一种变频驱动电路、变频器及用电设备的制作方法

1.本发明涉及变频驱动技术领域，具体涉及一种变频驱动电路、变频器及用电设备。


背景技术：

2.变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部igbt的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的。
3.小功率用电设备(16a以下)在使用谐振方案进行变频驱动器设计时，可以满足标准的基本需求，但功率电流超过一定等级(16a)后，随着电抗器分压越来越大，导致逆变器可用电压变小，逆变器运行不稳定。在使用无电解电容技术的驱动器中尤为明显，母线电压过低甚至会导致逆变器损坏。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变频驱动电路、变频器及用电设备，以解决现有技术中母线电压过低导致逆变器运行不稳定，甚至损坏的问题。
5.根据本发明实施例的第一方面，提供一种变频驱动电路，包括：交流信号输入端、逆变器，其特征在于，还包括：
6.检测单元，用于检测负载的工作电流；
7.非储能电容式电压调节电路，设置在所述交流信号输入端与逆变器之间；
8.控制单元，用于根据所述工作电流的大小，控制所述非储能电容式电压调节电路的工作状态，以使母线电压保持在所述逆变器的正常工作范围内。
9.优选地，所述变频驱动电路，还包括：整流桥；
10.所述非储能电容式电压调节电路，包括：
11.第一电压调节电路，设置在所述交流信号输入端与整流桥之间；
12.第二电压调节电路，设置在所述整流桥与逆变器之间；
13.所述控制单元，具体用于在所述工作电流小于等于额定最大工作电流时，控制第一电压调节电路导通，在所述工作电流大于额定最大工作电流时，控制第二电压调节电路导通，以使母线电压保持在所述逆变器的正常工作范围内。
14.优选地，所述交流信号输入端包括：第一相输入端、第二相输入端和第三相输入端；
15.所述第一电压调节电路，包括：
16.第一电抗器，设置在第一相输入端与整流桥相连的线路上；
17.第二电抗器，设置在第二相输入端与整流桥相连的线路上；
18.第三电抗器，设置在第三相输入端与整流桥相连的线路上；
19.串联的第一电控开关和第一非储能电容，跨接在第一相输入端与第二相输入端之间，所述第一电控开关与所述控制单元相连；
20.串联的第二电控开关和第二非储能电容，跨接在第二相输入端与第三相输入端之间，所述第二电控开关与所述控制单元相连；
21.串联的第三电控开关和第三非储能电容，跨接在第一相输入端与第三相输入端之间，所述第三电控开关与所述控制单元相连。
22.优选地，所述第二电压调节电路，包括：
23.串联的第四电控开关和第五电控开关，串联后的电路跨接在正母线和负母线之间；其中，第四电控开关的控制端与所述控制单元相连，第五电控开关的控制端与一pwm电路相连；
24.第四非储能电容，跨接在正母线和负母线之间；
25.二极管，设置在正母线上，用于隔离所述第五电控开关与所述第四非储能电容。
26.优选地，所述第一电控开关、第二电控开关、第三电控开关、第四电控开关中的一个或多个为继电器；所述第五电控开关为三极管，所述三极管的基极与所述pwm电路相连。
27.优选地，所述第一非储能电容、第二非储能电容、第三非储能电容为x电容；所述第四非储能电容为薄膜电容。
28.优选地，所述控制单元为以下项中的一项或多项的组合，包括：
29.单片机、dsp处理器、plc控制器、arm处理器、fpga控制器。
30.根据本发明实施例的第二方面，提供一种变频器，包括：
31.上述的变频驱动电路。
32.根据本发明实施例的第三方面，提供一种用电设备，包括：
33.上述的变频器。
34.所述用电设备至少包括：空调机组、新风机组、变频冰箱、变频洗衣机。
35.本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
36.通过在交流信号输入端与逆变器之间设置非储能电容式电压调节电路，使得控制单元通过控制所述非储能电容式电压调节电路的工作状态，使得母线电压保持在所述逆变器的正常工作范围内，解决了现有技术中母线电压过低导致逆变器运行不稳定，甚至损坏的问题，增强了逆变器输入侧电流的连续性，提高了逆变器的稳定性和可靠性。
37.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
38.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
39.图1是根据一示例性实施例示出的一种变频驱动电路的示意框图；
40.图2是根据一示例性实施例示出的一种变频驱动电路的电路原理图；
41.图3是根据一示例性实施例示出的现有技术中变频驱动电路的电路原理图。
具体实施方式
42.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
43.实施例一
44.图1是根据一示例性实施例示出的一种变频驱动电路的示意框图，如图1所示，该变频驱动电路，包括：交流信号输入端1、逆变器3，还包括：
45.检测单元4，用于检测负载的工作电流；
46.非储能电容式电压调节电路5，设置在所述交流信号输入端1与逆变器3之间；
47.控制单元6，用于根据所述工作电流的大小，控制所述非储能电容式电压调节电路5的工作状态，以使母线电压保持在所述逆变器3的正常工作范围内。
48.需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于带有变频驱动电路的用电设备中。所述用电设备包括但不限于：空调机组、新风机组、变频冰箱、变频洗衣机。所述负载包括但不限于：电机、压缩机。
49.所述检测单元4在具体实践中，可以为电流传感器。
50.所述控制单元6可以为以下项中的一项或多项的组合，包括：
51.单片机、dsp处理器、plc控制器、arm处理器、fpga控制器。
52.在具体实践中，所述变频驱动电路，还包括：整流桥2；
53.所述非储能电容式电压调节电路5，可以包括：
54.第一电压调节电路51，设置在所述交流信号输入端1与整流桥2之间；
55.第二电压调节电路52，设置在所述整流桥2与逆变器3之间；
56.所述控制单元6，具体用于在所述工作电流小于等于额定最大工作电流时，控制第一电压调节电路51导通，在所述工作电流大于额定最大工作电流时，控制第二电压调节电路52导通，以使母线电压保持在所述逆变器3的正常工作范围内。
57.可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过增加电压调节电路，在压缩机工作电流处于不同的区间值时，通过控制单元控制继电器的通断，最终达到在不同电流等级下皆可以使母线电压保持在逆变器的正常工作范围内，起到稳定电压作用。
58.参见图2，所述交流信号输入端1包括：第一相输入端vu、第二相输入端vv和第三相输入端vw；
59.所述第一电压调节电路51，包括：
60.第一电抗器l1，设置在第一相输入端vu与整流桥2相连的线路上；
61.第二电抗器l2，设置在第二相输入端vv与整流桥2相连的线路上；
62.第三电抗器l3，设置在第三相输入端vw与整流桥2相连的线路上；
63.串联的第一电控开关k3和第一非储能电容c3，跨接在第一相输入端vu与第二相输入端vv之间，所述第一电控开关k3与所述控制单元6相连；
64.串联的第二电控开关k1和第二非储能电容c1，跨接在第二相输入端vv与第三相输入端vw之间，所述第二电控开关k1与所述控制单元6相连；
65.串联的第三电控开关k2和第三非储能电容c2，跨接在第一相输入端vu与第三相输
入端vw之间，所述第三电控开关k2与所述控制单元6相连。
66.所述第二电压调节电路52，包括：
67.串联的第四电控开关k4和第五电控开关q1，串联后的电路跨接在正母线和负母线之间；其中，第四电控开关k4的控制端与所述控制单元6相连，第五电控开关q1的控制端与一pwm电路相连；
68.第四非储能电容c0，跨接在正母线和负母线之间；
69.二极管d0，设置在正母线上，用于隔离第五电控开关q1与第四非储能电容c0。
70.优选地，所述第一电控开关k3、第二电控开关k1、第三电控开关k2、第四电控开关k4为继电器；所述第五电控开关q1为三极管，所述三极管的基极与所述pwm电路相连。
71.优选地，所述第一非储能电容c3、第二非储能电容c1、第三非储能电容c2为x电容；所述第四非储能电容c0为薄膜电容。
72.需要说明的是，x电容的全称一般叫：x2(x1/x3/mkp)抑制电源电磁干扰用电容器。一般在电路中的作用主要是：电源跨线电路，emi滤波，消除火花电路等确保电子产品成品满足emc要求。
73.为了便于理解，现结合图2，假设负载为压缩机，压缩机的额定最大工作电流为16a，对本实施例提供的这种变频驱动电路的工作原理解释说明如下：
74.1、压缩机工作电流小于或等于16a时，通过控制单元控制继电器
75.k1\k2\k3闭合，继电器k4断开，通过电抗器l1～l3和x电容c1～c3产生的谐振，维持逆变器稳定工作。
76.以变频驱动电路重载为例，假设电流滞后电压θ角度(超前情况与滞后情况类似)，截止角β小于π/3(60度)，每1/6周期重复一次。电容c1/c2/c3在每相电流过零时刻开始充电或放电β角度，每个二级管的导通角度为π-β。在u相输入电压ωt为θ-β到θ区间内：二极管d5、d6导通，c3和c2充电，c1两端为负载电压；在ωt为θ到θ-β+π/3区间内：二极管d1、d5和d6导通。因为薄膜电容c0没有储能功能，通过上述步骤，维持逆变器稳定工作。
77.2、压缩机工作电流大于16a时，因工作电流变大，此时若按照上述1的方式进行控制，电抗器l1\l2\l3分压随之变大，导致a处电压变得非常低，压缩机运行不可靠。此时，通过控制单元发出控制信号将继电器k1\k2\k3断开，继电器k4闭合，此时l1～l3，d1～d6，q1，d0，c0构成电压提升回路。在q1处加入调制pwm波，进行有序开通关断，进行a处电压的有效调节，进而达到提升电压的目的(q1、d0和前端的三个电感l1/l2/l3构成升压电路，即boost电路，因此可以实现母线电压的提升)，也可以满足此电流等级的谐波。
78.参见图3，图3为现有技术提供的变频驱动电路的电路原理图，其中c1和c2为大容量电解电容，r1和r2为均压电阻，c3为金属化聚酯膜电容。
79.相比现有技术，本实施例提供的技术方案，通过增加电压调节电路，通过控制单元控制继电器的通断，在压缩机工作电流小于或等于16a时，将电容c1\c2\c3通路导通，引起lc谐振来提高电压及满足谐波要求；在压缩机工作电流大于16a时，将q1导通，电容c1\c2\c3通路断开，通过调整q1输入的pwm波提高电压，最终达到在不同电流等级下可以稳定电压作用及谐波要求。
80.可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过在交流信号输入端与逆变器之间设置非储能电容式电压调节电路，使得控制单元通过控制所述非储能电容式电压调节电路
的工作状态，使得母线电压保持在所述逆变器的正常工作范围内，解决了现有技术中母线电压过低导致逆变器运行不稳定，甚至损坏的问题，增强了逆变器输入侧电流的连续性，提高了逆变器的稳定性和可靠性。
81.实施例二
82.根据一示例性实施例示出的一种变频器，包括：
83.上述的变频驱动电路。
84.需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于带有变频驱动电路的用电设备中。所述用电设备包括但不限于：空调机组、新风机组、变频冰箱、变频洗衣机。
85.可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过在交流信号输入端与逆变器之间设置非储能电容式电压调节电路，使得控制单元通过控制所述非储能电容式电压调节电路的工作状态，使得母线电压保持在所述逆变器的正常工作范围内，解决了现有技术中母线电压过低导致逆变器运行不稳定，甚至损坏的问题，增强了逆变器输入侧电流的连续性，提高了逆变器的稳定性和可靠性。
86.实施例三
87.根据一示例性实施例示出的一种用电设备，包括：
88.上述的变频器。
89.所述用电设备包括但不限于：空调机组、新风机组、变频冰箱、变频洗衣机。
90.可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过在交流信号输入端与逆变器之间设置非储能电容式电压调节电路，使得控制单元通过控制所述非储能电容式电压调节电路的工作状态，使得母线电压保持在所述逆变器的正常工作范围内，解决了现有技术中母线电压过低导致逆变器运行不稳定，甚至损坏的问题，增强了逆变器输入侧电流的连续性，提高了逆变器的稳定性和可靠性。
91.可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
92.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
93.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
94.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
95.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步
骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
96.此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
97.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
98.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
99.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。