用于变频空调的无桥apfc系统及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于变频空调的无桥APFC系统，其包括：PFC电感；电流采样电路，用于对流过PFC电感的电流进行采样以生成S1和S2；整流滤波单元，整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，整流滤波单元用于对交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电；电压采样单元，用于对预设电压的直流电进行采样以生成Vdc；微控制器，微控制器分别与电流采样电路、电压采样单元以及第一开关器件和第二开关器件相连，微控制器根据S1和S2以及Vdc和Vref生成PWM信号以对第一开关器件和第二开关器件进行控制。该无桥APFC系统能够提高效率、降低成本，并且整个系统的稳定可靠性得到了提高。本发明还公开了一种用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法。
【专利说明】用于变频空调的无桥APFC系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及变频空调【技术领域】，特别涉及一种用于变频空调的无桥APFC(Active Power Factor Correction,无桥有源功率因素校正）系统以及一种用于变频空调的无桥 APFC系统的控制方法。
【背景技术】
[0002] 近年来变频空调得到了快速发展，而APFC技术因其PF值比较高、THD (Total Harmonic Distortion,总谐波失真）比较低等优点，已广泛用于变频空调的电控部分。
[0003] 目前变频空调中变频驱动器的AC-DC变流部分基本上都是采用同一种方案，如图 1所示，即硬件上使用整流桥整流、Boost型升压PFC拓扑，控制部分使用专用1C，或是在微 控制器上编制程序实现基于乘法器的APFC的控制算法。
[0004] 但是，从硬件层面来看，整流桥器件发热严重，从而会降低整机的效率;APFC专用 1C例如IR1153价格较贵，并且专用1C的外围器件多，增加了电路的复杂性。从控制算法层 面来看，第一，基于乘法器的APFC算法需要检测电流、直流电压和交流电压等三个物理量， 检测电路多、成本高；第二，基于乘法器的APFC算法需要对电流过零点的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制）信号的占空比进行补偿，但是补偿的效果不佳；第二，基于乘法器 的APFC算法需要对电流和电压进行双闭环控制，运算量大，算法比较复杂。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的旨在至少解决上述的技术缺陷之一。
[0006] 为此，本发明的一个目的在于提出一种用于变频空调的无桥有源功率因素校正 APFC系统，能够提高效率、降低成本，并且整个系统的稳定可靠性得到了提高。
[0007] 本发明的另一个目的在于提出一种用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法。
[0008] 为达到上述目的，本发明一方面实施例提出的一种用于变频空调的无桥有源功率 因素校正APFC系统，包括：PFC电感；电流采样电路，所述电流采样电路用于对流过所述 PFC电感的电流进行采样以生成第一电压信号和第二电压信号；整流滤波单元，所述整流 滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，所述整流滤波单元用于对输入的交流电源的 交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电；电压采样单元，所述电压采样单元与所述 整流滤波单元的输出端相连，所述电压采样单元用于对所述预设电压的直流电进行采样以 生成直流电压采样信号；微控制器，所述微控制器分别与所述电流采样电路、所述电压采样 单元以及所述第一开关器件和第二开关器件相连，所述微控制器根据所述第一电压信号和 第二电压信号以及所述直流电压采样信号和直流参考电压生成脉宽调制PWM信号以对所 述第一开关器件和第二开关器件进行控制。
[0009] 其中，所述微控制器包括：AD转换单元，所述AD转换单元用于分别将所述第一电 压信号、所述第二电压信号和所述直流电压采样信号转换为第一电压AD采样值、第二电压 AD采样值和直流电压AD采样值；控制单元，所述控制单元用于对所述直流电压AD采样值 与所述直流参考电压之间的差值进行PI控制以获取第一控制值；计算单元，所述计算单元 用于根据所述第一控制值、所述第一电压AD采样值和所述第二电压AD采样值计算得到所 述PWM信号的占空比的计数值；PWM信号生成单元，所述PWM信号生成单元根据所述PWM信 号的占空比的计数值生成所述PWM信号。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述计算单元根据以下公式计算所述PWM信号的占空 比的计数值：
【权利要求】
1. 一种用于变频空调的无桥有源功率因素校正APFC系统，其特征在于，包括： PFC电感； 电流采样电路，所述电流采样电路用于对流过所述PFC电感的电流进行采样以生成第 一电压信号和第二电压信号； 整流滤波单元，所述整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，所述整流滤波 单元用于对输入的交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电； 电压采样单元，所述电压采样单元与所述整流滤波单元的输出端相连，所述电压采样 单元用于对所述预设电压的直流电进行采样以生成直流电压采样信号； 微控制器，所述微控制器分别与所述电流采样电路、所述电压采样单元以及所述第一 开关器件和第二开关器件相连，所述微控制器根据所述第一电压信号和第二电压信号以及 所述直流电压采样信号和直流参考电压生成脉宽调制PWM信号以对所述第一开关器件和 第二开关器件进行控制。
2. 如权利要求1所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述微控制器包 括： AD转换单元，所述AD转换单元用于分别将所述第一电压信号、所述第二电压信号和所 述直流电压米样信号转换为第一电压AD米样值、第二电压AD米样值和直流电压AD米样 值； 控制单元，所述控制单元用于对所述直流电压AD采样值与所述直流参考电压之间的 差值进行PI控制以获取第一控制值； 计算单元，所述计算单元用于根据所述第一控制值、所述第一电压AD采样值和所述第 二电压AD采样值计算得到所述PWM信号的占空比的计数值； PWM信号生成单元，所述PWM信号生成单元根据所述PWM信号的占空比的计数值生成所 述PWM信号。
3. 如权利要求2所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述计算单元根 据以下公式计算所述PWM信号的占空比的计数值：
其中，Count为所述PWM信号的占空比的计数值，Vm为所述第一控制值，[S1]为所述第 一电压AD采样值，[S2]为所述第二电压AD采样值，Gain为AD采样增益，DMX为最大占空 比计数值。
4. 如权利要求1所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述电流采样电 路包括： 电流互感器，所述电流互感器的初级绕组连接在所述交流电源的一端和所述整流滤波 单元的第一端之间； 分压电阻，所述分压电阻并联在所述电流互感器的次级绕组的两端； 放大模块，所述放大模块分别与所述分压电阻的两端相连，所述放大模块对所述分压 电阻两端的交流电压信号进行放大以输出所述第一电压信号和第二电压信号。
5. 如权利要求4所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述放大模块包 括输出所述第一电压信号的第一放大单元和输出所述第二电压信号的第二放大单元。
6. 如权利要求5所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述第一放大单 元具体包括： 第一电阻，所述第一电阻的一端与所述分压电阻的一端相连； 第一放大器，所述第一放大器的同相输入端与所述第一电阻的另一端相连； 第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一放大器的反相输入端与所述第一放大器的输 出端之间，所述第一放大器的输出端输出所述第一电压信号。
7. 如权利要求6所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述第二放大单 元具体包括： 第三电阻，所述第三电阻的一端与所述分压电阻的另一端相连； 第二放大器，所述第二放大器的同相输入端与所述第三电阻的另一端相连； 第四电阻，所述第四电阻连接在所述第二放大器的反相输入端与所述第二放大器的输 出端之间，所述第二放大器的输出端输出所述第二电压信号。
8. 如权利要求7所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述第一放大器 和所述第二放大器的供电电源采用单一正电源。
9. 如权利要求4所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述PFC电感连 接在所述交流电源的另一端与所述整流滤波单元的第二端之间。
10. 如权利要求1所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，还包括： 过流保护电路，所述过流保护电路与所述电流采样电路相连，所述过流保护电路根据 所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号以关断输入到所述第一开关器件和第二 开关器件的所述PWM信号。
11. 如权利要求10所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述过流保护 电路包括： 第一比较器，所述第一比较器的正输入端与参考电压相连，所述第一比较器的负输入 端与所述第一放大器的输出端相连； 第二比较器，所述第二比较器的正输入端与所述参考电压相连，所述第二比较器的负 输入端与所述第二放大器的输出端相连，所述第二比较器的输出端与所述第一比较器的输 出端相连以输出所述保护信号； 过流保护单元，所述过流保护单元与所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输 出端相连，所述过流保护单元根据所述保护信号关断输入到所述第一开关器件和第二开关 器件的所述PWM信号。
12. 如权利要求11所述的用于变频空调的无桥APFC系统，其特征在于，所述微控制器 还与所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端相连，所述微控制器根据所述保 护信号关断所述PWM信号的输出。
13. -种用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，其特征在于，所述无桥APFC系统 包括PFC电感和用于对输入的交流电源的交流电进行整流滤波以输出预设电压的直流电 的整流滤波单元，其中所述整流滤波单元包括第一开关器件和第二开关器件，所述控制方 法包括以下步骤： 对流过所述PFC电感的电流进行采样以生成第一电压信号和第二电压信号； 对所述预设电压的直流电进行采样以生成直流电压采样信号； 根据所述第一电压信号和第二电压信号以及所述直流电压采样信号和直流参考电压 生成脉宽调制PWM信号以对所述第一开关器件和第二开关器件进行控制。
14. 如权利要求13所述的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，其特征在于，所 述生成PWM信号，具体包括： 分别将所述第一电压信号、所述第二电压信号和所述直流电压采样信号转换为第一电 压AD采样值、第二电压AD采样值和直流电压AD采样值； 对所述直流电压AD采样值与所述直流参考电压之间的差值进行PI控制以获取第一控 制值； 根据所述第一控制值、所述第一电压AD采样值和所述第二电压AD采样值计算得到所 述PWM信号的占空比的计数值； 根据所述PWM信号的占空比的计数值生成所述PWM信号。
15. 如权利要求14所述的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，其特征在于，根 据以下公式计算所述PWM信号的占空比的计数值：
其中，Count为所述PWM信号的占空比的计数值，Vm为所述第一控制值，[S1]为所述第 一电压AD采样值，[S2]为所述第二电压AD采样值，Gain为AD采样增益，DMX为最大占空 比计数值。
16. 如权利要求13所述的用于变频空调的无桥APFC系统的控制方法，其特征在于，还 包括： 根据所述第一电压信号和第二电压信号生成保护信号，并根据所述保护信号关断输入 到所述第一开关器件和第二开关器件的所述PWM信号。
【文档编号】H02M1/42GK104113200SQ201410312876
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月1日 优先权日:2014年7月1日
【发明者】任新杰, 张晓东, 罗冠锋 申请人:广东美芝制冷设备有限公司