专利名称：交流电源断电检测电路及直流变频空调器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电源电力检测技术领域，具体地说，是涉及一种用于检测交流电源是否断电的检测电路以及采用这种交流电源断电检测电路设计的直流变频空调器。
背景技术：
交流市电或者三相电源断电检测不是一项新的技术，目前已经在工业、农业等各项领域得到广泛应用。例如在水产养殖领域，若长时间断电，水体供氧不足，会造成鱼虾大量死亡的损失；在物品冷藏领域，一旦冷库断电，会对存储的产品的保存期产生影响；在机房管理领域，一旦机房断电，要求UPS电源立即启动，以满足机房的连续用电需求，等等。因此，在需要电源供应的各项领域，如何及时地获知断电信息，就显得尤为重要。但是，目前的断电检测方法，实时性不高，一般采用鉴幅电路或者开关电路等进行断电检测，如图1所示。这种断电检测电路采用光电耦合器隔离技术或者采用变压器降压后，直接利用三极管开关电路检测交流电源的过零点，由此来判断交流电源是否断电。其工作原理是当50Hz的交流输入电压经过光耦PC2隔离后，输出图2所示的周期为20ms的方波。如果将此方波输入到主控MCU，MCU采用边沿变化触发方式，最小检测间隔时间将是电源周期的一半，也就是t=10ms。这个检测时间t对于普通的交流电源检测应用场合是足够了，但对于像直流变频空调器这种采用逆变电源的应用场合是不够的。因为在交流电源断电的瞬间，如果不能够及时检出并执行相应的保护措施，会造成直流变频压缩机内部的永磁体退磁或者损坏逆变电源中智能电源模块IPM (Intelligent Power Module)内的逆变器件，从而造成整机产品的失效。
发明内容本实用新型的目的在于提供了一种交流电源断电检测电路，采用对待检测的交流电源的交流电压波形进行同步等比例缩小的技术，来实现系统对交流电压波形的实时检测，进而为交流电源断电情况的瞬时检测提供硬件上的支持。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现一种交流电源断电检测电路，包括交流电源接入端子、运算放大电路和处理器，所述运算放大电路连接所述交流电源接入端子，接收交流电源的电压波形并进行同步等比例缩小后，输出缩小后的交流电压至所述的处理器进行交流电源的断电检测。进一步的，所述交流电源为单相交流电源，在所述运算放大电路中包括一个运算放大器，在所述运算放大器的同相输入引脚和反相输入引脚中，其中一个输入引脚通过第一电阻连接交流电源接入端子的火线端，并通过第四电阻连接运算放大器的输出端；另外一个输入引脚通过第二电阻连接交流电源接入端子的零线端，并通过第三电阻连接偏置电压；并且，所述第一电阻和第二电阻的阻值相等，第三电阻和第四电阻的阻值相等。为了满足处理器对交流电压波形的接收要求，所述偏置电压的幅值优选设置为处理器的接口电压的一半；配置所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值，使通过运算放大器输出的交流电压的幅值在整个周期内均为正值，且电压峰值小于处理器所允许的接口电压。优选的，所述处理器的接口电压为5V ;所述偏置电压的幅值为2. 5V ;所述第一电阻和第二电阻的阻值为1410KQ ;所述第三电阻和第四电阻的阻值为7. 5KQ。再进一步的，所述处理器通过其模数转换接口(即AD接口 )接收运算放大电路输出的交流电压。基于上述交流电源断电检测电路，本实用新型还提供了一种采用所述交流电源断电检测电路设计的直流变频空调器，包括整流电路、逆变电路、处理器和直流变频压缩机，所述整流电路连接交流电源接入端子，将交流电源整流成直流电源为逆变电路提供直流母线电压，所述逆变电路将直流母线电压逆变成三相交流电源为直流变频压缩机供电；为了实现对逆变电路以及直流变频压缩机的断电保护，将所述交流电源接入端子连接一运算放大电路，输出交流电压至所述运算放大电路进行同步等比例缩小后，生成缩小后的交流电压输出至处理器进行交流电源的断电检测，所述处理器根据检测结果生成相应的PWM触发信号输出至所述的逆变电路。具体来讲，所述处理器可以在检测到交流电源断电时，通过关断其PWM触发信号的输出来控制逆变电路停止运行，进而使得直流变频压缩机进入断电关机的保护状态。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型的交流电源断电检测电路结构简单，成本低，可以对输入的交流电压实现同步采集和快速检测。在所述硬件平台上运行交流电源的断电检测程序，可以在极短的时间内检测出电源的瞬时断电情况，并对被控对象的控制迅速做出反应，实施快速保护。将所述交流电源断电检测技术应用在直流变频空调器中，对空调器中的直流变频压缩机进行断电保护，可以有效保护电源逆变器件和直流压缩机，减小由于电网断电造成直流变频压缩机的永磁体在断电瞬间退磁或者逆变器件损坏等问题发生的几率，提高了产品的可靠性，延长了产品的使用寿命。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
图1是现有交流电源过零检测电路的原理图；图2是采用图1所示交流电源过零检测电路所产生的检测信号波形图；图3是逆变电源的电路原理图；图4是交流电源断电检测及保护方法的一种实施例的检测流程图；图5是瞬时断电检测和保护时序图；图6是本实用新型所提出的交流电源断电检测电路的一种实施例的电路原理图；图7是图6所示交流电源断电检测电路的输入和输出波形图；图8是未使用的交流电源断电检测和保护技术所捕捉到的断电瞬间波形图；图9是使用交流电源断电检测和保护技术以后捕捉到的断电瞬间波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细地描述。[0024]本实施例首先以直流变频空调器为例，对直流变频压缩机所需的逆变电源的产生原理进行简要介绍。参见图3所示，直流变频压缩机都是采用交流一直流一交流的电源逆变原理，即，将输入的交流电源通过整流电路整流成直流电源后，输出至由电解电容C1 C3并联组成的滤波电路进行滤波处理，产生直流母线电压输入到逆变电路。所述逆变电路接收处理器MCU输出的PWM触发信号，进而将直流母线电压逆变成三相频率可变、电压幅值可调的三相交流电压，输出至直流变频压缩机，控制压缩机运行。直流变频压缩机采用永磁无刷电机，目前的驱动控制大都采用磁场定向控制FOC (F0C即Field-Oriented Control的英文缩写)，MCU根据压缩机反馈的相电流信号在每个PWM周期估算压缩机的转子位置，根据当前的位置计算下一步的输出力矩，如果转子位置估算不准确，就会导致永磁无刷电机失步。交流输入电源的瞬时断电会对这种逆变电源以及控制部件产生极大的危害，究其原因是在交流输入电源瞬时断电时，整流电路前端的电源消失，通过整流电路输出的直流母线电压急剧下降，导致压缩机驱动控制失步。驱动控制失步后，由于MCU不能准确的估算转子位置，因为无法正常控制压缩机转子换向。此时，滤波电路中的电解电容CfC3中存储的大量能量便会全部施加到压缩机电机的两相绕组上，如图8所示，流过两相绕组的瞬间大电流会造成压缩机中的永磁体退磁。另一方面，由于直流变频空调器都是采用开关电源热地设计技术，即弱电源和强电源采用共地设计，共用直流母线电压供电。在交流输入电源断电后，逆变电路的工作电压迅速下降到15V以下，逆变电路内部的驱动器的工作电压也随之下降到15V以下。由于电压过低，造成驱动器工作不稳定，不能正常驱动逆变电路内部的开关管IGBT导通或者关断。但是此时，MCU所需的5V工作电压还保持正常，还会继续有PWM触发信号输出，但由于驱动器工作的不稳定，导致逆变电路内部的开关管IGBT的上、下桥臂导通，大电流将逆变电路中的IGBT击穿，造成整机产品的失效。基于以上原因，如何实现对输入的交流电源的断电情况进行瞬时检测，以便对被控对象的控制做出迅速的反应，实施快速的保护，便成为确保用电设备安全运行的关键。下面首先对交流电源瞬时断电的快速检测方法进行详细的阐述。结合图4所示，所述交流电源瞬时断电的快速检测方法包括以下步骤S401、采集交流电源的交流电压波形。在此步骤中，优选利用直流变频空调器中布设在电控板上的处理器MCU对输入到空调器中的交流电源的交流电压波形进行采集。考虑到交流电压的幅值较高，若直接输入到处理器MCU中，会导致处理器MCU烧毁。因此，为了满足处理器MCU的接口电压要求，需要首先对交流电压进行同步等比例缩小，生成满足处理器MCU接收要求的电压波形，然后再传送给处理器MCU，具体可以传输至处理器MCU的AD接口，以实现对交流电压波形的采集。S402、将采集到的交流电压的幅值的绝对值与事先设定的保护阈值Vp进行比较，若交流电压的幅值的绝对值小于Vp，则执行后续步骤；否则，返回步骤S401重复执行交流电压的采样和检测判断过程。在本步骤中，处理器MCU通过其AD接口以16KHz的采样频率对输入的交流电压进行采样，采样一次，便进行一次与Vp的比较过程。当然，所述MCU的采样频率也可以设定为SKHz或者32KHz等其他数值，只要所述的采样频率远大于交流电源的频率，能够满足快速检测的要求即可，本实施例对此不进行具体限制。考虑到传输至MCU的交流电压波形是经过同步等比例缩小的电压波形，为了实现准确的比较判断，需要对所述的保护阈值Vp进行同比例缩小，将缩小后的保护阈值记为Vp’，这样MCU在对其接收到的交流电压采样值与Vp’进行比较时，若采样值的绝对值小于Vp’，则可以认为实际输入的交流电压的幅值小于Vp。S403、判断交流电压的幅值的绝对值小于Vp的持续时间是否超过维持时间T，若·超过T，则判定交流电源断电；否则，返回步骤S401继续执行交流电压的采样和检测判断过程。在此步骤中，当MCU检测到交流电压的幅值的绝对值小于Vp时，立即启动开始计时，高于保护阈值Vp时停止计时，并对计时值清零。对于维持时间T的确定，本实施例采用以下方式计算获得在实际应用中，对于50Hz的交流输入电源，其交流电压每间隔IOms会有一个过零点，在过零点前后2 0的范围内交流电压的幅值会低于Vp这个保护阈值，检测时应该避开这个区间，如图5所示。这个区间2 称为检测死区带，2 为死区角度，即交流电压从-Vp变化到+Vp或者从+Vp变化到-Vp所对应的角度范围。只要设定维持时间T大于交流电压正常时经过这个检测死区带2 0所对应的死区时间h，就可以防止在死区带产生误检测。在本实施例中，所述死区时间h的大小可以由以下公式计算得出
权利要求1.一种交流电源断电检测电路，其特征在于包括交流电源接入端子、运算放大电路和处理器，所述运算放大电路连接所述交流电源接入端子，接收交流电源的电压波形并进行同步等比例缩小后，输出缩小后的交流电压至所述的处理器进行交流电源的断电检测。
2.根据权利要求1所述的交流电源断电检测电路，其特征在于所述交流电源为单相交流电源，在所述运算放大电路中包括一个运算放大器，在所述运算放大器的同相输入引脚和反相输入引脚中，其中一个输入引脚通过第一电阻连接交流电源接入端子的火线端，并通过第四电阻连接运算放大器的输出端；另外一个输入引脚通过第二电阻连接交流电源接入端子的零线端，并通过第三电阻连接偏置电压；并且，所述第一电阻和第二电阻的阻值相等，第三电阻和第四电阻的阻值相等。
3.根据权利要求2所述的交流电源断电检测电路，其特征在于所述偏置电压的幅值等于处理器的接口电压的一半；配置所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值，使通过运算放大器输出的交流电压的幅值在整个周期内均为正值，且电压峰值小于处理器所允许的接口电压。
4.根据权利要求3所述的交流电源断电检测电路，其特征在于所述处理器的接口电压为5V ;所述偏置电压的幅值为2. 5V ;所述第一电阻和第二电阻的阻值为1410KQ ;所述第三电阻和第四电阻的阻值为7. 5KQ。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的交流电源断电检测电路，其特征在于所述处理器通过其模数转换接口接收运算放大电路输出的交流电压。
6.一种直流变频空调器，包括整流电路、逆变电路、处理器和直流变频压缩机，所述整流电路连接交流电源接入端子，将交流电源整流成直流电源为逆变电路提供直流母线电压，所述逆变电路将直流母线电压逆变成三相交流电源为直流变频压缩机供电；其特征在于所述交流电源接入端子连接一运算放大电路，输出交流电压至所述运算放大电路进行同步等比例缩小后，生成缩小后的交流电压输出至处理器进行交流电源的断电检测，所述处理器根据检测结果生成相应的PWM触发信号输出至所述的逆变电路。
7.根据权利要求6所述的直流变频空调器，其特征在于所述交流电源为单相交流电源，在所述运算放大电路中包括一个运算放大器，在所述运算放大器的同相输入引脚和反相输入引脚中，其中一个输入引脚通过第一电阻连接交流电源接入端子的火线端，并通过第四电阻连接运算放大器的输出端；另外一个输入引脚通过第二电阻连接交流电源接入端子的零线端，并通过第三电阻连接偏置电压；并且，第一电阻和第二电阻的阻值相等，第三电阻和第四电阻的阻值相等。
8.根据权利要求7所述的直流变频空调器，其特征在于所述偏置电压的幅值等于处理器的接口电压的一半；配置所述第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻的阻值，使通过运算放大器输出的交流电压的幅值在整个周期内均为正值，且电压峰值小于处理器所允许的接口电压。
9.根据权利要求8所述的直流变频空调器，其特征在于所述处理器的接口电压为5V；所述偏置电压的幅值为2. 5V ;所述第一电阻和第二电阻的阻值为1410KQ ;所述第三电阻和第四电阻的阻值为7.5KQ。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的直流变频空调器，其特征在于所述处理器通过其模数转换接口接收运算放大电路输出的交流电压。
专利摘要本实用新型公开了一种交流电源断电检测电路及直流变频空调器，包括交流电源接入端子、运算放大电路和处理器，所述运算放大电路连接所述交流电源接入端子，接收交流电源的电压波形并进行同步等比例缩小后，输出缩小后的交流电压至所述的处理器进行交流电源的断电检测。本实用新型的交流电源断电检测电路结构简单，成本低，可以对输入的交流电压实现同步采集和快速检测。在所述硬件平台上运行交流电源的断电检测程序，可以在极短的时间内检测出电源的瞬时断电情况，并对被控对象的控制迅速做出反应，实施快速保护。将所述交流电源断电检测技术应用在直流变频空调器中，可以有效保护空调器中的电源逆变器件和直流变频压缩机，提高产品的可靠性。
文档编号H02H7/09GK202837520SQ201220537070
公开日2013年3月27日 申请日期2012年10月19日 优先权日2012年10月19日
发明者尹发展, 王志刚, 陈建兵 申请人:海信(山东)空调有限公司