專利名稱：交流電源斷電檢測電路及直流變頻空調器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電源電力檢測技術領域，具體地說，是涉及一種用于檢測交流電源是否斷電的檢測電路以及采用這種交流電源斷電檢測電路設計的直流變頻空調器。
背景技術：
交流市電或者三相電源斷電檢測不是一項新的技術，目前已經在工業、農業等各項領域得到廣泛應用。例如在水產養殖領域，若長時間斷電，水體供氧不足，會造成魚蝦大量死亡的損失；在物品冷藏領域，一旦冷庫斷電，會對存儲的產品的保存期產生影響；在機房管理領域，一旦機房斷電，要求UPS電源立即啟動，以滿足機房的連續用電需求，等等。因此，在需要電源供應的各項領域，如何及時地獲知斷電信息，就顯得尤為重要。但是，目前的斷電檢測方法，實時性不高，一般采用鑒幅電路或者開關電路等進行斷電檢測，如圖1所示。這種斷電檢測電路采用光電耦合器隔離技術或者采用變壓器降壓后，直接利用三極管開關電路檢測交流電源的過零點，由此來判斷交流電源是否斷電。其工作原理是當50Hz的交流輸入電壓經過光耦PC2隔離后，輸出圖2所示的周期為20ms的方波。如果將此方波輸入到主控MCU，MCU采用邊沿變化觸發方式，最小檢測間隔時間將是電源周期的一半，也就是t=10ms。這個檢測時間t對于普通的交流電源檢測應用場合是足夠了，但對于像直流變頻空調器這種采用逆變電源的應用場合是不夠的。因為在交流電源斷電的瞬間，如果不能夠及時檢出并執行相應的保護措施，會造成直流變頻壓縮機內部的永磁體退磁或者損壞逆變電源中智能電源模塊IPM (Intelligent Power Module)內的逆變器件，從而造成整機產品的失效。
發明內容本實用新型的目的在于提供了一種交流電源斷電檢測電路，采用對待檢測的交流電源的交流電壓波形進行同步等比例縮小的技術，來實現系統對交流電壓波形的實時檢測，進而為交流電源斷電情況的瞬時檢測提供硬件上的支持。為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現一種交流電源斷電檢測電路，包括交流電源接入端子、運算放大電路和處理器，所述運算放大電路連接所述交流電源接入端子，接收交流電源的電壓波形并進行同步等比例縮小后，輸出縮小后的交流電壓至所述的處理器進行交流電源的斷電檢測。進一步的，所述交流電源為單相交流電源，在所述運算放大電路中包括一個運算放大器，在所述運算放大器的同相輸入引腳和反相輸入引腳中，其中一個輸入引腳通過第一電阻連接交流電源接入端子的火線端，并通過第四電阻連接運算放大器的輸出端；另外一個輸入引腳通過第二電阻連接交流電源接入端子的零線端，并通過第三電阻連接偏置電壓；并且，所述第一電阻和第二電阻的阻值相等，第三電阻和第四電阻的阻值相等。為了滿足處理器對交流電壓波形的接收要求，所述偏置電壓的幅值優選設置為處理器的接口電壓的一半；配置所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值，使通過運算放大器輸出的交流電壓的幅值在整個周期內均為正值，且電壓峰值小于處理器所允許的接口電壓。優選的，所述處理器的接口電壓為5V ;所述偏置電壓的幅值為2. 5V ;所述第一電阻和第二電阻的阻值為1410KQ ;所述第三電阻和第四電阻的阻值為7. 5KQ。再進一步的，所述處理器通過其模數轉換接口(即AD接口 )接收運算放大電路輸出的交流電壓。基于上述交流電源斷電檢測電路，本實用新型還提供了一種采用所述交流電源斷電檢測電路設計的直流變頻空調器，包括整流電路、逆變電路、處理器和直流變頻壓縮機，所述整流電路連接交流電源接入端子，將交流電源整流成直流電源為逆變電路提供直流母線電壓，所述逆變電路將直流母線電壓逆變成三相交流電源為直流變頻壓縮機供電；為了實現對逆變電路以及直流變頻壓縮機的斷電保護，將所述交流電源接入端子連接一運算放大電路，輸出交流電壓至所述運算放大電路進行同步等比例縮小后，生成縮小后的交流電壓輸出至處理器進行交流電源的斷電檢測，所述處理器根據檢測結果生成相應的PWM觸發信號輸出至所述的逆變電路。具體來講，所述處理器可以在檢測到交流電源斷電時，通過關斷其PWM觸發信號的輸出來控制逆變電路停止運行，進而使得直流變頻壓縮機進入斷電關機的保護狀態。與現有技術相比，本實用新型的優點和積極效果是本實用新型的交流電源斷電檢測電路結構簡單，成本低，可以對輸入的交流電壓實現同步采集和快速檢測。在所述硬件平臺上運行交流電源的斷電檢測程序，可以在極短的時間內檢測出電源的瞬時斷電情況，并對被控對象的控制迅速做出反應，實施快速保護。將所述交流電源斷電檢測技術應用在直流變頻空調器中，對空調器中的直流變頻壓縮機進行斷電保護，可以有效保護電源逆變器件和直流壓縮機，減小由于電網斷電造成直流變頻壓縮機的永磁體在斷電瞬間退磁或者逆變器件損壞等問題發生的幾率，提高了產品的可靠性，延長了產品的使用壽命。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優點將變得更加清楚。
圖1是現有交流電源過零檢測電路的原理圖；圖2是采用圖1所示交流電源過零檢測電路所產生的檢測信號波形圖；圖3是逆變電源的電路原理圖；圖4是交流電源斷電檢測及保護方法的一種實施例的檢測流程圖；圖5是瞬時斷電檢測和保護時序圖；圖6是本實用新型所提出的交流電源斷電檢測電路的一種實施例的電路原理圖；圖7是圖6所示交流電源斷電檢測電路的輸入和輸出波形圖；圖8是未使用的交流電源斷電檢測和保護技術所捕捉到的斷電瞬間波形圖；圖9是使用交流電源斷電檢測和保護技術以后捕捉到的斷電瞬間波形圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細地描述。[0024]本實施例首先以直流變頻空調器為例，對直流變頻壓縮機所需的逆變電源的產生原理進行簡要介紹。參見圖3所示，直流變頻壓縮機都是采用交流一直流一交流的電源逆變原理，即，將輸入的交流電源通過整流電路整流成直流電源后，輸出至由電解電容C1 C3并聯組成的濾波電路進行濾波處理，產生直流母線電壓輸入到逆變電路。所述逆變電路接收處理器MCU輸出的PWM觸發信號，進而將直流母線電壓逆變成三相頻率可變、電壓幅值可調的三相交流電壓，輸出至直流變頻壓縮機，控制壓縮機運行。直流變頻壓縮機采用永磁無刷電機，目前的驅動控制大都采用磁場定向控制FOC (F0C即Field-Oriented Control的英文縮寫)，MCU根據壓縮機反饋的相電流信號在每個PWM周期估算壓縮機的轉子位置，根據當前的位置計算下一步的輸出力矩，如果轉子位置估算不準確，就會導致永磁無刷電機失步。交流輸入電源的瞬時斷電會對這種逆變電源以及控制部件產生極大的危害，究其原因是在交流輸入電源瞬時斷電時，整流電路前端的電源消失，通過整流電路輸出的直流母線電壓急劇下降，導致壓縮機驅動控制失步。驅動控制失步后，由于MCU不能準確的估算轉子位置，因為無法正常控制壓縮機轉子換向。此時，濾波電路中的電解電容CfC3中存儲的大量能量便會全部施加到壓縮機電機的兩相繞組上，如圖8所示，流過兩相繞組的瞬間大電流會造成壓縮機中的永磁體退磁。另一方面，由于直流變頻空調器都是采用開關電源熱地設計技術，即弱電源和強電源采用共地設計，共用直流母線電壓供電。在交流輸入電源斷電后，逆變電路的工作電壓迅速下降到15V以下，逆變電路內部的驅動器的工作電壓也隨之下降到15V以下。由于電壓過低，造成驅動器工作不穩定，不能正常驅動逆變電路內部的開關管IGBT導通或者關斷。但是此時，MCU所需的5V工作電壓還保持正常，還會繼續有PWM觸發信號輸出，但由于驅動器工作的不穩定，導致逆變電路內部的開關管IGBT的上、下橋臂導通，大電流將逆變電路中的IGBT擊穿，造成整機產品的失效。基于以上原因，如何實現對輸入的交流電源的斷電情況進行瞬時檢測，以便對被控對象的控制做出迅速的反應，實施快速的保護，便成為確保用電設備安全運行的關鍵。下面首先對交流電源瞬時斷電的快速檢測方法進行詳細的闡述。結合圖4所示，所述交流電源瞬時斷電的快速檢測方法包括以下步驟S401、采集交流電源的交流電壓波形。在此步驟中，優選利用直流變頻空調器中布設在電控板上的處理器MCU對輸入到空調器中的交流電源的交流電壓波形進行采集。考慮到交流電壓的幅值較高，若直接輸入到處理器MCU中，會導致處理器MCU燒毀。因此，為了滿足處理器MCU的接口電壓要求，需要首先對交流電壓進行同步等比例縮小，生成滿足處理器MCU接收要求的電壓波形，然后再傳送給處理器MCU，具體可以傳輸至處理器MCU的AD接口，以實現對交流電壓波形的采集。S402、將采集到的交流電壓的幅值的絕對值與事先設定的保護閾值Vp進行比較，若交流電壓的幅值的絕對值小于Vp，則執行后續步驟；否則，返回步驟S401重復執行交流電壓的采樣和檢測判斷過程。在本步驟中，處理器MCU通過其AD接口以16KHz的采樣頻率對輸入的交流電壓進行采樣，采樣一次，便進行一次與Vp的比較過程。當然，所述MCU的采樣頻率也可以設定為SKHz或者32KHz等其他數值，只要所述的采樣頻率遠大于交流電源的頻率，能夠滿足快速檢測的要求即可，本實施例對此不進行具體限制。考慮到傳輸至MCU的交流電壓波形是經過同步等比例縮小的電壓波形，為了實現準確的比較判斷，需要對所述的保護閾值Vp進行同比例縮小，將縮小后的保護閾值記為Vp’，這樣MCU在對其接收到的交流電壓采樣值與Vp’進行比較時，若采樣值的絕對值小于Vp’，則可以認為實際輸入的交流電壓的幅值小于Vp。S403、判斷交流電壓的幅值的絕對值小于Vp的持續時間是否超過維持時間T，若·超過T，則判定交流電源斷電；否則，返回步驟S401繼續執行交流電壓的采樣和檢測判斷過程。在此步驟中，當MCU檢測到交流電壓的幅值的絕對值小于Vp時，立即啟動開始計時，高于保護閾值Vp時停止計時，并對計時值清零。對于維持時間T的確定，本實施例采用以下方式計算獲得在實際應用中，對于50Hz的交流輸入電源，其交流電壓每間隔IOms會有一個過零點，在過零點前后2 0的范圍內交流電壓的幅值會低于Vp這個保護閾值，檢測時應該避開這個區間，如圖5所示。這個區間2 稱為檢測死區帶，2 為死區角度，即交流電壓從-Vp變化到+Vp或者從+Vp變化到-Vp所對應的角度范圍。只要設定維持時間T大于交流電壓正常時經過這個檢測死區帶2 0所對應的死區時間h，就可以防止在死區帶產生誤檢測。在本實施例中，所述死區時間h的大小可以由以下公式計算得出
權利要求1.一種交流電源斷電檢測電路，其特征在于包括交流電源接入端子、運算放大電路和處理器，所述運算放大電路連接所述交流電源接入端子，接收交流電源的電壓波形并進行同步等比例縮小后，輸出縮小后的交流電壓至所述的處理器進行交流電源的斷電檢測。
2.根據權利要求1所述的交流電源斷電檢測電路，其特征在于所述交流電源為單相交流電源，在所述運算放大電路中包括一個運算放大器，在所述運算放大器的同相輸入引腳和反相輸入引腳中，其中一個輸入引腳通過第一電阻連接交流電源接入端子的火線端，并通過第四電阻連接運算放大器的輸出端；另外一個輸入引腳通過第二電阻連接交流電源接入端子的零線端，并通過第三電阻連接偏置電壓；并且，所述第一電阻和第二電阻的阻值相等，第三電阻和第四電阻的阻值相等。
3.根據權利要求2所述的交流電源斷電檢測電路，其特征在于所述偏置電壓的幅值等于處理器的接口電壓的一半；配置所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值，使通過運算放大器輸出的交流電壓的幅值在整個周期內均為正值，且電壓峰值小于處理器所允許的接口電壓。
4.根據權利要求3所述的交流電源斷電檢測電路，其特征在于所述處理器的接口電壓為5V ;所述偏置電壓的幅值為2. 5V ;所述第一電阻和第二電阻的阻值為1410KQ ;所述第三電阻和第四電阻的阻值為7. 5KQ。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的交流電源斷電檢測電路，其特征在于所述處理器通過其模數轉換接口接收運算放大電路輸出的交流電壓。
6.一種直流變頻空調器，包括整流電路、逆變電路、處理器和直流變頻壓縮機，所述整流電路連接交流電源接入端子，將交流電源整流成直流電源為逆變電路提供直流母線電壓，所述逆變電路將直流母線電壓逆變成三相交流電源為直流變頻壓縮機供電；其特征在于所述交流電源接入端子連接一運算放大電路，輸出交流電壓至所述運算放大電路進行同步等比例縮小后，生成縮小后的交流電壓輸出至處理器進行交流電源的斷電檢測，所述處理器根據檢測結果生成相應的PWM觸發信號輸出至所述的逆變電路。
7.根據權利要求6所述的直流變頻空調器，其特征在于所述交流電源為單相交流電源，在所述運算放大電路中包括一個運算放大器，在所述運算放大器的同相輸入引腳和反相輸入引腳中，其中一個輸入引腳通過第一電阻連接交流電源接入端子的火線端，并通過第四電阻連接運算放大器的輸出端；另外一個輸入引腳通過第二電阻連接交流電源接入端子的零線端，并通過第三電阻連接偏置電壓；并且，第一電阻和第二電阻的阻值相等，第三電阻和第四電阻的阻值相等。
8.根據權利要求7所述的直流變頻空調器，其特征在于所述偏置電壓的幅值等于處理器的接口電壓的一半；配置所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值，使通過運算放大器輸出的交流電壓的幅值在整個周期內均為正值，且電壓峰值小于處理器所允許的接口電壓。
9.根據權利要求8所述的直流變頻空調器，其特征在于所述處理器的接口電壓為5V；所述偏置電壓的幅值為2. 5V ;所述第一電阻和第二電阻的阻值為1410KQ ;所述第三電阻和第四電阻的阻值為7.5KQ。
10.根據權利要求6至9中任一項所述的直流變頻空調器，其特征在于所述處理器通過其模數轉換接口接收運算放大電路輸出的交流電壓。
專利摘要本實用新型公開了一種交流電源斷電檢測電路及直流變頻空調器，包括交流電源接入端子、運算放大電路和處理器，所述運算放大電路連接所述交流電源接入端子，接收交流電源的電壓波形并進行同步等比例縮小后，輸出縮小后的交流電壓至所述的處理器進行交流電源的斷電檢測。本實用新型的交流電源斷電檢測電路結構簡單，成本低，可以對輸入的交流電壓實現同步采集和快速檢測。在所述硬件平臺上運行交流電源的斷電檢測程序，可以在極短的時間內檢測出電源的瞬時斷電情況，并對被控對象的控制迅速做出反應，實施快速保護。將所述交流電源斷電檢測技術應用在直流變頻空調器中，可以有效保護空調器中的電源逆變器件和直流變頻壓縮機，提高產品的可靠性。
文檔編號H02H7/09GK202837520SQ201220537070
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月19日 優先權日2012年10月19日
發明者尹發展, 王志剛, 陳建兵 申請人:海信(山東)空調有限公司