驱动电路、空调驱动系统、空调设备、控制方法和控制器与流程

本公开涉及电路领域，尤其涉及一种驱动电路、空调驱动系统、空调设备、控制方法和控制器。

背景技术：

传统驱动电路中，在直流母线上使用电解电容以保证直流母线电压稳定，但是，电解电容昂贵的价格以及较大的体积，会增加驱动电路的成本和重量。不仅如此，电解电容的容量受随外界环境及系统状态的影响较大，尤其当环境温度较高的时候，电解电容里面的电解液会挥发，造成电容量降低，严重影响系统可靠性。而无电解电容驱动板具备结构简单、尺寸小、成本低等优点，是行业的发展趋势。

技术实现要素：

本公开的发明人发现，在相关技术中，在将直流母线的电解电容换成薄膜电容后，系统的稳定性较低。

本公开要解决的一个技术问题是，提供一种驱动电路、空调驱动系统、空调设备、控制方法和控制器，能够降低直流母线电压的纹波幅值，从而提高直流母线电压的稳定性。

根据本公开一方面，提出一种驱动电路，包括：整流电路、逆变电路和设置在整流电路与逆变电路之间的直流母线，其中，直流母线上设置有多个电感器，每个电感器并联一个开关器件；直流母线包括第一直流母线和第二直流母线，其中，第一直流母线和第二直流母线之间设置有电容器。

在一个实施例中，控制单元与每个开关器件电连接，被配置为控制每个开关器件的导通和关断。

在一个实施例中，控制单元被配置为获取直流母线电压、当前直流母线上的电感值和与逆变电路电连接的负载的当前功率，根据直流母线电压和当前功率计算得到临界电感值，比较临界电感值与当前直流母线上的电感值的大小关系，并根据比较结果判断每个开关器件是否需要切换开关状态。

在一个实施例中，控制单元被配置为在临界电感值小于当前直流母线上的电感值的情况下，控制开关器件导通以增加导通的开关器件的数量，从而减少直流母线上的电感值。

在一个实施例中，计算临界电感值llimit的关系式为：其中，pl为负载的当前功率，vdc为直流母线电压，cdc为电容器的容抗，rs为输入整流电路的电源的等效阻抗，cdc和rs为已知参数。

在一个实施例中，多个电感器包括第一电感器和第二电感器，其中，第一电感器和第二电感器串联在第一直流母线或第二直流母线上；或者第一电感器设置在第一直流母线上，第二电感器设置在第二直流母线上。

在一个实施例中，开关器件包括：继电器、绝缘栅双极型晶体管或开关晶体管。

在一个实施例中，若开关器件为继电器，则控制单元还被配置为在继电器导通时，若检测到继电器的线圈中的电流小于电流阈值，则向继电器发送增大电流指令。

在一个实施例中，电容器包括薄膜电容器。

根据本公开的另一方面，还提出一种空调驱动系统，包括上述的驱动电路。

根据本公开的另一方面，还提出一种空调设备，包括上述的空调驱动系统。

根据本公开的另一方面，还提出一种用于上述的驱动电路的控制方法，包括：获取直流母线电压、当前直流母线上的电感值和与逆变电路电连接的负载的当前功率；根据直流母线电压和当前功率计算得到临界电感值；比较临界电感值与当前直流母线上的电感值的大小关系；以及根据比较结果判断每个开关器件是否需要切换开关状态。

在一个实施例中，在临界电感值小于当前直流母线上的电感值的情况下，控制开关器件导通以增加导通的开关器件的数量，从而减少直流母线上的电感值。

在一个实施例中，多个电感器包括第一电感器和第二电感器，其中，在用电设备启动时，控制与第一电感器并联的开关器件关断，以对第一电感器充电；判断第一电感器是否充电完毕；若第一电感器充电完毕，则控制与第二电感器并联的开关器件关断，以对第二电感器充电直到第二电感器充电完毕。

在一个实施例中，若开关器件为继电器，则在继电器导通时，若检测到继电器的线圈中的电流小于电流阈值，则向继电器发送增大电流指令。

根据本公开的另一方面，还提出一种控制器，包括：存储器；以及耦接至存储器的处理器，处理器被配置为基于存储在存储器的指令执行如上述的控制方法。

根据本公开的另一方面，还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现上述的控制方法的步骤。

与相关技术相比，本公开在驱动电路的直流母线上设置多个电感器，每个电感器并联一个开关器件，通过控制每个开关器件的开关状态，可以改变串联在直流母线上电感器的数量，通过改变直流母线上电感的大小，利于降低直流母线电压的纹波幅值，从而提高直流母线电压的稳定性和驱动电路的可靠性。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1为本公开驱动电路的一个实施例的结构示意图。

图2为本公开驱动电路的另一个实施例的结构示意图。

图3为本公开驱动电路的另一个实施例的结构示意图。

图4为本公开驱动电路的另一个实施例的结构示意图。

图5为本公开驱动电路的另一个实施例的结构示意图。

图6为本公开驱动电路的另一个实施例的结构示意图。

图7为利用本公开驱动电路检测的信号波动实验波形图。

图8为利用现有驱动电路检测的信号波动实验波形图。

图9为本公开用于驱动电路的控制方法的一个实施例的流程示意图。

图10为本公开用于驱动电路的控制方法的另一个实施例的流程示意图。

图11为本公开控制器的一个实施例的结构示意图。

图12为本公开控制器的另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

发明人发现，将直流母线电容换成容量更小、寿命更长的薄膜电容后，直流母线电压纹波幅值更大、变化更快，特别是输入电源电压比较低的时候，系统难以满足稳定性的要求。

图1为本公开驱动电路的一个实施例的结构示意图。该驱动电路例如可以是三相无电解电容的驱动电路。

该驱动电路包括整流电路110、逆变电路120和设置在整流电路110与逆变电路120之间的直流母线130。

该直流母线130上设置有多个电感器l，每个电感器l并联一个开关器件s。其中，直流母线130可以包括第一直流母线131和第二直流母线132，第一直流母线131和第二直流母线132之间设置有电容器c。

该电容器c例如为薄膜电容器，与相关技术中采用电解电容的驱动电路相比，本公开实施例的驱动电路的电容器采用薄膜电容器，可以降低成本。

开关器件s例如为继电器、(insulatedgatebipolartransistor，简称为igbt)或开关晶体管等。当然，本领域技术人员能够理解，本公开实施例的开关器件还可以其他类型的开关器件，因此，本公开实施例的范围并不仅限于此。

在一个实施例中，多个电感器包括第一电感器l1和第二电感器l2，如图1所示，第一电感器l1和第二电感器l2串联在第一直流母线131上，开关器件s1与第一电感器l1并联，开关器件s2与第一电感器l2并联。在另一个实施例中，如图2所示，第一电感器l1和第二电感器l2串联在第二直流母线132上。在另一个实施例中，如图3所示，第一电感器l1设置在第一直流母线131上，第二电感器l2设置在第二直流母线132上。在该实施例中，虽然图1中示出两个电感器l1和l2，但本申请并不限于两个，还可以是三个或者更多个。

由于电感值的变化会影响输入电源，电感值越大波形会变得平滑，但是也使母线电压降低，为了满足系统稳定性要求，需要控制直流母线上的电感值的大小。在上述实施例中，在驱动电路的直流母线上设置多个电感器，每个电感器并联一个开关器件，通过控制每个开关器件的开关状态，可以改变串联在直流母线上电感器的数量，通过改变直流母线上电感的大小，利于降低直流母线电压的纹波幅值，从而提高直流母线电压的稳定性和驱动电路的可靠性。

图4为本公开驱动电路的另一个实施例的结构示意图。该驱动电路包括整流电路110、逆变电路120和直流母线130，以及与逆变电路120电连接的负载410，以及与整流电路110电连接的三相电源420。例如，该负载410与逆变电路120的用于输出三相电信号的输出端电连接，其中，负载410例如为电机。

在一个实施例中，如图4所示，该驱动电路还可以包括控制器430。该控制器430与每个开关器件s电连接。例如，该控制器430分别与第一开关器件s1的控制端和第二开关器件s2的控制端电连接。该控制器430可以被配置为控制每个开关器件的导通和关断。

在该实施例中，通过设置控制器来控制每个开关器件的导通和关断，从而可以改变直流母线上的电感值的大小，改善设备输入电流波形，提高直流母线电压的稳定性和驱动电路的可靠性。

在一个实施例中，控制器430被配置为获取直流母线电压vdc、当前直流母线上的电感值ls和与逆变电路电连接的负载的当前功率pl，根据直流母线电压vdc和当前功率pl计算得到临界电感值llimit，比较临界电感值llimit与当前直流母线上的电感值ls的大小关系，并根据比较结果判断每个开关器件是否需要切换开关状态。

例如，在临界电感值llimit小于当前直流母线上的电感值ls的情况下，控制开关器件导通以增加导通的开关器件的数量，从而减少直流母线上的电感值ls，使得ls小于llimit，从而使得输入电流的波形改善，有助于降低输入电流的峰值。这样，能够驱动系统的线材可以使用小电流规格。

在本公开的另一个实施例中，如图5所示，整流电路110可以包括三相二极管整流桥，例如，可以包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5和第六二极管d6。

在另一个实施例中，逆变电路120可以包括第三开关器件q3、第四开关器件q4、第五开关器件q5、第六开关器件q6、第七开关器件q7、第八开关器件q8、第一电阻器r1和第二电阻器r2。这些开关器件q3至q8可以为开关晶体管或场效应晶体管等。

第一二极管d1、第三二极管d3和第五二极管d5的阴极通过第一直流母线131连接至第三开关器件q3、第五开关器件q5和第七开关器件q7的第一电极端；第二二极管d2、第四二极管d4和第六二极管d6的阳极通过第二直流母线132连接至第一电阻器r1的第一端、第二电阻器r2的第一端和第八开关器件q8的第一电极端。

第一二极管d1的阳极与第二二极管d2的阴极连接，第三二极管d3的阳极与第四二极管d4的阴极连接，第五二极管d5的阳极与第六二极管d6的阴极连接；第三开关器件q3的第二电极端通过第四开关器件q4与第一电阻器r1的第二端连接，第五开关器件q5的第二电极端通过第六开关器件q6与第二电阻器r2的第二端连接，第七开关器件的第二电极端与第八开关器件q8的第二电极端连接。

该整流电路110被配置为接收三相电信号。例如，第一二极管d1的阳极端可以接收三相电信号中的第一相电信号u，第三二极管d3的阳极端可以接收三相电信号中的第二相电信号v，第五二极管d5的阳极端可以接收三相电信号中的第三相电信号w。该整流电路110还被配置为将该三相电信号整流成直流电信号并将该直流电信号输出到直流母线电路130。

输入侧电源可以看作一个电压源，并串联等效阻抗。该输入侧电源输出三相电信号。该三相电信号流过整流电路。由于三相交流电是有时序的交流电，因此该三相交流电可以使得该整流电路在任何时刻只有两个二极管导通，其他二极管由于承受反向电压而截止。在这样的情况下，电压源实际上可以看作一个类直流电源。

逆变电路120的第三开关器件q3的第二电极端、第五开关器件q5的第二电极端和第七开关器件q7的第二电极端分别电连接至电机410。该逆变电路120被配置为将从直流母线接收的直流电信号转化为三相电信号，并将该三相电信号传输到电机410，以驱动该电机运行。例如，可以利用控制器430向开关器件q3至q8的控制端输入控制信号，以控制这些开关器件q3至q8的导通和关断，从而可以将直流电信号转化为三相电信号。其中，输入到开关器件q3至q8的控制信号可以是已知技术中的时序信号，这里不再详细描述。

逆变电路和电机可以看作电流源。该电流源的电流为在一个pwm(pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)周期内从直流母线流入逆变电路的平均电流。

第一直流母线131上设置有第一电感器l1和第二电感器l2，第一电感器l1并联第一开关器件s1，第二电感器l2并联第二开关器件s2。第一直流母线131与第二直流母线132之间设置有薄膜电容器c。

在将直流母线电容换成薄膜电容后，直流母线电压纹波幅值更大、变换更快，系统难以满足稳定性要求，因此，需要限定直流母线上电感值的大小，如需要控制直流母线上的电感值小于临界电感值。在一个实施例中，计算临界电感值llimit的关系式为：

其中，pl为负载的当前功率，vdc为直流母线电压，该母线电压包括直流分量电压和交流分量电压，cdc为电容器的容抗，rs为输入整流电路的电源的等效阻抗，cdc和rs为已知参数。

切换电感器容量的逻辑牵扯到电容参数，负载当前功率以及直流母线电压，其中，电容参数基本不会变换，电压在输入电源不变的情况下一般不会变动，因此，主要因素是负载功率。在一个实施例中，该控制器430可以用于(例如通过采集电路)获取输入到负载420的电流和电压，并根据该电流和电压计算得到电机的当前功率pl。

在一个实施例中，图5可以简化为如图6所示的简化模型示意图。根据图6所示的简化模型，其状态方程为：

其中，is为流过电感器的电流，idc为流过电流源的电流，即流过逆变电路的电流。

假设电机功率(即压缩机功率)恒为pl，且忽略逆变电路开关损耗，那么直流母线电流为：

其中，vdc是母线电压直流分量，是母线电压交流分量。由于因此可以将忽略，则关系式(4)可以为：

综合关系式(2)～(5)，并对其进行小信号分析可得：

其中，为is的小信号。

根据关系式(6)和(7)，可得状态方程矩阵：

令|si-a|＝0，其中i为单位矩阵，则可以得到特征方程为：

即，

根据式关系式(10)可知，当时，系统处于稳态。机组功率越大，则临界电感值llimit越小，因此，应该减少直流母线上的电感值。

由于ls不是固定的，随着继电器的动作而变换。当第一开关器件s1和第二开关器件s2全部都导通时，ls为零，这时对应机组没有开机或者停机的状态；当第一开关器件s1导通，第二开关器件s2关断时，ls为l2；当第二开关器件s2导通，第一开关器件s1关断时，ls为l1；当第一开关器件s1关断，第二开关器件s2关断时，ls为l1+l2，此时电感值达到最大值。因此，若第一开关器件s1关断，第二开关器件s2关断时，若计算得到临界电感值llimit小于当前直流母线上的电感值ls，则导通第二开关器件，使得直流母线上的电感值减少，满足ls<llimit。

若将该驱动电路应用到空调驱动系统，则可以实现空调压缩机的变频效果。常规的acdcac环节，电容器的容值大小通常为几千微法，而该实施例中，电容器的可以选择几十个微法就可以，例如，额定电压为220v，压缩机功率2000w，电容器可以取10uf，如果功率达到4000w，可以按照滤波电感的切换条件进行电感器的选型。该实施例中，根据压缩机的运行功率，给开关器件加以开通或者关断的信号方便的改变电感的大小，在减小整流桥输入电流的同时仍然满足母线电压的稳定性。另外，通过控制直流母线上的开关器件的导通与关断，可以实现直流母线上电感器的及时更换，保证系统稳定性。

在一个实施例中，除了考虑稳定性的需求，还要考虑充电回路的影响。因此，在空调设备上电的时候，先关断第一开关器件s1，导通第二开关器件s2，给第一电感器l1充电；等到第一电感器l1充电完成后，再断开第二开关器件s2给第二电感器l2充电直到第二电感器l2充电完毕，其中，可以利用电流传感器检测电感器的电感电流，根据电感电流的大小判断电感器是否充电完毕。第一电感器l1和第二电感器l2的电感值根据实际情况进行选取。

在一个实施例中，若开关器件为继电器，则在继电器导通的情况下，若检测到继电器的线圈中的电流小于电流阈值，则向继电器发送增大电流指令。例如，在正常运行状态下，直流母线上一个继电器一般是断开的，另一个继电器根据条件来断开。为了避免导通状态的继电器失电，导致继电器断开，使得当前直流母线上的电感值不能满足小于临界电感值，因此，可以每隔预定时间检测导通状态的继电器的电流大小，例如，每隔一分钟检测一次，若导通状态的继电器的电流小于断开状态的继电器对应的电感器的电流值2a以上时，则增大该导通状态的继电器的电流值。

图7为利用本公开驱动电路检测的信号波动实验波形图。其中，直流母线电压波形l1、压缩机电流波形l2和输入电源电流波形l3。图8为利用现有驱动电路检测的信号波动实验波形图。其中，直流母线电压波形l1'、压缩机电流波形l2'和输入电源电流波形l3'。其中，直流母线电压波形即为上述vdc的波形，压缩机电流波形即为流过电机的电流的波形，输入电源电流波形即为上述is的波形。

从图7和图8比较来看，利用本公开实施例的驱动电路，通过控制直流母线上的电感值，使得直流母线电压、压缩机电流和输入电源电流均更加稳定。本公开实施例的驱动电路可以根据用电设备运行能力的大小，改变直流母线上的电感的大小，进而改善用电设备输入电源电流的波形。

在本公开的另一个实施例中，保护一种空调驱动系统，包括上述的驱动电路。应用上述实施例的驱动电路，能够省去大容量的继电器，进而能够降低空调驱动系统的成本。

在本公开的另一个实施例中，保护一种空调设备。该空调设备可以包括如前所述的空调驱动系统。

图9为本公开用于驱动电路的控制方法的一个实施例的流程示意图。

在步骤910，获取直流母线电压、当前直流母线上的电感值和与逆变电路电连接的负载的当前功率。

在步骤920，根据直流母线电压和当前功率计算得到临界电感值。例如，根据公式计算临界电感值llimit。

在步骤930，比较临界电感值与当前直流母线上的电感值的大小关系。

在步骤940，根据比较结果判断每个开关器件是否需要切换开关状态。例如，在临界电感值小于当前直流母线上的电感值的情况下，控制开关器件导通以增加导通的开关器件的数量，从而减少直流母线上的电感值。

在上述实施例中，通过控制每个开关器件的开关状态，可以改变串联在直流母线上电感器的数量，通过改变直流母线上电感的大小，利于降低直流母线电压的纹波幅值，从而提高直流母线电压的稳定性和驱动电路的可靠性。

图10为本公开用于驱动电路的控制方法的另一个实施例的流程示意图。在该实施例中，以多个电感器包括第一电感器和第二电感器为例进行说明。

在步骤1010，在用电设备启动时，控制与第一电感器并联的开关器件关断，以对第一电感器充电。

在步骤1020，判断第一电感器是否充电完毕，若是，则执行步骤1030，否则，继续对第一电感器充电。

在步骤1030，控制与第二电感器并联的开关器件关断，以对第二电感器充电。

在步骤1040，判断第二电感器是否充电完毕，若是，则执行步骤1050，否则，继续对第二充电器充电。若第二电感器充电完毕，第一开关器件和第二开关器件都断开，此时直流母线上的电感值最大。

在步骤1050，获取直流母线电压。

在步骤1060，获取负载的当前功率。

在步骤1070，计算得到临界电感值。

在步骤1080，比较临界电感值与当前直流母线上的电感值的大小关系，若临界电感值小于当前直流母线上的电感值，则执行步骤1090，否则，继续执行步骤1050。

在步骤1090，控制与第二电感器并联的开关器件导通。

避免开关器件频繁动作，可以延迟一段时间继续执行步骤1050-步骤1090。

在上述实施例中，在用电设备上电后，若同时控制第一开关器件和第二开关器件都断开，可能会有冲击电流，因此，可以先给一个电感器充电，然后再给另一个电感器充电，通过逐步增加电感器使得母线电压稳定。在用电设备功率运行较大时将开启第二开关器件，使得第二开关器件导通，减少直流母线上的电感，在提高直流母线电压的稳定性的同时降低直流母线电压的纹波幅值。

图11为本公开控制器的一个实施例的结构示意图。该控制器包括存储器1110和处理器1120。其中：存储器1110可以是磁盘、闪存或其它任何非易失性存储介质。存储器1110用于存储图10所对应实施例中的指令。处理器1120耦接至存储器1110，可以作为一个或多个集成电路来实施，例如微处理器或微控制器。该处理器1120用于执行存储器中存储的指令。

在一个实施例中，还可以如图12所示，该控制器1200包括存储器1210和处理器1220。处理器1220通过bus总线1230耦合至存储器1210。该控制器1200还可以通过存储接口1240连接至外部存储装置1250以便调用外部数据，还可以通过网络接口1260连接至网络或者另外一台计算机系统(未标出)，此处不再进行详细介绍。

在该实施例中，通过存储器存储数据指令，再通过处理器处理上述指令，通过改变直流母线上电感的大小，利于降低直流母线电压的纹波幅值，从而提高直流母线电压的稳定性和驱动电路的可靠性。

在另一个实施例中，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，该指令被处理器执行时实现图10所对应实施例中的方法的步骤。本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用非瞬时性存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。