专利名称：太阳能空调器的控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一项太阳能在空调领域的应用技术，特别是一种太阳能空调器的 控制装置。
背景技术：
已有的太阳能技术基本都是基于照明、大型发电工程；针对空调的电源的应用也 都是把太阳能逆变成交流电后在二次转换成直流电，由于多了一次逆变，效率较低；同时需 要与市电同步，电路复杂；单独组网的在没有太阳时使用效果欠佳。中国专利文献号CN2665593Y于2004年12月2日公开一种太阳能和交流市电双电 源空调系统，它包括空调系统本体及电源。本体包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器、管 线、机壳以及电气控制电路。电源包括太阳能电池板及其控制器，逆变升压变压器，与控制 器、逆变升压变压器、蓄电池组连接的控制板，与交流市电电源和逆变升压变压器的输出连 接的转换开关。转换开关的输出与本体连接。太阳能电池板及其控制器可以有多个并联。 逆变升压变压器包括逆变模块和升压模块。其结构复杂、成本偏高，能源损耗严重，不便于 推广应用。
实用新型内容本实用新型的目的旨在提供一种结构简单合理、在现有的空调器的基础上加入太 阳能的利用环节，使太阳能能为普通的家用或其他用途的空调器提供清洁能源，而且成本 低、效率高、便于推广应用的太阳能空调器的控制装置，以克服现有技术中的不足之处。按此目的设计的一种太阳能空调器的控制装置，包括由空调器室内控制装置、空 调器室外控制装置、室外电源电路和室内外通讯回路组成，空调器室内控制装置及室外控 制装置包含空调控制功能单元，其结构特征是空调器控制装置还包括公用的储能电容Cl 及太阳能DC-DC升压隔离变换装置、太阳能电池；室外电源电路包括依次与市点电网连接 的电源开关、EMC电路、室外直流高压电源；室外直流高压电源的输出、太阳能DC-DC升压隔 离变换装置的输出、室内控制装置的高压直流电源输入和室外控制装置的高压直流电源输 入均直接与储能电容Cl并联；空调器室内控制装置不与市电电网连接，没有整流电路，其 高压电源取自室外储能电容Cl ；空调器室外控制装置的高压电源也直接取自室外储能电 容Cl ；室外太阳能电池与太阳能DC-DC升压隔离变换装置顺序连接，太阳能DC-DC升压隔 离变换装置与空调器室外控制装置之间由一个通讯回路连接。由于一般的家用空调器的电 源都由室内机提供，室内机有交流市电电源，有把交流电变换为直流电的整流电路；由于太 阳能电池一般都安装在室外，DC-DC变换单元放置在室外是顺理成章的事情，故本实用新型 在方案上就把室内的电源由室外提供且提供的是直流高压电源。所述太阳能电池与太阳能DC-DC升压隔离变换装置之间还连接有一个线路开关， 用以实现人工手动控制太阳能的接入，方便使用。所述太阳能DC-DC升压隔离变换装置由通讯接口单元、高压电源高压隔离取样单元、多相移相式隔离DC-DC变换装置、电流检测单元、电压检测单元和太阳能变换控制主控 MCU (以下简称主控MCU)组成；电压检测单元实时检测太阳电池的电压，输出与主控MCU相 连，给主控MCU提供太阳能电池的电压信息，供主控MCU进行DC-DC变换用，该参数是DC-DC 变换的主要参数之一参与变换运算；电流检测单元串联于太阳能电池与多相移相式隔离 DC-DC变换装置之间，并与主控MCU相连，用以检测变换装置的各相的总电流，也可以使用 检测各相的分电流的方案，其控制方法是一样的，只是对分电流控制时对各相的控制会更 精准，使用总电流进行控制时，由于在方案设计时各路的电流通过能力是根据需要预先设 定好的，他们与总电流是成固定比例关系的，检测到总电流可以算出各路的分电流，检测到 分电流汇总后就得到总电流；高压电源电压隔离取样单元检测室外直流高压电源的电压， 输出与主控MCU相连，通讯接口单元与空调器室外控制装置的通讯回路相连，并与主控MCU 连接，用以进行与空调器室外控制装置进行通讯，多相移相式隔离DC-DC变换装置与主控 MCU相连。所述电流检测单元串联于太阳能电池与多相移相式隔离DC-DC变换装置之间，并 与太阳能变换控制主控MCU相连，还可以检测变换装置的各相的分电流。所述多相移相式隔离DC-DC变换装置由1 8路隔离DC-DC基本变换装置并联构 成；每路隔离DC-DC基本变换装置均由太阳能变换控制主控MCU控制，其输出直接并联。多 相移相式隔离DC-DC变换装置最多为8路是受MCU的资源限制而来，实际理论上可以到无 限多路，而路数太多也没有实际的使用价值。所述隔离DC-DC基本变换装置由PWM驱动单元、一个回扫式隔离升压变换单元和 过电流保护检测告警单元顺序连接组成，PWM驱动单元的输入和过电流保护检测告警单元 的输出分别与太阳能变换控制主控MCU连接。隔离DC-DC基本变换装置受太阳能变换控制 主控MCU产生的PWM信号控制。回扫式隔离变换单元使用的是公知技术回扫式开关电源 技术，利用一个开关管控制开关变压器的初级，初级电感记为Lc，当开关管开通时，使得开 关变压器的初级与初级侧的电源Vcc并联，实现短路充电，充电时间记为Tc，Tc时间过后关 断开关管，这时初级电感中流过的电流为Ic，则变压器中储存的能量为Lc女Ic2/2，初级 开关管关断后变压器向次级输出能量，在保证变压器磁芯不饱和的前提下，理论上次级的 电压几乎可以达到任意值，考虑到实际的寄生参数、器件的极限条件、实际使用的电路环境 等等，输出电压是可以设定到一个比较宽的范围，并能通过调整充电时间Tc值及初级电感 L值进行调整，次级电感与初级电感关联并因耦合度的差异可以近似的认为其调整幅度与 L相同。所述太阳能变换控制主控MCU包含一个通讯单元、太阳能最大输出功率MPPT算法 单元、峰值电流算法单元、多相移相算法单元、定时器多路定时单元、输出电压控制单元、软 启动控制单元和异常保护控制单元；通讯单元与太阳能DC-DC升压隔离变换装置的通讯接 口单元连接。所述多相移相式隔离DC-DC变换装置(以下简称变换装置)的输出包含有单向导 电的二极管器件，使得在变换装置不工作时在输出位置并联的高压不会损害变换装置；室 外直流高压电源中也包含有单向导电的二极管器件，使得当市电断电时变换装置产生的高 压电不会损坏室外直流高压电源及其前级电路器件。一种太阳能空调器的控制装置的控制方法，其特征是当通过通讯单元与空调器室外控制装置进行信息交换，接到需要太阳能逆变器供电的命令，太阳能变换控制主控MCU 首先通过高压电源电压隔离取样单元对室外直流高压电源进行电压取样，检测具体电压 值，记为Vdc，若电压Vdc低于200V以下，进行软启动控制，软启动控制的具体控制方法为 以较低的占空比输出PWM信号，使得多相移相式隔离DC-DC变换装置的输出电压能与之匹 配，同时减低初次开通时的冲击电流，然后再逐次增加占空比，直到输出的电压符合空调器 室外控制装置的命令值；若市电已经接通则不启用软启动功能，判断的标准是检测到室外直流高压电源 的电压Vdc大于等于200V，此时由输出控制单元进行控制，具体方法为以Δ V为增量， Vdc+ Δ V为目标进行输出电压控制，最大不超过控制目标限值Vdcmax ；按此控制算法算出 的占空比记为Si;电压检测单元输入的太阳电池的电压值，记为Vt，回扫式隔离升压变换单元中所 含的回扫式隔离变压器的初级电感量记为L，设定PWM脉宽调整波形的载波为Fe，由δ 1计 算出导通时间记为Τ，峰值电流算法单元根据公式I = Vt * T/L，求出可以达到的最大电 流，记为Il ；最大导通时间T受下式限制T = L * I/Vt，式中的I为所有回扫式隔离升压 变换单元允许的最大工作电流的和；太阳能最大输出功率MPPT算法单元，具体控制方法为设定上次检测到的太阳电 池的电压为Vtl，今次检测到的电压为Vt2，两者差值记为X，X = Vtl-Vt2 ；上次检测到的电 流记为Itl，今次检测到的电流记为It2，，两者差值记为Y，Y = Itl-It2，电流的变化通过 改变PWM信号的占空比来实现；令R = X/Y，Rl = Vt2/It2，预设允许的最大误差为ARmax，ARmax为正数，AR = R+R1，若AR的绝对值I AR|彡ARmax，则判断为此时太阳能电池输出的功率最大；更 进一步假设二个预设允许的最大误差值Δ Rmaxl、ARmax2, ARmaxl > ARmax2;通过调 节PWM信号的占空比来寻找最大功率输出点，首先调节的幅度大一些，按照ARmaxl进行判 断、调整，当满足I ARl ^ ARmaxl时进入细调阶段，此时以Δ RmaX2为调节目标，通过变 换PWM信号的占空比，使得最终实现I ARl ( Δ RmaX2，实现太阳能电池的最大能力输出，记 此时的电流值It2为12 ；根据Il与12的大小，若Il大于等于12，则控制按照12的最大输 出功率方式工作，若Il小于12，则按照Il的控制方式控制；定时器多路定时单元按照与隔离DC-DC基本变换装置的数量进行一对一的PWM定 时控制，用以调节各个变换装置的PWM占空比，同时多相移相算法单元进行导通的相位控 制，使得各个隔离DC-DC基本变换装置在PWM信号载波相同的情况下开通的初始边沿时间 各不相同且在一个PWM周期的时间间隔内均勻分布，实现多相移相控制。移相控制有两种 控制方法当前的开通相关断以后，下一相才开通，所有相开通后进入下一个PWM周期，该 种控制方法的占空比相对会比较小；当前相开通期间下一相就开始开通，PWM周期的起始 点并不同步，这种控制方法的占空比相对会比较大。所述太阳能变换控制主控MCU中还包含一个异常保护控制单元，当检测到太阳能 电池的电压低于某一预定值VOl时，太阳能变换控制主控MCU关断所有隔离DC-DC变换装 置的输出，高于VOl加一个回差余量时恢复输出；当其中的某一个隔离DC-DC变换装置出现 过流告警时，太阳能变换控制主控MCU就关断该相输出，仅使用剩余的相继续工作；超过约 定时间后自动恢复，若连续告警达到预订的次数N次后就永久关断该相输出；当检测到输出电压Vdc达到或高于告警阀值时关断所有相的输出，同时告警。当市电停电或人为断开时，在用户的操作命令下，太阳光足够使得DC-DC变换器 能够工作时，可以独立启动太阳能供电，输出的直流高压为预定值VdcO，若负载太重时，电 压跟随下降，同时室外控制装置2降低运行负载直至室外停止运行仅保留室内控制与风机 运行当输出的直流高压的电压低于200V时停止太阳能DC-DC变换器的工作。当太阳能变换控制主控MCU判断电量的需求较小时，关断其中工作的某一相或多 相隔离DC-DC基本变换装置，以降低损耗提高效率。本实用新型利用取之不尽的绿色能源太阳能来驱动空调器的运行，太阳能经 DC-DC变换后与市电经过整流的直流电直接并联，为空调器提供电源。空调器的室内控制装 置采用直流电源，当中没有整流电路，其直流电源直接取自室外的公共储能电容Cl，避免了 太阳能的二次逆变，同时可以实现在控制器内的市电转直流电后与太阳能电经隔离升压后 的并联，并能实现可控的太阳能的最大化利用，同时在太阳能不足时利用市电补充，不降低 空调器的空气调节效果。太阳能空调器的控制装置，由公知技术的空调器室内控制装置和 室外控制装置组成，在此基础上，室内控制装置从室外取电，取电电源为直流高压电源，室 内控制装置无交流市电的整流电路；室外控制装置还包括一个与室外直流高压电源并联的 太阳能DC-DC升压隔离变换装置及一个太阳能电池组，用以利用太阳能给室外直流高压电 源供电。此外，在室外控制装置与室外直流高压电源之间加入了一个开关，用以控制室外控 制装置的电源，室外控制装置与太阳能DC-DC升压隔离变换装置之间还有一个通讯支路， 用以进行信息交换。该装置可以实现太阳能DC-DC升压隔离变换装置与市电整流后或整流 并经过功率因数校正后的室外直流高压电源之间的安全可靠并联，电压的高低在空调器的 标称使用范围内并无限制。该控制装置的控制方法实现了对太阳能电池的最佳输出能力的 跟进算法控制及多种保护功能、输出电压跟踪功能，室外控制装置的电源控制功能。
图1为本实用新型一实施例原理框图。图2为太阳能DC-DC升压隔离变换装置连接原理框图。图3为太阳能变换控制主控MCU原理框图。图4为一移相控制方法的移相时序图。图5为另一移相控制方法的移相时序图。图6为一种回扫式升压变换电路图。图7为另一种回扫式升压变换电路图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。参见图1-图3，本太阳能空调器的控制装置，包括由空调器室内控制装置1、空调 器室外控制装置2、室外电源电路和室内外通讯回路组成，空调器室内控制装置及室外控制 装置包含空调控制功能单元，空调器控制装置还包括公用的储能电容Cl及太阳能DC-DC 升压隔离变换装置4、太阳能电池7 ；室外电源电路包括依次与市点电网连接的电源开关、 EMC电路、室外直流高压电源3;室外直流高压电源的输出、太阳能DC-DC升压隔离变换装置的输出、室内控制装置的高压直流电源输入和室外控制装置的高压直流电源输入均直接 与储能电容Cl并联；室外太阳能电池与太阳能DC-DC升压隔离变换装置顺序连接，太阳能 DC-DC升压隔离变换装置与空调器室外控制装置之间由通讯回路连接。空调器的全套控制器借用了普通的全直流变频空调控制器的原理，如附图1所 示，空调器室内控制装置1包括了室内的主控MCU、给低压控制部分供电的开关电源、高压 直流电源上的EMC电路单元、显示单元、直流风机、与室外的通讯单元、温度传感器、其他的 功能单元等等，但没有市电接口及市电交流电源的整流电路，直流电源直接取自室外的公 共储能电容Cl。空调器室外控制装置2包括室外的主控MCU、室外开关电源、与室内通讯 及与太阳能DC-DC隔离变换装置4通讯的通讯单元、室外的直流风机、显示单元、室外温度 传感器、变频控制与驱动单元、变频压缩机、其他功能单元等组成；其电源为直流电源，直接 取自公共储能电容Cl ；在室外还有一个室外电源部分，具体包含与市电连接的电源开关、 EMC电路、室外直流高压电源3 ；室外直流高压电源3包括公知的整流电路、功率因数校正 PFC控制与驱动电路；其输出接公共储能电容Cl。太阳能电池7与太阳能DC-DC升压隔离变换装置4之间还连接有线路开关8。太 阳电池电压24V，太阳能DC-DC升压隔离变换装置4与空调器室外控制装置2之间有一个通 讯回路连接，该通讯回路用来进行太阳能DC-DC升压隔离变换装置4与室外控制装置2之 间的信息交流，使用半双工的工作方式；太阳能DC-DC升压隔离变换装置4的输出与室外直 流高压电源3的输出直接并联，并连接到功能储能电容Cl上。太阳能DC-DC升压隔离变换装置4由通讯接口单元41、高压电源高压隔离取样单 元42、多相移相式隔离DC-DC变换装置43、电流检测单元44、电压检测单元45和太阳能变 换控制主控MCU46组成；高压电源电压隔离取样单元的输出与太阳能变换控制主控MCU相 连；通讯接口单元与室外控制装置2的通讯回路相连，并与太阳能变换控制主控MCU连接； 多相移相式隔离DC-DC变换装置与太阳能变换控制主控MCU相连。电流检测单元44串联于太阳能电池7与多相移相式隔离DC-DC变换装置43之间， 并与太阳能变换控制主控MCU46相连。太阳能变换控制主控MCU46包含通讯单元51、太阳 能最大输出功率MPPT算法单元52、峰值电流算法单元53、多相移相算法单元54、定时器多 路定时单元55、输出电压控制单元56、软启动控制单元57和异常保护控制单元58 ；通讯单 元与太阳能DC-DC升压隔离变换装置4的通讯接口单元41连接，见图2。多相移相式隔离DC-DC变换装置43由1 8路隔离DC-DC基本变换装置并联构 成；每路隔离DC-DC基本变换装置均由太阳能变换控制主控MCU46控制，其输出直接并联。 隔离DC-DC基本变换装置由PWM驱动单元71、回扫式隔离升压变换单元72和过电流保护检 测告警单元73顺序连接组成，PWM驱动单元的输入和过电流保护检测告警单元的输出分别 与太阳能变换控制主控MCU46连接，见图3。上述多相移相式隔离DC-DC变换装置43的输出包含有单向导电的二极管器件；室 外直流高压电源3中也包含有单向导电的二极管器件。具体见附图7，附图6示出了另一种 电路结构；实施电路中实际还包含PFC部分的电路。定时器多路定时单元按照与隔离DC-DC基本变换装置的数量进行一对一的PWM定 时控制，用以调节各个变换装置的PWM占空比，同时多相移相算法单元进行导通的相位控 制，使得各个隔离DC-DC基本变换装置在PWM信号载波相同的情况下开通的初始边沿时间各不相同且在一个PWM周期的时间间隔内均勻分布，实现多相移相控制。移相控制有两种 控制方法图4所示的方法是当前的开通相关断以后，下一相才开通，所有相开通后进入下 一个PWM周期，该种控制方法的占空比相对会比较小；图5所示的方法是在当前相开通期间 下一相就开始开通，PWM周期的起始点并不同步，这种控制方法的占空比相对会比较大。 所有本专业人士把本实用新型经过电路结构变换或形式上的变换，没有实质上的 创新都属于本实用新型的保护范围。
权利要求一种太阳能空调器的控制装置，包括空调器室内控制装置(1)、空调器室外控制装置(2)、室外电源电路和室内外通讯回路，空调器室内控制装置及室外控制装置包含空调控制功能单元，其特征是空调器控制装置还包括公用的储能电容C1及太阳能DC DC升压隔离变换装置(4)、太阳能电池(7)；室外电源电路包括依次与市点电网连接的电源开关、EMC电路、室外直流高压电源(3)；室外直流高压电源的输出、太阳能DC DC升压隔离变换装置的输出、室内控制装置的高压直流电源输入和室外控制装置的高压直流电源输入均直接与储能电容C1并联；室外太阳能电池与太阳能DC DC升压隔离变换装置顺序连接，太阳能DC DC升压隔离变换装置与空调器室外控制装置之间由通讯回路连接。
2.根据权利要求1所述太阳能空调器的控制装置，其特征是所述太阳能电池(7)与太 阳能DC-DC升压隔离变换装置(4)之间还连接有线路开关(8)。
3.根据权利要求2所述太阳能空调器的控制装置，其特征是所述太阳能DC-DC升压 隔离变换装置(4)由通讯接口单元(41)、高压电源高压隔离取样单元(42)、多相移相式隔 离DC-DC变换装置(43)、电流检测单元(44)、电压检测单元(45)和太阳能变换控制主控 MCU(46)组成；高压电源电压隔离取样单元的输出与太阳能变换控制主控MCU相连；通讯接 口单元与室外控制装置(2)的通讯回路相连，并与太阳能变换控制主控MCU连接；多相移相 式隔离DC-DC变换装置与太阳能变换控制主控MCU相连。
4.根据权利要求3所述太阳能空调器的控制装置，其特征是所述电流检测单元(44)串 联于太阳能电池(7)与多相移相式隔离DC-DC变换装置(43)之间，并与太阳能变换控制主 控MCU (46)相连。
5.根据权利要求4所述太阳能空调器的控制装置，其特征是所述多相移相式隔离 DC-DC变换装置(43)由1 8路隔离DC-DC基本变换装置并联构成；每路隔离DC-DC基本 变换装置均由太阳能变换控制主控MCU (46)控制，其输出直接并联。
6.根据权利要求5所述太阳能空调器的控制装置，其特征是所述隔离DC-DC基本变 换装置由PWM驱动单元(71)、回扫式隔离升压变换单元(72)和过电流保护检测告警单元 (73)顺序连接组成，PWM驱动单元的输入和过电流保护检测告警单元的输出分别与太阳能 变换控制主控MCU (46)连接。
7.根据权利要求6所述太阳能空调器的控制装置，其特征是所述太阳能变换控制主控 MCU (46)包含通讯单元(51)、太阳能最大输出功率MPPT算法单元(52)、峰值电流算法单元 (53)、多相移相算法单元(54)、定时器多路定时单元(55)、输出电压控制单元(56)、软启动 控制单元(57)和异常保护控制单元(58)；通讯单元与太阳能DC-DC升压隔离变换装置(4) 的通讯接口单元(41)连接。
8.根据权利要求3所述太阳能空调器的控制装置，其特征是所述多相移相式隔离 DC-DC变换装置(43)的输出包含有单向导电的二极管器件。
9.根据权利要求1所述太阳能空调器的控制装置，其特征是所述室外直流高压电源 (3)中包含有单向导电的二极管器件。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能空调器的控制装置，太阳能空调器的控制装置包括空调器室内控制装置、空调器室外控制装置、室外电源电路和室内外通讯回路，空调器室内控制装置及室外控制装置包含空调控制功能单元，其空调器控制装置还包括公用的储能电容C1及太阳能DC-DC升压隔离变换装置、太阳能电池；室外电源电路包括依次与市点电网连接的电源开关、EMC电路、室外直流高压电源；室外直流高压电源、太阳能DC-DC升压隔离变换装置的输出和室内外控制装置的高压直流电源输入均直接与储能电容并联；太阳能电池与太阳能DC-DC升压隔离变换装置连接，太阳能DC-DC升压隔离变换装置与空调器室外控制装置之间由通讯回路连接。
文档编号F24F11/02GK201715661SQ20102014788
公开日2011年1月19日 申请日期2010年3月4日 优先权日2010年3月4日
发明者王斌 申请人:广东美的电器股份有限公司