太阳能空调器控制装置、太阳能空调器及控制方法与流程

本发明涉及太阳能空调控制领域，尤其涉及一种太阳能空调器控制装置、太阳能空调器及控制方法。

背景技术：

目前，太阳能空调器控制装置的方案一般是利用太阳能电池输出电源通过buck(降压式变换)或boost(升压转换)dc-dc(直流-直流)变换电路转换高压直流电，然后在通过dc-ac(直流-交流)逆变电路变换成交流电给空调器使用，由于dc-dc变换和dc-ac逆变都存在电能损耗，而且由于需要dc-ac逆变电路，因此存在电能转换效率低，成本高的缺点。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种太阳能空调器控制装置、太阳能空调器及控制方法，目的在于解决太阳能空调器控制装置方案存在电能转换效率低，成本高的问题。

为实现上述目的，本发明提供的一种太阳能空调器控制装置，所述太阳能空调器控制装置包括交流输入端、整流模块、pfc模块、滤波模块、压缩机驱动模块、mcu、电压采样模块、电流采样模块和太阳能电池；

所述整流模块用于对所述交流输入端输入的交流电源的交流输入电压进行整流后输出脉动直流电压，所述脉动直流电压经过所述pfc模块和滤波模块输出直流母线电压，所述直流母线电压输出至压缩机驱动模块为所述压缩机驱动模块提供电源；

所述pfc模块对所述脉动直流电压进行功率因素校正，所述mcu对压缩机驱动模块进行控制以驱动压缩机运行；

其特征在于：所述太阳能电池输出直流电压叠加到所述直流母线电压以驱动所述压缩机驱动模块；

所述电流采样模块用于检测所述太阳能电池输出电流值；

所述电压采样模块用于检测所述太阳能直流电压叠加后的直流母线电压；

所述mcu根据所述太阳能电池输出电流值和所述直流母线电压值计算当前太阳能电池的输出功率，并根据所述太阳能电池的输出功率控制所述pfc模块使得所述直流母线电压值发生相应变化。

优选的，所述太阳能空调器控制装置还包括升压模块；

所述太阳能电池输出电压经所述升压模块升压后输出所述太阳能直流电压。

优选的，所述升压模块包括逆变单元、高频变压器、整流单元和滤波单元；所述逆变单元通过所述mcu控制将所述太阳能电池的直流电压逆变成低压的高频交流电压；所述高频变压器将所述低压的高频交流电压转换成高压的高频交流电压；所述高压的高频交流电压经所述整流单元和所述滤波单元输出所述直流电压。

优选的，所述mcu通过所述电流采样模块获取所述升压模块输出的电流过零点，并根据所述电流过零点以输出脉冲信号控制所述逆变单元工作。

优选的，所述逆变单元为全桥谐振逆变单元。

优选的，所述pfc模块还包括交流输入电压采样单元、pfc电流采样单元；

所述交流输入电压采样单元用于检测所述pfc模块输入交流电压值；

所述pfc电流采样单元用于检测所述pfc模块工作电流；

所述mcu根据所述直流母线电压值、所述pfc模块输入交流电压值以及所述pfc工作电流输出脉冲信号控制所述pfc模块工作。

优选的，所述电流采样模块包括第一电阻和差分电流采样单元；

所述第一电阻串联在所述太阳能电池负极和所述直流母线负极之间，或者串联在所述太阳能电池正极和所述直流母线正极之间。

优选的，所述电流采样模块包括第一电阻和差分电流采样单元；

所述第一电阻一端连接所述整流单元负电压输出端，另外一端连接所述滤波单元的电容负极。

优选的，所述电流采样模块包括第二电阻和差分电流采样单元；

所述第二电阻一端连接所述整流单元正电压输出端，另外一端连接所述滤波单元的电容正极。

优选的，所述信号整形模块包括第五电阻和第二npn型三极管；

优选的，所述电压采样模块包括第六电阻和第七电阻，所述第六电阻的一端连接所述直流母线正极，所述第六电阻另一端连接所述第七电阻，所述第七电阻的另一端连接所述直流母线负极，所述第六电阻和所述第七电阻的连接点为所述电压采样模块的输出端。

为实现上述目的，本发明还提供一种太阳能空调器，包括所述的太阳能空调器控制装置。

为实现上述目的，本发明还提供一种太阳能空调器控制方法，所述太阳能空调器控制方法包括以下步骤：

a.检测当前直流母线电压值和当前升压模块输出电流值，并获取前一次直流母线电压值和前一次升压模块输出电流值；

b.根据所述前一次直流母线电压值和所述前一次升压模块输出电流值，以及所述当前直流母线电压值和所述当前升压模块输出电流值分别计算前一次输出功率值和当前输出功率值；

c.比较所述前一次的输出功率值和所述当前输出功率值，如果所述当前输出功率值大于所述前一次输出功率值，则执行步骤d，如果所述当前输出功率值小于所述前一次输出功率值，则执行步骤e；

d.比较所述前一次直流母线电压值和所述当前直流母线电压值，如果所述当前直流母线电压值大于所述前一次直流母线电压值，则执行步骤f，如果所述当前所述直流母线电压值小于所述前一次直流母线电压值，则执行步骤g；

e.比较所述前一次直流母线电压值和所述当前直流母线电压值，如果所述当前直流母线电压值小于所述前一次直流母线电压值，则执行步骤h，如果所述当前直流母线电压值大于所述前一次直流母线电压值，则执行步骤i；

f.mcu控制pfc模块输出的直流母线电压值升高；

g.mcu控制pfc模块输出的直流母线电压值降低；

h.mcu控制pfc模块输出的直流母线电压值升高；

i.mcu控制pfc模块输出的直流母线电压值降低。

本发明提供的太阳能空调器控制装置通过检测直流母线电压值和太阳能电池的输出电流值，并计算当前太阳能电池的输出功率，并通过控制pfc模块输出的直流母线电压，使得太阳能输出功率达到最大值，相对现有技术，本发明提供的太阳能空调器控制装置去掉了dc-ac逆变电路，直接通过控制pfc模块的输出电压实现对太阳能输出的最大功率控制，因此提高了电能转换效率，降低了成本。

附图说明

图1为本发明太阳能空调器控制装置第一实施例的电路结构图；

图2为本发明太阳能空调器控制装置第一实施例的另一电路结构图；

图3为本发明太阳能空调器控制装置第二实施例的电路结构图；

图4为本发明太阳能空调器控制装置第二实施例的另一电路结构图；

图5为本发明第三实施例提供的太阳能空调器控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1，图1为本发明第一实施例提供的太阳能空调器控制装置的电路结构图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

本发明实施例提供的太阳能空调器控制装置包括交流输入端acl-in(交流火线输入)和acn-in(交流零线输入)、整流模块10、pfc(功率因素校正)模块20、滤波模块30、压缩机驱动模块50、mcu(微控制单元)80、电压采样模块60、电流采样模块90和太阳能电池；

整流模块10用于对交流输入端输入的交流电源的交流输入电压进行整流，具体而言整流模块通过全桥整流电路对交流输入电压进行全波整流，pfc(功率因素校正)模块20对整流模块20输出的脉动直流电压进行功率因素校正，pfc模块20的两输出端连接直流母线，滤波模块30、压缩机驱动模块50依次与直流母线并联；脉动直流电压经过pfc模块20和滤波模块30输出直流母线电压，以为压缩机70驱动模块提供电源，mcu80对压缩机驱动模块50进行控制以驱动压缩机70运行；

太阳能电池输出直流电压，与直流母线并联，因此太阳能电池输出的直流电压叠加到所述直流母线电压以驱动所述压缩机驱动模块；

电流采样模块90用于检测太阳能电池输出电流值，电压采样模块60用于检测直流母线电压值，mcu根据太阳能电池输出电流值和直流母线电压值计算当前太阳能电池的输出功率，并根据太阳能电池的输出功率控制pfc模块20输出的直流母线电压发生相应变化，最后使得太阳能输出功率处于最大值。

具体的，如图1所示的电路图中，电流采样模块90基于差分电流采样电路结构，即通过比较器检测串联在太阳能电池电源输出线上的采样电阻r3两端的电压获得电流采样信号，其中电流采样模块的采样电阻可以如图1串联在太阳能电池负极输出线上，也可以串联在太阳能电池负极输出线上如图2所示的电阻r9，二者可以实现相同的电流采样功能。二极管d2串联在太阳能电池的正极输出线上，防止太阳能电池电压过低时从交流电压经pfc模块20转换后的直流母线电压对其反向施加电压引起太阳能电池损坏，起到保护太阳能电池作用。整流模块10可以为集成的整流桥堆或者是有分立的二极管组成的全桥整流电路对交流电源的交流输入电压进行整流，pfc模块20基于功率管q1和pfc电感l1组成的有源pfc电路，在mcu80输出控制信号控制功率管q1开关动作以对整流模块20输出的脉动直流电压进行功率因素校正。电压采样模块60基于串联分压电阻的电路形式，通过读取其中一个电阻的分压值获得电压采样信号。滤波模块30通过电解电容结构进行滤波，为了增加滤波效果可以设置多个电解电容器。

太阳能电池输出的直流电压和交流电压经过整流、功率因素校正和滤波后的直流母线电压叠加后输入到压缩机驱动模块50以为压缩机驱动模块50和压缩机70工作提供高压直流电源，值得说明的是在太阳能电池正常工作状态下，其开路输出电压要比交流电压经整流、功率因素校正和滤波后的直流母线电压高，如直流母线电压是300v，太阳能电池开路输出为320v，实际应用时才有多个太阳能电池串联实现对应电压输出，则在二者叠加后实现了由太阳能电池对压缩机驱动模块50和压缩机70供电，交流电压经pfc模块20转换后输出的直流母线电压自动被断开不供电，而通过mcu80输出控制信号控制pfc模块20基于功率管q1的开关状态变化时，如mcu80输出不同的脉宽的pwm信号控制功率管q1的工作，此时pfc模块20输出的电压发送改变，使得直流母线电压对应改变，由于太阳能电池电压和直流母线电压并联，也使得太阳能电池电压输出电压改变，只要改变后的电压比太阳能电池开路电压低，就能实现完全由太阳能电池供电。

本发明实施例提供的太阳能空调器控制装置通过检测直流母线电压值和太阳能电池的输出电流值，并计算当前太阳能电池的输出功率，并通过控制pfc模块输出的直流母线电压，使得太阳能输出功率达到最大值，相对现有技术，本发明实施例提供的太阳能空调器控制装置去掉了dc-ac(直流-交流)逆变电路，直接通过控制pfc模块的输出电压实现对太阳能输出的最大功率控制，因此提高了电能转换效率，降低了成本。

进一步的，做为本发明第二实施例提供的太阳能空调器控制装置，参照图3，本实施例中太阳能空调器控制装置增加升压模块40，太阳能电池输出电压经升压模块40升压后输出太阳能直流电压，这里因为增加升压模块40对太阳能电池输出电压进行升压，因此太阳能电池不需要实施例1中多个进行串联得到直流高压，采用一个或几个太阳能电池串联即可，升压模块40升压后输出的太阳能直流电压再与直流母线电压叠加后输出对压缩机驱动模块50和压缩机70工作提供高压直流电源，升压模块40具体包括逆变单元41、高频变压器42、整流单元43和滤波单元44；逆变单元40通过mcu80控制将太阳能电池的直流电压逆变成低压的高频交流电压；高频变压器42将低压的高频交流电压转换成高压的高频交流电压；高压的高频交流电压经整流单元和滤波单元输出直流电压。同实施例1一样，只要保证太阳能电池开路经升压模块40升压输出电压比交流电压经转换输出的直流母线电压高，就能实现完全由太阳能电池经升压模块40输出的太阳能直流电压对压缩机驱动模块50和压缩机70工作提供电源。

逆变单元41为全桥谐振变换器，由开关管q2、q3、q4、q5组成h全桥结构，开关管可以是mos(金属氧化物半导体)功率管，其工作频率由谐振电容c1和谐振电感l2参数确定，具体基于以下公式：

逆变单元41还包括h桥驱动模组，输入端连接mcu80，四个输出端分别连接开关管q2-q5的栅极，mcu80输出上述工作频率脉冲通过h桥驱动模组驱动这四个开关管工作在谐振频率，h桥驱动模组为常规的驱动电路如由三极管组成的推挽式输出电路。

太阳能电池输出的直流电压经全桥谐振变换器41转换成高频交流电压，再经高频变压器42(t1)隔离和升压转换成高压的高频交流电压，然后此高频交流电压经过由二极管d2-d5组成的整流单元43整流成脉动直流电压，再经由电容e4组成的滤波单元44滤波平滑，输出高压直流电，并联到直流母线上，参与为压缩机驱动模块50提供电源。

为了使逆变单元41的开关管的切换点准确，mcu80还通过电流采样模块90检测上述整流单元43输出脉动直流电压的过零点。电流采样模块90包括第一电阻r4和差分电流采样单元，第一电阻r4串联在整流单元43输出的负电压端和滤波单元44的电容e4的负极之间，差分电流采样单元由通用的比较器组成，其两个输入端并联在第一电阻r4两端，差分电流采样单元通过检测在第一电阻r4两端因电流变化引起的电压差而输出过零点信号到mcu80。

做为电流采样模块90的另外一种电路结构，如图4所示，包括第二电阻r5和差分电流采样单元，第二电阻r5串联在整流单元43输出的正电压端和滤波单元44的电容e4的正极之间，差分电流采样单元由通用的比较器组成，其两个输入端并联在第一电阻r4两端。相对图3中的电流采样模块90的电路结构，差分电流采样单元同样通过检测第二电阻r5的两端的电压变化而输出过零点信号到mcu80，只是图3中第一电阻r4由于串联在整流单元43输出的负电压端，因此其电压变化是以负极即共地端为基准，差分电流采样单元检测可以简化，而图4的第二电阻r5串联在整流单元43输出的正电压端，其电压变化是相对正极为基准，差分电流采样单元检测相对复杂。

mcu80通过电流采样模块90检测上述整流单元43输出脉动直流电压的过零点后，通过p5引脚在过零点输出脉冲经h桥驱动模组来驱动开关管q2-q5工作，这样能降低开关管损耗，提高逆变单元41的转换效率。

pfc模块20还包括交流输入电压采样单元21、pfc电流采样单元22，交流输入电压采样单元21用于检测pfc模块输入交流电压值；pfc电流采样单元22用于检测pfc工作电流值；mcu根据直流母线电压值、pfc模块输入交流电压值以及pfc工作电流输出对应的频率控制pfc模块20的开关管工作。

具体的，电压采样单元21包括第三电阻r1和第四电阻r2，第三电阻r1的一端连接整流模块10正极输出端，另外一端连接第四电阻r2，第四电阻r2的另外一端连接整流模块10负极输出端，第三电阻r1和第四电阻r2的连接点为电压采样单元21的输出端连接到mcu80的p4脚。电压采样单元21通过第三电阻r1和第四电阻r2分压实现对整流模块10输出的脉动电压进行采样输入到mcu80的p4脚。

电流采样单元22包括第五电阻r0和差分电流采样模块，第五电阻r0串联于整流模块10负极输出端，第五电阻r0的两端与差分电流采样模块的两个输入端并联，差分电流采样模块输出端连接mcu80的p3脚；差分电流采样模块由比较器组成，通过检测第五电阻r0的电流变化引起的两端电压差来检测pfc模块20的工作电流，实现pfc模块20的可靠保护。

pfc模块20还包括pfc电感l1，快速恢复二极管d1以及igbt(绝缘栅双极型晶体管)开关管q1，其组成dc-dc(直流-直流)的boost(升压转换)型电路。pfc模块20还包括igbt驱动单元，mcu80通过p1脚输出脉冲信号经igbt驱动单元驱动igbt开关管q1工作，通过改变脉冲信号的占空比可改变输出的直流母线电压值。

为了提高pfc模块对从整流模块输出的脉动直流电压和脉动电流进行校正后的功率因素，mcu通过电压采样单元21获取脉动直流电压，并通过电压采样模块60采样pfc模块输出的直流母线电压，mcu通过改变输出的脉冲信号的占空比控制pfc模块的igbt开关管q1工作，使得直流母线电压大于输入的脉动直流电压峰值，功率因素最终可以达到99％或99％以上。

电压采样模块60包括第六电阻r7和第七电阻r8，第六电阻r7的一端连接直流母线电压的正极，另外一端连接第七电阻r8，第七电阻r8的另外一端连接直流母线电压的负极，第六电阻r7和第七电阻r8的连接点为电压采样模块60的输出端连接到mcu80的p2脚。电压采样模块60通过第六电阻r7和第七电阻r8分压实现对直流母线电压进行采样输入到mcu80的p2脚。

滤波模块包括电解电容e1和e2，实现对pfc模块输出的直流母线电压平滑滤波。

压缩机驱动模块主要包括ipm(智能功率模块)，mcu80通过p7脚输出控制信号对ipm模块进行控制以驱动压缩机运行。

在太阳能电池输出电压后，在太阳能空调器的压缩机开始运行过程中，mcu80通过电流采样模块90获得升压模块40的输出电流值，以及通过电压采样模块60获得直流母线电压值，由于升压模块40的输出线和直流母线并联，所以直流母线的电压值即升压模块40的输出电压值，mcu80通过升压模块40的输出电流值和直流母线电压值即可计算升压模块40的输出功率，因而可以推算出此时太阳能电池的输出功率，由于升压模块40采用全桥谐振变换器，因此其电源转换效率很高，可以达到99％以上，因此升压模块40的输出功率基本和太阳能电池的输出功率相同。mcu80通过计算得到太阳能电池的输出功率后即可实时监测其输出功率的变化，并通过控制pfc模块20输出的直流母线电压值即可改变升压模块40的输出电压值，通过改变其输出电压值即可改变太阳能电池的输出功率并最后达到最大值。

mcu80控制pfc模块20输出的直流母线电压值以使得太阳能电池的输出功率达到最大值具体如下：

mcu80获得前一次升压模块40输出电流值和直流母线电压值，并检测当前升压模块40输出电流值和直流母线电压值；

根据前一次升压模块40输出电流值和直流母线电压值，以及当前升压模块40输出电流值和直流母线电压值分别计算得到前一次的输出功率值和当前输出功率值；

对前一次的输出功率值和当前输出功率值以及前一次直流母线电压值和当前直流母线电压值进行比较，若当前输出功率值大于前一次输出功率值时，如果当前直流母线电压值大于前一次直流母线电压值，则mcu80通过控制pfc模块40输出的直流母线电压值升高；若当前直流母线电压值小于前一次直流母线电压值，则mcu80通过控制pfc模块40输出的直流母线电压值降低；

若当前输出功率值小于前一次输出功率值时，如果当前直流母线电压值小于前一次直流母线电压值，则mcu80通过控制pfc模块40输出的直流母线电压值升高；若当前直流母线电压值大于前一次直流母线电压值，则mcu80通过控制pfc模块40输出的直流母线电压值降低。

通过上述控制方法，mcu80控制pfc模块40输出的直流母线电压的变化使得太阳能电池的输出功率值达到最大值，如果压缩机的负载发生变化如压缩机频率变化导致其功率发送变化，导致直流母线电压发生变化时，mcu80可进一步通过调整pfc模块40输出的直流母线电压值使得太阳能电池的输出功率维持在最大功率值。

根据本发明实施例提出的太阳能空调器控制装置通过控制pfc模块40输出的直流母线电压，即可实现太阳能输出功率达到最大值，相对于现有的太阳能空调器控制装置，由于直接控制pfc模块，同时省掉了dc-ac逆变电路，能提高电能的转换效率，降低成本。

进一步的，本发明第三实施例还提出一种太阳能空调器，太阳能空调器包括室内机单元和室外机单元，室外机单元包括变频压缩机和室外机控制装置，其中室外机控制装置中包含了上述第一和第二实施例提到的太阳能空调器控制装置。

根据本发明实施例的太阳能空调器，通过太阳能空调器控制装置实现了太阳能电池的输出功率达到最大值，能提高电能的转换效率，同时降低成本。

图5为根据本发明实施例的太阳能空调器的控制方法流程图。该太阳能空调器的控制方法包括以下步骤：

步骤s10，检测当前直流母线电压值和当前升压模块输出电流值，并获取前一次直流母线电压值和前一次升压模块输出电流值；

步骤s20，根据前一次直流母线电压值和前一次升压模块输出电流值，以及当前直流母线电压值和当前升压模块输出电流值分别计算前一次输出功率值和当前输出功率值；

步骤s30，比较前一次的输出功率值和当前输出功率值，如果当前输出功率值大于前一次输出功率值，则执行步骤s40，如果当前输出功率值小于前一次输出功率值，则执行步骤s50；

步骤s40，比较前一次直流母线电压值和当前直流母线电压值，如果当前直流母线电压值大于前一次直流母线电压值，则执行步骤s60，如果当前直流母线电压值小于前一次直流母线电压值，则执行步骤s70；

步骤s50，比较前一次直流母线电压值和当前直流母线电压值，如果当前直流母线电压值小于前一次直流母线电压值，则执行步骤s80，如果当前直流母线电压值大于前一次直流母线电压值，则执行步骤s90；

步骤s60，mcu控制pfc模块输出的直流母线电压值升高；

步骤s70，mcu控制pfc模块输出的直流母线电压值降低；

步骤s80，mcu控制pfc模块输出的直流母线电压值升高；

步骤s90，mcu控制pfc模块输出的直流母线电压值降低。

根据本发明实施例提出的太阳能空调器控制方法，通过控制控制pfc模块输出的直流母线电压值来调整太阳能输出功率最后达到最大值，相对于现有的太阳能空调器，能提高电能的转换效率，降低成本。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。