变频空调的散热控制装置和控制方法
【专利摘要】本发明属于变频空调的散热领域，尤其涉及一种变频空调压缩机驱动模块的散热控制装置和控制方法。实施例通过温度检测模块检测并反馈IPM模块内部的温度，主控芯片IC1以实时温度为依据，改变输出的PWM方波信号的占空比大小，IGBT驱动电路模块根据接收到的PWM方波信号调整IGBT的通断状态，以此改变半导体制冷片的制冷功率，从而实现对IPM模块内部温升的精确控制。进一步地，通过IGBT驱动电路模块和温度检测模块的回路来实现半导体制冷片工作电源的自动通断，降低了不必要的能耗。总体来说，本发明提供的变频空调的散热控制装置和控制方法，能实现对IPM模块内部温升的精确控制并且降低不必要的能耗，结构简单，散热效果理想。
【专利说明】变频空调的散热控制装置和控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于变频空调的散热领域，尤其涉及一种变频空调压缩机驱动模块的散热 控制装置和控制方法。
【背景技术】
[0002] 半导体制冷技术目前已经广泛地应用于各个领域。它的原理主要是基于珀尔帖的 物理效应，即：N. P型半导体通过金属导流片链接，当电流由N通过P时，电场使N中的电子 和P中的空穴反向流动，他们产生的能量来自晶格的热能，于是在导流片上吸热，而在另一 端放热，产生温差。
[0003] 而变频空调室外压缩机驱动模块在正常运行时发热较高，目前通常采用的办法是 给驱动模块增设金属散热器，然后采用风冷的方法把产生的热量带走。但是，这种被动散热 的方法最主要的弊端在于散热效果有限，要改善其散热效果，必须增大散热器、增大导热面 积；或者更改电控盒体的结构，改善热量空间的传导效果，上述两种方法处理起来都较为麻 烦。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的首先在于提供一种利用半导体制热片给变频空调散热的 控制装置，以解决现有技术中为变频空调室外压缩机的驱动模块进行散热的效果不理想、 改进困难的技术问题。
[0005] 为了实现上述目的，本发明提供的变频空调的散热控制装置，包括一冷端贴于IPM 模块上、热端贴于金属散热器上的半导体制冷片，并且，所述装置还包括主控芯片IC1、连接 所述主控芯片IC1输入端的温度检测模块、连接在所述主控芯片IC1第一输出端与所述半 导体制冷片之间的IGBT驱动电路模块以及连接在所述主控芯片IC1第二输出端与所述半 导体制冷片之间的IGBT电源控制模块，所述半导体制冷片通过所述IGBT电源控制模块连 接工作电源VCC1 ;
[0006] 具体而言，所述温度检测模块用于检测所述IPM模块内部的温度，所述主控芯片 IC1根据获取的温度大小控制所述IGBT电源控制模块的通断；当所述IGBT电源控制模块 导通后，所述主控芯片IC1再根据实时获取的温度大小，输出与该温度相对应占空比大小 的PWM方波信号给所述IGBT驱动电路模块，通过控制所述IGBT驱动电路模块的通断来改 变所述半导体制冷片的制冷功率。
[0007] 另一方面，本发明还提供一种变频空调的散热控制方法，其是基于对一冷端贴于 IPM模块上、热端贴于金属散热器上的半导体制冷片的制冷功率的控制，具体地，所述方法 包括以下步骤：
[0008] 温度检测模块检测IPM模块内部的温度；
[0009] 主控芯片IC1根据获取的温度大小控制IGBT电源控制模块的通断：当获取的温度 超过预设阈值时，控制所述IGBT电源控制模块接通半导体制冷片的工作电源VCC1 ;
[0010] 所述IGBT电源控制模块导通后，所述主控芯片IC1根据实时获取的温度大小，输 出与该温度相对应的占空比大小的PWM方波信号；
[0011] 所述IGBT驱动电路模块根据接收到的所述PWM方波信号调整IGBT的通断状态， 以此改变所述半导体制冷片的制冷功率。
[0012] 本发明提供的变频空调的散热控制装置和控制方法，通过半导体制冷片冷端的主 动散热来提升IPM模块的散热效果，并且形成一个闭环的自动控制系统，通过温度检测模 块检测并反馈IPM模块内部的温度，主控芯片IC1以实时温度为依据，改变输出的PWM方波 信号的占空比大小，IGBT驱动电路模块根据接收到的PWM方波信号调整IGBT的通断状态， 以此改变半导体制冷片的制冷功率，从而实现对IPM模块内部温升的精确控制。进一步地， 通过IGBT驱动电路模块和温度检测模块的回路来实现半导体制冷片工作电源的自动通 断，降低了不必要的能耗。总体来说，本发明提供的变频空调的散热控制装置和控制方法， 能实现对IPM模块内部温升的精确控制并且降低不必要的能耗，结构简单，散热效果理想。
【专利附图】
【附图说明】
[0013] 图1是本发明实施例提供的变频空调的散热控制装置的功能框图；
[0014] 图2是本发明实施例提供的变频空调的散热控制装置的示例结构图；
[0015] 图3是本发明实施例提供的变频空调的散热控制方法的实现流程图。
【具体实施方式】
[0016] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0017] 图1是本发明实施例提供的变频空调的散热控制装置的功能框图；为了便于说 明，仅不出了与本实施例相关的部分。
[0018] 参见图1，本实施例提供的变频空调的散热控制装置，包括一个/组半导体制冷片 100,其冷端贴于变频空调的IPM模块上、热端贴于金属散热器上，通直流电后，半导体制冷 片100的冷端吸收IPM模块产生的热量传导给热端后，再通过金属散热器散发出去。具体 地，所述变频空调的散热控制装置还包括主控芯片IC1200、温度检测模块300、IGBT电源控 制模块400和IGBT驱动电路模块500。其中，温度检测模块300连接主控芯片IC1200的输 入端，IGBT驱动电路模块500连接在主控芯片IC1200的第一输出端与半导体制冷片100之 间，IGBT电源控制模块400连接在主控芯片IC1200的第二输出端与半导体制冷片100之 间，半导体制冷片1〇〇还通过所述IGBT电源控制模块400连接工作电源VCC1。
[0019] 在变频空调开机后，压缩机运转，温度检测模块300用于检测IPM模块内部的温 度，主控芯片IC1200根据温度检测模块300获取的温度大小控制IGBT电源控制模块400的 通断；当IGBT电源控制模块400导通后，即接通工作电源VCC1，主控芯片IC1200再根据实 时获取的温度大小，输出与该温度相对应占空比大小的PWM方波信号给所述IGBT驱动电路 模块500,通过控制IGBT驱动电路模块500的通断来改变半导体制冷片100的制冷功率。
[0020] 参见图2,图2示出了优选实施例提供的散热控制装置中包含的各功能模块的示 例结构图。同样的，为了便于说明，也仅示出了与实施例相关的部分。如图所示：
[0021] 作为一优选实施例，IGBT电源控制模块400包括第一驱动器IC3、继电器RY1、电 阻R1和电阻R2 ;具体地，第一驱动器IC3的输入端通过电阻R1接主控芯片IC1200的第二 输出端0UT2,第一驱动器IC3的输出端接继电器RY1线圈的第一端，继电器RY1的第一触点 接半导体制冷片1〇〇的工作电源VCC1，继电器RY1的第二触点通过电阻R2同时接半导体制 冷片100和IGBT驱动电路模块500。
[0022] 在具体实施过程中，上述第一驱动器IC3可以选用三极管等驱动管，也可以选用 达林顿驱动器。若选用达林顿驱动器，其连接方式如下所述：达林顿驱动器的输入端通过电 阻R1接主控芯片IC1200的第二输出端0UT2,达林顿驱动器的输出端接继电器RY1线圈的 第一端，达林顿驱动器的电源输入端与继电器RY1线圈的第二端同时接第一直流电压VI， 达林顿驱动器的接地端接地。
[0023] 作为一优选实施例，IGBT驱动电路模块500包括栅极驱动器IC2、电阻R3、电阻 R4、电阻R5、电容C1和IGBT ;具体地，栅极驱动器IC2的输入端通过电阻R3接主控芯片 IC1200的第一输出端0UT1，栅极驱动器IC2的输出端通过电阻R4接IGBT的开关控制端， IGBT的高电位端同时接电阻R2和半导体制冷片100, IGBT的低电位端接地，电容C1和电 阻R5分别并接在IGBT的开关控制端与地之间。
[0024] 在具体实施过程中，上述栅极驱动器IC2优选达林顿驱动器。若选用达林顿驱动 器，达林顿驱动器的输入端通过电阻R3接主控芯片IC1200的第一输出端0UT1，达林顿驱动 器的输出端通过电阻R4接IGBT的开关控制端，达林顿驱动器的电源输入端接第二直流电 压V2,达林顿驱动器的接地端接地。
[0025] 进一步地，IGBT驱动电路模块500还包括稳压器E1和滤波电容C2 ;稳压器E1和 滤波电容C2分别并接在IGBT的高电位端与地之间。
[0026] 作为一优选实施例，在具体实现时，温度检测模块300可以为变频空调的IPM模块 内置的功能模块；也可以为其他独立的功能电路。如图2所示的优选实施例，温度检测模块 300采用独立的功能模块，包括温敏电阻Rt、电阻R6、电阻R7、电容C3和电解电容E2 ;温敏 电阻Rt设置于IPM模块上，第一端接工作电压、第二端通过电阻R6接主控芯片IC1200的 模拟数据输入口 ANI，电阻R7和电解电容E2分别并接于温敏电阻Rt的第二端与地之间，电 容C3并接在主控芯片IC1200的模拟数据输入口与地之间。
[0027] 在具体实现时，若采用如图2所示的示例电路，当变频空调开机，压缩机运转，温 度检测模块300持续检测到IPM模块内部温度超过预设阈值后，主控芯片IC1200的第二 输出端0UT2输出控制信号驱动继电器RY1吸合，接通半导体制冷片100的工作电源VCC1。 需要说明的是，VCC1为直流电压，范围从5V-24V都可，具体视IPM模块负载电流的大小而 定，负载大就选择工作电压高一些、并配大功率的半导体制冷片，负载小可以选择工作电压 低一些，配小功率制冷片。
[0028] 在继电器RY1吸合接通半导体制冷片100的工作电源VCC1的同时，主控芯片IC1 根据温度检测模块300实时获取的温度大小，通过第一输出端0UT1输出幅值一定、占空比 可调节的PWM方波信号，来驱动栅极驱动器IC2,栅极驱动器IC2再驱动IGBT通断，工作电 源VCC1经电阻R4分压和IGBT通断控制后也变成周期固定、占空比可变的PWM方波信号， 优选的再经过稳压器E1稳压、电容C2滤波后成为半导体制冷片100工作的稳定直流电压 VCC2。
[0029] 根据本实施例提供的变频空调的散热控制装置，特点就在于供半导体制冷片100 工作的稳定直流电压VCC2可调，从而实现半导体制冷片100的制冷功率可调，精确控制IPM 模块的温升。作为优选，IGBT电源控制模块400内包括一个继电器RY1，其作用主要是考虑 到压缩机停机期间或者在冬天室外环境温度很低的情况下，变频空调IPM模块内部的温升 很低，不需要半导体制冷片进行散热也能可靠地工作，故用继电器RY1断开半导体制冷片 的工作电源VCC1，起到降低不必要的能耗的作用。
[0030] 与此相对应地，本发明实施例还提供一种基于上述变频空调的散热控制装置的散 热控制方法，图3即示出了该散热控制方法的实现流程图。参见图3 :
[0031] 在步骤S10中，温度检测模块检测IPM模块内部的温度。
[0032] 在本步骤中，温度检测模块实时检测IPM模块内部的温度，并反馈给主控芯片 IC1。温度检测模块既可以是IPM模块本身内置的功能模块，也可以由独立的电子元器件来 实现。
[0033] 在步骤S20中，主控芯片IC1根据获取的温度大小控制IGBT电源控制模块的通 断：当获取的温度超过预设阈值时，控制所述IGBT电源控制模块接通半导体制冷片的工作 电源VCC1。
[0034] 在本步骤中，主控芯片IC1根据接收到的温度检测模块获取的温度大小控制IGBT 电源控制模块的通断。具体而言，当获取的温度超过预设阈值时，控制所述IGBT电源控制 模块接通半导体制冷片的工作电源VCC1。例如，当温度检测模块持续5秒检测到IPM模块 内部的温度超过55摄氏度，则主控芯片IC1输出控制信号，驱动IGBT电源控制模块导通以 接通半导体制冷片的工作电源VCC1。
[0035] 在步骤S30中，所述IGBT电源控制模块导通后，所述主控芯片IC1根据实时获取 的温度大小，输出与该温度相对应的占空比大小的PWM方波信号。
[0036] 在本步骤中，当IGBT电源控制模块导通并接通半导体制冷片的工作电源VCC1后， 主控芯片IC1再根据实时获取的温度大小，输出与该温度相对应的占空比大小的PWM方波 信号。一般而言，温度检测模块获取的IPM模块内部的温度越高，PWM方波信号的占空比就 相对越大，使得IGBT驱动电路模块的导通时间增大。
[0037] 作为一优选实施例，在具体实现时，IGBT电源控制模块导通后，主控芯片IC1根据 实时获取的温度大小，输出与该温度相对应的占空比大小的PWM方波信号的步骤具体可以 为：
[0038] SI :IGBT电源控制模块导通后，主控芯片IC1输出预设最小占空比的PWM方波信 号；
[0039] S2 :经第一预设时间后，若温度升高，则主控芯片IC1输出与该温度对应的占空比 增大的PWM方波信号；
[0040] S3 :经第二预设时间后，若温度下降，则主控芯片IC1输出与该温度对应的占空比 减小的PWM方波信号。
[0041] 在步骤S40中，所述IGBT驱动电路模块根据接收到的所述PWM方波信号调整IGBT 的通断状态，以此改变所述半导体制冷片的制冷功率。
[0042] 在本步骤中，IGBT驱动电路模块接收主控芯片IC1输出的占空比可调的PWM方波 信号，以此调整IGBT的通断状态，以改变半导体制冷片的制冷功率。一般而言，PWM方波信 号的占空比越大，IGBT驱动电路模块的导通时间就越长，半导体制冷片的制冷功率就越大， 散热效果就越明显。
[0043] 实际上，作为一优选实施例，上述变频空调的散热控制方法还可以包括以下步 骤：
[0044] 在所述IGBT电源控制模块接通半导体制冷片的工作电源VCC1之后，若温度检测 模块检测到IPM模块内部的温度降低到预设阈值以下并持续特定时间后，主控芯片IC1控 制所述IGBT电源控制模块关断所述半导体制冷片的工作电源VCC1。结合图2所示的电路 示例图可知，此处主要是通过继电器RY1来实现的：当获取的温度超过预设阈值时，控制继 电器RY1吸合以接通半导体制冷片的工作电源VCC1 ;当温度检测模块检测到IPM模块内部 的温度降低到预设阈值以下并持续特定时间后，控制继电器RY1断开以关断半导体制冷片 的工作电源VCC1，避免不必要的能耗。
[0045] 下面继续以图2所示电路为例，对该散热控制方法的实现过程进行举例说明。
[0046] 当温度检测模块获取的温度超过预设阈值55摄氏度时，主控芯片IC1控制继电器 RY1吸合以接通半导体制冷片的工作电源VCC1，主控芯片IC1的第一输出端0UT1同时输出 最小占空比（假设为10^-30%之间）的PWM方波信号，驱动栅极驱动器IC2通断，栅极驱 动器IC2再驱动IGBT通断，提供给半导体制冷片固定的VCC2最低工作电压；持续预设的10 秒钟后，若温度检测模块检测到IPM模块的内部温度高于65摄氏度，主控芯片IC1第一输 出端0UT1输出的PWM方波信号的占空比增大，例如设定区间为40% -60%之间，使得半导 体制冷片的制冷效率增大，提升散热效果；再过一预设时间，若温度检测模块检测到IPM模 块的内部温度低于60摄氏度，则相应减小主控芯片IC1第一输出端0UT1输出的PWM方波 信号的占空比（例如设定为10% -30%之间），降低半导体制冷片的制冷功率；若温度检测 模块检测到IPM模块的内部温度持续降低，低于50摄氏度并保持预设的10秒，则断开继电 器RY1，半导体制冷片因无工作电压而停止工作。之后，若温度检测模块再一次检测到IPM 模块的内部温度高于预设阈值55摄氏度时，重新吸合继电器RY1，重新开始下一次的调控。
[0047] 综上，本发明提供的变频空调的散热控制装置和控制方法，形成一个闭环的自动 控制系统，通过温度检测模块检测并反馈IPM模块内部的温度，主控芯片IC1以实时温度为 依据，改变输出的PWM方波信号的占空比大小，IGBT驱动电路模块根据接收到的PWM方波 信号调整IGBT的通断状态，以此改变半导体制冷片的制冷功率，从而实现对IPM模块内部 温升的精确控制。进一步地，通过IGBT驱动电路模块和温度检测模块的回路来实现半导体 制冷片工作电源的自动通断，降低了不必要的能耗。总体来说，本发明提供的变频空调的散 热控制装置和控制方法，能实现对IPM模块内部温升的精确控制并且降低不必要的能耗， 结构简单，散热效果理想。
[〇〇48] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实 施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实 施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的 精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种变频空调的散热控制装置，包括一冷端贴于IPM模块上、热端贴于金属散热器 上的半导体制冷片，其特征在于，所述装置还包括主控芯片IC1、连接所述主控芯片IC1输 入端的温度检测模块、连接在所述主控芯片IC1第一输出端与所述半导体制冷片之间的 IGBT驱动电路模块以及连接在所述主控芯片IC1第二输出端与所述半导体制冷片之间的 IGBT电源控制模块，所述半导体制冷片通过所述IGBT电源控制模块连接工作电源VCC1 ; 所述温度检测模块用于检测所述IPM模块内部的温度，所述主控芯片IC1根据获取的 温度大小控制所述IGBT电源控制模块的通断；当所述IGBT电源控制模块导通后，所述主控 芯片IC1再根据实时获取的温度大小，输出与该温度相对应占空比大小的PWM方波信号给 所述IGBT驱动电路模块，通过控制所述IGBT驱动电路模块的通断来改变所述半导体制冷 片的制冷功率。
2. 如权利要求1所述的变频空调的散热控制装置，其特征在于，所述IGBT电源控制模 块包括第一驱动器IC3、继电器RY1、电阻R1和电阻R2 ; 所述第一驱动器IC3的输入端通过所述电阻R1接所述主控芯片IC1第二输出端，所述 第一驱动器IC3的输出端接所述继电器RY1线圈的第一端，所述继电器RY1的第一触点接 所述半导体制冷片的工作电源VCC1，所述继电器RY1的第二触点通过所述电阻R2同时接所 述半导体制冷片和所述IGBT驱动电路模块。
3. 如权利要求2所述的变频空调的散热控制装置，其特征在于，所述第一驱动器IC3为 达林顿驱动器； 所述达林顿驱动器的输入端通过所述电阻R1接所述主控芯片IC1的第二输出端，所述 达林顿驱动器的输出端接所述继电器RY1线圈的第一端，所述达林顿驱动器的电源输入端 与所述继电器RY1线圈的第二端同时接第一直流电压，所述达林顿驱动器的接地端接地。
4. 如权利要求2所述的变频空调的散热控制装置，其特征在于，所述IGBT驱动电路模 块包括栅极驱动器IC2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1和IGBT ; 所述栅极驱动器IC2的输入端通过所述电阻R3接所述主控芯片IC1第一输出端，所述 栅极驱动器IC2的输出端通过所述电阻R4接所述IGBT的开关控制端，所述IGBT的高电位 端同时接所述电阻R2和所述半导体制冷片，所述IGBT的低电位端接地，所述电容C1和电 阻R5分别并接在所述IGBT的开关控制端与地之间。
5. 如权利要求4所述的变频空调的散热控制装置，其特征在于，所述栅极驱动器为达 林顿驱动器； 所述达林顿驱动器的输入端通过所述电阻R3接所述主控芯片IC1的第一输出端，所述 达林顿驱动器的输出端通过所述电阻R4接所述IGBT的开关控制端，所述达林顿驱动器的 电源输入端接第二直流电压，所述达林顿驱动器的接地端接地。
6. 如权利要求4所述的变频空调的散热控制装置，其特征在于，所述IGBT驱动电路模 块还包括稳压器E1和滤波电容C2 ; 所述稳压器E1和滤波电容C2分别并接在所述IGBT的高电位端与地之间。
7. 如权利要求1所述的变频空调的散热控制装置，其特征在于，所述温度检测模块为 IPM模块内置的功能模块；或者 所述温度检测模块为一独立的功能模块，包括温敏电阻Rt、电阻R6、电阻R7、电容C3和 电解电容E2 ;所述温敏电阻Rt设置于IPM模块上，第一端接工作电压、第二端通过所述电 阻R6接所述主控芯片IC1的模拟数据输入口，所述电阻R7和电解电容E2分别并接于所述 温敏电阻Rt第二端与地之间，所述电容C3并接在所述主控芯片IC1的模拟数据输入口与 地之间。
8. -种变频空调的散热控制方法，基于对一冷端贴于IPM模块上、热端贴于金属散热 器上的半导体制冷片的制冷功率的控制，其特征在于，所述方法包括以下步骤： 温度检测模块检测IPM模块内部的温度； 主控芯片IC1根据获取的温度大小控制IGBT电源控制模块的通断：当获取的温度超过 预设阈值时，控制所述IGBT电源控制模块接通半导体制冷片的工作电源VCC1 ; 所述IGBT电源控制模块导通后，所述主控芯片IC1根据实时获取的温度大小，输出与 该温度相对应的占空比大小的PWM方波信号； 所述IGBT驱动电路模块根据接收到的所述PWM方波信号调整IGBT的通断状态，以此 改变所述半导体制冷片的制冷功率。
9. 如权利要求8所述的变频空调的散热控制方法，其特征在于，所述IGBT电源控制模 块导通后，主控芯片IC1根据实时获取的温度大小，输出与该温度相对应的占空比大小的 PWM方波信号的步骤具体为： 所述IGBT电源控制模块导通后，主控芯片IC1输出预设最小占空比的PWM方波信号； 经第一预设时间后，若温度升高，则主控芯片IC1输出与该温度对应的占空比增大的 PWM方波信号； 经第二预设时间后，若温度下降，则主控芯片IC1输出与该温度对应的占空比减小的 PWM方波信号。
10. 如权利要求8或9所述的变频空调的散热控制方法，其特征在于，所述方法还包括 以下步骤： 在所述IGBT电源控制模块接通半导体制冷片的工作电源VCC1之后，当温度检测模块 检测到IPM模块内部的温度降低到所述预设阈值以下并持续特定时间后，主控芯片IC1控 制所述IGBT电源控制模块关断所述半导体制冷片的工作电源VCC1。
【文档编号】F24F11/00GK104061654SQ201410267558
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】杜占军 申请人:邯郸美的制冷设备有限公司, 美的集团武汉制冷设备有限公司