CN113972820A - 图腾柱功率因数校正电路、驱动装置、压缩机和空调设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图腾柱功率因数校正电路、驱动装置、压缩机和空调设备，图腾柱功率因数校正电路，包括电源转换模块、电感模块、电容模块和开关模块，电源转换模块包括连接为电桥形状的多个单向导通单元，各个单向导通单元分别并联一个开关单元；电容模块包括串联的第一电容和第二电容，其与电源转换模块的输出端并联连接；开关模块一端与电源转换模块的一个输入端连接，开关模块的另一端与第一电容和第二电容的连接点连接。本发明的电源转换模块和开关模块能够使图腾柱功率因数校正电路可以在不同拓扑结构之间进行切换，以配合不同控制时序来满足不同的负载需求，从而降低电路内功率模块损耗。本发明广泛应用于电子电力技术领域。

Description

图腾柱功率因数校正电路、驱动装置、压缩机和空调设备
技术领域
本发明涉及电子电力技术领域，尤其是一种图腾柱功率因数校正电路、驱动装置、压缩机和空调设备。
背景技术
现有的电子电力技术中，为了获得较高的功率因数，常用功率因数校正(PowerFactor Correction，功率因数校正)电路提供母线电压。一些现有的功率因数校正电路具有升压作用，即功率因数校正电路的输出电压比输入电压高。但是，当需求电压和负载情况变化较大时，现有的功率因数校正电路无法根据需求电压和负载情况的变化提供不同的工作电路，从而在需求电压和负载情况变化较大时，电路内的功率模块损耗加大。
发明内容
针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种图腾柱功率因数校正电路、驱动装置、压缩机和空调设备，能够使图腾柱功率因数校正电路可以在不同拓扑结构之间进行切换，以配合不同控制时序来满足不同的负载需求，从而降低电路内功率模块损耗。
根据本发明实施例的第一方面，提供了一种图腾柱功率因数校正电路，包括：
电源转换模块，包括连接为电桥形状的多个单向导通单元，各所述单向导通单元分别并联一个开关单元；所述电源转换模块的输入端用于连接到交流电源，所述电源转换模块的输出端用于连接到负载；
电感模块，设置于所述电源转换模块与所述交流电源之间；
电容模块，包括串联的第一电容和第二电容；所述电容模块与所述电源转换模块的输出端并联连接；
开关模块，所述开关模块的一端与所述电源转换模块的一个输入端连接，所述开关模块的另一端与所述第一电容和第二电容的连接点连接。
本实施例中，通过由多个开关单元和单向导通单元在电源转换模块内连接为电桥形状，并通过开关模块一端连接电源转换模块的一个输出端，开关模块的另一端连接第一电容和第二电容的连接点，使得图腾柱功率因数校正电路能够配合不同控制时序在不同拓扑结构之间进行切换，从而降低电路内功能模块损耗。
能够根据负载在不同参数的电压需求切换工作电路，以在实现升压和倍压功能时，降低电路内功率模块损耗。
另外，根据本发明上述实施例的图腾柱功率因数校正电路，还可以具有以下附加技术特征：
可选地，在本发明的一个实施例中，所述电源转换模块包括第一单向导通单元、第二单向导通单元、第三单向导通单元、第四单向导通单元、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元；
所述第一单向导通单元与所述第一开关单元并联连接，所述第二单向导通单元与所述第二开关单元并联连接，所述第三单向导通单元与所述第三开关单元并联连接，所述第四单向导通单元与所述第四开关单元并联连接；
所述第一单向导通单元的正极与所述第二单向导通单元的负极连接，所述第三单向导通单元正极与所述第四单向导通单元的负极连接，所述第一单向导通单元的负极与所述第三单向导通单元的负极连接，所述第二单向导通单元的正极与所述第四单向导通单元的正极连接；
所述第一单向导通单元的正极和所述第二单向导通单元的负极为所述电源转换模块的第一输入端，所述第三单向导通单元正极和所述第四单向导通单元的负极为所述电源转换模块的第二输入端，所述第一单向导通单元的负极和所述第三单向导通单元的负极为所述电源转换模块的第一输出端，所述第二单向导通单元的正极和所述第四单向导通单元的正极为所述电源转换模块的第二输出端。
本实施例中，电源转换模块中的各开关单元具备有源控制的功能，从而能够对交流输入电流进行整流，还能改善输入电流谐波和功率因数。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述图腾柱功率因数校正电路还包括：
第五单向导通单元，所述第五单向单通单元的正极与所述电源转换模块的第一输出端连接，所述第五单向单通单元的负极与电容模块的一端连接；
第六单向导通单元，所述第六单向导通单元的正极与所述电容模块的另一端连接，所述第六单向导通单元的负极与所述电源转换模块的第二输出端连接。
本实施例中，通过设置第五单向单通单元和第六单向导通单元，可防止交流输入电压低于直流母线电压时出现倒灌情况，从而保护电路安全。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述开关模块包括第五开关单元和第六开关单元；
所述第五开关单元的一端与所述第六开关单元的一端连接，所述第五开关单元的另一端与所述第六开关单元的另一端连接；
所述第五开关单元的一端和所述第六开关单元的一端均与所述电源转换模块的一个输入端连接，所述第五开关单元的另一端与所述第六开关单元的另一端均与所述第一电容和第二电容的连接点连接。
本实施中，通过在开关模块中采用两个有源控制的开关单元，以在实现倍压功能时，降低电路导通过程中的功率损耗。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述开关模块包括第七开关单元、第八开关单元、第七单向导通单元和第八单向导通单元；
所述第七开关单元与所述第七单向导通单元并联连接，所述第八开关单元与所述第八单向导通单元并联连接；
所述第七单向导通单元的正极与所述第八单向导通单元的正极连接，所述第七单向导通单元的负极与所述电源转换模块的一个输入端连接，所述第八单向导通单元的负极与所述第一电容和第二电容的连接点连接。
本实施中，通过在开关模块中采用开关单元和单向导通单元，以提高开关模块的适用工作频率，从而提高工作安全性。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述开关模块包括第九开关单元、第九单向导通单元、第十单向导通单元、第十一单向导通单元和第十二单向导通单元；
所述第九单向导通单元的正极与所述第十单向导通单元的负极串联连接为第一支路；
所述第十一单向导通单元的正极和所述第十二单向导通单元的负极串联连接为第二支路；
所述第一支路、所述第二支路均和所述第九开关单元并联连接；
所述第九单向导通单元的正极与所述电源转换模块的一个输入端连接，所述第十一单向导通单元的正极与所述第一电容和第二电容的连接点连接。
本实施例中，通过在开关模块中设置四个单向导通单元和一个开关单元，以提高开关模块的响应时间，减小电路体积。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述开关模块为继电器。
本实施例中，继电器具有结构简单、安全可靠性高、使用寿命长以及适用性广等优势，且通电时不产生电子开关类的导通损耗，能够降低驱动控制电路的制造和使用成本。
可选地，在本发明的一个实施例中，所述图腾柱功率因数校正电路还包括：
交流电压检测单元，用于检测所述交流电源的电压波形；
直流电压检测单元，用于检测所述负载的母线电压；
电流检测单元，用于检测所述电源转换模块中的电流；
参数检测单元，用于检测所述负载的工作参数；
主控单元，与所述交流电压检测单元、直流电压检测单元、电流检测单元和参数检测单元连接，用于根据所述负载的工作参数和母线电压确定所述图腾柱功率因数校正电路的工作模式，并根据所述交流电源的电压波形和所述电源转换模块中的电流，控制所述电源转换模块和所述开关模块以实现所述图腾柱功率因数校正电路的工作模式。
本实施例中，通过主控单元根据参数检测单元检测到的负载的工作参数、电流检测单元检测到的电源转换模块中的电流、直流电压检测单元检测到的母线电压以及交流电压检测单元检测到的电源转换模块的输出电压控制开关模块和电源转换模块的工作模式，以降低功率模块损耗。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种驱动装置，包括：
第一方面所述的图腾柱功率因数校正电路；
逆变器，所述逆变器用于将所述图腾柱功率因数校正电路得到的直流电转换为交流电。
根据本申请实施例的第三方面，提供了一种压缩机，包括：
电机，所述电机由第二方面所述的驱动装置驱动。
根据本申请实施例的第四方面，提供了一种空调设备，包括第三方面所述的压缩机。
根据本发明的第三方面实施例的压缩机和第四方面实施例的空调，至少具有如下有益效果：电流谐波和功率因数得到改善，并且可以根据电机负荷的轻重切换至工作模式，从而能够适应不同负荷下电压需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或者现有技术方案，下面对本申请实施例或者现有技术方案中的相关技术方案附图作以下介绍，应当理解的是，下面介绍中的附图仅仅为了方便清晰表达本申请的技术方案中的部分实施例，对于本领域技术人员来说，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取到其他附图。
图1为本发明实施例的第一种图腾柱功率因数校正电路的结构示意图；
图2为本发明实施例的第二种图腾柱功率因数校正电路的结构示意图；
图3为本发明实施例中主控单元输出的第一种控制信号波形图；
图4为本发明实施例中主控单元输出的第二种控制信号波形图；
图5为本发明实施例中不控整流模式下图1电路的一种等效结构示意图；
图6为本发明实施例中同步整流模式下图1电路的一种等效结构示意图；
图7为本发明实施例中主控单元输出的第三种控制信号波形图；
图8为本发明实施例中高频模式下图1电路的一种等效结构示意图；
图9为本发明实施例中高频模式下图1电路的另一种等效结构示意图；
图10为本发明实施例中图9电路的一种等效结构示意图；
图11为本发明实施例中图9电路的一种等效结构示意图；
图12为本发明实施例中同步整流模式下图1电路的另一种等下电路图；
图13本发明实施例的第三种图腾柱功率因数校正电路的结构示意图；
图14为本发明实施例中第一种开关模块的结构示意图；
图15为本发明实施例中第二种开关模块的结构示意图；
图16为本发明实施例中第三种开关模块的结构示意图；
图17为本发明实施例中第四种开关模块的结构示意图；
图18本发明实施例的第四种图腾柱功率因数校正电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
参照图1，本发明实施例提供了一种图腾柱功率因数校正电路，该图腾柱功率因数校正电路包括电源转换模块、电感模块、电容模块和开关模块。
本发明的实施例中，电源转换模块包括多个单向导通单元和多个开关单元，这些单向导通单元连接成电桥的形状，每个单向导通单元分别并联一个开关单元。本发明的实施例中，可以使用二极管作为单向导通单元，也可以使用其他具有单向导通能力的器件作为单向导通单元；可以使用三极管、场效应管或者绝缘栅双极型晶体管等具有受控通断能力的器件作为开关单元。
可选地，在一些实施例中，如图1所示，电源转换模块包括第一单向导通单元D1、第二单向导通单元D2、第三单向导通单元D3、第四单向导通单元D4、第一开关单元Q1、第二开关单元Q2、第三开关单元Q3和第四开关单元Q4。单向导通单元连接成电桥的形状，是指第一单向导通单元D1的正极与第二单向导通单元D2的负极连接，第三单向导通单元D3的正极与第四单向导通单元D4的负极连接，第一单向导通单元D1的负极与第三单向导通单元D3的负极连接，第二单向导通单元D2的正极与第四单向导通单元D4的正极连接。每个单向导通单元分别并联一个开关单元，是指第一单向导通单元D1与第一开关单元Q1并联连接，第二单向导通单元D2与第二开关单元Q2并联连接，第三单向导通单元D3与第三开关单元Q3并联连接，第四单向导通单元D4与第四开关单元Q4并联连接。
本发明的实施例中，由第一单向导通单元D1和第一开关单元Q1等器件组成的电源转换模块中，第一单向导通单元D1的负极和第二单向导通单元D2的正极为电源转换模块的输出端，第一单向导通单元D1的正极和第三单向导通单元D3的正极为电源转换模块的输入端。
如图1所示，电源转换模块的输入端通过电感模块L连接到交流电源AC，电源转换模块的输出端连接到负载。电源转换模块的输出端与电容模块并联。本发明的实施例中，电容模块包括串联在一起的第一电容C1和第二电容C2。开关模块SW1跨接在电源转换模块的一个输入端和电容模块之间，具体地，开关模块SW1的一端与电源转换模块中第三单向导通单元D3的正极连接，开关模块SW1的另一端与第一电容C1和第二电容C2的连接点连接。开关模块SW1具有导通和关断两个状态，当开关模块SW1导通时，第三单向导通单元D3的正极与第一电容C1和第二电容C2的连接点接通，当开关模块SW1关断时，第三单向导通单元D3的正极与第一电容C1和第二电容C2的连接点断开。
在一些可选的实施例中，如图2所示，图腾柱功率因数校正电路内还包括具有检测负载的工作参数功能的参数检测单元、具有检测交流电源的电压波形功能的交流电压检测单元、，具有检测负载的母线电压的直流电压检测单元、具有检测交流电源输入到电源转换模块的电流功能的电流检测模块，以及根据检测到的负载的工作参数来控制电源转换模块和开关模块的工作模式的主控单元。
具体地，如图2所示，交流电压检测单元、直流电压检测单元和参数检测单元的内阻较大，即它们并联到电路中可以视为开路，电流检测单元的内阻较小，它串联到电路中可以视为短路。其中，交流电压检测单元可以是电压传感器，用于检测交流电源的电压波形；直流电压检测单元可以是电压传感器，用于检测负载的母线电压；电流检测单元可以是电流传感器，用于检测流过电源转换模块中的电流；参数检测单元可以是功率计或电流传感器，当负载是电机时，参数检测单元也可以是压力传感器或频率传感器，这些传感器分别可以检测负载的功率、电流、压力或频率，即参数检测单元所检测到的工作参数包括功率、电流、压力或频率中的一种。
主控单元可以是单片机，主控单元与交流电压检测单元、直流电压检测单元电流检测单元和参数检测单元连接，从而接收到这这些单元检测到的交流电源的电压波形、流过电源转换模块中的电流、负载的母线电压以及负载的工作参数。主控单元还通过IO接口，分别与第一开关单元Q1的控制端、第二开关单元Q2的控制端、第三开关单元Q3的控制端、第四开关单元Q4的控制端以及开关模块SW1的控制端连接，图2中并未具体画出主控单元与第一开关单元Q1的控制端等的连接，而是采用箭头符号来表示主控单元向它们输出控制信号。
主控单元可以通过调用控制程序控制功率校正电路在不同的拓扑结构之间进行切换。具体地，首先根据负载的工作参数确定需要控制电源转换模块和开关模块工作模式，然后通过执行程序输出相应的波形来驱动第一开关单元Q1、第二开关单元Q2、第三开关单元Q3、第四开关单元Q4以及开关模块SW1进行通断状态的变换，形成不同通断状态组合，从而使得电源转换模块和开关模块工作在不同的工作模式。
本发明实施例中，主控单元根据负载的工作参数，确定控制电源转换模块和开关模块的工作模式，其中，电源转换模块和开关模块的工作模式包括非倍压工作模式和倍压工作模式，非倍压工作模式包括高频开关模式，倍压工作模式包括不控整流模式和同步整流模式。具体地，主控单元设置依次增大的工作参数阈值P1、P2、P3和P4，即P1＜P2＜P3＜P4，形成第一工作参数区间[P1,P2]、第二工作区间[P2,P3]和第三工作参数区间[P3,P4]。如果负载的工作参数在第一工作参数区间[P1,P2]内，那么主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于非倍压模式下；若负载的工作参数工作在大于P2的区间内时，那么主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于倍压模式下。其中，在倍压模式下，如果负载的工作参数在第二工作参数区间[P2,P3]内，那么主控单元控制电源转换模块和开关模块工作于不控整流模式；如果负载的工作参数在第三工作参数区间[P3,P4]内，那么主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于同步整流模式。
图3中的Q1表示向第一开关单元Q1输出的控制信号波形，Q2表示向第二开关单元Q2输出的控制信号波形，Q3表示向第三开关单元Q3输出的控制信号波形，Q4表示向第四开关单元Q4输出的控制信号波形，SW1表示向开关模块SW1输出的控制信号波形。本实施例中，开关模块或一个开关单元接收到主控单元输出的高电平会变为导通状态，开关模块或一个开关单元接收到主控单元输出的低电平会变为关断状态。图3中的Us表示交流电源AC两端的电压波形，Is表示交流电源AC输入到电源转换模块的电流波形。
具体地，在交流电压较大或者母线电压需求较小时，参照图3的左半部分，主控单元向开关模块SW1输出低电平，开关模块SW1关断，使电源转换模块和开关模块SW1工作于常规升压模式；在交流电压较低或者大负载需求母线电压较大时，参照图3的右半部分，主控单元向开关模块SW1输出高电平，开关模块SW1导通，使电源转换模块和开关模块SW1工作于倍压模式，从而在一定程度上解决输入电压高低变化和负载需求变化时引起的损耗大和弱磁深等问题。
图4中的Q1表示向第一开关单元Q1输出的控制信号波形，Q2表示向第二开关单元Q2输出的控制信号波形，Q3表示向第三开关单元Q3输出的控制信号波形，Q4表示向第四开关单元Q4输出的控制信号波形，SW1表示向开关模块SW1输出的控制信号波形。本实施例中，开关模块或一个开关单元接收到主控单元输出的高电平会变为导通状态，开关模块或一个开关单元接收到主控单元输出的低电平会变为关断状态。图3中的Us表示交流电源AC两端的电压波形，Is表示交流电源AC输入到电源转换模块的电压波形。
当主控单元根据负载需求控制电源转换模块和开关模块工作于不控整流模式时，参照图4的左半部分，主控单元向开关模块SW1输出高电平，使得开关模块SW1导通；当主控单元分别向开关单元Q1、Q2、Q3和Q4输出低电平时，图1所示的电路拓扑结构表现为图5所示。
当主控单元根据负载需求控制电源转换模块和开关模块工作于同步整流模式时，参照图4的右半部分，主控单元向开关模块SW1输出高电平，使得开关模块SW1导通。当交流电源处于正半周期时，主控单元向开关单元Q1输出高电平，使开关单元Q1导通，主控单元向开关单元Q2、Q3和Q4输出低电平，使开关单元Q2、Q3和Q4截至。当交流电源处于负半周期时，主控单元向开关单元Q2输出高电平，使开关单元Q2导通，主控单元向开关单元Q1、Q3和Q4输出低电平，使开关单元Q1、Q3和Q4截至。在图4右半部分波形中，图1所示的电路拓扑结构表现为图6所示。
图7的左半部分示意了主控单元控制电源转换模块和开关模块工作于高频开关模式时，主控单元向电源转换模块中的各开关单元和开关模块输出的控制信号波形，图7的右半部分示意了主控单元控制电源转换模块和开关模块工作于同步整流模式时，主控单元向电源转换模块中的各开关单元和开关模块输出的控制信号波形。
图7中的Q1表示向第一开关单元Q1输出的控制信号波形，Q2表示向第二开关单元Q2输出的控制信号波形，Q3表示向第三开关单元Q3输出的控制信号波形，Q4表示向第四开关单元Q4输出的控制信号波形，SW1表示向开关模块SW1输出的控制信号波形。本发明的实施例中，开关模块或一个开关单元接收到主控单元输出的高电平会变为导通状态，开关模块或一个开关单元接收到主控单元输出的低电平会变为关断状态。图7中的Us表示交流电源AC两端的电压波形，Is表示交流电源AC输入到电源转换模块的电压波形。
当主控单元根据负载需求控制电源转换模块和开关模块工作于高频开关模式时，参照图7的左半部分，主控单元向开关模块SW1输出低电平，使得开关模块SW1关断；当主控单元检测到交流电源的电压波形处于正半周期，主控单元向第三开关单元Q3输出低电平，向第四开关单元Q4输出高电平，使得第三开关单元Q3关断、第四开关单元Q4导通，即当交流电源的电压波形处于正半周期，图1所示的电路拓扑结构表现为图8的形式。当主控单元检测到交流电源的电压波形处于负半周期，主控单元向第三开关单元Q3输出高电平，向第四开关单元Q4输出低电平，使得第三开关单元Q3导通、第四开关单元Q4关断，即当交流电源的电压波形处于负半周期，图1所示的电路拓扑结构表现为图9的形式。
主控单元采集交流电源AC输出的电压波形，通过内部的模拟电路采样比较的方式，或者通过数字电路执行算法的方式，获取与交流电源AC的电压波形相应的PWM波形。本发明的实施例中，交流电源AC的电压波形可以是正弦波，即主控单元获取到的PWM波形可以是SPWM波形。主控单元将获得的PWM波形作为向第一开关单元Q1和第二开关单元Q2输出的控制波形。
本发明的实施例中，主控单元向第一开关单元Q1输出的PWM波形和向第二开关单元Q2输出的PWM波形是反相的。参照图7，主控单元向第一开关单元Q1输出的PWM波形的占空比在电压过零点处最小，在电压峰值/谷值处最大，而主控单元向第二开关单元Q2输出的PWM波形的占空比在电压过零点处最大，在电压峰值/谷值处最小。
本发明的实施例中，可以根据第一开关单元Q1和第二开关单元Q2的器件类型，来确定PWM波形的频率。例如，如果使用场效应管作为第一开关单元Q1和第二开关单元Q2，PWM波形的频率可以是30Khz-100Khz，如果使用绝缘栅双极型晶体管作为第一开关单元Q1和第二开关单元Q2，PWM波形的频率可以是3Khz-30Khz。
在PWM波形的驱动下，第一开关单元Q1和第二开关单元Q2在交流电源的电压波形全周期以高的频率进行交替通断。参照图7，驱动第一开关单元Q1的PWM波形与驱动第二开关单元Q2的PWM波形的相位相反，因此在第一开关单元Q1的交替通断和第二开关单元Q2的交替通断过程中，当第一开关单元Q1导通时第二开关单元Q2关断，当第一开关单元Q1关断时第二开关单元Q2导通。以图9中所示的电路为例，此时交流电源AC所输出的电压为负半周期，在本实施例中第四开关单元Q4负极的电压高于第一开关单元Q1正极的电压，当第一开关单元Q1导通、第二开关单元Q2关断，图9所示电路的拓扑结构等效于图10所示，此时电感模块L两端与交流电源AC连接，交流电源AC对电感模块L进行充电，由电容模块对负载供电；当第一开关单元Q1关断、第二开关单元Q2导通，图9所示电路的拓扑结构等效于图11所示，此时电感模块L、第一电容C1和第二电容C2串联，电感模块L放电对第一电容C1和第二电容C2充电，并且电感模块L还放电对负载进行供电。图10和图11两种拓扑结构下，电容模块两端能够获得比交流电源AC输出电压高的电压，实现升压效果，并且由于主控单元向第一开关单元Q1导通时第二开关单元Q2输出的控制波形是与交流电源AC的电压波形相应的PWM波形，参照图7，交流电源AC输入到电源转换模块中的电流Is的波形也是正弦波，从而改善输入电流谐波和功率因数。
图10和图11所示的电路等效拓扑结构是基于图9所示电路，即交流电源AC的输出电压处于负半周期的情况分析得到的。由于电路的对称性，当交流电源AC的输出电压处于正半周期，即如图8所示电路，也可以分析得到相同的结论，即电容模块两端能够获得比交流电源AC输出电压高的电压，实现升压效果，并且交流电源AC输入到电源转换模块中的电流Is的波形也是正弦波，从而改善输入电流谐波和功率因数。
当主控单元控制电源转换模块和开关模块工作于同步整流模式时，参照图7的右半部分，主控单元向开关模块SW1输出高电平，使得开关模块SW1导通；主控单元向开关模块SW1输出高电平，主控单元向第三开关单元Q3和第四开关单元Q4输出低电平，使得第三开关单元Q3和第四开关单元Q4关断，图1所示的电路拓扑结构等效于图12，图12所示的结构中，第一单向导通单元D1和第二单向导通单元D2可以独立地受主控单元控制，从而进行同步整流。
由图12所示的电路结构可知，随着交流电源AC的正负半周期切换，流经电源转换模块的电流要么是流过第一单向导通单元D1，要么是流过第二单向导通单元D2，主控单元可以根据电流的流向确定电流是流过第一单向导通单元D1还是第二单向导通单元D2。
当主控单元检测到第一单向导通单元D1有电流流过，主控单元向第一开关单元Q1输出高电平，使得第一开关单元Q1导通，如果主控单元块没有检测到第一单向导通单元D1有电流流过，主控单元向第一开关单元Q1输出低电平，使得第一开关单元Q1关断。当主控单元检测到第二单向导通单元D2有电流流过，主控单元向第二开关单元Q2输出高电平，使得第二开关单元Q2导通，如果主控单元没有检测到第二单向导通单元D2有电流流过，主控单元向第二开关单元Q2输出低电平，使得第二开关单元Q2关断。当第一开关单元Q1导通、第二开关单元Q2关断，相当于交流电源AC通过电感模块L连接于第一电容C1的两端，为第一电容C1充电；当第一开关单元Q1关断、第二开关单元Q2导通，相当于交流电源AC通过电感模块L连接于第二电容C2的两端，为第二电容C2充电。第一电容C1两端和第二电容C2两端分别能够获得交流电容AC的电压，由第一电容C1和第二电容C2串联形成的电容模块，其两端能够获得相当于两倍于交流电容AC输出电压的电压，从而实现倍压效果。
综合上述，本发明实施例中的电源转换模块和开关模块能够使图腾柱功率因数校正电路可以在不同拓扑结构之间进行切换，以配合不同控制时序来满足不同的负载需求，从而降低电路内功率模块损耗。可以总结出本发明实施例中的图腾柱功率因数校正电路的有益效果：当负载的功率、电流、压力或频率等工作参数处于较小的第一工作参数区间[P1,P2]内，负载为轻载，在主控单元的控制下，电源转换模块和开关模块工作在高频开关模式，使得图腾柱功率因数校正电路可以控制输入电流波形跟随输入电压变化，从而改善输入电流谐波和功率因数，抬高母线电压，实现升压输出；当负载的功率、电流、压力或频率等工作参数处于较大的第二工作参数区间[P2,P3]或者第三工作区间[P3,P4]内，负载为重载，在主控单元的控制下，电源转换模块和开关模块可工作在不控整流模式或者同步整流模式，图腾柱功率因数校正电路可以实现倍压输出，具有较强的带载能力。本发明实施例中的图腾柱功率因数校正电路能够在不同拓扑结构之间进行切换，以配合不同控制时序来满足不同的负载需求，从而降低电路内功率模块损耗。
可选地，在一些实施例中，如图13所示电路，在图1所示电路上增设两个单向导通单元。具体地，在图1所示电路上增设第五单向导通单元D5和第六单向导通单元D6，第五单向导通单元D5的正极与电源转换模块的一个输出端连接，第五单向导通单元D5的负极与电容模块的一端连接；第六单向导通单元D6的正极与电容模块的另一端连接，第六单向导通单元D6的负极与电源转换模块的另一个输出端连接。
本实施例通过增设第五单向导通单元D5和第六单向导通单元D6，可防止交流输入电压低于母线电压时出现倒灌情况，从而保护电路安全。
可选地，在一些实施例中，开关模块在主控单元的控制下能够在导通和关断两个状态之间切换，可以使用一个开关单元或两个开关单元来构建开关模块。
如图14所示电路中，采用两个开关单元来构建开关模块。将图1电路中的开关模块SW1替换成第五开关单元Q5和第六开关单元Q6。
图14所示电路中，第五开关单元Q5和第六开关单元Q6并联，并联所得电路的一端与第三单向导通单元D3的正极连接，并联所得电路的另一端与第一电容C1和第二电容C2的连接点连接。即图14中第五开关单元Q5和第六开关单元Q6组成的电路与图1中的开关模块SW1是等效的。
主控单元的一个输出端与第五开关单元Q5的控制端连接，一个输出端与第六开关单元Q6的控制端连接。图14所示电路中省略了第五开关单元Q5、第六开关单元Q6与主控单元之间的连接线。
图14所示电路中，第五开关单元Q5和第六开关单元Q6的通断状态决定了开关模块SW1的通断状态，即第五开关单元Q5和第六开关单元Q6任一个导通实现开关模块SW1导通，第五开关单元Q5和第六开关单元Q6均关断实现开关模块SW1关断。
本发明实施例中，当主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于非倍压模式下时，主控单元向第五开关单元Q5和第六开关单元Q6分别输出低电平使得第五开关单元Q5和第六开关单元Q6均关断，因此等效的开关模块SW1关断以实现高频开关模式。
本发明实施例中，当主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于倍压模式下时，主控单元可以向第五开关单元Q5和第六开关单元Q6分别输出高电平，使得第五开关单元Q5和第六开关单元Q6均导通，因此等效的开关模块SW1导通以实现同步整流模式。主控单元也可以在交流电源AC输出的电压为正半周期时，向第五开关单元Q5输出高电平，使得第五开关单元Q5导通，等效的开关模块SW1导通以实现高频开关模式；主控单元在交流电源AC输出的电压为负半周期时，向第六开关单元Q6输出高电平，使得第六开关单元Q6导通，等效的开关模块SW1导通以实现高频开关模式。
如图15所示电路中，可以使用两个开关单元来构建开关模块。将图1电路中的开关模块SW1替换成第七开关单元Q7、第八开关单元Q8、第七单向导通单元D7和第八单向导通单元D8组成的电路，得到如图15所示电路。
在图15所示电路中，第七开关单元Q7的一端和第八开关单元Q8的一端连接，第七开关单元Q7的另一端与第三单向导通单元D3的正极连接，第八开关单元Q8的另一端与第一电容C1和第二电容C2的连接点连接。第七单向导通单元D7与第七开关单元Q7并联，且第七单向导通单元D7的正极与第三单向导通单元D3的正极连接。第八单向导通单元D8与第八开关单元Q8并联，且第八单向导通单元D8的负极与第一电容C1和第二电容C2的连接点连接。即图15中第七开关单元Q7、第八开关单元Q8、第七单向导通单元D7和第八单向导通单元D8组成的电路与图1中的开关模块SW1是等效的。
主控单元的一个输出端与第七开关单元Q7的控制端连接，一个输出端与第八开关单元Q8的控制端连接。图15所示电路中省略了第七开关单元Q7、第八开关单元Q8与主控单元之间的连接线。
如图15所示电路中，当第七开关单元Q7和第八开关单元Q8中一个导通、另一个关断时，与第七单向导通单元D7和第八单向导通单元D8形成单向导通的电路。具体为：图15电路中，当第七开关单元Q7导通、第八开关单元Q8关断，第七开关单元Q7与第八单向导通单元D8形成从左到右的单向导通电路；当第七开关单元Q7关断、第八开关单元Q8导通，第八开关单元Q8与第七单向导通单元D7形成从右到左的单向导通电路。
本发明实施例中，当主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于非倍压模式时，主控单元向第七开关单元Q7和第八开关单元Q8分别输出低电平，使得第七开关单元Q7和第八开关单元Q8均关断，因此等效的开关模块SW1关断以实现高频开关模式。
本发明实施例中，当主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于倍压模式时，主控单元可以向第七开关单元Q7和第八开关单元Q8分别输出高电平，使得第七开关单元Q7和第八开关单元Q8均导通，因此等效的开关模块SW1导通以实现倍压模式。主控单元也可以在交流电源AC输出的电压为正半周期时，向第七开关单元Q7输出高电平，使得第七开关单元Q7导通，由于交流电源AC输出的电压为正半周期，此时加在第七单向导通单元D7负极的电压是交流电源AC的正电压，而加在第八单向导通单元D8负极的电压是第二电容C2的电压，经过放电后第二电容C2的电压比交流电源AC的正电压低，因此第七开关单元Q7与第八单向导通单元D8形成从左到右的单向导通电路，等效的开关模块SW1导通以实现高频开关模式；主控单元也可以在交流电源AC输出的电压为负半周期时，向第八开关单元Q8输出高电平，使得第八开关单元Q8导通，由于交流电源AC输出的电压为负半周期，此时加在第七单向导通单元D7负极的电压是交流电源AC的负电压，而加在第八单向导通单元D8负极的电压是第二电容C2的电压，第二电容C2的电压比交流电源AC的负电压高，因此第八开关单元Q8与第七单向导通单元D7形成从右到左的单向导通电路，等效的开关模块SW1导通以实现高频开关模式。
如图16所示电路中，可以使用一个开关单元来构建开关模块。将图1电路中的开关模块SW1替换成第九开关单元Q9、第九单向导通单元D9、第十单向导通单元D10、第十一单向导通单元D11和第十二单向导通单元D12组成的电路，得到如图16所示电路。
图16所示电路中，第九开关单元Q9的正极和第十单向导通单元D10的负极串联成第一支路，第十一单向导通单元D11的正极和第十二单向导通单元D12的负极串联成第二支路，第一支路、第二支路和第九开关单元Q9并联连接。第九单向导通单元D9的正极与第三单向导通单元D3的正极连接，第十一单向导通单元D11的正极与第一电容C1和第二电容C2的连接点连接，即图16中第九开关单元Q9、第九单向导通单元D9、第十单向导通单元D10、第十一单向导通单元D11和第十二单向导通单元D12组成的电路与图1中的开关模块SW1是等效的。
图16所示电路中，第九单向导通单元D9、第十单向导通单元D10、第十一单向导通单元D11和第十二单向导通单元D12组成一个全桥整流器，全桥整流器能够对流过第九开关单元Q9的电流进行整流。
主控单元的一个输出端与第九开关单元Q9的控制端连接。图16所示电路中省略了第九开关单元Q9与主控单元之间的连接线。
在图16所示电路中，第九开关单元Q9的通断状态决定了开关模块SW1的通断状态，即第九开关单元Q9导通实现开关模块SW1导通，第九开关单元Q9关断实现开关模块SW1关断。
本发明实施例中，当主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于非倍压模式时，主控单元向第九开关单元Q9输出低电平，使得第九开关单元Q9关断，因此等效的开关模块SW1关断，以实现非倍压模式中的高频开关模式。当主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于倍压模式时，主控单元向第九开关单元Q9输出高电平，使得第九开关单元Q9导通，因此等效的开关模块SW1导通以实现倍压模式。
此外，当图腾柱功率因数校正电路采用如图13所示电路时，开关模块SW1还可以采用继电器代替。如图17所示，主控单元的一个输出端与继电器SW2内的线圈连接。图17所示电路中省略了继电器SW2的线圈与主控单元之间的连接线。
在图17所示电路中，继电器SW2的通断状态决定了开关模块SW1的通断状态，即继电器SW2导通实现开关模块SW1的导通，继电器SW2断开实现开关模块SW1的关断。
本发明实施例中，当主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于非倍压模式时，主控单元向继电器SW2输出低电平，使得继电器SW2关断，因此等效的开关模块SW1关断，以实现非倍压模式中的高频开关模式。当主控单元确定控制电源转换模块和开关模块工作于倍压模式时，主控单元向继电器SW2输出高电平，使得继电器SW2导通，因此等效的开关模块SW1导通以实现倍压模式。
可选地，在一些实施例中，如图18所示，将实施例中的图腾柱功率因数校正电路依次与逆变器和电机连接，图腾柱功率因数校正电路向逆变器输出驱动信号，由逆变器驱动电机工作，该电机可用于压缩机。即实施例中的图腾柱功率因数校正电路所要驱动的负载可以明确为逆变器和电机。图18所示的压缩机具有实施例中图腾柱功率因数校正电路的优点，即在不同拓扑结构之间进行切换，以配合不同控制时序来满足不同的负载需求，从而降低电路内功率模块损耗。
可选地，在一些实施例中，图18所示压缩机可应用于空调设备。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (11)

1.一种图腾柱功率因数校正电路，其特征在于，包括：
电源转换模块，包括连接为电桥形状的多个单向导通单元，各所述单向导通单元分别并联一个开关单元；所述电源转换模块的输入端用于连接到交流电源，所述电源转换模块的输出端用于连接到负载；
电感模块，设置于所述电源转换模块与所述交流电源之间；
电容模块，包括串联的第一电容和第二电容；所述电容模块与所述电源转换模块的输出端并联连接；
开关模块，所述开关模块的一端与所述电源转换模块的一个输入端连接，所述开关模块的另一端与所述第一电容和第二电容的连接点连接。
2.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其特征在于，所述电源转换模块包括第一单向导通单元、第二单向导通单元、第三单向导通单元、第四单向导通单元、第一开关单元、第二开关单元、第三开关单元和第四开关单元；
所述第一单向导通单元与所述第一开关单元并联连接，所述第二单向导通单元与所述第二开关单元并联连接，所述第三单向导通单元与所述第三开关单元并联连接，所述第四单向导通单元与所述第四开关单元并联连接；
所述第一单向导通单元的正极与所述第二单向导通单元的负极连接，所述第三单向导通单元正极与所述第四单向导通单元的负极连接，所述第一单向导通单元的负极与所述第三单向导通单元的负极连接，所述第二单向导通单元的正极与所述第四单向导通单元的正极连接；
所述第一单向导通单元的正极和所述第二单向导通单元的负极为所述电源转换模块的第一输入端，所述第三单向导通单元正极和所述第四单向导通单元的负极为所述电源转换模块的第二输入端，所述第一单向导通单元的负极和所述第三单向导通单元的负极为所述电源转换模块的第一输出端，所述第二单向导通单元的正极和所述第四单向导通单元的正极为所述电源转换模块的第二输出端。
3.根据权利要求2所述的图腾柱功率因数校正电路，其特征在于，所述图腾柱功率因数校正电路还包括：
第五单向导通单元，所述第五单向单通单元的正极与所述电源转换模块的第一输出端连接，所述第五单向单通单元的负极与电容模块的一端连接；
第六单向导通单元，所述第六单向导通单元的正极与所述电容模块的另一端连接，所述第六单向导通单元的负极与所述电源转换模块的第二输出端连接。
4.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其特征在于，所述开关模块包括第五开关单元和第六开关单元；
所述第五开关单元的一端与所述第六开关单元的一端连接，所述第五开关单元的另一端与所述第六开关单元的另一端连接；
所述第五开关单元的一端和所述第六开关单元的一端均与所述电源转换模块的一个输入端连接，所述第五开关单元的另一端与所述第六开关单元的另一端均与所述第一电容和第二电容的连接点连接。
5.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其特征在于，所述开关模块包括第七开关单元、第八开关单元、第七单向导通单元和第八单向导通单元；
所述第七开关单元与所述第七单向导通单元并联连接，所述第八开关单元与所述第八单向导通单元并联连接；
所述第七单向导通单元的正极与所述第八单向导通单元的正极连接，所述第七单向导通单元的负极与所述电源转换模块的一个输入端连接，所述第八单向导通单元的负极与所述第一电容和第二电容的连接点连接。
6.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其特征在于，所述开关模块包括第九开关单元、第九单向导通单元、第十单向导通单元、第十一单向导通单元和第十二单向导通单元；
所述第九单向导通单元的正极与所述第十单向导通单元的负极串联连接为第一支路；
所述第十一单向导通单元的正极和所述第十二单向导通单元的负极串联连接为第二支路；
所述第一支路、所述第二支路均和所述第九开关单元并联连接；
所述第九单向导通单元的正极与所述电源转换模块的一个输入端连接，所述第十一单向导通单元的正极与所述第一电容和第二电容的连接点连接。
7.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其特征在于，所述开关模块为继电器。
8.根据权利要求1所述的图腾柱功率因数校正电路，其特征在于，所述图腾柱功率因数校正电路还包括：
交流电压检测单元，用于检测所述交流电源的电压波形；
直流电压检测单元，用于检测所述负载的母线电压；
电流检测单元，用于检测所述电源转换模块中的电流；
参数检测单元，用于检测所述负载的工作参数；
主控单元，与所述交流电压检测单元、直流电压检测单元、电流检测单元和参数检测单元连接，用于根据所述负载的工作参数和母线电压确定所述图腾柱功率因数校正电路的工作模式，并根据所述交流电源的电压波形和所述电源转换模块中的电流，控制所述电源转换模块和所述开关模块以实现所述图腾柱功率因数校正电路的工作模式。
9.一种驱动装置，其特征在于，包括：
如权利要求1-8任一项所述的图腾柱功率因数校正电路；
逆变器，所述逆变器用于将所述图腾柱功率因数校正电路得到的直流电转换为交流电。
10.一种压缩机，其特征在于，包括：
电机，所述电机由权利要求9所述的驱动装置驱动。
11.一种空调设备，其特征在于，包括如权利要求10所述的压缩机。
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