专利名称：交流电源断电检测方法及直流变频压缩机的断电保护方法
技术领域：
本发明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方 法以及采用这种检测方法设计的直流变频压缩机的断电保护方法。
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I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
本发明的目的在于提供了一种实时性强的交流电源断电检测方法，能够对交流输入电源的电压变化进行实时检测，并在极短的时间内检测出电源的瞬时断电情况，从而有利于减少由于电网问题造成的用电设备损坏事故发生的几率。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现
一种交流电源断电检测方法，检测交流电源的交流电压波形，当交流电压的幅值的绝对值小于保护阈值Vp，且持续时间超过设定的维持时间T时，判定所述交流电源断电；其中，所述维持时间T大于交流电压正常时，在过零点前后从-Vp变化到+Vp或者从+Vp变化到-Vp所经历的死区时间h。由于输入到电气设备的交流电源都有一定的电压允许范围，为了提高断电检测的准确性，假设所述交流电压的输入范围在Vac_min至Vac_max之间,其中，Vac_min和Vac_max均为交流电压的有效值,根据有效值为Vac_min的交流电压确定所述的死区时间tQ。进一步的，所述T^fk，其中，k为大于I的系数，且T小于等于4毫秒。优选的，所述k优选在大于I、小于等于I. 5的范围内取值，在保证准确检测的同时，加快检测结果生成的速度，以便在交流电源断电后的尽可能短的时间内做出响应。
又进一步的，所述交流电源为单相交流电源，为了方便对所述交流电源的交流电压波形进行采集、判断，优选对所述交流电源的交流电压进行同步等比例缩小，然后传输至处理器与等比例缩小后的保护阈值Vp进行比较，若小于缩小后的保护阈值Vp，则启动计时，并在计时时间到达所述的维持时间T时，生成交流电源断电的检测结果。再进一步的，所述交流电源通过一运算放大电路输出同步等比例缩小的交流电压，调节通过运算放大电路输出的交流电压的中心电压，使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。更进一步的，在所述运算放大电路中包括一个运算放大器，将所述运算放大器的同相输入引脚和反相输入引脚各自经由一个等阻值的电阻与交流电源的火线和零线一对一连接，且将同相输入引脚通过第三电阻连接到偏置电压，反相输入引脚通过第四电阻连接到运算放大器的输出引脚；其中，第三电阻和第四电阻的阻值相等，偏置电压值等于所述的中心电压；调节四个电阻的阻值，使通过运算放大器输出的交流电压满足处理器的接收要求。 优选的，所述中心电压为处理器的接口电压的一半。基于上述交流电源断电检测方法，本发明还提供了一种采用所述交流电源断电检测方法设计的直流变频压缩机的断电保护方法，用于对交流输入电源的电压变化情况做出快速响应，实施有效保护，进而提高直流变频压缩机运行的可靠性。具体技术方案为检测交流电源的交流电压波形，当交流电压的幅值的绝对值小于保护阈值Vp，且持续时间超过设定的维持时间T时，判定所述交流电源断电；其中，所述维持时间T大于交流电压正常时，在过零点前后从-Vp变化到+Vp或者从+Vp变化到-Vp所经历的死区时间％ ;在判定交流电源断电后，切断向直流变频压缩机输出的供电电源，控制直流变频压缩机停止运行。进一步的，所述供电电源由所述交流电源通过整流、逆变电路转换生成，在判定交流电源断电后，停止向所述逆变电路发送触发信号，通过控制逆变电路停止运行，以切断直流变频压缩机的供电电源。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是本发明的交流电源断电检测方法能够对交流供电电源进行实时检测，并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方法应用在直流变频压缩机的断电保护过程中，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。结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
图I是现有交流电源过零检测电路的原理 图2是采用图I所示交流电源过零检测电路所产生的检测信号波形 图3是逆变电源的电路原理 图4是本发明所提出的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5是瞬时断电检测和保护时序图；图6是交流电源断电检测电路的一种实施例的电路原理 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8是未使用本发明所提出的交流电源断电检测和保护方法所捕捉到的断电瞬间波形 图9是使用本发明所提出的交流电源断电检测和保护方法以后捕捉到的断电瞬间波形图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细地描述。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 Φ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 Φ称为检测死区带，2 Φ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2Φ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
Vp
arcsinf ￠)=-产
Vac*-,12⑴
L=^lO
0 180
其中，Vac为输入的交流电压的有效值。由于输入到直流变频空调器的交流电源并不固定，电压在一定范围内的交流电源都是允许接入的，因此，即使在保护阈值Vp—定的情况下，会由于输入的交流电压的不同而导致对应的死区带角度2Φ和死区时间h有所不同。因此，如何设计出合适的死区时间h，从而对允许范围内接入的交流电源都能实现准确的断电检测，是本实施例所要解决的一个主要问题。假设允许接入的交流电源的交流电压的输入范围在Vac_min至Vac_max之间,其中,Vac_min和Vac_max均为交流电压的有效值,分别计算有效值为Vac_min的交流电压所对应的死区带角度和死区时间，以及有效值为Vacjnax的交流电压所对应的死区带角度和死区时间，我们会发现，有效值为Vacjnin的交流电压所对应的死区时间要大于有效值为Vac_max的交流电压所对应的死区时间。为了满足对不同交流输入电源断电情况的准确检测，本实施例优选将有效值为Vacjnin的交流电压所对应的死区时间赋予、，用于与维持时间T进行比较。举例说明假设将保护阀值Vp设定为50V，即Vp=50V，而允许输入的交流电源的交流电压有效值Vac的范围为140V-280V，则
当Vac=140V时，由公式(I)计算得
权利要求
1.一种交流电源断电检测方法，其特征在于检测交流电源的交流电压波形，当交流电压的幅值的绝对值小于保护阈值Vp，且持续时间超过设定的维持时间T时，判定所述交流电源断电；其中，所述维持时间T大于交流电压正常时，在过零点前后从-Vp变化到+Vp或者从+Vp变化到-Vp所经历的死区时间h。
2.根据权利要求I所述的交流电源断电检测方法，其特征在于假设所述交流电压的输入范围在Vac_min至Vac_max之间,其中，Vac_min和Vac_max均为交流电压的有效值，根据有效值为Vac_min的交流电压确定所述的死区时间tQ。
3.根据权利要求2所述的交流电源断电检测方法，其特征在于所述Tztfk，其中，k为大于I的系数，且T小于等于4毫秒。
4.根据权利要求3所述的交流电源断电检测方法，其特征在于所述k在大于I、小于等于I. 5的范围内取值。
5.根据权利要求I至4中任一项所述的交流电源断电检测方法，其特征在于所述交流电源为单相交流电源，对所述交流电源的交流电压进行同步等比例缩小后，传输至处理器与等比例缩小后的保护阈值Vp进行比较，若小于缩小后的保护阈值Vp，则启动计时，并在计时时间到达所述的维持时间T时，生成交流电源断电的检测结果。
6.根据权利要求5所述的交流电源断电检测方法，其特征在于所述交流电源通过一运算放大电路输出同步等比例缩小的交流电压，调节通过运算放大电路输出的交流电压的中心电压，使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。
7.根据权利要求6所述的交流电源断电检测方法，其特征在于在所述运算放大电路中包括一个运算放大器，将所述运算放大器的同相输入引脚和反相输入引脚各自经由一个等阻值的电阻与交流电源的火线和零线一对一连接，且将同相输入引脚通过第三电阻连接到偏置电压，反相输入引脚通过第四电阻连接到运算放大器的输出引脚上；其中，第三电阻和第四电阻的阻值相等，偏置电压等于所述的中心电压；调节四个电阻的阻值，使通过运算放大器输出的交流电压满足处理器的接收要求。
8.根据权利要求7所述的交流电源断电检测方法，其特征在于所述中心电压为处理器的接口电压的一半。
9.一种直流变频压缩机的断电保护方法，其特征在于包括如权利要求I至8中任一项所述的交流电源断电检测方法，在判定交流电源断电后，切断向直流变频压缩机输出的供电电源，控制直流变频压缩机停止运行。
10.根据权利要求9所述的直流变频压缩机的断电保护方法，其特征在于所述供电电源由所述交流电源通过整流、逆变电路转换生成，在判定交流电源断电后，停止向所述逆变电路发送触发信号，通过控制逆变电路停止运行，以切断直流变频压缩机的供电电源。
全文摘要
本发明公开了一种交流电源断电检测方法及直流变频压缩机的断电保护方法，检测交流电源的交流电压波形，当交流电压的幅值的绝对值小于保护阈值Vp，且持续时间超过设定的维持时间T时，判定所述交流电源断电；其中，所述维持时间T大于交流电压正常时，在过零点前后从-Vp变化到+Vp或者从+Vp变化到-Vp所经历的死区时间t0。本发明的交流电源断电检测方法能够对交流供电电源进行实时检测，并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。将该方法应用在直流变频压缩机的断电保护过程中，可以有效保护电源逆变器件和直流压缩机，进而提高产品的可靠性，延长产品的使用寿命。
文档编号H02H7/122GK102901936SQ20121039971
公开日2013年1月30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