CN111525866A - 电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路 - Google Patents

电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路；所述电压跟随装置包括整流模块、逆变驱动模块、降压模块、电压采样模块、电流采样模块及电压跟随控制模块；逆变驱动模块的输出端与电流采样模块连接；电流采样模块用于采集当前电流；电压采样模块用于采集当前母线电压；电压跟随控制模块用于根据当前电流计算负载的当前运行转速，并根据当前运行转速和当前母线电压，执行升压操作或降压操作；本发明通过判断负载的不同转速来确定给定控制整流模块执行升压和降压模块执行降压的参考母线电压，以实现实时调节母线电压，保证该变频驱动控制回路的母线电压实时处于最优状态，进而提高其驱动效率及可靠性。

Description

电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路
技术领域
本发明属于空调领域，特别是涉及一种电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路。
背景技术
随着各种商用空调变频器能效要求的日渐提高，越来越多的空调压缩机厂家寻求综合效率更高的压缩机和变频驱动器的组合，高反电动势的压缩机以其负载效率高，驱动电流小的优势逐渐被广泛使用。
为了驱动高反电动势压缩机，变频驱动器的母线电压也相应的被设计得更高，带三相PWM整流器的变频器以其可调高母线电压的优势，配合高反电动势压缩机在三相大功率变频行业备受关注；但是，现有的带三相PWM整流器的变频装置为了驱动高反电动势压缩机，母线电压大部分时间处于高于自然整流电压的状态，较高的母线电压会让逆变桥的开关管承受高压应力，直接影响到逆变桥的驱动效率；并且变频压缩机的转速并不需要长期处于高速状态，而是根据应用需求更多时间处于低速运转状态，此时则不需要那么高的母线电压，而母线电压一直保持较高状态，会影响变频驱动系统的可靠性，降低其使用寿命。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路，用于解决现有技术中变频驱动电路中母线电压长时间保持高于自然整流电压的状态，无法实现实时调节，造成驱动效率及可靠性降低的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电压跟随装置，应用于变频驱动控制回路中，包括：整流模块、逆变驱动模块、降压模块、电压采样模块、电流采样模块及电压跟随控制模块；所述逆变驱动模块用于驱动负载，所述逆变驱动模块的输出端与所述电流采样模块连接；所述电流采样模块用于采集所述逆变驱动模块输出端的当前电流，并将所述当前电流发送至所述电压跟随控制模块；所述电压采样模块用于采集所述变频驱动控制回路中的当前母线电压；所述电压跟随控制模块用于根据所述当前电流计算所述负载的当前运行转速，并根据所述当前运行转速和所述当前母线电压，控制所述整流模块执行升压操作或控制所述降压模块执行降压操作，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速；当所述当前运行转速小于第一预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第一参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第一参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一降压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第一预设转速，且小于第二预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第二参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第二参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二降压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第二预设转速，且小于第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第三参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第三参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一升压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第四参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第四参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二升压幅度。
于本发明的一实施例中，所述整流模块用于接入三相交流电，所述整流模块包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管及第六绝缘栅双极型晶体管；所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到第一电感的一端，所述第一电感的另一端接入所述三相交流电的第一输入信号；所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到第二电感的一端，所述第二电感的另一端接入所述三相交流电的第二输入信号；所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第六绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到第三电感的一端，所述第三电感的另一端接入所述三相交流电的第三输入信号；所述第一输入信号、所述第二输入信号和所述第三输入信号之间的相位依次相差120°；所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极及所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，且共同连接至所述降压模块；所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极、所述第五绝缘栅双极型晶体管的发射极及所述第六绝缘栅双极型晶体管的发射极相连，且也共同连接至所述降压模块。
于本发明的一实施例中，所述逆变驱动模块包括第七绝缘栅双极型晶体管、第八绝缘栅双极型晶体管、第九绝缘栅双极型晶体管、第十绝缘栅双极型晶体管、第十一绝缘栅双极型晶体管及第十二绝缘栅双极型晶体管；所述第七绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第十绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第八绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第十一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第九绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第十二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第七绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第八绝缘栅双极型晶体管的集电极及所述第九绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，且共同连接至所述降压模块；所述第十绝缘栅双极型晶体管的发射极、所述第十一绝缘栅双极型晶体管的发射极及所述第十二绝缘栅双极型晶体管的发射极均与所述电流采样模块连接。
于本发明的一实施例中，所述降压模块包括第十三绝缘栅双极型晶体管、二极管和第四电感；所述第十三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述整流模块连接，所述第十三绝缘栅双极型晶体管的发射极分别与所述二极管的负极、所述第四电感的一端连接；所述二极管的正极也与所述整流模块连接；所述第四电感的另一端与所述逆变驱动模块连接。
于本发明的一实施例中，所述电压采样模块包括第一电阻、第二电阻、第四电阻和滤波电容；所述第一电阻的一端与所述降压模块连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端与所述滤波电容的一端连接，且连接处的电压作为所述当前母线电压的采样值；所述滤波电容的另一端与所述第二电阻的另一端连接，且共同连接至所述整流模块。
于本发明的一实施例中，所述电流采样模块包括第五电阻、第六电阻和第七电阻；所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端及所述第七电阻的一端均与所述逆变驱动模块连接，所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的另一端及所述第七电阻的另一端相连，且共同连接至所述整流模块。
于本发明的一实施例中，还包括储能模块，所述储能模块包括第一极性电容、第二极性电容、第三极性电容和第四极性电容；所述第一极性电容的正极与所述整流模块连接，所述第一极性电容的负极与所述第二极性电容的正极连接；所述第三极性电容的正极与所述降压模块连接，所述第三极性电容的负极与所述第四极性电容的正极连接；所述第二极性电容的负极和所述第四极性电容的负极也均与所述整流模块连接；当处于所述升压操作的过程中时，所述第一极性电容的正极与所述第二极性电容的负极之间的电压与所述第三极性电容的正极与所述第四极性电容的负极之间的电压相等；当处于所述降压操作的过程中时，所述第一极性电容的正极与所述第二极性电容的负极之间的电压高于所述第三极性电容的正极与所述第四极性电容的负极之间的电压。
于本发明的一实施例中，所述电压跟随控制模块根据所述当前电流计算所述负载的当前运行转速包括以下步骤：确定所述当前电流过零点的时间，并以所述当前电流前后两次过零点的时间间隔作为所述当前电流的周期；根据所述周期，计算出所述当前电流的频率；计算公式为：
Fc＝1/Tc；
其中，Tc表示周期；Fc表示频率；
根据所述频率，计算出所述当前运行转速；计算公式为：
N＝60*Fc/P；
其中，P表示所述负载的极对数；N表示当前运行转速。
本发明提供一种变频驱动控制回路，包括上述的电压跟随装置和压缩机；所述压缩机作为负载；所述电压跟随装置与所述压缩机连接，用于根据所述压缩机的当前运行转速，实时调整所述变频驱动控制回路中当前母线电压的大小，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速。
本发明提供一种电压跟随方法，应用于上述的变频驱动控制回路中，包括以下步骤：电流采样模块采集逆变驱动模块输出端的当前电流；电压采样模块采集所述变频驱动控制回路中的当前母线电压；电压跟随控制模块根据所述当前电流计算负载的当前运行转速及根据所述当前运行转速和所述当前母线电压，控制整流模块执行升压操作或控制降压模块执行降压操作，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速；当所述当前运行转速小于第一预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第一参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第一参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一降压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第一预设转速，且小于第二预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第二参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第二参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二降压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第二预设转速，且小于第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第三参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第三参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一升压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第四参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第四参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二升压幅度。
如上所述，本发明所述的电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路，具有以下有益效果：
(1)与现有技术相比，增加了电压跟随控制模块以及降压模块，并通过采样逆变输出端的电流获取负载的实时转速，通过判断不同转速来确定给定控制整流模块执行升压和降压模块执行降压的参考母线电压，以实现实时调节逆变驱动模块的输入母线电压，保证该变频驱动控制回路的母线电压实时处于最优状态，进而提高其驱动效率及可靠性，使其使用寿命也得到进一步地优化；
(2)负载适应能力增强，对不同类型反电动势的电机可实现灵活驱动，负载应用范围宽泛，能有效降低电压损耗，提高驱动器的效率，且工作原理通俗易懂，实施成本低廉，实施方法简单，易于数字化实现。
附图说明
图1显示为本发明的电压跟随装置于一实施例中的结构示意图。
图2显示为本发明的变频驱动控制回路于一实施例中的结构示意图。
图3显示为本发明的电压跟随方法于一实施例中的流程图。
标号说明
11 整流模块
12 逆变驱动模块
13 降压模块
14 电压采样模块
15 电流采样模块
16 压缩机电机负载
21 电压跟随装置
22 压缩机
S1～S3 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路，与现有技术相比，增加了电压跟随控制模块以及降压模块，并通过采样逆变输出端的电流获取负载的实时转速，通过判断不同转速来确定给定控制整流模块执行升压和降压模块执行降压的参考母线电压，以实现实时调节逆变驱动模块的输入母线电压，保证该变频驱动控制回路的母线电压实时处于最优状态，进而提高其驱动效率及可靠性，使其使用寿命也得到进一步地优化；负载适应能力增强，对不同类型反电动势的电机可实现灵活驱动，负载应用范围宽泛，能有效降低电压损耗，提高驱动器的效率，且工作原理通俗易懂，实施成本低廉，实施方法简单，易于数字化实现。
如图1所示，于一实施例中，本发明的电压跟随装置应用于变频驱动控制回路中，包括整流模块11、逆变驱动模块12、降压模块13、电压采样模块14、电流采样模块15及电压跟随控制模块。
于一实施例中，所述整流模块11用于接入三相交流电，所述整流模块11包括第一绝缘栅双极型晶体管Q1、第二绝缘栅双极型晶体管Q2、第三绝缘栅双极型晶体管Q3、第四绝缘栅双极型晶体管Q4、第五绝缘栅双极型晶体管Q5及第六绝缘栅双极型晶体管Q6。
具体地，所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极与所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4的集电极连接，且共同连接到第一电感L1的一端，所述第一电感L1的另一端接入所述三相交流电的第一输入信号(R相输入信号)；所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极与所述第五绝缘栅双极型晶体管Q5的集电极连接，且共同连接到第二电感L2的一端，所述第二电感L2的另一端接入所述三相交流电的第二输入信号(S相输入信号)；所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3的发射极与所述第六绝缘栅双极型晶体管Q6的集电极连接，且共同连接到第三电感L3的一端，所述第三电感L3的另一端接入所述三相交流电的第三输入信号(T相输入信号)；所述第一输入信号、所述第二输入信号和所述第三输入信号之间的相位依次相差120°；所述第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极、所述第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极及所述第三绝缘栅双极型晶体管Q3的集电极相连，且共同连接至所述降压模块13；所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4的发射极、所述第五绝缘栅双极型晶体管Q5的发射极及所述第六绝缘栅双极型晶体管Q6的发射极相连，且也共同连接至所述降压模块13。
需要说明的是，三相交流电经整流模块11整流后，变成直流电，如图1中的DC+、DC-所示，表示对应的为直流电。
于一实施例中，所述降压模块13包括第十三绝缘栅双极型晶体管Q13、二极管D9和第四电感L4。
具体地，所述第十三绝缘栅双极型晶体管Q13的集电极与所述整流模块11连接，所述第十三绝缘栅双极型晶体管Q13的发射极分别与所述二极管D9的负极、所述第四电感L4的一端连接；所述二极管D9的正极也与所述整流模块11连接；所述第四电感L4的另一端与所述逆变驱动模块12连接。
所述逆变驱动模块12用于驱动负载，所述逆变驱动模块12的输出端与所述电流采样模块15连接。
于一实施例中，所述逆变驱动模块12包括第七绝缘栅双极型晶体管Q7、第八绝缘栅双极型晶体管Q8、第九绝缘栅双极型晶体管Q9、第十绝缘栅双极型晶体管Q10、第十一绝缘栅双极型晶体管Q11及第十二绝缘栅双极型晶体管Q12。
具体地，所述第七绝缘栅双极型晶体管Q7的发射极与所述第十绝缘栅双极型晶体管Q10的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第八绝缘栅双极型晶体管Q8的发射极与所述第十一绝缘栅双极型晶体管Q11的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第九绝缘栅双极型晶体管Q9的发射极与所述第十二绝缘栅双极型晶体管Q12的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第七绝缘栅双极型晶体管Q7的集电极、所述第八绝缘栅双极型晶体管Q8的集电极及所述第九绝缘栅双极型晶体管Q9的集电极相连，且共同连接至所述降压模块13；所述第十绝缘栅双极型晶体管Q10的发射极、所述第十一绝缘栅双极型晶体管Q11的发射极及所述第十二绝缘栅双极型晶体管Q12的发射极均与所述电流采样模块15连接。
所述电流采样模块15用于采集所述逆变驱动模块12输出端的当前电流，并将所述当前电流发送至所述电压跟随控制模块。
于一实施例中，所述电流采样模块15包括第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7；所述第五电阻R5的一端、所述第六电阻R6的一端及所述第七电阻R7的一端均与所述逆变驱动模块12连接，所述第五电阻R5的另一端、所述第六电阻R6的另一端及所述第七电阻R7的另一端相连，且共同连接至所述整流模块11。
所述电压采样模块14用于采集所述变频驱动控制回路中的当前母线电压。
于一实施例中，所述电压采样模块14包括第一电阻R1、第二电阻R2、第四电阻R4和滤波电容C2；所述第一电阻R1的一端与所述降压模块13连接，所述第一电阻R1的另一端分别与所述第二电阻R2的一端、所述第四电阻R4的一端连接；所述第四电阻R4的另一端与所述滤波电容C2的一端连接，且连接处的电压作为所述当前母线电压的采样值；所述滤波电容C2的另一端与所述第二电阻R2的另一端连接，且共同连接至所述整流模块11。
所述电压跟随控制模块用于根据所述当前电流计算所述负载的当前运行转速，并根据所述当前运行转速和所述当前母线电压，控制所述整流模块11执行升压操作或控制所述降压模块13执行降压操作，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速。
进一步地，电压跟随控制模块包括计算单元、给定单元、电压比较单元和控制单元；给定单元分别与计算单元、电压比较单元连接；电压比较单元还与控制单元连接。
具体地，计算单元用于根据当前电流计算当前运行转速；给定单元用于比较当前运行转速与预设转速，以确定参考电压；电压比较单元用于比较参考电压与当前母线电压，以确定降压幅度或升压幅度；控制单元用于根据降压幅度或升压幅度，控制整流模块11按照对应的升压幅度执行升压操作或控制降压模块13按照对应的降压幅度执行降压操作。
进一步地，控制单元包括第一PWM信号生成电路和第二PWM信号生成电路。
其中，第一PWM信号生成电路一端与电压比较单元连接，另一端与降压模块13连接，用于根据降压幅度生成第一PWM信号，并将第一PWM信号发送至降压模块13，以使降压模块13根据第一PWM信号执行所述降压操作。
第二PWM信号生成电路一端与电压比较单元连接，另一端与整流模块11连接，用于根据升压幅度生成第二PWM信号，并将第二PWM信号发送至整流模块11，以使整流模块11根据第二PWM信号执行所述升压操作。
需要说明的是，控制单元根据降压幅度和升压幅度，控制整流模块11按照对应的升压幅度执行升压操作或控制降压模块13按照对应的降压幅度执行降压操作包括：控制单元根据降压幅度调节用于驱动第十三绝缘栅双极型晶体管Q13驱动信号的PWM占空比，以实现将母线电压控制在对应降压的参考电压附近；或控制单元根据升压幅度调节用于驱动第一绝缘栅双极型晶体管Q1、第二绝缘栅双极型晶体管Q2、第三绝缘栅双极型晶体管Q3、第四绝缘栅双极型晶体管Q4、第五绝缘栅双极型晶体管Q5及第六绝缘栅双极型晶体管Q6六个绝缘栅双极型晶体管驱动信号的PWM占空比，以实现将母线电压控制在对应升压的参考电压附近。
需要说明的是，上述的计算单元、给定单元、电压比较单元、控制单元、第一PWM信号生成电路及第二PWM信号生成电路均采用的是本领域内常规的技术手段，诸如，可通过电压比较器实现电压比较功能，通过控制器实现计算、控制等功能，其均不作为限制本发明的条件，所以，在此，也不详细赘述其具体结构及工作原理。
具体地，根据当前运行转速和当前母线电压控制整流模块11执行升压操作或控制降压模块13执行降压操作包括以下四种情况：
(1)当所述当前运行转速小于第一预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第一参考电压及控制所述降压模块13执行所述降压操作，并根据所述第一参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一降压幅度。
(2)当所述当前运行转速大于或等于所述第一预设转速，且小于第二预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第二参考电压及控制所述降压模块13执行所述降压操作，并根据所述第二参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二降压幅度。
(3)当所述当前运行转速大于或等于所述第二预设转速，且小于第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第三参考电压及控制所述整流模块11执行所述升压操作，并根据所述第三参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一升压幅度。
(4)当所述当前运行转速大于或等于所述第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第四参考电压及控制所述整流模块11执行所述升压操作，并根据所述第四参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二升压幅度。
需要说明的是，上述第一预设转速、第二预设转速及第三预设转速取决于负载，不同负载对应设定的预设转速可能相同，也可能不同，具体视不同的应用场景而定；第一参考电压、第二参考电压、第三参考电压及第四参考电压的设定则同时取决于负载和整流模块11输入的交流电，具体设定值也视不同的应用场景而定。
进一步地，第一参考电压和第四参考电压均分别为一定值；第二参考电压和第三参考电压的设定值均分别为一取值范围，且第二参考电压的取值与当前运行转速呈一正比例关系，比例系数为一设定值；第三参考电压的取值与当前运行转速也呈一正比例关系，比例系数也为一设定值。
需要说明的是，上述比例系数均取决于负载，不同负载对应的比例系数可能相同，也可能不同，其均不作为限制本发明的条件。
下面通过具体实施例来进一步解释说明根据当前运行转速和当前母线电压控制整流模块11执行升压操作或控制降压模块13执行降压操作。
以整流模块11输入的三相交流电的输入有效值380V为例，限定参考电压的范围为430V～650V。
当当前运行转速小于1800RPM时，整流模块11工作于自然整流状态，由降压模块13对母线电压进行降压处理，第一参考电压的设定定值为430V，通过比较当前母线电压与第一参考电压，调节第十三绝缘栅双极型晶体管Q13驱动信号的PWM占空比，以控制母线电压稳定在430V附近。
当当前运行转速大于或等于1800RPM小于3600RPM时，整流模块11仍然工作于自然整流状态，由降压模块13对母线电压进行降压处理，此时第二参考电压的设定定值为在430V～540V之间，且与当前运行转速成正比例关系。
当当前运行转速大于或等于3600RPM小于5400RPM时，第十三绝缘栅双极型晶体管Q13处于恒定导通状态，不进行降压处理，只由整流模块11进行升压控制，此时将第三参考电压设定为在540V～650V之间，且与当前运行转速成正比例关系。
当当前运行转速大于等于5400PRM时，此时第十三绝缘栅双极型晶体管Q13仍处于恒定导通状态，不进行降压处理，只由整流模块11进行升压控制，此时将第四参考电压的值固定为650V，通过比较当前母线电压与第四参考电压，控制Q1～Q6六个绝缘栅双极晶体管的PWM的占空比的宽度，以控制母线电压在650V附近。
于一实施例中，还包括储能模块，所述储能模块包括第一极性电容E1、第二极性电容E2、第三极性电容E3和第四极性电容E4。
具体地，所述第一极性电容E1的正极与所述整流模块11连接，所述第一极性电容E1的负极与所述第二极性电容E2的正极连接；所述第三极性电容E3的正极与所述降压模块13连接，所述第三极性电容E3的负极与所述第四极性电容E4的正极连接；所述第二极性电容E2的负极和所述第四极性电容E4的负极也均与所述整流模块11连接。
需要说明的是，当处于所述升压操作的过程中时，所述第一极性电容的正极与所述第二极性电容的负极之间的电压与所述第三极性电容的正极与所述第四极性电容的负极之间的电压相等；当处于所述降压操作的过程中时，所述第一极性电容的正极与所述第二极性电容的负极之间的电压高于所述第三极性电容的正极与所述第四极性电容的负极之间的电压。
于一实施例中，所述电压跟随控制模块根据所述当前电流计算所述负载的当前运行转速包括以下步骤：
步骤一、确定所述当前电流过零点的时间，并以所述当前电流前后两次过零点的时间间隔作为所述当前电流的周期。
具体地，对当前电流进行采样，每次采样电流四次，当四次采样中的前两次电流采样值大于0，并且后两次电流采样值小于或等于0时，即认为是一次由正到负的过零点，前后两次过零点的间隔时间即为当前电流的周期。
步骤二、根据所述周期，计算出所述当前电流的频率。
具体地，计算公式为：Fc＝1/Tc；
其中，Tc表示周期；Fc表示频率。
步骤三、根据所述频率，计算出所述当前运行转速。
具体地，计算公式为：N＝60*Fc/P；
其中，P表示所述负载的极对数；N表示当前运行转速。
下面通过具体实施例来进一步解释说明本发明的电压跟随装置。
如图1所示，于一实施例中，第一绝缘栅双极型晶体管Q1的发射极与第四绝缘栅双极型晶体管Q4的集电极连接，且共同连接到第一电感L1的一端，第一电感L1的另一端接入三相交流电的R相输入信号；第二绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极与第五绝缘栅双极型晶体管Q5的集电极连接，且共同连接到第二电感L2的一端，第二电感L2的另一端接入三相交流电的S相输入信号；第三绝缘栅双极型晶体管Q3的发射极与第六绝缘栅双极型晶体管Q6的集电极连接，且共同连接到第三电感L3的一端，第三电感L3的另一端接入三相交流电的T相输入信号；第一绝缘栅双极型晶体管Q1的集电极、第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极及第三绝缘栅双极型晶体管Q3的集电极相连，且共同连接至第十三绝缘栅双极型晶体管Q13的集电极和第一极性电容E1的正极；第一极性电容E1的负极与第二极性电容E2的正极连接；第四绝缘栅双极型晶体管Q4的发射极、第五绝缘栅双极型晶体管Q5的发射极及第六绝缘栅双极型晶体管Q6的发射极相连，且共同连接至二极管D9的正极、第二极性电容E2的负极、第四极性电容E4的负极、滤波电容C2的另一端、第二电阻R2的另一端及第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端；第一绝缘栅双极型晶体管Q1、第二绝缘栅双极型晶体管Q2、第三绝缘栅双极型晶体管Q3、第四绝缘栅双极型晶体管Q4、第五绝缘栅双极型晶体管Q5及第六绝缘栅双极型晶体管Q6控制端用于接入第一PWM驱动控制信号；第十三绝缘栅双极型晶体管Q13的控制端用于接入第二PWM驱动控制信号；第十三绝缘栅双极型晶体管Q13的发射极分别与二极管D9的负极、第四电感L4的一端连接；第四电感L4的另一端分别与第三极性电容E3的正极、第一电阻R1的一端、第七绝缘栅双极型晶体管Q7的集电极、第八绝缘栅双极型晶体管Q8的集电极及第九绝缘栅双极型晶体管Q9的集电极相连；第三极性电容E3的负极与第四极性电容E4的正极连接；第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、第四电阻R4的一端连接；第四电阻R4的另一端与滤波电容C2的一端连接，且连接处的电压Vout作为当前母线电压的采样值；第七绝缘栅双极型晶体管Q7的发射极与第十绝缘栅双极型晶体管Q10的集电极连接，且共同连接到压缩机电机负载16的第一输入端；第八绝缘栅双极型晶体管Q8的发射极与第十一绝缘栅双极型晶体管Q11的集电极连接，且共同连接到压缩机电机负载16的第二输入端；第九绝缘栅双极型晶体管Q9的发射极与第十二绝缘栅双极型晶体管Q12的集电极连接，且共同连接到压缩机电机负载16的第三输入端；第十绝缘栅双极型晶体管Q10的发射极与第五电阻R5的一端连接，第十一绝缘栅双极型晶体管Q11的发射极与第六电阻R6的一端连接，第十二绝缘栅双极型晶体管Q12的发射极与第七电阻R7的一端连接。
需要说明的是，于本实施例中，是将上述实施例进行组合得到的电压跟随装置，其工作原理与上述电压跟随装置的工作原理相同，在此不再赘述。
进一步地，上述实施例的随机组合均在本发明的保护范围内。
如图2所示，于一实施例中，本发明的变频驱动控制回路包括上述的电压跟随装置21和压缩机22。
具体地，所述压缩机22作为负载；所述电压跟随装置21与所述压缩机22连接，用于根据所述压缩机22的当前运行转速，实时调整所述变频驱动控制回路中当前母线电压的大小，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速。
需要说明的是，该变频驱动控制回路中的电压跟随装置21的结构及工作原理与上述的电压跟随装置的结构及工作原理相同，在此不再赘述。
如图3所示，于一实施例中，本发明的电压跟随方法，应用于上述的变频驱动控制回路中，包括以下步骤：
步骤S1、电流采样模块采集逆变驱动模块输出端的当前电流。
步骤S2、电压采样模块采集所述变频驱动控制回路中的当前母线电压。
步骤S3、电压跟随控制模块根据所述当前电流计算负载的当前运行转速及根据所述当前运行转速和所述当前母线电压，控制整流模块执行升压操作或控制降压模块执行降压操作，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速。
具体地，当所述当前运行转速小于第一预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第一参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第一参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一降压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第一预设转速，且小于第二预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第二参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第二参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二降压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第二预设转速，且小于第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第三参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第三参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一升压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第四参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第四参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二升压幅度。
需要说明的是，该电压跟随方法的工作原理与上述电压跟随装置的工作原理相同，在此不再赘述。
进一步地，本发明的电压跟随装置可以实现本发明的电压跟随方法，但本发明的电压跟随方法的实现装置包括但不限于上述实施例列举的电压跟随装置的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。
综上所述，本发明的电压跟随装置、方法及变频驱动控制回路，与现有技术相比，增加了电压跟随控制模块以及降压模块，并通过采样逆变输出端的电流获取负载的实时转速，通过判断不同转速来确定给定控制整流模块执行升压和降压模块执行降压的参考母线电压，以实现实时调节逆变驱动模块的输入母线电压，保证该变频驱动控制回路的母线电压实时处于最优状态，进而提高其驱动效率及可靠性，使其使用寿命也得到进一步地优化；负载适应能力增强，对不同类型反电动势的电机可实现灵活驱动，负载应用范围宽泛，能有效降低电压损耗，提高驱动器的效率，且工作原理通俗易懂，实施成本低廉，实施方法简单，易于数字化实现；所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电压跟随装置，应用于变频驱动控制回路中，其特征在于，包括：整流模块、逆变驱动模块、降压模块、电压采样模块、电流采样模块及电压跟随控制模块；
所述逆变驱动模块用于驱动负载，所述逆变驱动模块的输出端与所述电流采样模块连接；所述电流采样模块用于采集所述逆变驱动模块输出端的当前电流，并将所述当前电流发送至所述电压跟随控制模块；所述电压采样模块用于采集所述变频驱动控制回路中的当前母线电压；所述电压跟随控制模块用于根据所述当前电流计算所述负载的当前运行转速，并根据所述当前运行转速和所述当前母线电压，控制所述整流模块执行升压操作或控制所述降压模块执行降压操作，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速；
当所述当前运行转速小于第一预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第一参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第一参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一降压幅度；
当所述当前运行转速大于或等于所述第一预设转速，且小于第二预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第二参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第二参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二降压幅度；
当所述当前运行转速大于或等于所述第二预设转速，且小于第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第三参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第三参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一升压幅度；
当所述当前运行转速大于或等于所述第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第四参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第四参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二升压幅度。
2.根据权利要求1所述的电压跟随装置，其特征在于，所述整流模块用于接入三相交流电，所述整流模块包括第一绝缘栅双极型晶体管、第二绝缘栅双极型晶体管、第三绝缘栅双极型晶体管、第四绝缘栅双极型晶体管、第五绝缘栅双极型晶体管及第六绝缘栅双极型晶体管；
所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到第一电感的一端，所述第一电感的另一端接入所述三相交流电的第一输入信号；所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第五绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到第二电感的一端，所述第二电感的另一端接入所述三相交流电的第二输入信号；所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第六绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到第三电感的一端，所述第三电感的另一端接入所述三相交流电的第三输入信号；所述第一输入信号、所述第二输入信号和所述第三输入信号之间的相位依次相差120°；所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极及所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，且共同连接至所述降压模块；所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极、所述第五绝缘栅双极型晶体管的发射极及所述第六绝缘栅双极型晶体管的发射极相连，且也共同连接至所述降压模块。
3.根据权利要求1所述的电压跟随装置，其特征在于，所述逆变驱动模块包括第七绝缘栅双极型晶体管、第八绝缘栅双极型晶体管、第九绝缘栅双极型晶体管、第十绝缘栅双极型晶体管、第十一绝缘栅双极型晶体管及第十二绝缘栅双极型晶体管；
所述第七绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第十绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第八绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第十一绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第九绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第十二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，且共同连接到所述负载；所述第七绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第八绝缘栅双极型晶体管的集电极及所述第九绝缘栅双极型晶体管的集电极相连，且共同连接至所述降压模块；所述第十绝缘栅双极型晶体管的发射极、所述第十一绝缘栅双极型晶体管的发射极及所述第十二绝缘栅双极型晶体管的发射极均与所述电流采样模块连接。
4.根据权利要求1所述的电压跟随装置，其特征在于，所述降压模块包括第十三绝缘栅双极型晶体管、二极管和第四电感；
所述第十三绝缘栅双极型晶体管的集电极与所述整流模块连接，所述第十三绝缘栅双极型晶体管的发射极分别与所述二极管的负极、所述第四电感的一端连接；所述二极管的正极也与所述整流模块连接；所述第四电感的另一端与所述逆变驱动模块连接。
5.根据权利要求1所述的电压跟随装置，其特征在于，所述电压采样模块包括第一电阻、第二电阻、第四电阻和滤波电容；
所述第一电阻的一端与所述降压模块连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端、所述第四电阻的一端连接；所述第四电阻的另一端与所述滤波电容的一端连接，且连接处的电压作为所述当前母线电压的采样值；所述滤波电容的另一端与所述第二电阻的另一端连接，且共同连接至所述整流模块。
6.根据权利要求1所述的电压跟随装置，其特征在于，所述电流采样模块包括第五电阻、第六电阻和第七电阻；
所述第五电阻的一端、所述第六电阻的一端及所述第七电阻的一端均与所述逆变驱动模块连接，所述第五电阻的另一端、所述第六电阻的另一端及所述第七电阻的另一端相连，且共同连接至所述整流模块。
7.根据权利要求1所述的电压跟随装置，其特征在于，还包括储能模块，所述储能模块包括第一极性电容、第二极性电容、第三极性电容和第四极性电容；
所述第一极性电容的正极与所述整流模块连接，所述第一极性电容的负极与所述第二极性电容的正极连接；所述第三极性电容的正极与所述降压模块连接，所述第三极性电容的负极与所述第四极性电容的正极连接；所述第二极性电容的负极和所述第四极性电容的负极也均与所述整流模块连接；
当处于所述升压操作的过程中时，所述第一极性电容的正极与所述第二极性电容的负极之间的电压与所述第三极性电容的正极与所述第四极性电容的负极之间的电压相等；
当处于所述降压操作的过程中时，所述第一极性电容的正极与所述第二极性电容的负极之间的电压高于所述第三极性电容的正极与所述第四极性电容的负极之间的电压。
8.根据权利要求1所述的电压跟随装置，其特征在于，所述电压跟随控制模块根据所述当前电流计算所述负载的当前运行转速包括以下步骤：
确定所述当前电流过零点的时间，并以所述当前电流前后两次过零点的时间间隔作为所述当前电流的周期；
根据所述周期，计算出所述当前电流的频率；计算公式为：
Fc＝1/Tc；
其中，Tc表示周期；Fc表示频率；
根据所述频率，计算出所述当前运行转速；计算公式为：
N＝60*Fc/P；
其中，P表示所述负载的极对数；N表示当前运行转速。
9.一种变频驱动控制回路，其特征在于，包括权利要求1至8中任一所述的电压跟随装置和压缩机；
所述压缩机作为负载；所述电压跟随装置与所述压缩机连接，用于根据所述压缩机的当前运行转速，实时调整所述变频驱动控制回路中当前母线电压的大小，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速。
10.一种电压跟随方法，应用于权利要求9中所述的变频驱动控制回路中，其特征在于，包括以下步骤：
电流采样模块采集逆变驱动模块输出端的当前电流；
电压采样模块采集所述变频驱动控制回路中的当前母线电压；
电压跟随控制模块根据所述当前电流计算负载的当前运行转速及根据所述当前运行转速和所述当前母线电压，控制整流模块执行升压操作或控制降压模块执行降压操作，以实现所述当前母线电压跟随所述当前运行转速；
当所述当前运行转速小于第一预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第一参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第一参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一降压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第一预设转速，且小于第二预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第二参考电压及控制所述降压模块执行所述降压操作，并根据所述第二参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二降压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第二预设转速，且小于第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第三参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第三参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第一升压幅度；当所述当前运行转速大于或等于所述第三预设转速时，所述电压跟随控制模块确定第四参考电压及控制所述整流模块执行所述升压操作，并根据所述第四参考电压与所述当前母线电压的比较结果控制第二升压幅度。
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