多路交错式PFC电路和空调器的制作方法
本发明涉及空调器技术领域，特别涉及一种多路交错式pfc电路和空调器。
背景技术：
随着变频技术的普及，交错式pfc(powerfactorcorrection，功率因数校正)电路越来越多地应用在空调器的电源电路中，通过多通道交错工作的方式有效提高了输出功率等级，减小了输入电流及输出电流纹波；多路交错式pfc电路支持使用尺寸较小的元器件，有利于产品的小型化和降低成本。
且在交错时pfc电路中主要通过电流环路和电压环路对输出电压进行双闭环积分比例补偿调节控制，积分比例补偿环节采用电容电阻串联。
但是空调工作环境复杂，温度变化大，因此元器件的寄生参数变化很大，譬如母线电容的等效串联电阻，pfc电感的内阻和损耗等等，这些参数都会影响到系统的动态特性。此外，积分比例补偿环节的电阻电容也会随温度变化，例如，对于瓷片电容来说，12℃左右电容容量最大，温度更高时瓷片电容量会衰减。从而造成积分比例参数变化，难以兼顾高频、低频特性以及高温低温的谐波特性。
技术实现要素：
本发明的主要目的是提供一种多路交错式pfc电路，旨在解决空调器在工作模式切换时难以兼顾高频、低频特性以及高温低温的谐波特性的问题。
为实现上述目的，本发明提出的多路交错式pfc电路，用于空调器，所述多路交错式pfc电路包括：
电源输入端；
电源输出端；
多路pfc支路，并联连接于所述电源输入端和电源输出端之间；每一所述pfc支路包括开关管；
信号采集电路，用于采集所述电源输入端的输入电压值、所述电源输出端的输出电压值和每一所述pfc支路的开关管的电流值；
电压补偿电路，用于根据所述电源输出端的输出电压值大小输出对应的电压补偿信号；
pfc控制器，用于根据所述电源输入端的输入电压值、电源输出端的输出电压值、预设参考电压值和电压补偿信号确定电流给定值，并根据电流给定值、各所述pfc支路的开关管的电流值确定各所述pfc支路的开关控制信号在一个载波周期内的占空比；
多路电流补偿电路，与多路pfc支路一一对应设置，每一电流补偿电路包括主电流补偿电路和备用电流补偿电路，
每一所述电流补偿电路的主电流补偿电路，用于在空调器运行制热模式时，根据其对应的所述pfc支路的开关控制信号在一个载波周期内的占空比大小进行自适应补偿；
每一所述电流补偿电路的主电流补偿电路和备用电流补偿电路，用于在空调器运行制冷模式时，根据其对应的所述pfc支路的开关控制信号在一个载波周期内的占空比大小进行自适应补偿。
在一实施例中，每一所述电流补偿电路还包括开关电路和控制器，所述开关电路的第一端、所述主电流补偿电路的信号端和所述pfc控制器的信号端互连，所述开关电路的第二端与所述备用电流补偿电路的信号端连接，所述开关电路的受控端与所述控制器的控制端连接；
所述控制器，用于在空调器运行制热模式时，控制所述开关电路断开，以及在所述空调器运行制冷模式时，控制所述开关电路导通。
在一实施例中，每一所述主电流补偿电路包括第一电阻、第一电容和第二电容，所述第一电阻的第一端与所述第二电容的第一端均接地，所述第一电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接，所述第一电容的第二端与所述第二电容的第二端连接且与所述pfc控制器的信号端连接。
在一实施例中，所述开关电路包括继电器和第一工作电压输入端；
所述继电器的线圈的第一端与所述控制器的控制端连接，所述继电器的线圈的第二端与所述第一工作电压输入端连接，所述继电器的开关的第一端与所述pfc控制器的信号端连接，所述继电器的开关的第二端与所述备用电流补偿电路的信号端连接。
在一实施例中，每一所述备用电流补偿电路包括第二电阻、第三电容和第四电容；
所述第二电阻的第一端与所述第四电容的第一端均接地，所述第二电阻的第二端与所述第三电容的第一端连接，所述第三电容的第二端与所述第四电容的第二端连接且与所述继电器的开关的第二端连接。
在一实施例中，每一所述pfc支路还包括电感、快速恢复二极管、电阻和pfc驱动电路；
所述电感的一端连接所述电源输入端连接，所述电感另一端、所述快速恢复二极管的阳极以及所述开关管的输入端互连，所述快速恢复二极管的阴极与所述电源输出端连接，所述信号采集电路的信号端分别与所述电阻的两端连接；
所述开关管的输出端和所述电阻的第一端连接，所述电阻的第二端接地；
每一所述pfc支路的电感的第一端互连，每一所述开关支路的快速恢复二极管的阴极互连；
每一所述pfc驱动电路的信号输入端与所述pfc控制器的信号输出端连接，每一所述pfc驱动模块的信号输出端与所述开关管的受控端连接。
在一实施例中，所述电压补偿电路包括第三电阻、第五电容和第六电容；
所述第三电阻的第一端和所述第六电容的第一端均接地，所述第三电阻的第二端与所述第五电容的第一端连接，所述第五电容的第二端与所述第六电容的第二端互连且与所述pfc控制器的信号端连接。
在一实施例中，所述pfc控制器型号为fan9673。
在一实施例中，所述多路交错式pfc电路包括三路pfc支路。
本发明还提出一种空调器，所述空调器包括如上所述的多路交错式pfc电路。
本发明技术方案通过采用电源输入端、电源输出端、多路pfc支路、信号采集电路、电压补偿电路、pfc控制器和多路电流补偿电路组成多路交错式pfc电路，其中，电压补偿电路和多路电流补偿电路进行相应的电压补偿调节和电流补偿调节，pfc控制器根据电源输入端的输入电压值、电源输出端的输出电压值、预设参考电压值和电压补偿信号确定电流给定值，并根据电流给定值、各pfc支路的开关管的电流值确定各pfc支路的开关控制信号在一个载波周期内的占空比，进而实现功率因数校正工作，同时，当空调器处于制热模式时，电流补偿电路中的主电流补偿电路根据其对应的pfc支路的开关控制信号在一个载波周期内的占空比大小进行自适应补偿，此时环境温度低，主电流补偿电路中的电阻电容的阻值和容值变化小，当空调器处于制冷模式时，电流补偿电路中的主电流补偿电路和备用电流补偿电路根据其对应的pfc支路的开关控制信号在一个载波周期内的占空比大小进行自适应补偿，在制冷时，环境温度高，主电流补偿电路中的电阻电容的阻值和容值变化大，因此，将主电流补偿电路并联一备用补偿电路，这样就实现了在制冷和制热采用两个不同的电流补偿电路，空调器在这两种工况下都能工作在最优状态，电流补偿电路在空调器的工作模式切换下保持接近的比例、积分和惯性环节补偿系数，从而兼顾了高频、低频特性以及高温低温的谐波特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明多路交错式pfc电路一实施例的模块示意图；
图2为本发明多路交错式pfc电路中pfc控制器的电路结构示意图；
图3为本发明多路交错式pfc电路另一实施例的模块示意图；
图4为本发明多路交错式pfc电路一实施例的电路结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
需要说明，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。
本发明提出的多路交错式pfc电路，用于空调器。
如图1所示，多路交错式pfc电路包括：
电源输入端in；
电源输出端out；
多路pfc支路10，并联连接于电源输入端in和电源输出端out之间；每一pfc支路包括开关管；
信号采集电路20，用于采集电源输入端in的输入电压值、电源输出端out的输出电压值和每一pfc支路的开关管的电流值；
电压补偿电路40，用于根据电源输出端out的输出电压值大小输出对应的电压补偿信号；
pfc控制器30，用于根据电源输入端in的输入电压值、电源输出端out的输出电压值、预设参考电压值和电压补偿信号确定电流给定值，并根据电流给定值、各pfc支路10的开关管的电流值确定各pfc支路20的开关控制信号在一个载波周期内的占空比；
多路电流补偿电路50，与多路pfc支路10一一对应设置，每一电流补偿电路50包括主电流补偿电路51和备用电流补偿电路52；
每一电流补偿电路50的主电流补偿电路51，用于在空调器运行制热模式时，根据其对应的pfc支路10的开关控制信号在一个载波周期内的占空比大小进行自适应补偿；
每一电流补偿电路50的主电流补偿电路51和备用电流补偿电路52，用于在空调器运行制冷模式时，根据其对应的pfc支路10的开关控制信号在一个载波周期内的占空比大小进行自适应补偿。
本实施例中，多路交错式pfc电路的电源输入端in前级连接整流滤波电路，电源输出端out连接直流母线，并将整流滤波电路输出的直流电源进行功率因数校正后输出至直流母线，进而输出至负载或者下一级功率转换电路，例如ipm驱动电路，功率转换电路进而驱动负载工作，例如电机或者压缩机等。
多路交错式pfc电路中的每一pfc支路10并联连接，多路pfc支路交错工作，pfc支路10数量可根据需求进行设置，可包括两路pfc支路10或者三路pfc支路10，当pfc支路10数量为两路时，每一路pfc支路10都跟踪相同的输入源，两个开关管开关频率一致，载波相移180°，当pfc支路10为三路时，每一路pfc支路10都跟踪相同的输入源，三个开关管开关频率一致，载波相移120°，且电流补偿电路51与pfc支路10数量相等。
同时，pfc控制器30通过信号采集电路20获取电源输入端in的输入电压值、电源输出端out的输出电压值以及每一pfc支路10中的开关管的电流值，并对输出电压值和预设参考电压值进行差值计算以得到第一电压差值，电压补偿电路对第一电压差值进行电压环积分比例补偿调节输出补偿后的电压值，同时pfc控制器30将补偿后的电压值与输入电压值进行增益调制输出电流给定值，电流给定值分别与各开关管的电流值进行差值计算，并经对应的电流补偿电路，包括主电流补偿电路51和备用电流补偿电路52进行电流环积分比例补偿确定各pfc支路的开关控制信号在一个载波周期内的占空比，从而实现功率因数校正工作。
在一具体实施例中，如图2所示，每一pfc支路10还包括电感、快速恢复二极管、电阻和pfc驱动电路，即当pfc支路包括两路时，则第一pfc支路包括第一电感l1、第一快速恢复二极管d1、第一开关管q1和第一采样电阻rsen1，第二pfc支路包括第二电感l2、第二快速恢复二极管d2、第二开关管q2和第二采样电阻rsen2，当pfc支路包括三路时，则还包括第三pfc支路，且第三pfc支路包括第三电感l3、第三快速恢复二极管d3、第三开关管q3和第三采样电阻rsen3，电感的一端连接电源输入端in连接，电感另一端、快速恢复二极管的阳极以及开关管的输入端互连，快速恢复二极管的阴极与电源输出端out连接，信号采集电路20的信号端分别与电阻的两端连接，开关管的输出端和电阻的第一端连接，电阻的第二端接地，每一pfc支路的电感的第一端互连，每一开关支路的快速恢复二极管的阴极互连，每一pfc驱动电路的信号输入端与pfc控制器30的信号输出端连接，每一pfc驱动模块的信号输出端与开关管的受控端连接，在一实施例中，pfc支路包括三路。
同时，pfc控制器30型号为fan9673，如图2和图4所示，pfc控制器30的电压反馈输入引脚fbpfc获取直流母线电压即电源输出端out的输出电压，pfc控制器30的电压放大器的输出引脚vea连接电压补偿电路，pfc控制器30的输入电流引脚连接一电阻ra1以得到成比例的电源输入端in的输入电压的输入电流，pfc控制器30的六个电流感测引脚cs1+/cs1-、cs2+/cs2-和cs3+/cs3-分别获取三个pfc支路中电阻两端的电压，pfc控制器30的三个电流放大器输出引脚iea1/iea2/iea3分别连接一电流补偿电路，具体地，如图2所示，输出电压值和预设参考电压值2.5v经比较器gm1进行差值计算得到第一电压差值，第一电压差值经连接在pfc控制器30的电压放大器的输出引脚vea的电压补偿电路进行电压环积分比例补偿调节后输出补偿后的电压值至增益调制器，并与输入电压对应的电流iac进行增益调节得到电流给定值，电流给定值为：
其中，imo为电流给定值，k为增益系数，ilac为pfc瞬时输入电压的电流值，输入电压通过一个电阻转换为成比例的电流，并反馈至pfc控制器30内部的增益调制器，vvea为补偿后的电压值，vlpk为与输入电压成正比的电压，用于输入电压前馈控制。
同时，每一电阻两端的电压输出至六个电流感测引脚cs1+/cs1-、cs2+/cs2-和cs3+/cs3-，并分别经增益调节器lpt1、lpt2和lpt3进行电流放大后与电流给定值imo分别进行比较，比较后的电压值经与pfc控制器30的三个电流放大器输出引脚iea1/iea2/iea3连接的电流补偿电路进行电流环比例积分补偿调节，输出补偿后的电流信号，并与方波进行比较，最终确定各pfc支路10的开关控制信号在一个载波周期内的占空比，开关控制信号经pfc驱动电路进行信号放大后控制各自的开关管对应导通和关断。
当空调器的工作模式切换且电流补偿电路未改变时，电流补偿电路50的传递函数在空调器处于制冷模式和制热模式时将会发生改变，即在制热模式下主电流补偿电路51中的第一电容c1和第二电容c2容量很大，电容衰减小，多路交错式pfc电路的高频特性好而低频特性差，而在制冷时，电容衰减大，此时多路交错式pfc电路高频特性差而低频特性好，第一电容c1和第二电容c2在制热模式的容量是制冷模式下容量的几倍，因此为了保证多路pfc空调器在这两种工况下都能工作在最优状态，以及高频特征和低频特性在两种工况下保持一致性，在制冷模式下需要将损失的电容量弥补回来，所以在制冷模式时主电流补偿电路51的信号端并联一备用电流补偿电路52，配以适当的电阻，使制冷模式和制热模式的传递函数接近一致，电流补偿电路50在空调器的工作模式切换下保持接近的比例、积分和惯性环节补偿系数，从而兼顾了多路交错式pfc电路的高频、低频特性以及高温低温的谐波特性。例如，假设空调器进入制冷模式时，第一电容c1和第二电容c2的电容衰减为标称值的1/3，此时并入第三电容c3和第四电容c4，第三电容c3可以补偿第一电容c1的衰减，同理第四电容c4也可以补偿第二电容c2的衰减，并设定第二电阻r2等于第一电阻r1，则并联以后等效电阻变为原来的1/2，变化比较小，仍在幅值变化裕度内，系统仍然有足够的稳定裕度。
本发明技术方案通过采用电源输入端in、电源输出端out、多路pfc支路10、信号采集电路20、电压补偿电路40、pfc控制器30和多路电流补偿电路50组成多路交错式pfc电路，其中，电压补偿电路40和多路电流补偿电路50进行相应的电压补偿调节和电流补偿调节，pfc控制器30根据电源输入端的输入电压值、电源输出端的输出电压值、预设参考电压值和电压补偿信号确定电流给定值，并根据电流给定值、各pfc支路10的开关管的电流值确定各pfc支路10的开关控制信号在一个载波周期内的占空比，进而实现功率因数校正工作，同时，当空调器处于制热模式时，电流补偿电路50中的主电流补偿电路51根据其对应的pfc支路10的开关控制信号在一个载波周期内的占空比大小进行自适应补偿，此时环境温度低，主电流补偿电路51中的电阻电容的阻值和容值变化小，当空调器处于制冷模式时，电流补偿电路50中的主电流补偿电路51和备用电流补偿电路52根据其对应的pfc支路10的开关控制信号在一个载波周期内的占空比大小进行自适应补偿，在制冷时，环境温度高，主电流补偿电路51中的电阻电容的阻值和容值变化大，因此，主电流补偿电路51并联一备用补偿电路52，这样就实现了在制冷和制热采用两个不同的电流补偿电路，空调器在这两种工况下都能工作在最优状态，电流补偿电路50在空调器的工作模式切换下保持接近的比例、积分和惯性环节补偿系数，从而兼顾了高频、低频特性以及高温低温的谐波特性。
如图3所示，在一实施例中，每一电流补偿电路50还包括开关电路53和控制器54，开关电路53的第一端、主电流补偿电路51的信号端和pfc控制器30的信号端互连，开关电路53的第二端与备用电流补偿电路52的信号端连接，开关电路53的受控端与控制器54的控制端连接；
控制器54，用于在空调器运行制热模式时，控制开关电路53断开，以及在空调器运行制冷模式时，控制开关电路53导通。
本实施例中，控制器54用于检测空调器的工作模式，在空调器处于制热模式时，控制器54输出控制信号控制开关电路53关断，此时只有主电流补偿电路51进行进行积分比例补偿调节工作，以及在空调器处于制冷模式时，控制器54输出控制信号控制开关电路53关断，此时主电流补偿电路51和备用电流补偿电路52同时进行积分比例补偿调节工作。
本实施例中，开关电路53可采用具有受控通断能力的开关器件或者芯片等，例如三极管、场效应管、继电器等。
同时控制器54可采用mcu、cpu等芯片结构，具体根据需求进行选择。
在一实施例中，每一主电流补偿电路51包括第一电阻r1、第一电容c1和第二电容c2，第一电阻r1的第一端与第二电容c2的第一端均接地，第一电阻r1的第二端与第一电容c1的第一端连接，第一电容c1的第二端与第二电容c2的第二端连接且与pfc控制器30的信号端连接；
开关电路53包括继电器u1和第一工作电压vcc输入端；
继电器u1的线圈的第一端与控制器54的控制端连接，继电器u1的线圈的第二端与第一工作电压vcc输入端连接，继电器u1的开关的第一端与pfc控制器30的信号端连接，继电器u1的开关的第二端与备用电流补偿电路52的信号端连接。
每一备用电流补偿电路52包括第二电阻r2、第三电容c3和第四电容c4；
第二电阻r2的第一端与第四电容c4的第一端均接地，第二电阻r2的第二端与第三电容c3的第一端连接，第三电容c3的第二端与第四电容c4的第二端连接且与继电器u1的开关的第二端连接。
本实施例中，第一电容c1和第三电容c3的容值，第二电容c2和第四电容c4的容值，第一电阻r1和第二电阻r2的阻值可在运行调前调试确定，以使电流补偿电路50在切换前后的传递函数保持接近。
其中，当空调器处于制热模式时，开关电路53关断，此时主电流补偿电路51的传递函数为：
当空调器处于制冷模式时，开关电路53导通，此时主电流补偿电路51和备用电流补偿电路52的传递函数为：
其中，rir为第一电阻r1和第二电阻r2的等效电阻，其电阻值为:
在一实施例中，电压补偿电路40包括第三电阻r3、第五电容c5和第六电容c6；
第三电阻r3的第一端和第六电容c6的第一端均接地，第三电阻r3的第二端与第五电容c5的第一端连接，第五电容c5的第二端与第六电容c6的第二端互连且与pfc控制器的信号端连接。
电压补偿电路40和主补偿电路结构相同，仅是阻值和容值大小不同，第三电阻r3为惯性环节，其中第五电容c5决定了电压补偿电路40的传递函数的积分环节，第三电阻r3决定了电压补偿电路40的传递函数的比例环节，以及第六电容c6决定了惯性环节。
在一实施例中，如图4所示，信号采集电路20包括获取电源输入端in的第一电压采集模块、用于获取电源输出端out的第二电压采集模块和用于获取每一电阻两端的电压值的第三电压采集模块，第一电压采集模块、第二电压采集模块和第三电压采集模块分别与pfc控制器30连接。
其中，第一电压采集模块为电阻ra1，通过电阻ra1将输入电压转换为成比例的电流输入至pfc控制器30。
第二电压采集模块包括第五电阻rfb1、第六电阻rfb2和第九电容cfb1，第五电阻rfb1的第一端与滤波模块正极连接，第五电阻rfb1的第二端、第六电阻rfb2的第一端、第九电容cfb1的第一端cfb1及pfc控制器30的电压反馈输入端fbpfc连接，第六电阻的第二端rfb2和第九电容cfb1的第二端接地，通过第五电阻rfb1和第六电阻rfb2分压采样，获得直流母线的电压值。
第三电压采集模块包括第一电压采样单元、第二电压采样单元和第三电压采样单元，每一电压采样单元包括电阻cf、电容cf1和电容cf2，第一电压采样单元、第二电压采样单元和第三电压采样单元分别获取pfc支路中的电阻两端的电压值并输出至pfc控制器30，从而确定流经pfc支路的开关管的电流值。
本发明还提出一种空调器，该空调器包括多路交错式pfc电路，该多路交错式pfc电路的具体结构参照上述实施例，由于本空调器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以上所述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，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
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