用于變頻空調的無橋apfc系統及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于變頻空調的無橋APFC系統，其包括：PFC電感；電流采樣電路，用于對流過PFC電感的電流進行采樣以生成S1和S2；整流濾波單元，整流濾波單元包括第一開關器件和第二開關器件，整流濾波單元用于對交流電源的交流電進行整流濾波以輸出預設電壓的直流電；電壓采樣單元，用于對預設電壓的直流電進行采樣以生成Vdc；微控制器，微控制器分別與電流采樣電路、電壓采樣單元以及第一開關器件和第二開關器件相連，微控制器根據S1和S2以及Vdc和Vref生成PWM信號以對第一開關器件和第二開關器件進行控制。該無橋APFC系統能夠提高效率、降低成本，并且整個系統的穩定可靠性得到了提高。本發明還公開了一種用于變頻空調的無橋APFC系統的控制方法。
【專利說明】用于變頻空調的無橋APFC系統及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及變頻空調【技術領域】，特別涉及一種用于變頻空調的無橋APFC(Active Power Factor Correction,無橋有源功率因素校正）系統以及一種用于變頻空調的無橋 APFC系統的控制方法。
【背景技術】
[0002] 近年來變頻空調得到了快速發展，而APFC技術因其PF值比較高、THD (Total Harmonic Distortion,總諧波失真）比較低等優點，已廣泛用于變頻空調的電控部分。
[0003] 目前變頻空調中變頻驅動器的AC-DC變流部分基本上都是采用同一種方案，如圖 1所示，即硬件上使用整流橋整流、Boost型升壓PFC拓撲，控制部分使用專用1C，或是在微 控制器上編制程序實現基于乘法器的APFC的控制算法。
[0004] 但是，從硬件層面來看，整流橋器件發熱嚴重，從而會降低整機的效率;APFC專用 1C例如IR1153價格較貴，并且專用1C的外圍器件多，增加了電路的復雜性。從控制算法層 面來看，第一，基于乘法器的APFC算法需要檢測電流、直流電壓和交流電壓等三個物理量， 檢測電路多、成本高；第二，基于乘法器的APFC算法需要對電流過零點的PWM(Pulse Width Modulation，脈寬調制）信號的占空比進行補償，但是補償的效果不佳；第二，基于乘法器 的APFC算法需要對電流和電壓進行雙閉環控制，運算量大，算法比較復雜。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的旨在至少解決上述的技術缺陷之一。
[0006] 為此，本發明的一個目的在于提出一種用于變頻空調的無橋有源功率因素校正 APFC系統，能夠提高效率、降低成本，并且整個系統的穩定可靠性得到了提高。
[0007] 本發明的另一個目的在于提出一種用于變頻空調的無橋APFC系統的控制方法。
[0008] 為達到上述目的，本發明一方面實施例提出的一種用于變頻空調的無橋有源功率 因素校正APFC系統，包括：PFC電感；電流采樣電路，所述電流采樣電路用于對流過所述 PFC電感的電流進行采樣以生成第一電壓信號和第二電壓信號；整流濾波單元，所述整流 濾波單元包括第一開關器件和第二開關器件，所述整流濾波單元用于對輸入的交流電源的 交流電進行整流濾波以輸出預設電壓的直流電；電壓采樣單元，所述電壓采樣單元與所述 整流濾波單元的輸出端相連，所述電壓采樣單元用于對所述預設電壓的直流電進行采樣以 生成直流電壓采樣信號；微控制器，所述微控制器分別與所述電流采樣電路、所述電壓采樣 單元以及所述第一開關器件和第二開關器件相連，所述微控制器根據所述第一電壓信號和 第二電壓信號以及所述直流電壓采樣信號和直流參考電壓生成脈寬調制PWM信號以對所 述第一開關器件和第二開關器件進行控制。
[0009] 其中，所述微控制器包括：AD轉換單元，所述AD轉換單元用于分別將所述第一電 壓信號、所述第二電壓信號和所述直流電壓采樣信號轉換為第一電壓AD采樣值、第二電壓 AD采樣值和直流電壓AD采樣值；控制單元，所述控制單元用于對所述直流電壓AD采樣值 與所述直流參考電壓之間的差值進行PI控制以獲取第一控制值；計算單元，所述計算單元 用于根據所述第一控制值、所述第一電壓AD采樣值和所述第二電壓AD采樣值計算得到所 述PWM信號的占空比的計數值；PWM信號生成單元，所述PWM信號生成單元根據所述PWM信 號的占空比的計數值生成所述PWM信號。
[0010] 根據本發明的一個實施例，所述計算單元根據以下公式計算所述PWM信號的占空 比的計數值：
【權利要求】
1. 一種用于變頻空調的無橋有源功率因素校正APFC系統，其特征在于，包括： PFC電感； 電流采樣電路，所述電流采樣電路用于對流過所述PFC電感的電流進行采樣以生成第 一電壓信號和第二電壓信號； 整流濾波單元，所述整流濾波單元包括第一開關器件和第二開關器件，所述整流濾波 單元用于對輸入的交流電源的交流電進行整流濾波以輸出預設電壓的直流電； 電壓采樣單元，所述電壓采樣單元與所述整流濾波單元的輸出端相連，所述電壓采樣 單元用于對所述預設電壓的直流電進行采樣以生成直流電壓采樣信號； 微控制器，所述微控制器分別與所述電流采樣電路、所述電壓采樣單元以及所述第一 開關器件和第二開關器件相連，所述微控制器根據所述第一電壓信號和第二電壓信號以及 所述直流電壓采樣信號和直流參考電壓生成脈寬調制PWM信號以對所述第一開關器件和 第二開關器件進行控制。
2. 如權利要求1所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述微控制器包 括： AD轉換單元，所述AD轉換單元用于分別將所述第一電壓信號、所述第二電壓信號和所 述直流電壓米樣信號轉換為第一電壓AD米樣值、第二電壓AD米樣值和直流電壓AD米樣 值； 控制單元，所述控制單元用于對所述直流電壓AD采樣值與所述直流參考電壓之間的 差值進行PI控制以獲取第一控制值； 計算單元，所述計算單元用于根據所述第一控制值、所述第一電壓AD采樣值和所述第 二電壓AD采樣值計算得到所述PWM信號的占空比的計數值； PWM信號生成單元，所述PWM信號生成單元根據所述PWM信號的占空比的計數值生成所 述PWM信號。
3. 如權利要求2所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述計算單元根 據以下公式計算所述PWM信號的占空比的計數值：
其中，Count為所述PWM信號的占空比的計數值，Vm為所述第一控制值，[S1]為所述第 一電壓AD采樣值，[S2]為所述第二電壓AD采樣值，Gain為AD采樣增益，DMX為最大占空 比計數值。
4. 如權利要求1所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述電流采樣電 路包括： 電流互感器，所述電流互感器的初級繞組連接在所述交流電源的一端和所述整流濾波 單元的第一端之間； 分壓電阻，所述分壓電阻并聯在所述電流互感器的次級繞組的兩端； 放大模塊，所述放大模塊分別與所述分壓電阻的兩端相連，所述放大模塊對所述分壓 電阻兩端的交流電壓信號進行放大以輸出所述第一電壓信號和第二電壓信號。
5. 如權利要求4所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述放大模塊包 括輸出所述第一電壓信號的第一放大單元和輸出所述第二電壓信號的第二放大單元。
6. 如權利要求5所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述第一放大單 元具體包括： 第一電阻，所述第一電阻的一端與所述分壓電阻的一端相連； 第一放大器，所述第一放大器的同相輸入端與所述第一電阻的另一端相連； 第二電阻，所述第二電阻連接在所述第一放大器的反相輸入端與所述第一放大器的輸 出端之間，所述第一放大器的輸出端輸出所述第一電壓信號。
7. 如權利要求6所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述第二放大單 元具體包括： 第三電阻，所述第三電阻的一端與所述分壓電阻的另一端相連； 第二放大器，所述第二放大器的同相輸入端與所述第三電阻的另一端相連； 第四電阻，所述第四電阻連接在所述第二放大器的反相輸入端與所述第二放大器的輸 出端之間，所述第二放大器的輸出端輸出所述第二電壓信號。
8. 如權利要求7所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述第一放大器 和所述第二放大器的供電電源采用單一正電源。
9. 如權利要求4所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述PFC電感連 接在所述交流電源的另一端與所述整流濾波單元的第二端之間。
10. 如權利要求1所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，還包括： 過流保護電路，所述過流保護電路與所述電流采樣電路相連，所述過流保護電路根據 所述第一電壓信號和第二電壓信號生成保護信號以關斷輸入到所述第一開關器件和第二 開關器件的所述PWM信號。
11. 如權利要求10所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述過流保護 電路包括： 第一比較器，所述第一比較器的正輸入端與參考電壓相連，所述第一比較器的負輸入 端與所述第一放大器的輸出端相連； 第二比較器，所述第二比較器的正輸入端與所述參考電壓相連，所述第二比較器的負 輸入端與所述第二放大器的輸出端相連，所述第二比較器的輸出端與所述第一比較器的輸 出端相連以輸出所述保護信號； 過流保護單元，所述過流保護單元與所述第一比較器的輸出端和所述第二比較器的輸 出端相連，所述過流保護單元根據所述保護信號關斷輸入到所述第一開關器件和第二開關 器件的所述PWM信號。
12. 如權利要求11所述的用于變頻空調的無橋APFC系統，其特征在于，所述微控制器 還與所述第一比較器的輸出端和所述第二比較器的輸出端相連，所述微控制器根據所述保 護信號關斷所述PWM信號的輸出。
13. -種用于變頻空調的無橋APFC系統的控制方法，其特征在于，所述無橋APFC系統 包括PFC電感和用于對輸入的交流電源的交流電進行整流濾波以輸出預設電壓的直流電 的整流濾波單元，其中所述整流濾波單元包括第一開關器件和第二開關器件，所述控制方 法包括以下步驟： 對流過所述PFC電感的電流進行采樣以生成第一電壓信號和第二電壓信號； 對所述預設電壓的直流電進行采樣以生成直流電壓采樣信號； 根據所述第一電壓信號和第二電壓信號以及所述直流電壓采樣信號和直流參考電壓 生成脈寬調制PWM信號以對所述第一開關器件和第二開關器件進行控制。
14. 如權利要求13所述的用于變頻空調的無橋APFC系統的控制方法，其特征在于，所 述生成PWM信號，具體包括： 分別將所述第一電壓信號、所述第二電壓信號和所述直流電壓采樣信號轉換為第一電 壓AD采樣值、第二電壓AD采樣值和直流電壓AD采樣值； 對所述直流電壓AD采樣值與所述直流參考電壓之間的差值進行PI控制以獲取第一控 制值； 根據所述第一控制值、所述第一電壓AD采樣值和所述第二電壓AD采樣值計算得到所 述PWM信號的占空比的計數值； 根據所述PWM信號的占空比的計數值生成所述PWM信號。
15. 如權利要求14所述的用于變頻空調的無橋APFC系統的控制方法，其特征在于，根 據以下公式計算所述PWM信號的占空比的計數值：
其中，Count為所述PWM信號的占空比的計數值，Vm為所述第一控制值，[S1]為所述第 一電壓AD采樣值，[S2]為所述第二電壓AD采樣值，Gain為AD采樣增益，DMX為最大占空 比計數值。
16. 如權利要求13所述的用于變頻空調的無橋APFC系統的控制方法，其特征在于，還 包括： 根據所述第一電壓信號和第二電壓信號生成保護信號，并根據所述保護信號關斷輸入 到所述第一開關器件和第二開關器件的所述PWM信號。
【文檔編號】H02M1/42GK104113200SQ201410312876
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月1日 優先權日:2014年7月1日
【發明者】任新杰, 張曉東, 羅冠鋒 申請人:廣東美芝制冷設備有限公司