CN1502903A - 空调机的功率因数改善控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明是关于空调机功率因数改善控制电路以及方法方面的发明，进一步说明则是关于通过控制改善变频空调机功率因数的空调机功率因数改善控制电路以及方法方面的发明。在本发明中，先判断输入到断路器件上的电压的相位，感知上述相位的位置是否处于零交叉的起点，然后根据负荷实施功率因数的补偿。通过本发明的空调机功率因数改善控制电路可以改善空调机驱动式产生的功率因数。于是空调机能够在最佳条件下进行驱动，提高了使用者对产品的满意度。

Description

空调机的功率因数改善控制电路

技术领域

本发明涉及一种空调机功率因数改善控制电路以及控制方法，进一步说，涉及一种通过控制改善空调机功率因数的空调机功率因数改善控制电路(A power factor control circuit of air-conditioner)以及控制方法。

背景技术

下面参照附图，对现有技术的空调机的功率因数改善控制电路进行说明。

图1显示出现有技术空调机的功率因数改善控制电路图。

如图1所示，现有技术的空调机的功率因数改善控制电路包括转换器(converter)8、反相器(inverter)9、微型计算机(micro computer)11、反相器驱动电路12、三相反相器电机7、功率因数补偿电路10。上述转换器(converter)8将交流电源转换成直流电源；上述反相器9将上述转换器7转换的直流电源转换成交流电源；上述微型计算机11驱动空调机的同时控制功率因数的改善；上述反相器驱动电路1 2控制上述反相器9的驱动；上述三相反相器电机7在上述反相器9的控制下进行驱动；上述功率因数补偿电路10利用上述微型计算机11的控制信号、在上述转换器8升压的直流电压、桥式二极管2的整流电压等作用下控制上述转换器8内部的断路器件IGBT的切换动作，控制功率因数的补偿。

上述转换器8由桥式二极管(bridge diode)D1、电抗(Reactor)R、二极管D、断路器件、滤波电容C、分流(shunt)电阻3构成。上述桥式二极管D1用于整流交流电源；上述电抗器R显示通过上述桥式二极管D1整流之后的电抗；上述二极管D与上述电抗器R的输出端相连结，用于防止逆电流；上述断路器件通过切换动作能动地改变输出电压以及通过上述桥式二极管D1整流的交流电压所包含的高频噪音；上述滤波电容C对通过上述断路器件的切换动作产生的高直流DC电压进行滤波；上述分流电阻3感知输入到上述断路器件上电压所形成的电流值。

另外，如图所示，上述反相器9由6个开关器件P1、P2、P3、P4、P5、P6和感知输入到上述开关器件P1、P2、P3、P4、P5、P6上电压所形成的电流是否异常的分流电阻3’构成。上述开关器件P1、P2、P3、P4、P5、P6分3组，每一组由一对开关器件串联，各组之间相互并联，分别形成3个输出线，向三相压缩机电机7供应三相交流电源。

上述功率因数补偿电路10上输入有电压Vdc、电压Vdet和电流Idet。上述电压Vdc是经过上述转换器8的电容C形成的直流电压(DC Linkvoltage)；上述电压Vdet是通过上述桥式二极管D1整流的电压；上述电流Idet是上述转换器8的分流电阻3的电流。为了使上述直流电压(DC Linkvoltage)一定，通过脉宽调制信号(PWM：Pulse wide modulation)控制上述断路器件的切换动作；为了能够追踪分流电阻感知的电流波形，利用脉宽调制信号PWM控制断路器件。这时如果电流上升的值在规定值以上，则暂时停止脉宽调制信号PWM的输出。另外，上述微型计算机11向上述反相器驱动电路12输出脉宽调制信号PWM，通过上述反相器驱动电路12驱动上述反相器9。

一方面，随着设置在上述反相器9上的功率模块(power module)P1、P2、P3、P4、P5、P6的异常而产生的故障(fault)信号传送到设置在上述微型计算机11上的故障信号感知端口。然后上述微型计算机11感知到上述功率模块P1、P2、P3、P4、P5、P6的故障信号，则停止上述三相压缩机电机7的驱动。

如上所述，在现有技术的空调机功率因数改善控制电路中，需要通过价格高的能高速切换的断路器件才能实现功率因数的改善。还必须使用适合于高速切换的价格高的电抗器R，因而导致了制造成本上升。

另外，在现有技术空调机功率因数改善控制电路中，随着上述断路器件高速切换，会产生噪音，因而需要增加噪声滤波器，导致制造成本上升，体积和重量上升等问题。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术的问题而提出的，本发明的目的是提供一种控制空调机功率因数改善控制电路以及控制方法。

为了实现上述本发明的目的，本发明提供一种空调机功率因数改善电路，其特征在于：功率因数改善电路包括桥式二极管、断路器件、零交叉检测装置、分流电阻、微型计算机。上述桥式二极管用于补偿电流和电压的相位差；上述断路器件从上述桥式二极管的相位差补偿起点执行切换动作；上述零交叉检测装置用于检测输入电压的相位；上述分流电阻用于感知上述断路器件的电流；上述微型计算机根据上述分流电阻的检测电流值和上述零交叉检测装置的电压相位，向上述断路器件输出补偿上述相位差的补偿信号。

本发明提供一种空调机功率因数改善方法，其特征在于，包括下述步骤：第一步：感知断路器件的电流；第二步：检测出电源电压的零交叉位置；第三步：判断上述电流大小，并通过零交叉检测值判断负荷大小；第四步：根据上述判断出的负荷大小，利用设定的功率因数补偿值控制上述断路器件的切换。

本发明中的空调机功率因数改善电路采用了低速用断路器件。

另外，替代了适合于高速切换的高价的电抗器，采用了廉价的铁芯电抗器。

综上所述，通过本发明的空调机功率因数改善控制电路可以改善空调机驱动产生的功率因数。于是空调机能够在最佳条件下进行驱动，提高了使用者对产品的满意度。

附图说明

图1显示出现有技术空调机的功率因数改善控制电路图；

图2显示出本发明空调机的功率因数改善控制电路图；

图3显示出通过本发明空调机的功率因数改善控制电路控制的输出波形图；

图4显示出包括用于控制本发明空调机功率因数改善的断路装置驱动电路的控制结构图；

图5显示出本发明空调机的功率因数改善工作流程图。主要部件附图标记说明

10：交流电源                        20、30：分流电阻

40：零交叉                          45：断路器件驱动电路

50：故障信号感知电路                55：反相器驱动电路

60：微型计算机

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的空调机功率因数改善控制电路实施例进行详细说明。

图2显示出本发明空调机的功率因数改善控制电路图。

如图所示，空调机功率因数改善控制电路包括转换器70、反相器75、零交叉检测装置40、断路器件驱动电路45、故障信号感知电路50、反相器驱动电路55和微型计算机60。上述转换器70用于将通过交流电源输入的电源转换成直流电源；上述反相器75将上述转换器部70转换之后的直流电源转换成交流电源；上述零交叉(zero cross)检测装置40用于检测向产品内部输入的电压的相位；上述断路器件驱动电路4 5控制设置在上述转换器70上的断路器件IGBT的驱动；上述故障信号感知电路50感知上述反相器75的异常电流；上述反相器驱动电路55用于驱动上述反相器75；当上述零交叉检测装置40检测出零交叉位置时，上述微型计算机60向上述断路器件驱动电路45输出控制信号，使断路器件IGBT驱动。

下面对上述转换器70和反相器75进行详细说明。

上述转换器70包括电抗器R’、第一桥式二极管D1、断路器件IGBT、第二桥式二极管D2、第一、第二滤波电容C1、C2和分流电阻25。上述电抗器R’用于显示对交流电源的电抗；上述断路器件IGBT在上述电抗器R’的输出端进行切换动作；上述第二桥式二极管D2用于整流经过上述电抗器R’的电压；上述第一、第二滤波电容C1、C2对整流之后的电压进行滤波；上述分流电阻25感知电压对应的电流值。

尤其是，上述转换器70的第一桥式二极管D1和断路器件IGBT通过切换动作调节经过上述电抗器R’的电压和电流的相位，改善功率因数。也就是说，通过上述断路器件IGBT的切换动作，调节经过上述电抗器R’的电流相位。

另外，如图所示，上述反相器75由6个开关器件P1、P2、P3、P4、P5、P6和感知输入到上述开关器件P1、P2、P3、P4、P5、P6上电压所形成的电流是否异常的分流电阻36构成。上述开关器件P1、P2、P3、P4、P5、P6分3组，每一组由一对开关器件串联，各组之间相互并联，分别形成3个输出线，向三相压缩机电机7供应三相交流电源。

下面对具有上述结构的电路部的连接关系进行详细说明。

上述电抗器R’连结在向产品内部输入的交流电源10上。上述电抗器R’的输出端上连结有第一、第二两个桥式二极管D1、D2。上述第一桥式二极管D1、第二桥式二极管D2中的一个连结有通过切换动作改善功率因数的断路器件IGBT。图中所示实施例中，上述断路器件IGBT连结在前端的第一桥式二极管D1上。上述第一桥式二极管D1的输出端2和断路器件IGBT的发射极(emitter)之间连结有分流电阻25。上述第二桥式二极管D2的输出端1、2上并联有第一、第二滤波电容C1、C2。

上述第一、第二滤波电容C1、C2上连结有设置在反相器上的3对开关器件，上述第一、第二滤波电容C1、C2的滤波电压供应给上述3对开关器件。上述转换器的第二滤波电容C2和反相器的第四开关器件P4之间设置有分流电阻36。另外，上述3对开关器件中的每对开关器件分别连结在三相压缩机电机35的输出线上。

一方面，上述交流电源10的两端连结有零交叉检测电路40。上述反相器的断路器件IGBT的基极端子和发射极端子连结在上述断路器件驱动电路45上。另外，上述转换器的第二滤波电容C2和反相器75的上述分流电阻36之间设置有感知故障信号的故障信号感知电路50。上述零交叉检测电路40和故障信号感知电路50连结在上述微型计算机60上，将上述零交叉检测电路40和故障信号感知电路50感知的信号传递给上述微型计算机60。

上述微型计算机60根据上述零交叉检测电路40感知的相位控制位置向上述断路驱动电路45输出补偿因数的信号。另外，上述微型计算机60与上述反相器驱动电路55连结，用于控制上述反相器75的驱动。

下面对具有上述结构的本发明空调机因数改善电路的工作过程进行详细说明。

交流电源通过设置在上述转换器部的电抗器R向上述第一桥式二极管D1输入。然后将经过整流的电压输入给断路器件IGBT，输入到上述断路器件IGBT上的电压导通(turn on)或者关闭(turn off)上述断路器件IGBT。

这时，为了感知输入到上述转换器部上的电压的相位，上述零交叉检测电路40感知零交叉位置，向微型计算机60输出控制信号，以判断从哪一起点控制断路器件IGBT。接收到上述信号的上述微型计算机60向上述断路器件驱动电路45输出控制信号，控制上述断路器件IGBT的驱动。

于是为了降低上述断路器件IGBT导通时间变长时产生的电抗器R的电噪音，关闭(turn off)上述断路器件IGBT，在关闭领域内暂时执行切换动作，以减少噪音。

一方面，通过上述转换器70输出的电压输入给上述反相器75。上述反相器75上设置的6个开关器件P1、P2’、P3’、P4’、P5’、P6’执行切换动作。通过上述切换动作转换成能够驱动三相压缩机电机35的三相交流电源，供应给上述三相压缩机电机35。这时分流电阻36感知向上述开关器件P1’、P2’、P3’、P4’、P5’、P6’输入的电压所形成的电流值，如果电流出现异常，将故障信号通过故障信号感知电路50传递给上述微型计算机60，判断上述三相压缩机电机65处于非正常驱动。

于是接收到上述信号的微型计算机60通过反相器驱动电路55输出反相器驱动信号，停止上述三相压缩机电机65的驱动。

图3显示出通过本发明空调机的功率因数改善控制电路控制的输出波形图。

通过上述断路器件IGBT装置暂时在相位低的领域导通断路器件IGBT，在相位高的领域关闭断路器件IGBT。这时为了判断相位的领域，需要通过零交叉检测电路40判断从哪个起点控制上述断路器件IGBT。

也就是说，电压的波形达到零交叉位置时，上述信号传递到上述微型计算机60上。接收到上述信号的微型计算机60判断上述波形是高相位领域还是低相位领域。然后上述微型计算机60根据上述相位领域输出控制信号，驱动上述断路器件IGBT。接收到上述控制信号的上述断路器件控制电路45控制断路器件的导通/关闭的驱动。

这时，如果上述断路器件IGBT的导通时间变长，则通过电抗器R’的交流电源产生电噪音，为了减少这种噪音，在上述断路器件IGBT关闭领域暂时切换减少噪音。

从功率因数改善电路的转换器70上的上述断路器件IGBT输出的波形按照附图所示输出。波形a表示输入电压的输出波形，通常随着空调机的驱动，产生相差，功率因数恶化为波形c。

于是，通过本发明的空调机断路器件驱动电路45在产生为相差的部分补偿如波形b。于是通过设置在本发明空调机功率因数改善电路内的断路器件IGBT改善功率因数。

也就是说，如图3所示，在输入的交流电源上感知波形相位的零交叉点，在t1时间段切换成导通，在t2时间段通过多次切换补偿电流的相位。

这时通过负荷电流产生电压和电流波形的相位差部分不同，所以向负荷电流控制t1时间，无需断路器件IGBT切换成导通(on)时间。

图4显示出包括用于控制本发明空调机功率因数改善的断路装置驱动电路的控制结构图。

控制上述功率因数改善的断路器件驱动电路45包括将电流增幅后感知的装置90和分离上述断路器件IGBT和微型计算机60的电源的绝缘装置20。

如图所示，输入电压经过整流部件进行整流，上述整流之后的电压输入到断路器件IGBT。这时感知上述断路器件IGBT电压所形成的电流是否异常。

根据上述感知结果，通过第一、第二非翻转增幅器90对电压进行增幅，将上述增幅之后的电流值传递给微型计算机60。上述微型计算机60通过设置在微型计算机60内部的交直流A/D转换端口判断增幅的电流值。

也就是说，上述微型计算机60判断是否超过了能够导通上述断路器件IGBT的最大限定电流，从上述断路器件IGBT驱动信号端口输出上述断路器件IGBT驱动信号，暂时关闭上述断路器件IGBT或者输出功率因数补偿电路的功率因数补偿信号。这时为了分离上述断路器件IGBT的电源，采用的绝缘器件可以是脉冲变压器PT(Pulse transformer)或者光耦合器(photocoupler)。

从微型计算机的断路器件驱动信号端口输出关闭信号，则上述绝缘器件切换成关闭，控制断路器件停止驱动。一方面，上述微型计算机上的断路器件驱动信号端口输出导通信号，则上述绝缘器件切换成导通，控制断路器件进行驱动。

以上对在空调机三相压缩机电机的驱动过程中，控制功率因数改善的控制结构和控制结构的工作过程进行了说明。

下面对具有上述控制结构的本发明空调机的功率因数改善的工作过程进行详细说明。

图5显示出本发明空调机的功率因数改善工作流程图。

步骤200：向空调机功率因数改善控制电路输入的电压输入到断路器件IGBT上。分流电阻25判断输入到上述断路器件IGBT上的电压形成的电流。

一方面，通过零交叉检测电路判断如图3所示输出电压的输出波形是否位于零交叉位置上。

步骤210：根据上述判断，如果是零交叉位置的波形状态，则开始切换控制上述断路器件IGBT，以改善功率因数。

上述图3所示波形根据负荷输出波形的相位不同。于是根据负荷控制相位的功率因数输出波形也不同。

步骤220：所以感知上述断路器件IGBT的电流的分流电阻感知上述电流对应的负荷是否小负荷。

步骤230：如果感知结果上述断路器件IGBT上电流对应的负荷是小负荷，则上述微型计算机60输出具有T1时间的功率因数补偿信号。

步骤240：如果在上述步骤220感知结果上述断路器件IGBT上电流对应的负荷不是小负荷，则感知是否中负荷。

步骤250：如果感知结果上述断路器件IGBT上电流对应的负荷是中负荷，则上述微型计算机60输出具有T2时间的功率因数补偿信号。

步骤260：如果在上述步骤240感知结果上述断路器件IGBT上电流对应的负荷不是中负荷，则感知是否大负荷。

步骤270：如果感知结果上述断路器件IGBT上电流对应的负荷是大负荷，则上述微型计算机60输出具有T3时间的功率因数补偿信号。

步骤280：如上所述，根据上述断路器件IGBT上电流对应的负荷大小，上述微型计算机60输出对应的功率因数补偿信号以补偿功率因数，则为了减少上述断路器件IGBT导通时间所对应的电抗器的噪音增加，产生噪音降低信号。

步骤290：感知上述断路器件IGBT上流的电流，并判断是否大电流。

如果判断结果是正常电流，则供应到上述反相器75，通过上述开关器件P1’、P2’、P3’、P4’、P5’、P6’的切换动作控制三相压缩机电机35的驱动。

步骤300：但是如果感知上述断路器件IGBT上的电流，判断结果是大电流，则上述微型计算机60输出控制上述断路器件IGBT信号。

于是当上述断路器件IGBT正常驱动，则将电压供应到上述反相器75，通过上述开关器件P1’、P2’、P3’、P4’、P5’、P6’的切换动作控制三相压缩机电机35的驱动。

综上所述，本发明的基本技术思想是：为了改善空调机的压缩机电机控制电路的功率因数，感知波形的零交叉感知相位，如果是零交叉位置，则输出信号驱动断路器件，通过断路器件IGBT的驱动改善功率因数。

到目前为止，虽然以本发明的实施例为中心进行了详细的说明，但是在本发明所属技术领域内具有一般知识的人员在本发明的基本技术思想范围内可以提出很多变形。本发明的基本技术思想体现在权利要求请求保护范围内，与之同等范围内的所有差异点都应该解释为属于本发明的范围。

Claims (7)

1、一种空调机功率因数改善电路，其特征在于：包括桥式二极管、断路器件、零交叉检测装置、分流电阻、微型计算机；

上述桥式二极管用于补偿电流和电压的相位差；

上述断路器件从上述桥式二极管的相位差补偿起点执行切换动作；

上述零交叉检测装置用于检测输入电压的相位；

上述分流电阻用于感知上述断路器件的电流；

上述微型计算机根据上述分流电阻的检测电流值和上述零交叉检测装置的电压相位，向上述断路器件输出补偿上述相位差的补偿信号。

2、根据权利要求1所述的的空调机功率因数改善电路，其特征在于：

还包括上述微型计算机和上述断路器件之间用于分离电源的电源分离装置。

3、根据权利要求1所述的的空调机功率因数改善电路，其特征在于：

还包括将上述分流电阻的感知值进行增幅之后输出给上述微型计算机的增幅装置。

4、根据权利要求1所述的的空调机功率因数改善电路，其特征在于：

上述桥式二极管有两个相互并联设置，上述断路器件与其中的一个桥式二极管相连结。

5、一种空调机功率因数改善方法，其特征在于，包括下述步骤：

第一步：感知断路器件的电流；

第二步：检测出电源电压的零交叉位置；

第三步：判断上述电流大小，并通过零交叉检测值判断负荷大小。

第四步：根据上述判断出的负荷大小，利用设定的功率因数补偿值控制上述断路器件的切换。

6、根据权利要求5所述的空调机功率因数改善方法，其特征在于：

控制上述断路器件的切换是，根据负荷电流决定断路器件的t1时间，为了防止电噪音注入t2时间的载波进行切换。

7、根据权利要求6所述的空调机功率因数改善方法，其特征在于：

上述断路器件的导通时间t 1的导通角变小后慢慢增加进行控制。

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