CN117543957A - 用于pfc电路的控制方法及装置、智能家电、存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电路技术领域，公开一种用于PFC电路的控制方法，包括：获得目标输出电压；根据所述目标输出电压确定目标载波频率；控制功率管运行所述目标载波频率。在实际运行过程中，获取PFC电路的目标输出电压，并根据实际的目标输出电压确定目标载波频率，作为功率管的载波频率。这样，随着目标输出电压的改变，功率管的载波频率也发生相应改变，使得载波频率与实际的需求相匹配。功率管的开关损耗下降，从而降低了整体PFC电路的损耗。本申请还公开一种用于PFC电路的控制装置、智能家电和存储介质。

Description

用于PFC电路的控制方法及装置、智能家电、存储介质

技术领域

本申请涉及智能家电技术领域，例如涉及一种用于PFC电路的控制方法及装置、智能家电、存储介质。

背景技术

功率因素校正(Power Factor Correction，PFC)电路在目前变频家电如变频空调、冰箱或洗衣机等家电设备上应用广泛。电路控制开关器件开、关，通过电感的充放电实现电能的变换，实现输入电流跟随电压变换，以此来提高功率因数，降低电源谐波对电网的影响。但是现有的驱动方式是通过固定驱动载频驱动开关器件，这种方式虽然能实现功率因数校正，但具有在载波频率选取过高时导致开关器件温度升高，甚至烧毁的风险。

相关技术中公开了一种用于PFC电路的控制方法，包括：根据工况确定不同的载波频率，变频空调制冷运行时采用较低的载波频率，在制热运行时采用较高的载波频率。

在实现本公开实施例的过程中，发现相关技术中至少存在如下问题：虽然通过工况对载波频率做出一定的区分，但在以一个工况下运行时，不能对载波频率进行更细致的适应性调整。电路开关过程中功率管损耗较大，从而导致控制板温度升高，系统损耗增加。

发明内容

为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。所述概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。

本公开实施例提供了一种用于PFC电路的控制方法及装置、智能家电和存储介质，以降低PFC电路的系统损耗。

在一些实施例中，所述控制方法包括：获得目标输出电压；根据所述目标输出电压确定目标载波频率；控制功率管运行所述目标载波频率。

在一些实施例中，所述装置包括处理器和存储有程序指令的存储器，所述处理器被配置为在运行所述程序指令时，执行上述的用于PFC电路的控制方法。

在一些实施例中，所述智能家电包括上述的用于PFC电路的控制装置。

在一些实施例中，所述存储介质存储有程序指令，所述程序指令在运行时，执行上述的用于PFC电路的控制方法。

本公开实施例提供的用于PFC电路的控制方法及装置、智能家电、存储介质，可以实现以下技术效果：

在实际运行过程中，获取PFC电路的目标输出电压，并根据实际的目标输出电压确定目标载波频率，作为功率管的载波频率。这样，随着目标输出电压的改变，功率管的载波频率也发生相应改变，使得载波频率与实际的需求相匹配。功率管的开关损耗下降，从而降低了整体PFC电路的损耗。

以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：

图1是本公开实施例提供的一个PFC电路的示意图；

图2是本公开实施例提供的另一个PFC电路的示意图；

图3是本公开实施例提供的一个用于确定PWM信号的方法示意图；

图4是本公开实施例提供的一个用于PFC电路的控制方法的示意图；

图5是本公开实施例提供的另一个用于PFC电路的控制方法的示意图；

图6是本公开是实施例提供的一个输入电压与占空比关系的示意图；

图7是本公开实施例提供的一个用于PFC电路的控制装置的示意图。

附图标记：

10：电源；20：整流电路；30：升压电路；40：逆变器；50：控制电路；51：AD采样模块；52：计算模块；53：PWM信号输出模块；

101：电源的第一输出端；102：电源的第二输出端；201：整流电路的第一输入端；202：整流电路的第二输入端；211：整流电路的第一输出端；212：整流电路的第二输出端；301：升压电路的第一输入端；302：升压电路的第二输入端；303：升压电路的第三输入端：311：升压电路的第一输出端；312：升压电路的第二输出端；401：逆变器的第一输入端；402：逆变器的第二输入端。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。

本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。

本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。

术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。

术语“对应”可以指的是一种关联关系或绑定关系，A与B相对应指的是A与B之间是一种关联关系或绑定关系。

结合图1和图2所示，PFC电路包括：电源10、整流电路20、升压电路30、逆变器40和控制模块50。

电源10的第一输出端101连接整流电路20的第一输入端201，电源10的第二输出端102连接整流电路20的第二输入端202。整流电路20的第一输出端211与升压电路30的第一输入端301相连接。整流电路20的第二输出端212与升压电路30的第二输入端302相连接。控制模块50的输出端与升压电路30的第三输入端303相连接。升压电路30的第一输出端311与逆变器40的第一输入端401相连接，升压电路30的第二输出端312与逆变器40的第二输出端402相连接。

该PFC电路还包括：第一电感L1、第一电容C1、第二电容C2。第一电感L1，串联于电源10与整流电路20之间。与其他元件配合，减少交流输入的电流与电压之间的相位差。第一电容C1，并联于电源10与整流电路20之间。第二电容C2，并联于整流电路20与升压电路30之间。这样，能够起到一定的滤波作用。

电源10为交流电源，输出电压为220V。

整流电路20为桥式整流电路，包括依次连接的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4。整流电路20的第一输入端201具体位于第一二极管D1和第四二极管D4之间，第二输入端202位于第二二极管D2和第三二极管D3之间。电源输出的电流为正值时，第一二极管D1和第二二极管D2导通。电流反向时，第三二极管D3和第四二极管D4导通。这样，能够对输入的交流电进行整流，输出直流电。

升压模块30包括功率管、第五二极管D5、第二电感L2和第三电容C3。功率管包括IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)以及与IGBT反向并联的第六二极管D6。在换相时，IGBT中的电流会转移到第六二极管D6上，以维持电流的持续流动。

其中，功率管与第三电容C3并联，第二电感L2的输入端即为升压电路30的第一输入端301，第二电感L2的输出端为第五二极管D5的输入端。第五二极管D5的输出端与第三电容C3的一端相连接，相当于升压电路30的第一输出端311。IGBT的集电极连接于第二电感L2和第五二极管D5之间，基极作为升压电路30的第三输入端303。发射极与第三电容C3的另一端相连接，共同作为升压电路30的第二输出端312。

PFC电路还包括：第一采样电阻R1、第二采样电阻R2和第三采样电阻R3。其中，第一采样电阻R1并联于整流电路20和升压电路30之间，被配置为检测输入电压U_s，第二采样电阻R2串联与整流电路20与升压电路30之间，被配置为检测电感电流I_ref。第三采样电阻R3并联于升压电路30和逆变器40之间，被配置为检测输出电压U_o。

控制模块50包括：AD采样模块51、计算模块52和PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制信号)信号输出模块53。其中，AD采样模块53被配置为获取上述采样电阻检测的输入电压U_s、电感电流I_rec和输出电压U_o，并将获取的模拟信号转化为数字信号，便于后续计算。计算模块52被配置为根据AD采样模块53的数据进行计算，得到合适的PWM信号。再由PWM信号输出模块53将PWM信号输入功率管中。

结合图3所示，对上述PWM信号的确定过程做出详细说明。

PFC电路采用电压电流双闭环的控制方式。

在获得目标输出电压U_ref和实际输出电压U_o之后，将目标输出电压U_ref和实际输出电压U_o做差，将所得差值作为电压环PI(proportional integral controller，比例调节和积分调节)调节器的输入。电压环PI调节器能够使输出电压跟踪给定值并保持恒定。将电压环PI调节器的输出值与经过PLL(Phase Locked Loop，锁相环)之后的输入电压做乘法运算，作为电流环PI调节器的输入值。PLL可大幅度减小由于电网波动对输入电流产生的影响，并使得电流基准与输入电压严格同相。将电流环PI调节器的给定电流I_ref与电感电流I_rec相减，得到的误差电流作为电流环PI调节器的输入。最后，电流环PI调节器的输出与载波比较后产生的PWM信号作为升压电路中功率管的驱动信号。这样，实现了PFC电压和电流双闭环控制，使得输入电流最大程度正弦化，减小电网电流谐波分量，并提高电网输入功率因数。

结合图4所示，本公开实施例提供一种用于PFC电路的控制方法，包括：

S401，处理器获得目标输出电压。

S402，处理器根据目标输出电压确定目标载波频率。

S403，处理器控制功率管运行目标载波频率。

采用本公开实施例提供的用于PFC电路的控制方法，在实际运行过程中，获取PFC电路的目标输出电压，并根据实际的目标输出电压确定目标载波频率，作为功率管的载波频率。这样，随着目标输出电压的改变，功率管的载波频率也发生相应改变，使得载波频率与实际的需求相匹配。功率管的损耗下降，从而降低了整体系统的损耗。

上述的PFC电路为压缩机的驱动电路。

可选地，处理器获得目标输入电压包括：处理器获得压缩机的运行频率和运行电流，并根据运行频率f_压机和运行电流i_压机确定目标输出电压。这样，能够计算得到与压缩机实际运行状况相符合的目标输入电压，以便于根据该目标输出电压计算得到准确地目标载波频率。

可选地，处理器根据运行频率f_压机和运行电流i_压机确定目标输出电压，包括：

U_ref＝K×f_压机×i_压机。

其中，K为比例系数，预先设置并存储。

结合图5所示，本公开实施例提供一种用于PFC电路的控制方法，包括：

S501，处理器获得目标输出电压。

S502，处理器根据目标输出电压确定基准载波频率。

S503，处理器根据基准载波频率确定目标载波频率。

S504，处理器控制功率管运行目标载波频率。

采用本公开实施例提供的用于PFC电路的控制方法，在实际运行过程中，获得PFC电路的目标输出电压，根据该目标输出电压确定基准载波频率之后，对基准载波频率进行进一步调整，以获得目标载波频率。这样，在目标输出电压发生变化的情况下，功率管的目标载波频率也随之改变，与实际的需求相匹配。功率管的损耗下降，从而降低了整体系统的损耗。

可选地，处理器根据目标输出电压确定基准载波频率包括：处理器获得目标输出电压的取值范围，并将取值范围划分为多个区间。处理器确定与区间一一对应的基准载波频率。这样，对应于每个目标输出电压都能确定合适的基准载波频率。

可选地，处理器确定与区间一一对应的基准载波频率，包括：处理器确定基准载波频率与对应区间内的目标输出电压的数值成正相关。即，一个区间内的目标输出电压的取值越大，其所对应的基准载波频率也就越大。这样，能够更好的满足目标输出电压的需求。

示例性地，目标输出电压U_ref的取值范围为[U_min，U_max]，分别对应目标输出电压的最大值和最小值。可以将该取值范围分成两段：

第一区间：U_min至和，第二区间/>至U_max。

可以看出，第一区间内的目标输出电压小于第二区间内的目标输出电压，因此，第一区间所对应的基准载波频率应小于第二区间所对应的基准载波频率。例如，将第一区间对应的第一基准载波频率设置为40kHz，则第二区间对应的第二基准载波频率可以被设置为60kHz。

可以理解的是，在实际应用过程中，可以将目标输出电压的取值范围划分为两个以上的区间，并对应于每个区间确定基准载波频率。

其中，目标输出电压的取值范围可以根据压缩机的运行电流的取值范围计算得到。即分别对应于允许的运行电流的最小值和运行电流的最大值确定目标输出电压，则目标输出电压的取值范围位于两个最值之间。

可选地，处理器根据基准载波频率确定目标载波频率包括：处理器获得PFC电路的输入电压，并根据输入电压和基准载波频率确定目标载波频率。这样，能够根据输入电压对基准载波频率进行修正，有利于进一步提升目标载波频率的准确性。

可选地，处理器根据输入电压和基准载波频率确定目标载波频率，包括：处理器根据输入电压确定修正系数，并根据修正系数调节基准载波频率，得到目标载波频率。

可选地，处理器根据输入电压确定修正系数包括：处理器确定修正系数与输入电压成正相关关系。即输入电压越大，修正系数越大。即输入电压越大，目标载波频率越大。

在一个输入电压周期内，输入电压与占空比之间的数据关系如图6所示。其中虚线表示输入电压U_s，实线表示占空比。输出电压接近零点时，占空比达到最大值。此时，在基础载波频率的基础上，适当降低以满足目标输出电压的需求。相应的，在占空比较小的情况下，应适当增加基础载波频率以满足目标输出电压的需求。即：在一个输入电压周期内，占空比从最大到最小再到最大，目标载波频率由最小到最大在到最小。

这里对载波频率的变化趋势做出进一步说明。

占空比：

且，/>

根据PFC双闭环控制原理，输入电压零点附近的占空比最大，过零点时刻一般为1。此时：

F_sw×ΔI_I≈U_in×I_K。

由于该时刻电流处于过零点位置，因此U_in×I_K为另一个周期内的最小值，所以载波频率F_sw可以取最小值。

或者，根据上述的占空比公式可知：

若取为定值，则：

实际系统中近似为定值，则F_sw与U_in成正比例关系。因此，电压零点附近(例如A点)载频最小，峰值附近(例如B点)载频最大。

这里，通过举例对上述的目标载波频率的确定过程做出进一步说明。在目标输出电压处于第一区间U_min至的情况下，确定基准载波频率为第一基准载波频率F_sw1。若输入电压为0至/>则确定第一目标载波频率为F_sw1*0.8。若输入电压为/>至/>则确定第二目标载波频率为F_sw1。若输入电压为/>至U_omax，则确定第三目标载波频率为F_sw1*1.2。类似的，在目标输出电压处于第二区间/>至U_max时，确定基准载波频率为第二基准载波频率F_sw1，输入电压位于区间0至/>至/> 至U_omax时，分别对应的目标载波频率为F_sw2*0.8、F_sw2、F_sw2*1.2。

结合图7所示，本公开实施例提供一种用于PFC电路的控制装置，包括处理器(processor)70和存储器(memory)71。可选地，该装置还可以包括通信接口(CommunicationInterface)72和总线73。其中，处理器70、通信接口72、存储器71可以通过总线73完成相互间的通信。通信接口72可以用于信息传输。处理器70可以调用存储器71中的逻辑指令，以执行上述实施例的用于PFC电路的控制方法。

此外，上述的存储器71中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

存储器71作为一种存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序，如本公开实施例中的方法对应的程序指令/模块。处理器70通过运行存储在存储器71中的程序指令/模块，从而执行功能应用以及数据处理，即实现上述实施例中用于PFC电路的控制方法。

存储器71可包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端设备的使用所创建的数据等。此外，存储器71可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器。

本公开实施例提供了一种智能家电，包含上述的用于PFC电路的控制装置。该智能家电可以是冰箱、空调等。

本公开实施例提供了一种存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为执行上述用于PFC电路的控制方法。

上述的存储介质可以是暂态计算机可读存储介质，也可以是非暂态计算机可读存储介质。

本公开实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括一个或多个指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本公开实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质可以是非暂态存储介质，包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等多种可以存储程序代码的介质，也可以是暂态存储介质。

以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。而且，本申请中使用的用词仅用于描述实施例并且不用于限制权利要求。如在实施例以及权利要求的描述中使用的，除非上下文清楚地表明，否则单数形式的“一个”(a)、“一个”(an)和“所述”(the)旨在同样包括复数形式。类似地，如在本申请中所使用的术语“和/或”是指包含一个或一个以上相关联的列出的任何以及所有可能的组合。另外，当用于本申请中时，术语“包括”(comprise)及其变型“包括”(comprises)和/或包括(comprising)等指陈述的特征、整体、步骤、操作、元素，和/或组件的存在，但不排除一个或一个以上其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或这些的分组的存在或添加。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个…”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法或者设备中还存在另外的相同要素。本文中，每个实施例重点说明的可以是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分可以互相参见。对于实施例公开的方法、产品等而言，如果其与实施例公开的方法部分相对应，那么相关之处可以参见方法部分的描述。

本领域技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，可以取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。所述技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法以实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本公开实施例的范围。所述技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本文所披露的实施例中，所揭露的方法、产品(包括但不限于装置、设备等)，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，可以仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例。另外，在本公开实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

Claims (10)

1.一种用于PFC电路的控制方法，其特征在于，包括：

获得目标输出电压；

根据所述目标输出电压确定目标载波频率；

控制功率管运行所述目标载波频率。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述根据目标输出电压确定目标载波频率包括：

根据目标输出电压确定基准载波频率；

根据所述基准载波频率确定目标载波频率。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述根据目标输出电压确定基准载波频率包括：

获得目标输出电压的取值范围，并将所述取值范围划分为多个区间；

确定与所述区间一一对应的基准载波频率。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述确定与所述区间一一对应的基准载波频率包括：

确定基准载波频率与对应区间内的目标输出电压的数值成正相关。

5.根据权利要求2所述的控制方法，所述根据所述基准载波频率确定目标载波频率包括：

获得PFC电路的输入电压；

根据所述输入电压和所述基准载波频率确定目标载波频率。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述输入电压和所述基准载波频率确定目标载波频率包括：

根据所述输入电压确定修正系数；

根据所述修正系数调节基准载波频率，得到目标载波频率。

7.根据权利要求1至6任一项所述的控制方法，其特征在于，所述获得目标输出电压包括：

获得压缩机的运行频率，和，运行电流；

根据所述运行频率和运行电流确定目标输出电压。

8.一种用于PFC电路的控制装置，包括处理器和存储有程序指令的存储器，其特征在于，所述处理器被配置为在运行所述程序指令时，执行如权利要求1至7任一项所述的用于PFC电路的控制方法。

9.一种智能家电，其特征在于，包括如权利要求8所述的用于PFC电路的控制装置。

10.一种存储介质，存储有程序指令，其特征在于，所述程序指令在运行时，执行如权利要求1至7任一项所述的用于PFC电路的控制方法。