一种变频热泵电机控制电路的制作方法

本实用新型涉及变频热泵领域，尤其涉及一种变频热泵电机控制电路。

背景技术：

传统的变频热泵电机控制电路，如图1所示，采用单级PFC电路来提高线路或系统的功率因数，降低电器设备对国家电网的污染及干扰。然而，市场上常用的大功率变频热泵系统已经达到10KW，导致普通大功率的单级PFC电路的硅钢片电感体积大，且笨重，只能安装在整机外壳上，因而增加了整机组装的复杂度及安装成本；并且，电感的接线回路过长，容易造成EMC(Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容性)问题，以及对电网及其他外设造成干扰。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种变频热泵电机控制电路，能够提高电路的稳定性能，提升产品质量。

本实用新型提供一种变频热泵电机控制电路，包括：整流模块、PFC模块、主控制器及逆变模块；

其中，所述整流模块具有第一正极输出端、第一负极输出端及用于接入交流电压的第一交流输入端和第二交流输入端；所述PFC模块包括N个相互并联的PFC支路，每一所述PFC支路具有一电流输入端、一第二正极输出端、一第二负极输出端及一控制信号输入端；所述主控制器具有电压采样端、第一电流采样端、第二电流采样端、N路第一控制信号输出端及驱动信号输出端；所述逆变模块具有驱动信号输入端、直流电压输入端、电机电流信号输出端及第二控制信号输出端；N为大于或等于2的整数；

每一所述PFC支路的电流输入端均连接所述整流模块的第一正极输出端，每一所述PFC支路的第二正极输出端均连接所述主控制器的电压采样端，每一所述PFC支路的第二负极输出端均通过第一采样模块连接所述整流模块的第一负极输出端，每一所述PFC支路的第二负极输出端还均连接所述主控制器的第一电流采样端；所述主控制器的每一所述第一控制信号输出端与每一所述PFC支路的控制信号输入端一一对应连接，所述主控制器的第二电流采样端连接所述逆变模块的电机电流信号输出端，所述主控制器的驱动信号输出端连接所述逆变模块的驱动信号输入端；所述逆变模块的直流电压输入端与每一所述PFC支路的第二正极输出端均连接，所述逆变模块的电机电流信号输出端通过第二采样模块与每一所述PFC支路的第二负极输出端均连接，所述逆变模块的第二控制信号输出端连接电机。

上述方案中，采用至少两条PFC支路，相比传统的变频热泵电机控制电路中的单级PFC电路，提高了功率密度。所述主控制器根据采样到的所述PFC模块的总的输出电压和输出电流，控制各条PFC支路交错导通，使得PFC模块的输入和输出电流纹波大大减小，降低了PFC模块的电磁干扰，从而提高了所述变频热泵电机控制电路的稳定性能；同时，由于采用至少两条PFC支路相互并联对输入电流进行分流，因此，每一PFC电感的磁通量需求减少，可实现PFC电感的高频化和小型化，从而节省安装空间，实现PFC电感的紧凑安装，在一定程度上降低PFC模块的电磁干扰。

优选的，所述整流模块、PFC模块、主控制器、逆变模块、第一采样模块、第二采样模块及电机均设置于整机外壳内。

在本优选方案中，将变频热泵电机控制系统一体化，降低整机安装成本。

优选的，每一条所述PFC支路包括一电感、一二极管及一开关管；

所述电感的一端为每一所述PFC支路的电流输入端，所述电感的另一端连接所述二极管的阳极及所述开关管的输出端；所述二极管的阴极为每一所述PFC支路的第二正极输出端；所述开关管的公共端为每一所述PFC支路的第二负极输出端，所述开关管的控制端为每一所述PFC支路的控制信号输入端。

优选的，所述电感为高频磁环电感。

优选的，所述PFC模块还包括第一电容；

所述第一电容的正极与每一所述PFC支路的第二正极输出端均连接，所述第一电容的负极与每一所述PFC支路的第二负极输出端均连接。

优选的，N＝2。

优选的，所述第一采样模块包括第一电阻；

每一所述PFC支路的第二负极输出端均通过第一采样模块连接所述整流模块的第一负极输出端，具体为：

每一所述PFC支路的第二负极输出端均通过所述第一电阻连接所述整流模块的第一负极输出端。

优选的，所述第二采样模块包括第二电阻；

所述逆变模块的电机电流信号输出端通过第二采样模块与每一所述PFC支路的第二负极输出端均连接，具体为：

所述逆变模块的电机电流信号输出端通过所述第二电阻与每一所述PFC支路的第二负极输出端均连接。

优选的，所述整流模块包括由四个相互并联的二极管组成的全桥整流器。

本实用新型提供的变频热泵电机控制电路，具有如下有益效果：采用至少两条PFC支路，相比传统的变频热泵电机控制电路中的单级PFC电路，提高了功率密度。所述主控制器根据采样到的所述PFC模块的总的输出电压和输出电流，控制各条PFC支路交错导通，使得所述PFC模块的输入和输出电流纹波大大减小，降低了所述PFC模块的电磁干扰，从而提高了所述变频热泵电机控制电路的稳定性能；同时，由于采用至少两条PFC支路相互并联对输入电流进行分流，因此，每一PFC电感的磁通量需求减少，可实现PFC电感的高频化和小型化，从而节省安装空间，实现PFC电感的紧凑安装，在一定程度上降低所述PFC模块的电磁干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的传统的变频热泵电机控制电路的电路图。

图2是本实用新型提供的变频热泵电机控制电路的一个实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图2，是本实用新型提供的变频热泵电机控制电路的一个实施例的结构示意图。

本实用新型实施例提供的变频热泵电机控制电路10，包括：整流模块M1、PFC模块M2、主控制器M3及逆变模块M4；

其中，所述整流模块M1具有第一正极输出端13、第一负极输出端14及用于接入交流电压AC的第一交流输入端11和第二交流输入端12；所述PFC模块M2包括N个相互并联的PFC支路M2_n(n＝0，1，……N-1)，每一所述PFC支路M2_n具有一电流输入端21_n、一第二正极输出端22_n、一第二负极输出端23_n及一控制信号输入端I₁_n(n＝0，1，……N-1)；所述主控制器M3具有电压采样端31、第一电流采样端32、第二电流采样端33、N路第一控制信号输出端(OUT₁_0，OUT₁_1，……OUT₁_N-1)及驱动信号输出端OUT₂；所述逆变模块M4具有驱动信号输入端I₂、直流电压输入端41、电机电流信号输出端42及第二控制信号输出端OUT₃；N为大于或等于2的整数；

每一所述PFC支路M2_n的电流输入端21_n均连接所述整流模块M1的第一正极输出端13，每一所述PFC支路M2_n的第二正极输出端22_n均连接所述主控制器M3的电压采样端31，每一所述PFC支路M2_n的第二负极输出端23_n均通过第一采样模块M5连接所述整流模块M1的第一负极输出端14，每一所述PFC支路M2_n的第二负极输出端23_n还均连接所述主控制器M3的第一电流采样端32；所述主控制器M3的每一所述第一控制信号输出端OUT₁_m(m＝0，1，……N-1)与每一所述PFC支路M2_n的控制信号输入端I₁_n一一对应连接，所述主控制器M3的第二电流采样端33连接所述逆变模块M4的电机电流信号输出端42，所述主控制器M3的驱动信号输出端OUT₂连接所述逆变模块M4的驱动信号输入端I₂；所述逆变模块M4的直流电压输入端41与每一所述PFC支路M2_n的第二正极输出端22_n均连接，所述逆变模块M4的电机电流信号输出端42通过第二采样模块M6与每一所述PFC支路M2_n的第二负极输出端23_n均连接，所述逆变模块M4的第二控制信号输出端OUT₃连接电机M7。

在本实用新型实施例中，采用至少两条PFC支路，相比传统的变频热泵电机控制电路中的单级PFC电路，提高了功率密度。所述主控制器M3根据采样到的所述PFC模块M2的总的输出电压和输出电流，控制各条PFC支路交错导通，使得所述PFC模块M2的输入和输出电流纹波大大减小，降低了所述PFC模块M2的电磁干扰，从而提高了所述变频热泵电机控制电路10的稳定性能；同时，由于采用至少两条PFC支路相互并联对输入电流进行分流，因此，每一PFC电感的磁通量需求减少，可实现PFC电感的高频化和小型化，从而节省安装空间，实现PFC电感的紧凑安装，在一定程度上降低所述PFC模块M2的电磁干扰。

优选的，所述整流模块M1、PFC模块M2、主控制器M3、逆变模块M4、第一采样模块M5、第二采样模块M6及电机M7均设置于整机外壳内。

在本优选方案中，将变频热泵电机控制系统一体化，降低整机安装成本。

以下以N＝2的一个实施例来描述变频热泵电机控制电路的工作原理：

所述整流模块M1包括由四个相互并联的二级管组成的全桥整流器B₁，所述全桥整流器B₁将交流电压AC提供的交流电进行整流处理后，向所述PFC模块M2输出直流电压；

所述PFC模块M2包括第一PFC支路M2_0和第二PFC支路M2_1，所述第一PFC支路M2_0包括第一电感L₁、第一二极管VD₁和第一开关管Q₁，所述第一电感L₁的一端为所述第一PFC支路M2_0的电流输入端21_0，所述第一电感L₁的另一端连接所述第一二极管VD₁的阳极及所述第一开关管Q₁的输出端；所述第一二极管VD₁的阴极为所述第一PFC支路M2_0的第二正极输出端22_0；所述第一开关管Q₁的公共端为所述第一PFC支路M2_0的第二负极输出端23_0，所述第一开关管Q₁的控制端为所述第一PFC支路M2_0的驱动信号输入端I₁_0；所述第二PFC支路M2_1包括第二电感L₂、第二二极管VD₂和第二开关管Q₂，其连接关系同所述第一PFC支路M2_0的一致，在此不做赘述。

需要说明的是，每一PFC支路的电流输入端均连接所述PFC模块M2的输入端21，每一PFC支路的第二正极输出端均连接所述PFC模块M2的正电压输出端22，每一PFC支路的第二负极输出端均连接所述PFC模块M2的负电压输出端23。

在具体实施当中，所述开关管Q₁和Q₂可以是三极管、场效应管、IGBT、晶闸管等三端控制器件或其派生器件。其中，所述开关管Q₁和Q₂的控制端、公共端及输出端，可以分别对应于三极管的基极、发射极、集电极，场效应管的栅极、源极、漏极、IGBT的栅极、发射极、集电极，单向晶闸管的栅极、阴极、阳极，双向晶闸管的栅极、端口1、端口2。

具体的，所述PFC模块M2还包括第一电容C₁；

所述第一电容C₁的正极为所述PFC模块M2的正电压输出端22，所述第一电容C₁的负极为所述PFC模块M2的负电压输出端23。

当Q₁导通时，L₁、Q₁形成回路，所述全桥整流器B₁输出的直流电压给L₁充电，VD₁钳位，C₁给后续电路供电；当Q₁断开时，L₁、VD₁、C₁形成回路，所述直流电压、L₁给C₁充电，电压上升，同时给后续电路供电。与此同时，Q₂和Q₁的驱动脉冲的相位相差180度，它们在一个周期内轮流导通，因此，所述第一PFC支路的第一相电流纹波i_L1与所述第二PFC支路的第二相电流纹波i_L2的相位相反，当它们在所述PFC模块M2的输入端或输出端累加时，两者互相抵消，大大减少了所述PFC模块M2的输入和输出电流纹波，降低了PFC电路的电磁干扰，从而改善了所述变频热泵电机控制电路的稳定性能；同时，电流纹波的减少，对所述第一电容C₁的容量要求降低，因而，可选用较低容量的滤波电容以减少成本和空间，这些可根据实际情况进行设置，本实用新型不做限制。

优选的，由于采用两条PFC支路相互并联对输入电流进行分流，因此，每一PFC电感的磁通量需求减少，各PFC支路的电感可以采用磁通量较小的高频磁环电感代替传统的体积大、笨重的硅钢片电感，从而节省安装空间，实现PFC电感的紧凑安装，在一定程度上降低PFC模块M2的电磁干扰。

优选的，所述第一采样模块M5包括第一电阻R₁；则所述PFC模块M2的负电压输出端23通过所述第一电阻R₁连接所述整流模块M1的第一负极输出端14。

可以理解的是，所述第一电阻R₁为电流检测电阻，通常阻值较小，便于所述主控制器M3对所述PFC模块M2的总的输出电流进行采样。

优选的，所述第二采样模块M6包括第二电阻R₂；则所述逆变模块M4的电机电流信号输出端42通过所述第二电阻R₂连接所述PFC模块M2的负电压输出端23。

可以理解的是，所述第一电阻R₂也为电流检测电阻，通常阻值较小，便于所述主控制器M3对电机电流进行采样。

所述主控制器M3对所述PFC模块M2的总的输出电压和输出电流进行采样，并根据所述输出电压和输出电流分别控制两路所述PFC支路的控制信号的占空比，从而控制电网输入电流的相位与电网电压的相位同步，达到功率校正的目的；同时，所述主控制器M3还对电机电流进行采样，并根据所述电机电流及所述输出电压，输出驱动信号给所述逆变模块M4，以使所述逆变模块M4控制所述风机M7的运转。

所述逆变模块M4的直流电压输入端41连接所述PFC模块M2的正电压输出端22，所述逆变模块M4的电机电流信号输出端42连接所述PFC模块M2的负电压输出端23，所述逆变模块M4的第二控制信号输出端OUT₃连接电机M7，用于对所述电机M7进行供电，还可以控制所述电机M7的运转。

优选的，所述逆变模块M4为三相全桥式逆变模块，所述电机M7为三相电机；所述三相全桥式逆变模块M4的驱动信号输入端I₂具有6路(I₂_0，I₂_1，……I₂_5)，则所述主控制器M3的驱动信号输出端OUT₂具有对应的6路(OUT₂_0，OUT₂_1，……OUT₂_5)。

本实用新型提供的变频热泵电机控制电路，具有如下有益效果：采用至少两条PFC支路，相比传统的变频热泵电机控制电路中的单级PFC电路，提高了功率密度。所述主控制器根据采样到的所述PFC模块的总的输出电压和输出电流，控制各条PFC支路交错导通，使得PFC模块的输入和输出电流纹波大大减小，降低了PFC模块的电磁干扰，从而提高了所述变频热泵电机控制电路的稳定性能；同时，由于采用至少两条PFC支路相互并联对输入电流进行分流，因此，每一PFC电感的磁通量需求减少，可实现PFC电感的高频化和小型化，从而节省安装空间，实现PFC电感的紧凑安装，在一定程度上降低PFC模块的电磁干扰。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本实用新型的限制。本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。