專利名稱：太陽能空調器的控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一項太陽能在空調領域的應用技術，特別是一種太陽能空調器的 控制裝置。
背景技術：
已有的太陽能技術基本都是基于照明、大型發電工程；針對空調的電源的應用也 都是把太陽能逆變成交流電后在二次轉換成直流電，由于多了一次逆變，效率較低；同時需 要與市電同步，電路復雜；單獨組網的在沒有太陽時使用效果欠佳。中國專利文獻號CN2665593Y于2004年12月2日公開一種太陽能和交流市電雙電 源空調系統，它包括空調系統本體及電源。本體包括壓縮機、冷凝器、節流裝置、蒸發器、管 線、機殼以及電氣控制電路。電源包括太陽能電池板及其控制器，逆變升壓變壓器，與控制 器、逆變升壓變壓器、蓄電池組連接的控制板，與交流市電電源和逆變升壓變壓器的輸出連 接的轉換開關。轉換開關的輸出與本體連接。太陽能電池板及其控制器可以有多個并聯。 逆變升壓變壓器包括逆變模塊和升壓模塊。其結構復雜、成本偏高，能源損耗嚴重，不便于 推廣應用。
實用新型內容本實用新型的目的旨在提供一種結構簡單合理、在現有的空調器的基礎上加入太 陽能的利用環節，使太陽能能為普通的家用或其他用途的空調器提供清潔能源，而且成本 低、效率高、便于推廣應用的太陽能空調器的控制裝置，以克服現有技術中的不足之處。按此目的設計的一種太陽能空調器的控制裝置，包括由空調器室內控制裝置、空 調器室外控制裝置、室外電源電路和室內外通訊回路組成，空調器室內控制裝置及室外控 制裝置包含空調控制功能單元，其結構特征是空調器控制裝置還包括公用的儲能電容Cl 及太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置、太陽能電池；室外電源電路包括依次與市點電網連接 的電源開關、EMC電路、室外直流高壓電源；室外直流高壓電源的輸出、太陽能DC-DC升壓隔 離變換裝置的輸出、室內控制裝置的高壓直流電源輸入和室外控制裝置的高壓直流電源輸 入均直接與儲能電容Cl并聯；空調器室內控制裝置不與市電電網連接，沒有整流電路，其 高壓電源取自室外儲能電容Cl ；空調器室外控制裝置的高壓電源也直接取自室外儲能電 容Cl ；室外太陽能電池與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置順序連接，太陽能DC-DC升壓隔 離變換裝置與空調器室外控制裝置之間由一個通訊回路連接。由于一般的家用空調器的電 源都由室內機提供，室內機有交流市電電源，有把交流電變換為直流電的整流電路；由于太 陽能電池一般都安裝在室外，DC-DC變換單元放置在室外是順理成章的事情，故本實用新型 在方案上就把室內的電源由室外提供且提供的是直流高壓電源。所述太陽能電池與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置之間還連接有一個線路開關， 用以實現人工手動控制太陽能的接入，方便使用。所述太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置由通訊接口單元、高壓電源高壓隔離取樣單元、多相移相式隔離DC-DC變換裝置、電流檢測單元、電壓檢測單元和太陽能變換控制主控 MCU (以下簡稱主控MCU)組成；電壓檢測單元實時檢測太陽電池的電壓，輸出與主控MCU相 連，給主控MCU提供太陽能電池的電壓信息，供主控MCU進行DC-DC變換用，該參數是DC-DC 變換的主要參數之一參與變換運算；電流檢測單元串聯于太陽能電池與多相移相式隔離 DC-DC變換裝置之間，并與主控MCU相連，用以檢測變換裝置的各相的總電流，也可以使用 檢測各相的分電流的方案，其控制方法是一樣的，只是對分電流控制時對各相的控制會更 精準，使用總電流進行控制時，由于在方案設計時各路的電流通過能力是根據需要預先設 定好的，他們與總電流是成固定比例關系的，檢測到總電流可以算出各路的分電流，檢測到 分電流匯總后就得到總電流；高壓電源電壓隔離取樣單元檢測室外直流高壓電源的電壓， 輸出與主控MCU相連，通訊接口單元與空調器室外控制裝置的通訊回路相連，并與主控MCU 連接，用以進行與空調器室外控制裝置進行通訊，多相移相式隔離DC-DC變換裝置與主控 MCU相連。所述電流檢測單元串聯于太陽能電池與多相移相式隔離DC-DC變換裝置之間，并 與太陽能變換控制主控MCU相連，還可以檢測變換裝置的各相的分電流。所述多相移相式隔離DC-DC變換裝置由1 8路隔離DC-DC基本變換裝置并聯構 成；每路隔離DC-DC基本變換裝置均由太陽能變換控制主控MCU控制，其輸出直接并聯。多 相移相式隔離DC-DC變換裝置最多為8路是受MCU的資源限制而來，實際理論上可以到無 限多路，而路數太多也沒有實際的使用價值。所述隔離DC-DC基本變換裝置由PWM驅動單元、一個回掃式隔離升壓變換單元和 過電流保護檢測告警單元順序連接組成，PWM驅動單元的輸入和過電流保護檢測告警單元 的輸出分別與太陽能變換控制主控MCU連接。隔離DC-DC基本變換裝置受太陽能變換控制 主控MCU產生的PWM信號控制。回掃式隔離變換單元使用的是公知技術回掃式開關電源 技術，利用一個開關管控制開關變壓器的初級，初級電感記為Lc，當開關管開通時，使得開 關變壓器的初級與初級側的電源Vcc并聯，實現短路充電，充電時間記為Tc，Tc時間過后關 斷開關管，這時初級電感中流過的電流為Ic，則變壓器中儲存的能量為Lc女Ic2/2，初級 開關管關斷后變壓器向次級輸出能量，在保證變壓器磁芯不飽和的前提下，理論上次級的 電壓幾乎可以達到任意值，考慮到實際的寄生參數、器件的極限條件、實際使用的電路環境 等等，輸出電壓是可以設定到一個比較寬的范圍，并能通過調整充電時間Tc值及初級電感 L值進行調整，次級電感與初級電感關聯并因耦合度的差異可以近似的認為其調整幅度與 L相同。所述太陽能變換控制主控MCU包含一個通訊單元、太陽能最大輸出功率MPPT算法 單元、峰值電流算法單元、多相移相算法單元、定時器多路定時單元、輸出電壓控制單元、軟 啟動控制單元和異常保護控制單元；通訊單元與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置的通訊接 口單元連接。所述多相移相式隔離DC-DC變換裝置(以下簡稱變換裝置)的輸出包含有單向導 電的二極管器件，使得在變換裝置不工作時在輸出位置并聯的高壓不會損害變換裝置；室 外直流高壓電源中也包含有單向導電的二極管器件，使得當市電斷電時變換裝置產生的高 壓電不會損壞室外直流高壓電源及其前級電路器件。一種太陽能空調器的控制裝置的控制方法，其特征是當通過通訊單元與空調器室外控制裝置進行信息交換，接到需要太陽能逆變器供電的命令，太陽能變換控制主控MCU 首先通過高壓電源電壓隔離取樣單元對室外直流高壓電源進行電壓取樣，檢測具體電壓 值，記為Vdc，若電壓Vdc低于200V以下，進行軟啟動控制，軟啟動控制的具體控制方法為 以較低的占空比輸出PWM信號，使得多相移相式隔離DC-DC變換裝置的輸出電壓能與之匹 配，同時減低初次開通時的沖擊電流，然后再逐次增加占空比，直到輸出的電壓符合空調器 室外控制裝置的命令值；若市電已經接通則不啟用軟啟動功能，判斷的標準是檢測到室外直流高壓電源 的電壓Vdc大于等于200V，此時由輸出控制單元進行控制，具體方法為以Δ V為增量， Vdc+ Δ V為目標進行輸出電壓控制，最大不超過控制目標限值Vdcmax ；按此控制算法算出 的占空比記為Si;電壓檢測單元輸入的太陽電池的電壓值，記為Vt，回掃式隔離升壓變換單元中所 含的回掃式隔離變壓器的初級電感量記為L，設定PWM脈寬調整波形的載波為Fe，由δ 1計 算出導通時間記為Τ，峰值電流算法單元根據公式I = Vt * T/L，求出可以達到的最大電 流，記為Il ；最大導通時間T受下式限制T = L * I/Vt，式中的I為所有回掃式隔離升壓 變換單元允許的最大工作電流的和；太陽能最大輸出功率MPPT算法單元，具體控制方法為設定上次檢測到的太陽電 池的電壓為Vtl，今次檢測到的電壓為Vt2，兩者差值記為X，X = Vtl-Vt2 ；上次檢測到的電 流記為Itl，今次檢測到的電流記為It2，，兩者差值記為Y，Y = Itl-It2，電流的變化通過 改變PWM信號的占空比來實現；令R = X/Y，Rl = Vt2/It2，預設允許的最大誤差為ARmax，ARmax為正數，AR = R+R1，若AR的絕對值I AR|彡ARmax，則判斷為此時太陽能電池輸出的功率最大；更 進一步假設二個預設允許的最大誤差值Δ Rmaxl、ARmax2, ARmaxl > ARmax2;通過調 節PWM信號的占空比來尋找最大功率輸出點，首先調節的幅度大一些，按照ARmaxl進行判 斷、調整，當滿足I ARl ^ ARmaxl時進入細調階段，此時以Δ RmaX2為調節目標，通過變 換PWM信號的占空比，使得最終實現I ARl ( Δ RmaX2，實現太陽能電池的最大能力輸出，記 此時的電流值It2為12 ；根據Il與12的大小，若Il大于等于12，則控制按照12的最大輸 出功率方式工作，若Il小于12，則按照Il的控制方式控制；定時器多路定時單元按照與隔離DC-DC基本變換裝置的數量進行一對一的PWM定 時控制，用以調節各個變換裝置的PWM占空比，同時多相移相算法單元進行導通的相位控 制，使得各個隔離DC-DC基本變換裝置在PWM信號載波相同的情況下開通的初始邊沿時間 各不相同且在一個PWM周期的時間間隔內均勻分布，實現多相移相控制。移相控制有兩種 控制方法當前的開通相關斷以后，下一相才開通，所有相開通后進入下一個PWM周期，該 種控制方法的占空比相對會比較小；當前相開通期間下一相就開始開通，PWM周期的起始 點并不同步，這種控制方法的占空比相對會比較大。所述太陽能變換控制主控MCU中還包含一個異常保護控制單元，當檢測到太陽能 電池的電壓低于某一預定值VOl時，太陽能變換控制主控MCU關斷所有隔離DC-DC變換裝 置的輸出，高于VOl加一個回差余量時恢復輸出；當其中的某一個隔離DC-DC變換裝置出現 過流告警時，太陽能變換控制主控MCU就關斷該相輸出，僅使用剩余的相繼續工作；超過約 定時間后自動恢復，若連續告警達到預訂的次數N次后就永久關斷該相輸出；當檢測到輸出電壓Vdc達到或高于告警閥值時關斷所有相的輸出，同時告警。當市電停電或人為斷開時，在用戶的操作命令下，太陽光足夠使得DC-DC變換器 能夠工作時，可以獨立啟動太陽能供電，輸出的直流高壓為預定值VdcO，若負載太重時，電 壓跟隨下降，同時室外控制裝置2降低運行負載直至室外停止運行僅保留室內控制與風機 運行當輸出的直流高壓的電壓低于200V時停止太陽能DC-DC變換器的工作。當太陽能變換控制主控MCU判斷電量的需求較小時，關斷其中工作的某一相或多 相隔離DC-DC基本變換裝置，以降低損耗提高效率。本實用新型利用取之不盡的綠色能源太陽能來驅動空調器的運行，太陽能經 DC-DC變換后與市電經過整流的直流電直接并聯，為空調器提供電源。空調器的室內控制裝 置采用直流電源，當中沒有整流電路，其直流電源直接取自室外的公共儲能電容Cl，避免了 太陽能的二次逆變，同時可以實現在控制器內的市電轉直流電后與太陽能電經隔離升壓后 的并聯，并能實現可控的太陽能的最大化利用，同時在太陽能不足時利用市電補充，不降低 空調器的空氣調節效果。太陽能空調器的控制裝置，由公知技術的空調器室內控制裝置和 室外控制裝置組成，在此基礎上，室內控制裝置從室外取電，取電電源為直流高壓電源，室 內控制裝置無交流市電的整流電路；室外控制裝置還包括一個與室外直流高壓電源并聯的 太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置及一個太陽能電池組，用以利用太陽能給室外直流高壓電 源供電。此外，在室外控制裝置與室外直流高壓電源之間加入了一個開關，用以控制室外控 制裝置的電源，室外控制裝置與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置之間還有一個通訊支路， 用以進行信息交換。該裝置可以實現太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置與市電整流后或整流 并經過功率因數校正后的室外直流高壓電源之間的安全可靠并聯，電壓的高低在空調器的 標稱使用范圍內并無限制。該控制裝置的控制方法實現了對太陽能電池的最佳輸出能力的 跟進算法控制及多種保護功能、輸出電壓跟蹤功能，室外控制裝置的電源控制功能。
圖1為本實用新型一實施例原理框圖。圖2為太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置連接原理框圖。圖3為太陽能變換控制主控MCU原理框圖。圖4為一移相控制方法的移相時序圖。圖5為另一移相控制方法的移相時序圖。圖6為一種回掃式升壓變換電路圖。圖7為另一種回掃式升壓變換電路圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述。參見圖1-圖3，本太陽能空調器的控制裝置，包括由空調器室內控制裝置1、空調 器室外控制裝置2、室外電源電路和室內外通訊回路組成，空調器室內控制裝置及室外控制 裝置包含空調控制功能單元，空調器控制裝置還包括公用的儲能電容Cl及太陽能DC-DC 升壓隔離變換裝置4、太陽能電池7 ；室外電源電路包括依次與市點電網連接的電源開關、 EMC電路、室外直流高壓電源3;室外直流高壓電源的輸出、太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置的輸出、室內控制裝置的高壓直流電源輸入和室外控制裝置的高壓直流電源輸入均直接 與儲能電容Cl并聯；室外太陽能電池與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置順序連接，太陽能 DC-DC升壓隔離變換裝置與空調器室外控制裝置之間由通訊回路連接。空調器的全套控制器借用了普通的全直流變頻空調控制器的原理，如附圖1所 示，空調器室內控制裝置1包括了室內的主控MCU、給低壓控制部分供電的開關電源、高壓 直流電源上的EMC電路單元、顯示單元、直流風機、與室外的通訊單元、溫度傳感器、其他的 功能單元等等，但沒有市電接口及市電交流電源的整流電路，直流電源直接取自室外的公 共儲能電容Cl。空調器室外控制裝置2包括室外的主控MCU、室外開關電源、與室內通訊 及與太陽能DC-DC隔離變換裝置4通訊的通訊單元、室外的直流風機、顯示單元、室外溫度 傳感器、變頻控制與驅動單元、變頻壓縮機、其他功能單元等組成；其電源為直流電源，直接 取自公共儲能電容Cl ；在室外還有一個室外電源部分，具體包含與市電連接的電源開關、 EMC電路、室外直流高壓電源3 ；室外直流高壓電源3包括公知的整流電路、功率因數校正 PFC控制與驅動電路；其輸出接公共儲能電容Cl。太陽能電池7與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置4之間還連接有線路開關8。太 陽電池電壓24V，太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置4與空調器室外控制裝置2之間有一個通 訊回路連接，該通訊回路用來進行太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置4與室外控制裝置2之 間的信息交流，使用半雙工的工作方式；太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置4的輸出與室外直 流高壓電源3的輸出直接并聯，并連接到功能儲能電容Cl上。太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置4由通訊接口單元41、高壓電源高壓隔離取樣單 元42、多相移相式隔離DC-DC變換裝置43、電流檢測單元44、電壓檢測單元45和太陽能變 換控制主控MCU46組成；高壓電源電壓隔離取樣單元的輸出與太陽能變換控制主控MCU相 連；通訊接口單元與室外控制裝置2的通訊回路相連，并與太陽能變換控制主控MCU連接； 多相移相式隔離DC-DC變換裝置與太陽能變換控制主控MCU相連。電流檢測單元44串聯于太陽能電池7與多相移相式隔離DC-DC變換裝置43之間， 并與太陽能變換控制主控MCU46相連。太陽能變換控制主控MCU46包含通訊單元51、太陽 能最大輸出功率MPPT算法單元52、峰值電流算法單元53、多相移相算法單元54、定時器多 路定時單元55、輸出電壓控制單元56、軟啟動控制單元57和異常保護控制單元58 ；通訊單 元與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置4的通訊接口單元41連接，見圖2。多相移相式隔離DC-DC變換裝置43由1 8路隔離DC-DC基本變換裝置并聯構 成；每路隔離DC-DC基本變換裝置均由太陽能變換控制主控MCU46控制，其輸出直接并聯。 隔離DC-DC基本變換裝置由PWM驅動單元71、回掃式隔離升壓變換單元72和過電流保護檢 測告警單元73順序連接組成，PWM驅動單元的輸入和過電流保護檢測告警單元的輸出分別 與太陽能變換控制主控MCU46連接，見圖3。上述多相移相式隔離DC-DC變換裝置43的輸出包含有單向導電的二極管器件；室 外直流高壓電源3中也包含有單向導電的二極管器件。具體見附圖7，附圖6示出了另一種 電路結構；實施電路中實際還包含PFC部分的電路。定時器多路定時單元按照與隔離DC-DC基本變換裝置的數量進行一對一的PWM定 時控制，用以調節各個變換裝置的PWM占空比，同時多相移相算法單元進行導通的相位控 制，使得各個隔離DC-DC基本變換裝置在PWM信號載波相同的情況下開通的初始邊沿時間各不相同且在一個PWM周期的時間間隔內均勻分布，實現多相移相控制。移相控制有兩種 控制方法圖4所示的方法是當前的開通相關斷以后，下一相才開通，所有相開通后進入下 一個PWM周期，該種控制方法的占空比相對會比較小；圖5所示的方法是在當前相開通期間 下一相就開始開通，PWM周期的起始點并不同步，這種控制方法的占空比相對會比較大。 所有本專業人士把本實用新型經過電路結構變換或形式上的變換，沒有實質上的 創新都屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求一種太陽能空調器的控制裝置，包括空調器室內控制裝置(1)、空調器室外控制裝置(2)、室外電源電路和室內外通訊回路，空調器室內控制裝置及室外控制裝置包含空調控制功能單元，其特征是空調器控制裝置還包括公用的儲能電容C1及太陽能DC DC升壓隔離變換裝置(4)、太陽能電池(7)；室外電源電路包括依次與市點電網連接的電源開關、EMC電路、室外直流高壓電源(3)；室外直流高壓電源的輸出、太陽能DC DC升壓隔離變換裝置的輸出、室內控制裝置的高壓直流電源輸入和室外控制裝置的高壓直流電源輸入均直接與儲能電容C1并聯；室外太陽能電池與太陽能DC DC升壓隔離變換裝置順序連接，太陽能DC DC升壓隔離變換裝置與空調器室外控制裝置之間由通訊回路連接。
2.根據權利要求1所述太陽能空調器的控制裝置，其特征是所述太陽能電池(7)與太 陽能DC-DC升壓隔離變換裝置(4)之間還連接有線路開關(8)。
3.根據權利要求2所述太陽能空調器的控制裝置，其特征是所述太陽能DC-DC升壓 隔離變換裝置(4)由通訊接口單元(41)、高壓電源高壓隔離取樣單元(42)、多相移相式隔 離DC-DC變換裝置(43)、電流檢測單元(44)、電壓檢測單元(45)和太陽能變換控制主控 MCU(46)組成；高壓電源電壓隔離取樣單元的輸出與太陽能變換控制主控MCU相連；通訊接 口單元與室外控制裝置(2)的通訊回路相連，并與太陽能變換控制主控MCU連接；多相移相 式隔離DC-DC變換裝置與太陽能變換控制主控MCU相連。
4.根據權利要求3所述太陽能空調器的控制裝置，其特征是所述電流檢測單元(44)串 聯于太陽能電池(7)與多相移相式隔離DC-DC變換裝置(43)之間，并與太陽能變換控制主 控MCU (46)相連。
5.根據權利要求4所述太陽能空調器的控制裝置，其特征是所述多相移相式隔離 DC-DC變換裝置(43)由1 8路隔離DC-DC基本變換裝置并聯構成；每路隔離DC-DC基本 變換裝置均由太陽能變換控制主控MCU (46)控制，其輸出直接并聯。
6.根據權利要求5所述太陽能空調器的控制裝置，其特征是所述隔離DC-DC基本變 換裝置由PWM驅動單元(71)、回掃式隔離升壓變換單元(72)和過電流保護檢測告警單元 (73)順序連接組成，PWM驅動單元的輸入和過電流保護檢測告警單元的輸出分別與太陽能 變換控制主控MCU (46)連接。
7.根據權利要求6所述太陽能空調器的控制裝置，其特征是所述太陽能變換控制主控 MCU (46)包含通訊單元(51)、太陽能最大輸出功率MPPT算法單元(52)、峰值電流算法單元 (53)、多相移相算法單元(54)、定時器多路定時單元(55)、輸出電壓控制單元(56)、軟啟動 控制單元(57)和異常保護控制單元(58)；通訊單元與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置(4) 的通訊接口單元(41)連接。
8.根據權利要求3所述太陽能空調器的控制裝置，其特征是所述多相移相式隔離 DC-DC變換裝置(43)的輸出包含有單向導電的二極管器件。
9.根據權利要求1所述太陽能空調器的控制裝置，其特征是所述室外直流高壓電源 (3)中包含有單向導電的二極管器件。
專利摘要本實用新型涉及一種太陽能空調器的控制裝置，太陽能空調器的控制裝置包括空調器室內控制裝置、空調器室外控制裝置、室外電源電路和室內外通訊回路，空調器室內控制裝置及室外控制裝置包含空調控制功能單元，其空調器控制裝置還包括公用的儲能電容C1及太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置、太陽能電池；室外電源電路包括依次與市點電網連接的電源開關、EMC電路、室外直流高壓電源；室外直流高壓電源、太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置的輸出和室內外控制裝置的高壓直流電源輸入均直接與儲能電容并聯；太陽能電池與太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置連接，太陽能DC-DC升壓隔離變換裝置與空調器室外控制裝置之間由通訊回路連接。
文檔編號F24F11/02GK201715661SQ20102014788
公開日2011年1月19日 申請日期2010年3月4日 優先權日2010年3月4日
發明者王斌 申請人:廣東美的電器股份有限公司