当VAC接近峰值电压时，开关708可以切换到并保持在OFF状态。这被称为“双面相位控制”。开关 708可以被脉冲宽度调制，以对在电感器704处接收并通过电感器704的电流的波形进行整形，以降低有效峰值电压。这减少了切换损耗。
对于第二部分降压模式，可以迭代地循环通过三个操作周期，其中第二周期是指在Vbridge处于或接近峰值电压时的时段。例如，参照图19， Vbridge是在最小电压(0V或接近0V)与峰值电压(示为高于opt1的 VDCOUT)之间迭代转换的整流信号。第二时段可以指当Vbridge在峰值电压的预定范围内的时段。第一时段可以指当Vbridge在增加并且在(i)最小电压与(ii)和第二时段相关联的低端电压和/或转换电压(从第一时段转换到第二时段时的电压)之间时的时段。第三时段可以指当Vbridge在减小并且在(i)与第二时段相关联的低端电压和/或转换电压(从第二时段转换到第三时段时的电压)与(ii)最小电压之间时的时段。
作为第一示例，开关708可以在第一时段的持续时间内闭合，在第二时段的持续时间内被脉冲宽度调制，并且在第三时段的持续时间内闭合。作为另一示例，开关708可以在第一时段的持续时间内被脉冲宽度调制，在第二时段的持续时间内断开，并且在第三时段的持续时间内被脉冲宽度调制。作为又一示例，开关708可以在第一时段的持续时间内被脉冲宽度调制或闭合，在第二时段的持续时间内断开，并且在第三时段的持续时间内被脉冲宽度调制或闭合。在另一示例中，开关708在第一时段、第二时段和第三时段的持续时间内被脉冲宽度调制。在另一实施方式中，开关 708在第一时段的持续时间内闭合，在第二时段的持续时间内断开，并且在第三时段的持续时间内闭合。如果Vbridge太高，则开关708在第二时段的持续时间内不保持在闭合状态，以防止总线上的电压变得太高。如果 Vbridge太高，则开关708可以在第一时段和第三时段的持续时间内闭合、断开或被脉冲宽度调制。如果VAC小于预定电压，则开关708可以在第一时段、第二时段和/或第三时段期间保持在闭合状态。随着VAC增加，开关708可以切换到断开状态和/或被脉冲宽度调制，以执行电流整形。
对于第一部分降压模式和第二部分降压模式两者，在不暂时停止降压转换器的降压操作的系统上降低了切换损耗。开关708和电感器704处的切换损耗减小。
图20示出了图2的驱动器的PFC电路的部分(或同步整流器)1200。作为示例，同步整流器1200可以被配置用于8kW输入功率和5吨压缩机实现方式。同步整流器1200从单相电源1202接收单相输入电压VAC。同步整流器1200包括EMI滤波器1204。EMI滤波器1204具有与第一二极管1206的阳极、电感器1208和第二二极管1210的阴极连接的第一输出端子。第一二极管1206的阴极连接至第一开关1212。第一开关1212与第二开关1214串联连接，并且从驱动器1216接收控制信号1208。第二开关1214从驱动器1216接收第二控制信号。驱动器1216可以由控制模块1218控制，控制模块1218可以与本文描述的其他控制模块类似地操作。
包括另外一对二极管1220、1222并且其串联连接。二极管1206、1210、 1220、1222可以被包括在单个桥中。第三二极管1220的阴极连接至第一开关1212和第一二极管1206的阴极。第三二极管1220的阳极连接至第四二极管1222的阴极。第四二极管1222的阳极与接地端1224、第二开关1214和第二二极管1210的阳极连接。为了提高工作效率并减小二极管1220和1222两端的电压降，开关1226、1228可以与二极管1220、1222 并联连接。在一个实施方式中，开关1226、1228不被包括在同步整流器 1200中。开关1226、1228可以由从驱动器1216接收的控制信号控制。第三二极管1220的阳极和第四二极管1222的阴极连接至EMI滤波器1204 的第二输出端。
电流传感器可以被包括在同步整流器1200中的各个位置。示例电流传感器由框1230、1232、1234、1236、1238表示。电流传感器1230、1232、 1234、1236、1238检测电流流动：流出EMI滤波器1204；通过开关1212、 1214；从第一二极管1206和/或第一开关1212到DC总线；和/或从开关 1214到接地参考端1224。驱动器1216可以基于从电流传感器1230、1232、1234、1236、1238接收的电流信号来生成提供给开关1212、1214、1226、 1228的控制信号。控制模块1218可以基于从电流传感器1230、1232、1234、 1236、1238接收的电流信号来生成信号PFCOUT。
在一个实施方式中，开关1212、1214、1226、1228是碳化硅SiC开关。作为示例，开关1212、1214可以是FET，并且可以包括与FET串联连接的二极管(称为反并联二极管)。在操作期间，第二开关1214可以闭合(导通)，并且然后断开(关断)。在关断第二开关1214时，第一开关 1212可以导通。当第二开关1214关断并且电流在第一开关1212的反并联二极管中流动时，则在预定时段(或短时段)内，第一开关1212导通。这减少了功率损失。
前面的描述本质上仅是说明性的，并且决不旨在限制本公开内容、其应用或用途。本公开内容的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然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(或同时)执行。此外，虽然上面将实施方式中的每一个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那些特征中的任何一个或更多个可以在其他实施方式中的任一个中实现和/或与其他实施方式中的任一个的特征组合，即使没有明确描述该组合。换句话说，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排列仍然在本公开内容的范围内。
元件之间的空间关系和功能关系(例如在模块、电路元件、半导体层等之间)使用包括以下的各种术语来描述：“连接”、“接合”、“耦接”、“相邻”、“下一个”、“在……之上”、“上方”、“下方”和“布置”。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件与第二元件之间的关系时，该关系可以是在第一元件和第二元件之间不存在其他中间元件的直接关系，但是也可以是在第一元件和第二元件之间存在一个或更多个中间元件的间接关系。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应该被解释为使用非排他性逻辑OR表示逻辑(A OR B OR C)，并且不应该被解释为表示“A中的至少一个、B中的至少一个、以及C中的至少一个”。
在本申请中，包括以下定义，术语“模块”或术语“控制器”可以用术语“电路”替换。术语“模块”可以指代、作为以下的部分或包括：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、专用或组)；存储由处理器电路执行的代码的存储器电路(共享、专用或组)；提供所述功能的其他合适的硬件部件；或者例如片上系统中的上述的部分或全部的组合。
模块可以包括一个或更多个接口电路。在一些示例中，接口电路可以包括与局域网(LAN)、因特网、广域网(WAN)或其组合连接的有线接口或无线接口。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之间。例如，多个模块可以允许负荷平衡。在另外的示例中，服务器(也称为远程或云)模块可以代表客户端模块完成某些功能。
如以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、函数、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或所有代码的单个处理器电路。术语组处理器电路包括处理器电路，该处理器电路与附加处理器电路组合，执行来自一个或更多个模块的一些或所有代码。对多个处理器电路的引用包括分立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所有代码的单个存储器电路。术语组存储器电路包括存储器电路，该存储器电路与附加存储器组合，存储来自一个或更多个模块的一些或所有代码。
术语存储器电路是术语计算机可读介质的子集。如本文使用的术语计算机可读介质不包括通过介质(例如在载波上)传播的瞬时电信号或电磁信号，因此，术语计算机可读介质可以被认为是有形的和非暂态的。非暂态有形计算机可读介质的非限制性示例是非易失性存储器电路(例如闪存电路、可擦除可编程只读存储器电路或掩模只读存储器电路)、易失性存储器电路(例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(例如模拟或数字磁带或硬盘驱动器)和光存储介质(例如 CD、DVD或蓝光光盘)。
在本申请中，被描述为具有特定属性或执行特定操作的装置元件被具体配置成具有那些特定属性并执行那些特定操作。具体地，对执行动作的元件的描述意味着该元件被配置成执行动作。元件的配置可以包括对元件的编程，例如通过在与元件相关联的非暂态有形计算机可读介质上编码指令。
本申请中描述的装置和方法可以由专用计算机部分或全部实现，该专用计算机通过配置通用计算机以执行计算机程序中包含的一个或更多个特定功能而创建。上述功能块、流程图部件和其他元件用作软件规范，其可以通过熟练技术人员或程序员的例行工作转换成计算机程序。
计算机程序包括存储在至少一个非暂态有形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设备交互的设备驱动器、一个或更多个操作系统、用户应用程序、后台服务、后台申请等。
计算机程序可以包括：(i)要解析的描述性文本，例如HTML(超文本标记语言)或XML(可扩展标记语言)，(ii)汇编代码，(iii)由编译器从源代码生成的目标代码，(iv)由解释器执行的源代码，(v)由即时编译器编译并执行的源代码等。仅作为示例，源代码可以使用来自包括以下的语言的语法来编写：C、C++、C#、Objective C、Haskell、Go、SQL、 R、Lisp、
Figure GDA0002618921960000481
Fortran、Perl、Pascal、Curl、OCaml、
Figure GDA0002618921960000482
HTML5、 Ada、ASP(活动服务器页面)、PHP、Scala、Eiffel、Smalltalk、Erlang、 Ruby、
Figure GDA0002618921960000483
Lua和
Figure GDA0002618921960000484
计算机程序可以包括
Figure GDA0002618921960000485
工具。
权利要求中所述的任何元件均不旨在为35U.S.C§112(f)意义上的装置加功能元件，除非使用短语“用于…的装置”明确叙述元素或在方法权利要求使用短语“用于…的操作”或“用于…步骤”的情况下。

Claims (64)

1.一种功率因数校正电路，包括：
桥式整流电路，其被配置成(i)接收交流电压，以及(ii)生成经整流的交流电压；
功率转换器，其被配置成将所述经整流的交流电压转换为第一直流电压，其中，所述功率转换器包括开关，并且将所述第一直流电压提供给直流总线以对压缩机供电；
电流传感器，其被配置成检测(i)通过所述功率转换器的电流量，或者(ii)从所述功率因数校正电路的输出返回的电流量；以及
控制模块，其被配置成：当在部分功率因数校正模式下操作时，
基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、第二直流电压或检测到的电流量来控制所述开关的操作，以在(i)高活动模式和(ii)非活动模式或低活动模式下操作之间转换，其中，所述第二直流电压是所述直流总线的检测到的直流电压，
当处于所述高活动模式和所述低活动模式时，在断开状态和闭合状态之间转换所述开关；并且
当处于所述非活动模式时，将所述功率转换器保持在关闭状态。
2.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、所述第二直流电压以及所述检测到的电流量来控制所述开关的操作，以在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式下操作之间转换。
3.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，还包括：驱动器，其被配置成基于输出信号来控制所述开关的操作，
所述控制模块被配置成：基于所述经整流的交流电压、所述第二直流电压和所述检测到的电流量来生成所述输出信号，以在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式下操作之间转换所述驱动器。
4.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：
当处于所述高活动模式时，以第一频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关；并且
当处于所述低活动模式时，以第二频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关，其中，所述第二频率小于所述第一频率。
5.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：
当处于所述高活动模式时，以第一占空比操作所述开关；并且
当处于所述低活动模式时，以第二占空比操作所述开关，
其中，所述第一占空比小于所述第二占空比，使得每个周期的所述开关的接通时间在所述高活动模式期间比在所述低活动模式期间更短，或者(ii)每个周期的所述开关的断开时间在所述高活动模式期间比在所述低活动模式期间更长。
6.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：
当处于所述高活动模式时，以第一占空比操作所述开关；并且
当处于所述低活动模式时，以第二占空比操作所述开关，
其中，所述第一占空比大于所述第二占空比，使得每个周期的所述开关的接通时间在所述高活动模式期间比在所述低活动模式期间更长，或者(ii)每个周期的所述开关的断开时间在所述高活动模式期间比在所述低活动模式期间更短。
7.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：基于所述第一直流电压的相位角，在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式之间转换所述功率转换器。
8.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：(i)基于所述压缩机上的负荷，在所述部分功率因数校正模式和全功率因数校正模式之间转换，(ii)当处于所述部分功率因数校正模式时，在(a)所述高活动模式和(b)所述非活动模式或所述低活动模式之间转换所述功率转换器，以及(iii)当处于所述全功率因数校正模式时，保持在所述高活动模式下的操作。
9.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，所述桥式整流电路包括：
第一桥式整流器，其被配置成(i)接收所述交流电压，以及(ii)生成所述经整流的交流电压；以及
第二桥式整流器，其被配置成(i)接收所述交流电压，(ii)生成第二经整流的交流电压，以及(ii)绕过所述第一桥式整流器，以将所述第二经整流的交流电压提供给所述直流总线。
10.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：
确定所述经整流的交流电压的相位角；
如果所述相位角是在所述高活动模式下操作的开始时间，则转换到所述高活动模式，包括在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关以将所述直流总线的所述第二直流电压提升到预定直流电压；并且
如果所述相位角是在所述高活动模式下操作的结束时间，则转换到所述非活动模式或所述低活动模式。
11.根据权利要求10所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：
基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、所述第二直流电压或所述检测到的电流量来生成命令直流电压，其中，所述功率转换器是升压转换器；并且
如果所述相位角是在所述高活动模式下操作的开始时间并且所述第二直流电压小于或等于所述命令直流电压，则在所述高活动模式下操作，包括在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关以将所述直流总线的所述第二直流电压提升到所述预定直流电压。
12.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中：
所述功率转换器是升压转换器；并且
所述控制模块被配置成：
确定所述经整流的交流电压的相位角，
如果所述相位角是在所述非活动模式或所述低活动模式下操作的开始时间，则转换到所述非活动模式或所述低活动模式，其中，如果所述控制模块转换到所述低活动模式，则所述控制模块以低于当处于所述高活动模式时的频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关，并且
如果所述相位角是在所述非活动模式或所述低活动模式下操作的结束时间，则转换到所述高活动模式。
13.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：
基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、所述第二直流电压或所述检测到的电流量来生成命令直流电压，其中，所述功率转换器是降压转换器；并且
如果所述相位角是在所述非活动模式或所述低活动模式下操作的开始时间并且所述第二直流电压小于或等于所述命令直流电压，则转换到所述非活动模式或所述低活动模式。
14.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，还包括输出模块，其被配置成：
确定所述检测到的电流量的峰值电流水平；
基于计时器，将所述峰值电流水平与(i)最大电流水平和(ii)最小电流水平进行比较；
基于(i)所述峰值电流水平和所述最大电流水平之间的比较，以及(ii)所述峰值电流水平和所述最小电流水平之间的比较，更新调节值；并且
基于所述调节值来更新所述直流总线的命令直流电压。
15.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，还包括输出模块，其被配置成：
确定接收的交流电压或所述经整流的交流电压的峰值电压水平；
确定所述检测到的电流量的峰值电流水平；
将请求电压设置成所述压缩机的最小电压；
将临时电压设置成等于所述峰值电压水平加上偏移值；
基于计时器来确定所述请求电压是否大于或等于所述临时电压；并且
如果所述请求电压大于或等于所述临时电压，则(i)将命令直流电压的调节值设置成等于0，并且(ii)将所述命令直流电压设置成等于所述请求电压。
16.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，还包括输出模块，其被配置成：
确定接收的交流电压或所述经整流的交流电压的峰值电压水平；
确定所述检测到的电流量的峰值电流水平；
将请求电压设置成所述压缩机的最小电压；
将临时电压设置成等于所述峰值电压水平加上偏移值；
基于计时器来确定所述峰值电流水平是否大于最大电流水平；并且
如果所述峰值电流水平大于所述最大电流水平或者命令直流电压的调节值小于0，则将所述调节值设置成等于0并且将所述命令直流电压设置成等于所述临时电压。
17.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，还包括：输出模块，其被配置成：
确定接收的交流电压或所述经整流的交流电压的峰值电压水平；
确定所述检测到的电流量的峰值电流水平；
将请求电压设置成所述压缩机的最小电压；
将临时电压设置成等于所述峰值电压水平加上偏移值；
基于计时器来确定调节值是否大于所述临时电压与所述请求电压之间的差；
如果命令直流电压的调节值大于所述临时电压与所述请求电压之间的差，则(i)将所述调节值设置成等于所述临时电压与所述请求电压之间的差，以及(ii)将所述命令直流电压设置成等于所述请求电压；并且
如果所述命令直流电压的调节值小于或等于所述临时电压与所述请求电压之间的差，则将所述命令直流电压设置成等于所述临时电压与所述调节值之间的差。
18.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中：
所述开关是第一开关；
所述功率转换器包括多个开关和多个二极管；
所述多个开关包括所述第一开关；
所述多个二极管中的每一个与所述多个开关中的相应一个开关并联连接；并且
所述控制模块被配置成：基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、所述第二直流电压或所述检测到的电流量来控制所述多个开关的操作，以在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式下操作之间转换。
19.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：(i)确定负荷条件，(ii)如果所述负荷条件被确定为轻负荷条件，则将所述开关保持在接通状态，(iii)如果所述负荷条件被确定为重负荷条件，则对所述开关进行脉冲宽度调制。
20.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：(i)确定逆变器输出电流水平，(ii)如果所述经整流的交流电压中的至少一个小于预定最大电压并且所述逆变器输出电流水平小于预定最大电流水平，则将所述开关保持在接通状态，并且(iii)如果所述经整流的交流电压中的至少一个大于或等于所述预定最大电压并且所述逆变器输出电流水平大于或等于所述预定最大电流水平，则对所述开关进行脉冲宽度调制。
21.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：(i)确定逆变器功率电路温度，(ii)如果所述经整流的交流电压中的至少一个小于预定最大电压并且所述逆变器功率电路温度为范围内的，则将所述开关保持在接通状态，并且(iii)如果所述经整流的交流电压中的至少一个大于或等于所述预定最大电压并且所述逆变器功率电路温度为范围外的，则对所述开关进行脉冲宽度调制。
22.根据权利要求1所述的功率因数校正电路，还包括继电器，其中，所述控制模块被配置成：(i)确定负荷条件，(ii)如果所述负荷条件被确定为轻负荷条件，则控制所述继电器使得所述功率因数校正电路接收单相电力并且执行单相操作，(iii)如果所述负荷条件被确定为重负荷条件，则控制所述继电器使得所述功率因数校正电路接收三相电力。
23.一种操作功率因数校正电路的方法，所述方法包括：
接收交流电压；
经由桥式整流电路生成经整流的交流电压；
经由功率转换器将所述经整流的交流电压转换为第一直流电压，其中，所述功率转换器包括开关；
将所述第一直流电压提供给直流总线以对压缩机供电；
检测(i)通过所述功率转换器的电流量，或(ii)从所述功率因数校正电路的输出返回的电流量；并且
当在部分功率因数校正模式下操作时，
基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、第二直流电压或检测到的电流量来控制所述开关的操作，以在(i)高活动模式和(ii)非活动模式或低活动模式下操作之间转换，其中，所述第二直流电压是所述直流总线的检测到的直流电压，
当处于所述高活动模式和所述低活动模式时，在断开状态和闭合状态之间转换所述开关，并且
当处于所述非活动模式时，将所述功率转换器保持在关闭状态。
24.根据权利要求23所述的方法，包括：基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、所述第二直流电压以及所述检测到的电流量来控制所述开关的操作，以在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式下操作之间转换。
25.根据权利要求23所述的方法，还包括：
基于输出信号经由驱动器控制所述开关的操作；以及
基于所述经整流的交流电压、所述第二直流电压和所述检测到的电流量来生成所述输出信号，以在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式下操作之间转换所述驱动器。
26.根据权利要求23所述的方法，还包括：
当处于所述高活动模式时，以第一频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关；以及
当处于所述低活动模式时，以第二频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关，其中，所述第二频率小于所述第一频率。
27.根据权利要求23所述的方法，还包括：
当处于所述高活动模式时，以第一占空比操作所述开关；并且
当处于所述低活动模式时，以第二占空比操作所述开关，
其中，所述第一占空比小于所述第二占空比，使得每个周期的所述开关的接通时间在所述高活动模式期间比在所述低活动模式期间更短，或者(ii)每个周期的所述开关的断开时间在所述高活动模式期间比在所述低活动模式期间更长。
28.根据权利要求23所述的方法，还包括：
当处于所述高活动模式时，以第一占空比操作所述开关；并且
当处于所述低活动模式时，以第二占空比操作所述开关，
其中，所述第一占空比大于所述第二占空比，使得每个周期的所述开关的接通时间在所述高活动模式期间比在所述低活动模式期间更长，或者(ii)每个周期的所述开关的断开时间在所述高活动模式期间比在所述低活动模式期间更短。
29.根据权利要求23所述的方法，还包括：基于所述第一直流电压的相位角，在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式之间转换所述功率转换器。
30.根据权利要求23所述的方法，还包括：
基于所述压缩机上的负荷，在所述部分功率因数校正模式和全功率因数校正模式之间转换；
当处于所述部分功率因数校正模式时，在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式之间转换所述功率转换器；以及
当处于所述全功率因数校正模式时，保持所述高活动模式下的操作。
31.根据权利要求23所述的方法，还包括：
在第一桥式整流器处接收交流电压；
经由所述第一桥式整流器生成所述经整流的交流电压；
在第二桥式整流器处接收交流电压；
经由所述第二桥式整流器生成第二经整流的交流电压；以及
绕过所述第一桥式整流器以向所述直流总线提供所述第二经整流的交流电压。
32.根据权利要求23所述的方法，还包括：
确定所述经整流的交流电压的相位角；
如果所述相位角是在所述高活动模式下操作的开始时间，则转换到所述高活动模式，包括在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关以将所述直流总线的所述第二直流电压提升到预定直流电压；并且
如果所述相位角是在所述高活动模式下操作的结束时间，则转换到所述非活动模式或所述低活动模式。
33.根据权利要求32所述的方法，还包括：
基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、所述第二直流电压或所述检测到的电流量来生成命令直流电压，其中，所述功率转换器是升压转换器；以及
如果所述相位角是在所述高活动模式下操作的开始时间并且所述第二直流电压小于或等于所述命令直流电压，则在所述高活动模式下操作所述开关，包括在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关以将所述直流总线的所述第二直流电压提升到所述预定直流电压。
34.根据权利要求23所述的方法，还包括：
确定所述经整流的交流电压的相位角；
如果所述相位角是在所述非活动模式或所述低活动模式下操作的开始时间，则转换到所述非活动模式或所述低活动模式，其中，如果转换到所述低活动模式，则以低于当处于所述高活动模式时的频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关；以及
如果所述相位角是在所述非活动模式或所述低活动模式下操作的结束时间，则转换到所述高活动模式。
35.根据权利要求34所述的方法，还包括：
基于所述经整流的交流电压、所述经整流的交流电压的相位角、所述第二直流电压或所述检测到的电流量来生成命令直流电压，其中，所述功率转换器是降压转换器；并且
如果所述相位角是在所述非活动模式或所述低活动模式下操作的开始时间并且所述第二直流电压小于或等于所述命令直流电压，则转换为在所述非活动模式或所述低活动模式下操作所述开关。
36.根据权利要求23所述的方法，还包括：
确定所述检测到的电流量的峰值电流水平；
基于计时器将所述峰值电流水平与(i)最大电流水平和(ii)最小电流水平进行比较；
基于(i)所述峰值电流水平和所述最大电流水平之间的比较，以及(ii)所述峰值电流水平和所述最小电流水平之间的比较，更新调节值；并且
基于所述调节值更新所述直流总线的命令直流电压。
37.根据权利要求23所述的方法，还包括：
确定接收的交流电压或所述经整流的交流电压的峰值电压水平；
确定所述检测到的电流量的峰值电流水平；
将请求电压设置成所述压缩机的最小电压；
将临时电压设置成等于所述峰值电压水平加上偏移值；
基于计时器来确定所述请求电压是否大于或等于所述临时电压；并且
如果所述请求电压大于或等于所述临时电压，则(i)将命令直流电压的调节值设置成等于0，并且(ii)将所述命令直流电压设置成等于所述请求电压。
38.根据权利要求23所述的方法，还包括：
确定接收的交流电压或所述经整流的交流电压的峰值电压水平；
确定所述检测到的电流量的峰值电流水平；
将请求电压设置成所述压缩机的最小电压；
将临时电压设置成等于所述峰值电压水平加上偏移值；
基于计时器来确定所述峰值电流水平是否大于最大电流水平；并且
如果所述峰值电流水平大于所述最大电流水平或者命令直流电压的调节值小于0，则将所述调节值设置成等于0并且将所述命令直流电压设置成等于所述临时电压。
39.根据权利要求23所述的方法，还包括：
确定接收的交流电压或所述经整流的交流电压的峰值电压水平；
确定所述检测到的电流量的峰值电流水平；
将请求电压设置成所述压缩机的最小电压；
将临时电压设置成等于所述峰值电压水平加上偏移值；
基于计时器来确定调节值是否大于所述临时电压与所述请求电压之间的差；
如果命令直流电压的调节值大于所述临时电压与所述请求电压之间的差，则(i)将所述调节值设置成等于所述临时电压与所述请求电压之间的差，以及(ii)将所述命令直流电压设置成等于所述请求电压；并且
如果所述命令直流电压的调节值小于或等于所述临时电压与所述请求电压之间的差，则将所述命令直流电压设置成等于所述临时电压与所述调节值之间的差。
40.一种功率因数校正电路，包括：
第一桥式整流器，其被配置成接收交流电压；
功率转换器，其包括开关并且被配置成：(i)接收所述第一桥式整流器的输出，(ii)将所述第一桥式整流器的输出转换为第一直流电压，以及(iii)将所述第一直流电压提供给直流总线以对压缩机供电；
第二桥式整流器，其被配置成：(i)接收所述交流电压，以及(ii)绕过所述功率因数校正电路的所述第一桥式整流器、扼流圈和二极管中的至少一个，以将从所述第二桥式整流器输出的经整流的交流电压提供给所述直流总线以对所述压缩机供电；以及
控制模块，其被配置成：控制驱动器的操作以在断开状态和闭合状态之间转换所述开关，以调节所述直流总线上的第二直流电压，其中，取决于所述交流电压和所述第二直流电压，所述第二直流电压基于(i)所述第一直流电压和(ii)由所述第二桥式整流器生成的所述经整流的交流电压中的至少一个。
41.根据权利要求40所述的功率因数校正电路，其中，所述功率转换器是升压转换器并且包括：
电感，其被配置成接收所述第一桥式整流器的输出；
二极管，其被配置成向所述直流总线提供所述电感的输出；以及
开关，其被配置成(i)当处于所述断开状态时允许通过所述电感的电流传递到所述二极管，以及(ii)当处于所述闭合状态时使所述通过所述电感的电流短路到参考端子。
42.根据权利要求40所述的功率因数校正电路，还包括电磁干扰滤波器，其连接在(i)所述第一桥式整流器的输出端和(ii)所述第一桥式整流器的输入端之间，其中，所述电磁干扰滤波器被配置成：将所述功率转换器与所述第一桥式整流器解耦，以防止由所述功率转换器生成的噪声在所述第一桥式整流器处被接收到。
43.根据权利要求40所述的功率因数校正电路，还包括：电流传感器，其被配置成：检测(i)通过所述功率转换器的电流量，或者(ii)从所述功率因数校正电路的输出返回到所述第一桥式整流器的电流量，
其中，所述控制模块被配置成：基于由所述电流传感器检测到的电流量来控制所述驱动器的操作。
44.根据权利要求40所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：基于所述第二直流电压的相位角来控制所述驱动器的操作。
45.根据权利要求40所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：(i)测量所述第二直流电压，以及(ii)基于所述第二直流电压来控制所述驱动器的操作。
46.根据权利要求40所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：
在部分功率因数校正模式下操作，包括在(i)高活动模式和(ii)非活动模式或低活动模式之间转换所述功率转换器；
当处于所述高活动模式和所述低活动模式时，在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关；并且
当处于所述非活动模式时，将所述功率转换器保持在关闭状态。
47.根据权利要求46所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：
当处于所述高活动模式时，以第一频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关；并且
当处于所述低活动模式时，以第二频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关，其中，所述第二频率小于所述第一频率。
48.根据权利要求46所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：基于所述第一直流电压的相位角，在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式之间转换所述功率转换器。
49.根据权利要求46所述的功率因数校正电路，其中，所述控制模块被配置成：(i)在全功率因数校正模式下操作所述开关，以及(ii)当处于所述全功率因数校正模式时，在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关，以及(iii)基于所述压缩机上的负荷，在所述部分功率因数校正模式和所述全功率因数校正模式之间转换。
50.一种操作功率因数校正电路的方法，所述方法包括：
在第一桥式整流器处接收交流电压；
在功率转换器处接收所述第一桥式整流器的输出；
将所述第一桥式整流器的输出转换为第一直流电压；
将所述第一直流电压提供给直流总线以对压缩机供电；
在第二桥式整流器处接收所述交流电压；
绕过所述功率因数校正电路的所述第一桥式整流器、扼流圈和二极管中的至少一个，以将从所述第二桥式整流器输出的经整流的交流电压提供给所述直流总线；以及
控制驱动器的操作以在断开状态和闭合状态之间转换所述功率转换器的开关，以调节所述直流总线上的第二直流电压，其中，所述第二直流电压基于(i)所述第一直流电压，以及(ii)由所述第二桥式整流器生成的所述经整流的交流电压。
51.根据权利要求50所述的方法，还包括：
在电感处接收所述第一桥式整流器的输出；
经由二极管向所述直流总线提供所述电感的输出；
当所述开关处于所述断开状态时，允许通过所述电感的电流传递到所述二极管；以及
当所述开关处于所述闭合状态时，将所述通过所述电感的电流短路到参考端子，
其中，所述功率转换器是升压转换器并且包括所述电感、所述二极管和所述开关。
52.根据权利要求50所述的方法，还包括：经由电磁干扰滤波器，将所述功率转换器与所述第一桥式整流器解耦，以防止由所述功率转换器生成的噪声在所述第一桥式整流器处被接收到，其中，所述电磁干扰滤波器连接在(i)所述第一桥式整流器的输出端和(ii)所述第一桥式整流器的输入端之间。
53.根据权利要求50所述的方法，还包括：
检测(i)通过所述功率转换器的电流量，或(ii)从所述功率因数校正电路的输出返回到所述第一桥式整流器的电流量；以及
基于检测到的电流量来控制所述驱动器的操作。
54.根据权利要求50所述的方法，还包括：基于所述第二直流电压的相位角来控制所述驱动器的操作。
55.根据权利要求50所述的方法，还包括：(i)测量所述第二直流电压，以及(ii)基于所述第二直流电压来控制所述驱动器的操作。
56.根据权利要求50所述的方法，还包括：
在部分功率因数校正模式下操作，包括在(i)高活动模式和(ii)非活动模式或低活动模式之间转换所述功率转换器；
当处于所述高活动模式和所述低活动模式时，在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关；以及
当处于所述非活动模式时，将所述功率转换器保持在关闭状态。
57.根据权利要求56所述的方法，还包括：
当处于所述高活动模式时，以第一频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关；以及
当处于所述低活动模式时，以第二频率在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关，其中，所述第二频率小于所述第一频率。
58.根据权利要求57所述的方法，还包括：基于所述第一直流电压的相位角，在(i)所述高活动模式和(ii)所述非活动模式或所述低活动模式之间转换所述功率转换器。
59.根据权利要求56所述的方法，还包括：
在全功率因数校正模式下操作所述开关；
当处于所述全功率因数校正模式时，在所述断开状态和所述闭合状态之间转换所述开关；以及
基于所述压缩机上的负荷，在所述部分功率因数校正模式和所述全功率因数校正模式之间转换。
60.一种同步整流器，包括：
电磁干扰滤波器，其被配置成接收单相电压信号并且对所述单相电压信号滤波；
第一二极管；
第二二极管，其与所述第一二极管串联连接；
电感器，
其中，所述电磁干扰滤波器的第一输出端连接至所述第一二极管、所述第二二极管和所述电感器的第一端；
第一开关，其连接至所述第一二极管和所述电感器的第二端；
第二开关，其连接至所述电感器的所述第二端和所述第二二极管；
第三二极管，其(i)在第一端处连接至所述第一二极管和所述第一开关，并且(ii)在第二端处连接至所述电磁干扰滤波器的第二输出端；
第四二极管，其(i)在第一端处连接至所述第三二极管和所述电磁干扰滤波器的第二输出端，并且(ii)在第二端处连接至所述第二二极管；以及
驱动器，其被配置成控制所述第一开关和所述第二开关的操作。
61.根据权利要求60所述的同步整流器，还包括：
第三开关，其与所述第三二极管并联连接并且由所述驱动器控制；以及
第四开关，其与所述第四二极管并联连接并且由所述驱动器控制。
62.根据权利要求60所述的同步整流器，其中：
所述第一二极管的阴极连接至所述第一开关；并且
所述第二二极管的阳极连接至所述第二开关。
63.根据权利要求60所述的同步整流器，还包括多个电流传感器，
其中，所述驱动器被配置成：基于所述电流传感器的输出来控制所述第一开关和所述第二开关的操作。
64.一种功率因数校正电路，包括：
根据权利要求60所述的同步整流器；以及
控制模块，其被配置成控制所述驱动器的操作。
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