CN114157143A - 基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路，包括：电源模块、主控MCU、驱动MCU以及加热器控制模块，电源模块包括整流模块以及升压模块；化霜电路还包括设置在升压模块的输出端和化霜加热器的输入端之间的保险丝；整流模块用于将交流电源信号整流为直流电源信号，升压模块用于将直流电源信号的电压提升至第一预设电压值，以使保险丝能够区分化霜电路在正常控制状态和非正常控制状态下的电流值；主控MCU用于向驱动MCU发出化霜指令，驱动MCU用于在接收到化霜指令时通过对加热器控制模块的输出信号占空比进行调节以实现直流斩波闭环控制，以使化霜加热器输出恒功率信号。本发明使得化霜加热器可以输出恒功率信号，降低成本，在异常时及时切断电路。

Description

基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及冰箱化霜技术领域，尤其涉及一种基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路。
背景技术
随着国家提倡节能降耗要求的提出，变频技术在家电冰箱产品领域逐渐普及。目前因国内市电输入电压波动(AC输入在187V～242V范围内)导致化霜功率波动，在低压情况出现化霜不均匀，在高压情况出现化霜过余，为平衡两个极端情况，开发了直流闭环控制化霜技术。现有技术难点：采用MCU直流斩波并采样实现闭环控制，技术上能够达到恒功率，在非正常工作时需要依靠外部熔断器来保护，由于采用直流斩波电压升高，增加熔断器选型和位置设计难度，部分机型由于结构和严苛认证要求，不能满足。
发明内容
本说明书实施例描述了一种基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路。
本说明书提供了一种基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路，包括：电源模块、主控MCU、与所述主控MCU连接的驱动MCU以及与所述驱动MCU连接的加热器控制模块，所述加热器控制模块用于连接化霜加热器；其中：
所述电源模块包括整流模块以及与所述整流模块连接的升压模块；所述化霜电路还包括设置在所述升压模块的输出端和所述化霜加热器的输入端之间的保险丝；所述整流模块用于将交流电源信号整流为直流电源信号，所述升压模块用于将所述直流电源信号的电压提升至第一预设电压值，以使所述保险丝能够区分所述化霜电路在正常控制状态和非正常控制状态下的电流值；
所述主控MCU用于向所述驱动MCU发出化霜指令，所述驱动MCU用于在接收到化霜指令时通过对所述加热器控制模块的输出信号占空比进行调节以实现直流斩波闭环控制，以使所述化霜加热器输出恒功率信号。
本说明书实施例提供的冰箱恒功率化霜电路，电源模块将交流电源信号转化为直流电源信号，然后胫骨升压模块进行升压之后，得到第一预设电压值，然后提升后的电压经过保险丝进入到化霜加热器的输入端，具体为将提升后的电压经过保险丝输入到化霜加热器的插座中，从而为化霜加热器充电。由于在化霜加热器和升压模块之间设置了保险丝，而升压模块将电压提升至保险丝容易区分正常控制状态和非正常控制状态，从而在非正常工作状态下及时起到保护作用。为了在化霜控制过程中，保证化霜加热器恒功率化霜，驱动MCU会不断的对加热器控制模块的输出信号的占空比进行调节，实现直流斩波闭环控制，进而使得化霜加热器可以输出恒功率信号，保证化霜的稳定性。本发明实施例在实现恒功率化霜的基础上，降低了成本，而且解决直流母线电压升高导致熔断器无法及时切断的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本说明书一个实施例中基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路的结构示意图；
图2是本说明书一个实施例中基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路的电路示意图；
附图标记：
DB1-整流模块；C1-第一电容；L1-第一电感；Q1-第一功率管；C2-第二电容；F1-保险丝；CN1-插座；D1-第一二极管；CS2-第二采样电阻；CS1-第一采样电阻；JRQ1-第一节点；JRQ2-第二节点；VD1-第一整流二极管；VD2-第二整流二极管；Q2-第二功率管；Q3-第三功率管；R2-第二电阻；R1-第一电阻；R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻。
具体实施方式
下面结合附图，对本说明书提供的方案进行描述。
本发明提供一种基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路，参见图1和2，基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路包括：电源模块、主控MCU、与所述主控MCU连接的驱动MCU、与所述驱动MCU连接的加热器控制模块，所述加热器控制模块用于连接化霜加热器；其中：
所述电源模块包括整流模块DB1以及与所述整流模块DB1连接的升压模块；所述化霜电路还包括设置在所述升压模块的输出端和所述化霜加热器的输入端之间的保险丝F1；所述整流模块DB1用于将交流电源信号整流为直流电源信号，所述升压模块用于将所述直流电源信号的电压提升至第一预设电压值，以使所述保险丝F1能够区分所述化霜电路在正常控制状态和非正常控制状态下的电流值；
所述主控MCU用于向所述驱动MCU发出化霜指令，所述驱动MCU用于在接收到化霜指令时通过对所述加热器控制模块的输出信号占空比进行调节以实现直流斩波闭环控制，以使所述化霜加热器输出恒功率信号。
可理解的是，电源模块将交流电源信号转化为直流电源信号，然后胫骨升压模块进行升压之后，得到第一预设电压值，例如，将电压提升至400v，然后提升后的电压经过保险丝F1进入到化霜加热器的输入端，具体为将提升后的电压经过保险丝F1输入到化霜加热器的插座CN1中，从而为化霜加热器充电。由于在化霜加热器和升压模块之间设置了保险丝F1，而升压模块将电压提升至保险丝F1容易区分正常控制状态和非正常控制状态，从而在非正常工作状态下及时起到保护作用。
还有，主控MCU会向驱动MCU中发送一些指令，例如化霜指令、制冷指令等，驱动MCU在接收到这些指令后会进行一些相应的操作和控制，实现制冷或化霜。例如，当驱动MCU接收到的是化霜指令时，即加热指令，此时驱动MCU会通过加热器控制模块进行加热控制，实现直流化霜控制功能，为了在化霜控制过程中，保证化霜加热器恒功率化霜，驱动MCU会不断的对加热器控制模块的输出信号的占空比进行调节，实现直流斩波闭环控制，进而使得化霜加热器可以输出恒功率信号，保证化霜的稳定性。
在具体实施时，本发明实施例中升压模块可以采用多种结构形式实现，下面提供一种可选的结构：所述升压模块包括：第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2、第二采样电阻CS2、第一二极管D1和第一功率管Q1；其中：所述第一电容C1的正极连接至所述整流模块DB1的输出端和所述第一电感L1的一端，所述第一电容C1的负极接地；所述第一电感L1的另一端连接所述第一功率管Q1的漏极和所述第一二极管的正极，所述第一功率管Q1的栅极连接PWM单元，所述第一功率管Q1的源极连接所述第二采样电阻的一端，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第一二极管的负极连接所述第二电容C2的正极，所述第二电容C2的负极接地，所述第一电容C1和所述第二电容C2均为极性电解电容。
可理解的是，通过PWM单元的控制可以将直流电源信号提升至不同的电压值。
进一步的，基于上述结构的升压模块，所述保险丝F1可以设置在所述第一二极管的负极和所述化霜加热器对应的插座CN1之间。即，将保险丝F1设置在节点K和插座CN1的一个引脚之间。
在具体实施时，加热器控制模块可以采用多种结构形式实现，下面提供一种可选的结构：所述加热器控制模块可以包括：第二功率管Q2、第三功率管Q3、第一整流二极管VD1、第二整流二极管VD2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一采样电阻CS1、第一节点JRQ1和第二节点JRQ2；其中：
所述第一节点JRQ1连接所述第一电阻R1的一端和所述第一整流二极管VD1的负极，所述第一整流二极管VD1的正极连接所述第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端连接所述第三电阻R3的一端，所述第一电阻R1的另一端连接所述第二功率管Q2的栅极和所述第二电阻R2的另一端，所述第三电阻R3的另一端连接所述第二功率管Q2的源极，所述第二功率管Q2的漏极连接至所述插座CN1；
所述第二节点JRQ2连接所述第四电阻R4的一端和所述第二整流二极管VD2的负极，所述第二整流二极管VD2的正极连接所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端连接所述第六电阻R6的一端，所述第四电阻R4的另一端连接所述第三功率管Q3的栅极和所述第五电阻R5的另一端，所述第六电阻R6的另一端连接所述第三功率管Q3的源极，所述第三功率管Q3的漏极连接至所述插座CN1；
所述第一采样电阻CS1的一端接地，所述第一采样电阻CS1的另一端连接所述第二功率管Q2的源极和所述第三功率管Q3的源极；所述第一节点JRQ1和所述第二节点JRQ2连接至所述驱动MCU。
可理解的是，驱动MCU会根据第一采样电阻CS1两端的电压向第一节点JRQ1和第二节点JRQ2均输入不同的控制信号，从而对加热器控制模块的输出信号的占空比进行调节。例如，当第一采样电阻CS1两端的电压增大，而第一采样电阻CS1的电阻值不变，此时驱动MCU向第一节点JRQ1和第二节点JRQ2输入的控制信号使得加热器控制模块的输出信号的占空比减小。当第一采样电阻CS1两端的电压减少时，驱动MCU向第一节点JRQ1和第二节点JRQ2输入的控制信号使得加热器控制模块的输出信号的占空比增大。通过对占空比不断的调节，达到恒功率的输出控制。
在具体实施时，本发明实施例提供的电路还可以包括：
EMI滤波模块，用于对电路中的干扰进行泄放以防止干扰进入到用于进行等级谐波认证的测试装置中。
其中，EMI滤波模块主要由共模电感、差模电感、Y电容、X电容等元件组成，对线路产生的干扰提前进行过回路泄放，避免干扰进入到EUT端(即认证的测试装置端)，影响测试效果。
在具体实施时，本发明实施例提供的电路还可以包括：
与所述驱动MCU连接的逆变变频驱动模块，所述逆变变频驱动模块用于连接冰箱的压缩机；所述主控MCU还用于：向所述驱动MCU下发制冷指令；所述驱动MCU用于：在接收到所述制冷指令时通过所述逆变变频驱动模块控制所述压缩机的制冷工作。
也就是说，驱动MCU除了进行化霜控制之外，还可以进行制冷控制，可理解的是，化霜控制和制冷控制是分时进行的。在制冷控制时，驱动MCU对逆变变频驱动模块发送控制信号，以使逆变变频驱动模块对压缩机进行控制，实现制冷控制。
在具体实施时，本发明实施例中，所述电源模块还可以包括：
反激电源模块，用于将所述升压模块输出的第一预设电压值中提取第二预设电压值，所述第二预设电压值低于所述第一预设电压值。
可理解的是，反激电源模块可以从升压模块输出的第一预设电压值中提取出第二预设电压值(例如，15v)，进而将第二预设电压值应用于电路中的其它模块中。
在具体实施时，整流模块DB1可以采用多种结构形式实现，下面提供其中一种结构：所述整流模块DB1包括第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，其中：述第二二极管的正极和第三二极管的正极连接，所述第二二极管的负极和第四二级管的正极连接，所述第三二极管的负极和所述第五二极管的正极连接，所述第四二极管的负极和第五二极管的负极连接，所述第五二极管的负极连接至所述第一电容C1的正极，所述第五二极管的正极和所述第四二极管的正极连接在交流电源的两端，所述第二二极管的正极接地。
通过上述整流模块DB1，可以将交流电源信号转化为直流电源信号，进而输入给升压模块实现升压。
可理解的是，本发明实施例可以基于海外有源PFC方式(即基于BOOST升压模块)和闭环直流斩波结合方式，固化升压数值(即将电压提升至第一预设电压值)，从而可以提高电流分辨能力，这样可以使得保险丝F1替代熔断器后能够准确的区分出回路的正常工作状态和非工作状态，由于保险丝F1相对于熔断器的成本更低，因此本发明实施例提供的电路是一种低成本、高性价比的方案。
可理解的是，由于部分海外产品需要增加classD等级谐波认证要求，有APFC(中文为有源功率因数校正)和PPFC(中文为无源功率因数校正)两种，而本发明实施例正是采用APFC的方式，即采用升压拓扑实现。
可理解的是，现有化霜方案主要由主控MCU通过继电器控制交流电源开断实现化霜开停控制，电压过高或过低会分别导致加热温度偏高出现烧损箱体和加热温度不足导致化霜效果不佳。而本发明实施例为了有效控制化霜，采用主要由直流母线+驱动MCU+两个功率管+第一采样电阻CS1形成闭环控制，达到恒功率化霜的目的。但是同时引申出一个问题：如果采用熔断器进行电路保护的话，由于电压较整流前数值偏大，电压偏大后会使功率快速升高，导致熔断器切断不及时，超过认证最高切断温度，严重出现整机燃烧等故障。为解决该问题准备引入保险丝F1，但因阻值较小，闭环斩波和非正常控制下电流值差异较小，无法进行区分，所以发明实施例在电源模块中增加了升压模块，将升压拓扑和直流闭环斩波结合进行控制，达到区分电流目的。用保险丝F1替代熔断器，不仅降低了成本，而且解决直流母线电压升高导致熔断器无法及时切断的问题。由于升压模块，使得保险丝F1能够区分正常和非正常工作下的电流差异。
其中，图2中的第三节点JRQ3和第四节点JRQ4也与驱动MCU连接。
可见本发明实施例通过一体板将升压拓扑和闭环直流斩波控制结合，实现可替代熔断器保护的恒功率化霜电路。工作时由整流模块、EMI滤波模块输出的电压输入到升压模块中，升压模块根据需求将电压稳定到400V，然后由驱动MCU进行功率管开关斩波控制，输入到加热器两端，通过第一采样电阻的两端电流采样不断调节占空比，实现稳定功率输出控制。当异常输出时，可通过保险丝两端电流差异来实现阻断保护。
可理解的是，根据整机恒功率化霜要求，匹配一定范围加热器，选择保险丝可进行区分正常工作和非正常工作模式，升压模块可调节升压电压，升压电压越高对区分性较好，但太高会考验升压电路器件选择。
可理解的是，根据需求，通过调压可以实现电流区分度，但无限调压会导致电路成本过高，故保险丝需要选择快断和灵敏度较好的，为此保险丝选择比较重要。
可理解的是，驱动MCU控制部分包含逆变输出和闭环直流斩波控双重控制，时序间稳定输出控制和精确控制变得十分重要。
可理解的是，保险丝还可以采用温控器、板载保护器代替。
可理解的是，本发明实施例的应用范围不限于冰箱加热器，也可以是其他场合，涉及升压模块和闭环斩波控制应用。
可理解的是，加热器不限于一组，可以是多组组合，由驱动MCU控制开关，且控制模式不限于一组开通。
可理解的是，驱动MCU可以是单独芯片控制，也可以是电路中其他控制共用，如逆变变频驱动模块。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、挂件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于升压拓扑结构的冰箱恒功率化霜电路，其特征在于，包括：电源模块、主控MCU、与所述主控MCU连接的驱动MCU以及与所述驱动MCU连接的加热器控制模块，所述加热器控制模块用于连接化霜加热器；其中：
所述电源模块包括整流模块以及与所述整流模块连接的升压模块；所述化霜电路还包括设置在所述升压模块的输出端和所述化霜加热器的输入端之间的保险丝；所述整流模块用于将交流电源信号整流为直流电源信号，所述升压模块用于将所述直流电源信号的电压提升至第一预设电压值，以使所述保险丝能够区分所述化霜电路在正常控制状态和非正常控制状态下的电流值；
所述主控MCU用于向所述驱动MCU发出化霜指令，所述驱动MCU用于在接收到化霜指令时通过对所述加热器控制模块的输出信号占空比进行调节以实现直流斩波闭环控制，以使所述化霜加热器输出恒功率信号。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述升压模块包括：第一电感、第一电容、第二电容、第二采样电阻、第一二极管和第一功率管；其中：所述第一电容的正极连接至所述整流模块的输出端和所述第一电感的一端，所述第一电容的负极接地；所述第一电感的另一端连接所述第一功率管的漏极和所述第一二极管的正极，所述第一功率管的栅极连接PWM单元，所述第一功率管的源极连接所述第二采样电阻的一端，所述第二采样电阻的另一端接地，所述第一二极管的负极连接所述第二电容的正极，所述第二电容的负极接地，所述第一电容和所述第二电容均为极性电解电容。
3.根据权利要求2所述的电容，其特征在于，所述保险丝设置在所述第一二极管的负极和所述化霜加热器对应的插座之间。
4.根据权利要求3所述的电容，其特征在于，所述加热器控制模块包括：第二功率管、第三功率管、第一整流二极管、第二整流二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一采样电阻、第一节点和第二节点；其中：
所述第一节点连接所述第一电阻的一端和所述第一整流二极管的负极，所述第一整流二极管的正极连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端连接所述第三电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第二功率管的栅极和所述第二电阻的另一端，所述第三电阻的另一端连接所述第二功率管的源极，所述第二功率管的漏极连接至所述插座；
所述第二节点连接所述第四电阻的一端和所述第二整流二极管的负极，所述第二整流二极管的正极连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接所述第六电阻的一端，所述第四电阻的另一端连接所述第三功率管的栅极和所述第五电阻的另一端，所述第六电阻的另一端连接所述第三功率管的源极，所述第三功率管的漏极连接至所述插座；
所述第一采样电阻的一端接地，所述第一采样电阻的另一端连接所述第二功率管的源极和所述第三功率管的源极；所述第一节点和所述第二节点连接至所述驱动MCU。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：
EMI滤波模块，用于对电路中的干扰进行泄放以防止干扰进入到用于进行等级谐波认证的测试装置中。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：与所述驱动MCU连接的逆变变频驱动模块，所述逆变变频驱动模块用于连接冰箱的压缩机；所述主控MCU还用于：向所述驱动MCU下发制冷指令；所述驱动MCU用于：在接收到所述制冷指令时通过所述逆变变频驱动模块控制所述压缩机的制冷工作。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源模块还包括：
反激电源模块，用于将所述升压模块输出的第一预设电压值中提取第二预设电压值，所述第二预设电压值低于所述第一预设电压值。
8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述整流模块包括第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，其中：
所述第二二极管的正极和第三二极管的正极连接，所述第二二极管的负极和第四二级管的正极连接，所述第三二极管的负极和所述第五二极管的正极连接，所述第四二极管的负极和第五二极管的负极连接，所述第五二极管的负极连接至所述第一电容的正极，所述第五二极管的正极和所述第四二极管的正极连接在交流电源的两端，所述第二二极管的正极接地。
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