空调器、电机驱动器及其的防过热控制方法和装置与流程

本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种电机驱动器的防过热控制方法、一种电机驱动器的防过热控制装置、一种电机驱动器和一种空调器。

背景技术：

在变频空调的变频控制器中，一般包括ipm(intelligentpowermodule，智能功率模块)、功率开关管如igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极型晶体管)、整流桥、快恢复二极管等功率器件，这些功率器件在工作时会产生热量，当温度超过一定值时，可能出现热损坏，所以可以将这些功率器件集中布局在散热器上。

但是，由于不同功率器件与散热器的接触面积不同、热阻不同，实际散热能力也是不同的，因此各个功率器件的温度也是不相同的，但只要保证功率器件工作在安全温度范围内即可。而在所有功率器件中，ipm和功率开关管常常是变频控制器的发热瓶颈，最容易出现温度超标而造成热损坏。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电机驱动器的防过热控制方法，通过对直流母线电压进行调节来使功率开关管和ipm的温度处于安全温度范围内，从而有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

本发明的第二个目的在于提出一种电机驱动器的防过热控制装置。本发明的第三个目的在于提出一种电机驱动器。本发明的第四个目的在于提出一种空调器。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电机驱动器的防过热控制方法，所述电机驱动器包括整流电路、功率因数校正pfc电路、电解电容和智能功率模块ipm，所述pfc电路包括电感、二极管和功率开关管，所述方法包括以下步骤：获取所述pfc电路中功率开关管的当前温度，并获取所述ipm的当前温度；计算所述功率开关管的最高允许工作温度与所述功率开关管的当前温度之间的温度差值，记为第一温度差值，并计算所述ipm的最高允许工作温度与所述ipm的当前温度之间的温度差值，记为第二温度差值；以及根据所述第一温度差值和所述第二温度差值对所述电机驱动器的直流母线电压进行调节，以对所述功率开关管和所述ipm进行防过热控制。

根据本发明实施例的电机驱动器的防过热控制方法，实时获取pfc电路中功率开关管的当前温度和ipm的当前温度，并计算功率开关管的最高允许工作温度与功率开关管的当前温度之间的温度差值，记为第一温度差值，以及计算ipm的最高允许工作温度与ipm的当前温度之间的温度差值，记为第二温度差值。然后，根据第一温度差值和第二温度差值对电机驱动器的直流母线电压进行调节，以对功率开关管和ipm进行防过热控制，使得功率开关管和ipm的温度处于安全温度范围内，从而有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述第一温度差值和所述第二温度差值对所述电机驱动器的直流母线电压进行调节，包括：如果所述第一温度差值小于第一温度阈值、且所述第二温度差值大于第二温度阈值、且所述直流母线电压大于直流母线电压下限值，则以第一降压速率降低所述直流母线电压；如果所述第二温度差值小于所述第一温度阈值、且所述第一温度差值大于所述第二温度阈值、且所述直流母线电压小于直流母线电压上限值，则以第一升压速率升高所述直流母线电压。

根据本发明的一个实施例，在以第一降压速率降低所述直流母线电压时，如果所述直流母线电压小于等于所述直流母线电压下限值或者所述第二温度差值小于等于所述第二温度阈值，并且所述第一温度差值小于所述第一温度阈值，则以第一降频速率降低与所述电机驱动器相连的电机的运行频率。

根据本发明的一个实施例，在以第一升压速率升高所述直流母线电压时，如果所述直流母线电压大于等于所述直流母线电压上限值或者所述第一温度差值小于等于所述第二温度阈值，并且所述第二温度差值小于所述第一温度阈值，则以第二降频速率降低与所述电机驱动器相连的电机的运行频率。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种电机驱动器的防过热控制装置，所述电机驱动器包括整流电路、功率因数校正pfc电路、电解电容和智能功率模块ipm，所述pfc电路包括电感、二极管和功率开关管，所述装置包括：第一获取模块，用于获取所述pfc电路中功率开关管的当前温度；第二获取模块，用于获取所述ipm的当前温度；计算模块，用于计算所述功率开关管的最高允许工作温度与所述功率开关管的当前温度之间的温度差值，记为第一温度差值，并计算所述ipm的最高允许工作温度与所述ipm的当前温度之间的温度差值，记为第二温度差值；以及控制模块，所述控制模块与所述计算模块相连，所述控制模块用于根据所述第一温度差值和所述第二温度差值对所述电机驱动器的直流母线电压进行调节，以对所述功率开关管和所述ipm进行防过热控制。

根据本发明实施例的电机驱动器的防过热控制装置，通过第一获取模块获取pfc电路中功率开关管的当前温度，并通过第二获取模块获取ipm的当前温度，以及通过计算模块计算功率开关管的最高允许工作温度与功率开关管的当前温度之间的温度差值，记为第一温度差值，并计算ipm的最高允许工作温度与ipm的当前温度之间的温度差值，记为第二温度差值。控制模块根据第一温度差值和第二温度差值对电机驱动器的直流母线电压进行调节，以对功率开关管和ipm进行防过热控制，使得功率开关管和ipm的温度处于安全温度范围内，从而有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块根据所述第一温度差值和所述第二温度差值对所述电机驱动器的直流母线电压进行调节时，其中，如果所述第一温度差值小于第一温度阈值、且所述第二温度差值大于第二温度阈值、且所述直流母线电压大于直流母线电压下限值，所述控制模块则以第一降压速率降低所述直流母线电压；如果所述第二温度差值小于所述第一温度阈值、且所述第一温度差值大于所述第二温度阈值、且所述直流母线电压小于直流母线电压上限值，所述控制模块则以第一升压速率升高所述直流母线电压。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块在以第一降压速率降低所述直流母线电压时，如果所述直流母线电压小于等于所述直流母线电压下限值或者所述第二温度差值小于等于所述第二温度阈值，并且所述第一温度差值小于所述第一温度阈值，所述控制模块则以第一降频速率降低与所述电机驱动器相连的电机的运行频率。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块在以第一升压速率升高所述直流母线电压时，如果所述直流母线电压大于等于所述直流母线电压上限值或者所述第一温度差值小于等于所述第二温度阈值，并且所述第二温度差值小于所述第一温度阈值，所述控制模块则以第二降频速率降低与所述电机驱动器相连的电机的运行频率。

为实现上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种电机驱动器，其包括上述的电机驱动器的防过热控制装置。

本发明实施例的电机驱动器，通过上述的电机驱动器的防过热控制装置，能够使得功率开关管和ipm的温度处于安全温度范围内，从而有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

为实现上述目的，本发明第四方面实施例还提出了一种空调器，其包括上述的电机驱动器。

本发明实施例的空调器，通过上述的电机驱动器，能够有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的电机驱动器的拓扑图；

图2是根据本发明实施例的电机驱动器的防过热控制方法的流程图；

图3是根据本发明实施例的电机驱动器的防过热控制装置的方框示意图；

图4是根据本发明一个实施例的具有防过热控制装置的电机驱动器的拓扑图。

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。

下面参照附图来描述根据本发明实施例提出的电机驱动器的防过热控制方法、电机驱动器的防过热控制装置、电机驱动器和空调器。

结合附图所示，在本发明的实施例中，电机驱动器可包括整流电路、pfc(powerfactorcorrection，功率因数校正)电路、电解电容和智能功率模块ipm，其中，pfc电路包括电感、二极管和功率开关管。

具体地，如图1所示，整流电路的输入端与交流电源ac相连，整流电路的输出端与pfc电路的输入端相连，pfc电路的输出端与ipm的输入端相连，ipm的输出端与电机(或压缩机电机)相连，电解电容并联在pfc电路的输出端之间，其中，pfc电路采用电感、二极管和功率开关管(如igbt)构成的boost型功率因数校正拓扑。控制单元分别与功率开关管和ipm相连，控制单元根据电机驱动器和电机的相关参数(如输入电压、输入电流、电机相电流等)对功率开关管和ipm进行控制，以实现功率因数校正功能和电机变频控制功能。

在图1所示的电机驱动器中，功率开关管和ipm是电机驱动器的发热瓶颈，最容易出现温度超标而造成热损坏，因此需要采取相应措施来防止功率开关管和ipm出现热损坏。

具体地，功率开关管(如igbt)的发热功率主要由导通损耗和开关损耗组成，其中，导通损耗由功率开关管的导通电阻、输入电流和导通时间决定，开关损耗由开关速度、输入电流和直流母线电压决定。在硬件固定的情况下，功率开关管的导通电阻和开关速度已经确定，而输入电流由负载功率和输入电压决定(输入电流有效值＝负载功率/输入电压有效值)。并且在boost型pfc电路中，当pfc电路处于连续电流模式时，功率开关管的占空比＝1-输入电压/直流母线电压，同时功率开关管的占空比＝导通时间/开关周期，故导通时间由直流母线电压和输入电压确定。

因此，在输入电压确定的系统中，可以通过调节负载功率和直流母线电压来调节功率开关管的发热功率。其中，直流母线电压越高，功率开关管的发热功率越大，即功率开关管的温度越高；负载功率越大，功率开关管的发热功率越大，即功率开关管的温度越高。反之，直流母线电压越低，功率开关管的发热功率越小，即功率开关管的温度越低；负载功率越小，功率开关管的发热功率越小，即功率开关管的温度越低。

而对于ipm，其发热功率主要由导通损耗和开关损耗组成，其中，导通损耗由ipm本身导通电阻、电机相电流和导通时间决定，开关损耗由开关速度、电机相电流和直流母线电压决定。在硬件固定的情况下，ipm本身导通电阻和开关速度已经确定。在高频运行时，电机处于弱磁控制区间，ipm的输出电压近似达到当前直流母线电压下输出电压的极限，因而导通时间(由输出电压与直流母线电压的比值确定)基本不变，而电机相电流由负载功率和直流母线电压确定，直流母线电压越低，弱磁越深，电机相电流越大；反之，直流母线电压越高，弱磁越浅，甚至退出弱磁控制，电机相电流越小。

因此，在高频运行时，可以通过调节负载功率和直流母线电压来调节ipm发热功率。其中，直流母线电压越高，电机相电流越小，ipm发热功率越小，即ipm的温度越低；负载功率越大，电机相电流越大，ipm发热功率越大，即ipm的温度越高。反之，直流母线电压越低，电机相电流越大，ipm发热功率越大，即ipm的温度越高；负载功率越小，电机相电流越小，ipm发热功率越小，即ipm的温度越低。

根据上述分析可知，不管是功率开关管还是ipm，均可通过对直流母线电压和负载功率的调节来对功率开关管和ipm的温度进行调节，保证功率开关管和ipm的温度处于安全温度范围内。而为了不影响负载的正常运行，优选地，先对直流母线电压进行调节。

图2是根据本发明一个实施例的电机驱动器的防过热控制方法的流程图。如图2所示，该电机驱动器的防过热控制方法可包括以下步骤：

s1，获取pfc电路中功率开关管的当前温度，并获取ipm的当前温度。

具体地，可以采用器件内置ntc(negativetemperaturecoefficient，负温度系数)热敏电阻来实时检测功率开关管和ipm的温度，也可以在器件表面贴装ntc热敏电阻来实时检测功率开关管和ipm的温度，具体可根据实际情况选择设置。

s2，计算功率开关管的最高允许工作温度与功率开关管的当前温度之间的温度差值，记为第一温度差值，并计算ipm的最高允许工作温度与ipm的当前温度之间的温度差值，记为第二温度差值。

s3，根据第一温度差值和第二温度差值对电机驱动器的直流母线电压进行调节，以对功率开关管和ipm进行防过热控制。

具体地，根据前面分析可知，在相同负载功率的情况下，在高频运行时，直流母线电压越高，功率开关管的发热功率越大，而ipm的发热功率越小；直流母线电压越低，功率开关管的发热功率越小，而ipm的发热功率越大。因此，在对直流母线电压进行调节时，需要权衡直流母线电压的大小，保证功率开关管和ipm的发热功率均不会过大。

例如，当功率开关管的当前温度非常接近功率开关管的最高允许工作温度，而ipm的当前温度与ipm的最高允许工作温度之间有较大差值时，可适当降低直流母线电压，以降低功率开关管的发热；当ipm的当前温度非常接近ipm的最高允许工作温度，而功率开关管的当前温度与功率开关管的最高允许工作温度之间有较大差值时，可适当提高直流母线电压，以降低ipm发热。

即言，根据本发明的一个实施例，根据第一温度差值和第二温度差值对电机驱动器的直流母线电压进行调节，包括：如果第一温度差值小于第一温度阈值、且第二温度差值大于第二温度阈值、且直流母线电压大于直流母线电压下限值，则以第一降压速率降低直流母线电压；如果第二温度差值小于第一温度阈值、且第一温度差值大于第二温度阈值、且直流母线电压小于直流母线电压上限值，则以第一升压速率升高直流母线电压。

其中，第一温度阈值小于第二温度阈值，第一温度阈值和第二温度阈值均为正数，直流母线电压下限值和直流母线电压上限值是根据系统可靠性等因素设定的直流母线电压工作范围的下限和上限。第一温度阈值、第一温度阈值、第一降压速率、第一升压速率、直流母线电压下限值和直流母线电压上限值可根据实际情况进行标定。

例如，第一温度阈值和第二温度阈值分别为2℃和5℃，功率开关管的最高允许工作温度和ipm的最高允许工作温分别为75℃和80℃，直流母线电压下限值和直流母线电压上限值分别为250v和380v，第一降压速率和第一升压速率均为5v/s。

在电机驱动器工作过程中，控制单元通过控制pfc电路以使直流母线电压稳定在设定的目标直流母线电压，然后通过ntc热敏电阻实时检测功率开关管和ipm的温度，并计算出第一温度差值△t1和第二温度差值△t2，以及对第一温度差值△t1和第二温度差值△t2进行判断。如果△t1＜2℃、且△t2＞5℃、且当前直流母线电压＞250v，则以5v/s的速率降低目标直流母线电压，并通过调节功率开关管的导通和关断时间来使当前直流母线电压达到所需目标直流母线电压；如果△t2＜2℃、且△t1＞5℃、且当前直流母线电压＜380v，则以5v/s的速率升高目标直流母线电压，并通过调节功率开关管的导通和关断时间来使当前直流母线电压达到所需目标直流母线电压。从而通过对直流母线电压的调节来使功率开关管和ipm的温度均处于安全温度范围内，有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

进一步地，根据本发明的一个实施例，在以第一降压速率降低直流母线电压时，如果直流母线电压小于等于直流母线电压下限值或者第二温度差值小于等于第二温度阈值，并且第一温度差值小于第一温度阈值，则以第一降频速率降低与电机驱动器相连的电机的运行频率；在以第一升压速率升高直流母线电压时，如果直流母线电压大于等于直流母线电压上限值或者第一温度差值小于等于第二温度阈值，并且第二温度差值小于第一温度阈值，则以第二降频速率降低与电机驱动器相连的电机的运行频率。其中，第一降频速率和第二降频速率可根据实际情况进行标定。

具体而言，在以第一降压速率降低直流母线电压时，随着直流母线电压的降低，ipm的温度会逐渐升高，在直流母线电压未小于直流母线电压下限值时，可能出现ipm的温度过高，或者，直流母线电压已经小于直流母线电压下限值，但是功率开关管的温度仍比较高，所以当出现这些情况时，可以通过降低负载功率来达到降温的目的，即通过降低电机的运行频率来保证功率开关管和ipm处于安全温度范围内。同理，在以第一升压速率提高直流母线电压时，也可以通过降低电机的运行频率来保证功率开关管和ipm处于安全温度范围内。

具体地，仍以上述参数为例，并且第一降频速率和第二降频速率分别为1hz/s。当△t1＜2℃、且△t2＞5℃、且当前直流母线电压＞250v时，以5v/s的速率降低目标直流母线电压，在直流母线电压降低的过程中，如果△t2≤5℃或者当前直流母线电压≤250v，并且△t1仍然＜2℃，则以1hz/s的速率降低电机的目标运行频率，并通过对ipm的控制信号进行调节来使电机的当前运行频率达到所需目标运行频率。

当△t2＜2℃、且△t1＞5℃、且当前直流母线电压＜380v，则以5v/s的速率升高目标直流母线电压，在直流母线电压升高的过程中，如果△t1≤5℃或者当前直流母线电压≥380v，并且△t2仍然＜2℃，则以1hz/s的速率升高电机的目标运行频率，并通过对ipm的控制信号进行调节来使电机的当前运行频率达到所需目标运行频率。从而在通过调节直流母线电压无法满足温度要求时，通过降低压缩机的运行频率来进一步降低功率开关管和ipm的温度，保证其温度在安全温度范围内，有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

综上所述，根据本发明实施例的电机驱动器的防过热控制方法，实时获取pfc电路中功率开关管的当前温度和ipm的当前温度，并计算功率开关管的最高允许工作温度与功率开关管的当前温度之间的温度差值，记为第一温度差值，以及计算ipm的最高允许工作温度与ipm的当前温度之间的温度差值，记为第二温度差值。然后，根据第一温度差值和第二温度差值对电机驱动器的直流母线电压进行调节，以对功率开关管和ipm进行防过热控制，使得功率开关管和ipm的温度处于安全温度范围内，从而有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

图3是根据本发明实施例的电机驱动器的防过热控制装置的方框示意图。图4是根据本发明一个实施例的具有防过热控制装置的电机驱动器的拓扑图。如图3和4所示，电机驱动器可包括整流电路10、pfc电路20、电解电容ec和智能功率模块ipm，pfc电路20包括电感l、二极管d和功率开关管q(如igbt)。防过热控制装置包括第一获取模块30、第二获取模块40、计算模块50和控制模块60。防过热控制装置可集成在图4中的控制单元中。

其中，第一获取模块10用于获取pfc电路20中功率开关管q的当前温度，第二获取模块40用于获取ipm的当前温度。计算模块50用于计算功率开关管q的最高允许工作温度与功率开关管q的当前温度之间的温度差值，记为第一温度差值，并计算ipm的最高允许工作温度与ipm的当前温度之间的温度差值，记为第二温度差值。控制模块60与计算模块50相连，控制模块60用于根据第一温度差值和第二温度差值对电机驱动器的直流母线电压进行调节，以对功率开关管q和ipm进行防过热控制。

根据本发明的一个实施例，控制模块60根据第一温度差值和第二温度差值对电机驱动器的直流母线电压进行调节时，如果第一温度差值小于第一温度阈值、且第二温度差值大于第二温度阈值、且直流母线电压大于直流母线电压下限值，控制模块60则以第一降压速率降低直流母线电压；如果第二温度差值小于第一温度阈值、且第一温度差值大于第二温度阈值、且直流母线电压小于直流母线电压上限值，控制模块60则以第一升压速率升高直流母线电压。

根据本发明的一个实施例，控制模块60在以第一降压速率降低直流母线电压时，如果直流母线电压小于等于直流母线电压下限值或者第二温度差值小于等于第二温度阈值，并且第一温度差值小于第一温度阈值，控制模块60则以第一降频速率降低与电机驱动器相连的电机m的运行频率。

根据本发明的一个实施例，控制模块60在以第一升压速率升高直流母线电压时，如果直流母线电压大于等于直流母线电压上限值或者第一温度差值小于等于第二温度阈值，并且第二温度差值小于第一温度阈值，控制模块60则以第二降频速率降低与电机驱动器相连的电机的运行频率。

需要说明的是，本发明实施例的电机驱动器的防过热控制装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的电机驱动器的防过热控制方法中所披露的细节，具体这里不再赘述。

根据本发明实施例的电机驱动器的防过热控制装置，通过第一获取模块获取pfc电路中功率开关管的当前温度，并通过第二获取模块获取ipm的当前温度，以及通过计算模块计算功率开关管的最高允许工作温度与功率开关管的当前温度之间的温度差值，记为第一温度差值，并计算ipm的最高允许工作温度与ipm的当前温度之间的温度差值，记为第二温度差值。控制模块根据第一温度差值和第二温度差值对电机驱动器的直流母线电压进行调节，以对功率开关管和ipm进行防过热控制，使得功率开关管和ipm的温度处于安全温度范围内，从而有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

另外，本发明的实施例还提出了一种电机驱动器，其包括上述的电机驱动器的防过热控制装置，具体如图4所示。

本发明实施例的电机驱动器，通过上述的电机驱动器的防过热控制装置，能够使得功率开关管和ipm的温度处于安全温度范围内，从而有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

此外，本发明的实施例还提出了一种空调器，其包括上述的电机驱动器。

本发明实施例的空调器，通过上述的电机驱动器，能够有效防止功率开关管和ipm发生热损坏，保证系统安全可靠运行。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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。