PFC控制方法、装置、空调器及存储介质与流程

本发明涉及空调器技术领域，具体而言，涉及一种pfc控制方法、装置、空调器及存储介质。

背景技术：

目前，有源pfc(powerfactorcorrection，功率因数校正)以其功率因数高、谐波电流小、输出电压稳定等优点得到了广泛应用。

有源pfc常用的控制策略有峰值、滞环、平均电流和单周期控制等方式。以平均电流控制为例，其电流环具有较高的增益带宽，能使跟踪误差产生很小的畸变，故可获得较高的功率因数(功率因数接近1)，同时还具有稳定性高、对噪声不敏感等优点，因此被广泛应用于空调器的外机控制器中。

boost型平均电流法是通过控制平均电流，使其和输入电压同相位来实现功率因数校正的，而输入电压的波动通常较大，这就会使pfc电路内部的功率器件频繁开关，导致功率器件的损耗大大增大，影响空调器的使用寿命。

技术实现要素：

本发明解决的问题是现有的boost型平均电流法使功率器件频繁开关，导致功率器件的损耗增大，影响空调器的使用寿命的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供一种pfc控制方法，应用于空调器的外机控制器，所述外机控制器包括电源装置，所述电源装置包括整流桥和功率因素校正pfc电路；所述pfc控制方法包括：当检测到所述整流桥的输出电压过零点时，获取所述空调器的当前压缩机频率；获得所述当前压缩机频率对应的目标关断时长；依据所述目标关断时长和所述整流桥的输出电压周期，计算第一时长和第二时长，其中，所述第一时长、所述目标关断时长及所述第二时长是依次连续的且占据一个所述输出电压周期，所述第一时长和所述第二时长相等；在所述第一时长和所述第二时长内，采用平均电流控制策略控制所述pfc电路的功率器件的通断；在所述目标关断时长内采用无源pfc控制策略对所述整流桥进行自然整流，控制所述pfc电路的功率器件关断。

相对于现有技术，本发明提供的pfc控制方法具有以下优势：对整流桥的输出电压进行过零点检测，当检测到该输出电压过零点时，获取空调器的当前压缩机频率，进而获得当前压缩机频率对应的目标关断时长；然后，在整流桥的一个输出电压周期内，在第一时长和第二时长内采用平均电流控制策略，在目标关断时长内采用无源pfc控制策略对整流桥进行自然整流，使得功率器件一直处于关断状态，其中，第一时长、目标关断时长及第二时长是依次连续的且占据一个输出电压周期，同时第一时长和第二时长相等。也就是，本发明在现有boost型平均电流法的基础上，改进pfc驱动的控制策略，由于在整流桥的输出电压的中间时间段，电流畸变较小，故在该中间时间段使功率器件一直关断。从而在保证较高的功率因数的同时，减小了功率器件的开关频次，降低了功率器件的损耗，增加了空调器的使用寿命。

进一步地，所述外机控制器预先存储有数据表，所述数据表包括多个压缩机频率及每个所述压缩机频率对应的关断时长；所述获得所述当前压缩机频率对应的目标关断时长的步骤，包括：依据所述当前压缩机频率，从所述数据表中确定出所述当前压缩机频率对应的所述目标关断时长。

进一步地，所述数据表是按照以下方式生成的：

当所述压缩机频率为第一预设频率时，采用所述平均电流控制策略控制所述pfc电路的功率器件的通断，测量所述pfc电路的第一驱动效率；

设置所述关断时长的初始值；

依据所述关断时长的初始值和所述输出电压周期，计算所述第一时长和所述第二时长；

在所述第一时长和所述第二时长内，采用所述平均电流控制策略控制所述pfc电路的功率器件的通断；

在所述关断时长内采用所述无源pfc控制策略对所述整流桥进行自然整流，控制所述pfc电路的功率器件关断；

测量所述外机控制器的谐波含量及所述pfc电路的第二驱动效率；

调整所述关断时长的初始值，直至所述谐波含量满足预设标准、以及所述第二驱动效率最高且低于所述第一驱动效率，将所述关断时长的当前值作为当前压缩机频率对应的所述关断时长；

判断所述压缩机频率是否达到第二预设频率；

若否，则按照预设频率间隔增大所述压缩机频率，并重复执行上述步骤，直至所述压缩机频率达到所述第二预设频率，得到每个所述压缩机频率对应的所述关断时长。

进一步地，所述第一预设频率为45hz～50hz，所述第二预设频率为120hz～125hz，所述预设频率间隔为10hz～15hz。

进一步地，所述依据所述目标关断时长和所述整流桥的输出电压周期，计算第一时长和第二时长的步骤，包括：依据所述目标关断时长和所述整流桥的输出电压周期，按照预设公式：

t1＝(t-t0)/2

计算所述第一时长和所述第二时长；其中，t1表示所述第一时长和所述第二时长，t表示所述输出电压周期，t0表示所述目标关断时长。

本发明还提供一种pfc控制装置，应用于空调器的外机控制器，所述外机控制器包括电源装置，所述电源装置包括整流桥和功率因素校正pfc电路；所述pfc控制装置包括：获取模块，用于当检测到所述整流桥的输出电压过零点时，获取所述空调器的当前压缩机频率；获得模块，用于获得所述当前压缩机频率对应的目标关断时长；计算模块，用于依据所述目标关断时长和所述整流桥的输出电压周期，计算第一时长和第二时长，其中，所述第一时长、所述目标关断时长及所述第二时长占据一个所述输出电压周期且是依次连续的，所述第一时长和所述第二时长相等；第一执行模块，用于在所述第一时长和所述第二时长内，采用平均电流控制策略控制所述pfc电路的功率器件的通断；第二执行模块，用于在所述目标关断时长内采用无源pfc控制策略对所述整流桥进行自然整流，控制所述pfc电路的功率器件关断。

进一步地，所述外机控制器预先存储有数据表，所述数据表包括多个压缩机频率及每个所述压缩机频率对应的关断时长；所述获得模块具体用于：依据所述当前压缩机频率，从所述数据表中确定出所述当前压缩机频率对应的所述目标关断时长。

进一步地，所述计算模块具体用于：依据所述目标关断时长和所述整流桥的输出电压周期，按照预设公式：

t1＝(t-t0)/2

计算所述第一时长和所述第二时长；其中，t1表示所述第一时长和所述第二时长，t表示所述输出电压周期，t0表示所述目标关断时长。

本发明还提供一种空调器，所述空调器包括：外机控制器；存储器，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述外机控制器执行时，使得所述外机控制器实现上述的pfc控制方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被外机控制器执行时实现上述的pfc控制方法。

附图说明

图1为本发明提供的空调器的方框示意图。

图2为本发明提供的外机控制器中电源装置的方框示意图。

图3为boost型平均电流法的控制原理图。

图4为无源pfc时pfc电路的输入电压和输入电流的波形示意图。

图5为本发明提供的pfc控制方法的流程示意图。

图6为本发明提供的pfc控制方法的控制原理图。

图7为本发明提供的数据表生成方式的流程示意图。

图8为本发明提供的pfc控制装置的方框示意图。

附图标记说明：

10-空调器；11-外机控制器；12-存储器；13-总线；111-整流桥；112-pfc电路；100-pfc控制装置；110-获取模块；120-获得模块；130-计算模块；140-第一执行模块；150-第二执行模块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请参照图1，图1为本发明提供的空调器10的方框示意图，空调器10包括外机控制器11、存储器12及总线13，外机控制器11与存储器12通过总线13连接。

存储器12用于存储程序，例如图8所示的pfc控制装置100。pfc控制装置100包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器12中的软件功能模块。外机控制器11在接收到执行指令后，执行所述程序以实现本发明揭示的pfc控制方法。

外机控制器11可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，pfc控制方法的各步骤可以通过外机控制器11中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的外机控制器11可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

外机控制器11包括电源装置，请参照图2，电源装置包括整流桥111和pfc电路112，ac电源输出的电压通过整流桥111得到整流后的输出电压ud，也就是pfc电路112的输入电压ud，其数值一般通过输入电压采样电路采样得到。整流桥111的输出电压ud通过pfc电路112得到直流电压u0，也就是pfc电路112的输出电压u0，其数值一般通过输出电压采样电路采样得到。

boost型平均电流法应用于上述电源装置，是通过控制平均电流，使其和输入电压同相位来实现功率因数校正的。

boost型平均电流法的基本原理可以概括为：

第一步，将参考电压uref和pfc电路112的输出电压u0进行比较，其差值经过电压pi调节器输出；

第二步，通过乘法模拟器将上一步中pi调节器的输出和pfc电路112的输入电压ud相乘，得到输入电流的基准值iref；

第三步，将电感电流il和基准电流iref进行比较，比较值经过电流pi调节器后送入pwm生成器产生pwm信号，pwm信号控制开关管s的通断，进而使电感电流il的波形能够很好的跟踪整流桥111的输出电压ud的波形变化，使得电流谐波大大减少，以达到提高功率因数的目的。

boost型平均电流法的载波频率一直不变，其控制原理如图3所示，图中虚线为平均电流i平均，实线为电感电流il。从图3可以看出，当电感电流il上升时，pwm生成器的输出电压ug的占空比下降，进而使电感电流il减小；当电感电流il下降时，pwm生成器输出的ug占空比上升，进而使电感电流il增大。

另外，结合图2可以得到，当pfc电路112的输出电压u0减小时，电压pi调节器的输出将增大，进而使基准电流iref增大，电感电流il得到提升，进而导致pwm生成器的输出电压ug增大；当pfc电路112的输出电压u0增大时，电压pi调节器的输出将减小，进而使基准电流iref减小，电感电流il降低，进而导致pwm生成器的输出电压ug减小。

显然，pfc电路112的输出电压u0的变化会影响到电感电流il，电感电流il又会影响到pwm信号，进而影响到开关管s的通断。pfc电路112的输出电压u0与输入电压(ac电源输出的电压)有关，而输入电压的波动通常较大，这就会使pfc电路内部的功率器件频繁开关，导致功率器件的损耗大大增大，影响空调器的使用寿命。

当对图2所示的电源装置采用无源pfc时，pfc电路112的输入电压和输入电流的波形如图4所示。从图4中可以看出，pfc电路112的输入电流为尖顶波，由于只有整流桥111的输入电压(ac电源输出的电压)大于直流输出电压ud时，整流桥111中才有电流流过，这就造成了pfc电路112的输入电压和输入电流不同相的问题。因此，如果采用无源pfc，对整流桥111自然整流，会使开关管s关断。

综上，为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明在现有boost型平均电流法的基础上，改进pfc驱动的控制策略，将无源pfc和boost型平均电流法进行结合，在整流桥的输出电压的中间时间段采用无源pfc，使得功率器件(即开关管s)一直关断，从而减小了功率器件的开关频次，降低了功率器件的损耗，增加了空调器10的使用寿命，下面进行详细介绍。

在图1所示的空调器10的基础上，下面给出一种pfc控制方法的可能的实现方式，该pfc控制方法应用于外机控制器11，图5为本发明提供的pfc控制方法的流程示意图，请参照图5，该pfc控制方法可以包括以下步骤：

s101，当检测到整流桥的输出电压过零点时，获取空调器的当前压缩机频率。

从图4中可以看出，在整流桥的输出电压的中间时间段，电流畸变较小，对功率因数的影响较小，因此可以在这一中间时间段采用无源pfc控制策略对整流桥进行自然整流。也就是，在pfc电路112的输入电压过零前和过零后的一段时间采用平均电流控制策略，在输入电压的顶端采用无源pfc控制策略，从而在保证较高的功率因数的同时，减小功率器件的开关频次，降低功率器件的损耗，增加空调器10的使用寿命。

因此，需要对pfc电路112的输入电压(即整流桥111的输出电压)进行过零点检测，以图6为例，t1时刻和t4时刻即为过零点。图6中，(a)表示整流桥111的输出电压，且为一个输出电压周期；(b)表示整流桥111的输出电流，当检测到整流桥111的输出电压过零点时，也就是t1时刻，获取空调器10的当前压缩机频率。

s102，获得当前压缩机频率对应的目标关断时长。

由于空调器10的外机控制器11，在压缩机运行在低频时不开启pfc，通常在压缩机频率达到45hz及以上时才会开启pfc；同时，空调器10的负载是周期性变化的，这就导致整流桥111的输出电流会发生变化。因此，针对不同的压缩机频率，在整流桥111的一个输出电压周期内，无源pfc控制策略的作用时长是不同的，需要使pfc电路112的输入电流具有较好的正弦度且功率器件的开关频次最少。

因此，针对45hz及以上的压缩机频率，不同的压缩机频率对应有不同的关断时长，关断时长即为图6中t2～t3之间的时长。相应的，目标关断时长为整流桥111的输出电压过零点(例如，t1时刻)时，空调器10的压缩机频率对应的关断时长。

在一个实施例中，外机控制器11可以预先存储有数据表，该数据表包括多个压缩机频率及每个压缩机频率对应的关断时长，该数据表是工作人员对空调器10进行测定得到的；

相应地，获得当前压缩机频率对应的目标关断时长的方式，可以包括：

依据当前压缩机频率，从数据表中确定出当前压缩机频率对应的目标关断时长。

s103，依据目标关断时长和整流桥的输出电压周期，计算第一时长和第二时长，其中，第一时长、目标关断时长及第二时长是依次连续的且占据一个输出电压周期，第一时长和第二时长相等。

针对整流桥111的一个输出电压周期，在目标关断时长已知的情况下，就能根据输出电压周期和目标关断时长，确定出一个周期内的第一时长和第二时长。即，结合到图6，一个输出电压周期为t，目标关断时长为t2～t3，第一时长为t1～t2，第二时长为t3～t4，t1～t2和t3～t4等长。

在一个实施例中，依据目标关断时长和整流桥的输出电压周期，计算第一时长和第二时长的方式，可以包括：

依据目标关断时长和整流桥的输出电压周期，按照预设公式：

t1＝(t-t0)/2

计算第一时长和所述第二时长；

其中，t1表示第一时长和第二时长，t表示输出电压周期，t0表示目标关断时长。

s104，在第一时长和第二时长内，采用平均电流控制策略控制pfc电路的功率器件的通断。

s105，在目标关断时长内采用无源pfc控制策略对整流桥进行自然整流，控制pfc电路的功率器件关断。

以图6为例，针对整流桥111的一个输出电压周期t，在t1～t2时采用平均电流控制策略；在t2～t3时采用无源pfc控制策略对整流桥111进行自然整流，使得功率器件一直处于关断状态；在t3～t4时采用平均电流控制策略，且t1～t2和t3～t4的时长相等。

下面对数据表的生成方式进行描述，也就是对数据表中各个压缩机频率对应的关断时长的测定方式进行描述，请参照图7，数据表的生成方式可以包括以下步骤：

s1，当压缩机频率为第一预设频率时，采用平均电流控制策略控制pfc电路的功率器件的通断，测量pfc电路的第一驱动效率。

通常，外机控制器11在压缩机频率达到45hz及以上时才会开启pfc，因此，需要对45hz及以上的各个压缩机频率对应的关断时长进行测定。在测定过程中，针对同一个压缩机频率，完全采用平均电流法控制pfc电路112中功率器件的通断，然后在空调器10稳定运行一段时间(例如，30min)后，测量pfc电路112的驱动效率。

第一驱动效率是指采用平均电流法控制pfc电路112中功率器件的通断时，pfc电路112的驱动效率。

可选地，第一预设频率可以是45hz～50hz，通常为45hz。

s2，设置关断时长的初始值。

关断时长的初始值是按照经验选取的数值，例如，1ms等，结合到图6，即设置t2～t3为1ms。

s3，依据关断时长的初始值和输出电压周期，计算第一时长和第二时长。

针对整流桥111的一个输出电压周期(例如，10ms)，在关断时长(t2～t3，例如，1ms)已知的情况下，就能计算出第一时长(t1～t2)和第二时长(t3～t4)，计算方式同步骤s103，在此不再赘述。

s4，在第一时长和第二时长内，采用平均电流控制策略控制pfc电路的功率器件的通断。

s5，在关断时长内采用无源pfc控制策略对整流桥进行自然整流，控制pfc电路的功率器件关断。

s6，测量外机控制器的谐波含量及pfc电路的第二驱动效率。

在步骤s1的同等条件下，即，压缩机频率为第一预设频率时，采用本实施例提供的pfc控制方法，在t1～t2时采用平均电流控制策略，在t2～t3时采用无源pfc控制策略，在t3～t4时采用平均电流控制策略；同时，在空调器10稳定运行一段时间(例如，30min)后，测量外机控制器的谐波含量及pfc电路112的驱动效率。

第二驱动效率是指采用本实施例提供的pfc控制方法控制pfc电路112中功率器件的通断时，pfc电路112的驱动效率。

s7，调整关断时长的初始值，直至谐波含量满足预设标准、以及第二驱动效率最高且低于第一驱动效率，将关断时长的当前值作为当前压缩机频率对应的关断时长。

通常，采用步骤s1的方式时pfc电路112的驱动效率，必然要高于采用步骤s4～s5的方式时pfc电路112的驱动效率，即，第一驱动效率必然要高于第二驱动效率。因此，在找到最高的第二驱动效率时，还需要判断该最高的第二驱动效率是否低于第一驱动效率，如果该最高的第二驱动效率高于第一驱动效率，则表明测定过程出了问题，需要重新测定。

结合到图6，反复调整t2～t3的时长，使得外机控制器11的谐波含量满足行业标准的同时，使pfc电路112的驱动效率最高，并且要高于采用平均电流法控制pfc电路112中功率器件的通断时pfc电路112的驱动效率，则此时t2～t3的时长即为压缩机频率为第一预设频率时对应的关断时长。

s8，判断压缩机频率是否达到第二预设频率。

可选地，第二预设频率可以是120hz～125hz，通常为120hz。

若压缩机频率未达到第二预设频率，则执行步骤s9，并在执行完步骤s9后重复执行步骤s1～s7，直至压缩机频率达到第二预设频率，得到每个压缩机频率对应的关断时长。

s9，按照预设频率间隔增大压缩机频率。

例如，测量压缩机频率在45hz～120hz之间，每增加10hz，各个压缩机频率对应的关断时长。因此，如果压缩机频率未达到120hz，则增加1010hz，然后执行步骤s1～s8进行反复测试，直至得到45hz～120hz之间各个压缩机频率对应的关断时长。

可选地，预设频率间隔可以是10hz～15hz，通常为10hz。

与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：

首先，本实施例在现有boost型平均电流法的基础上，改进pfc驱动的控制策略，在整流桥的一个输出电压周期内，在第一时长和第二时长内采用平均电流控制策略，在目标关断时长内采用无源pfc控制策略对整流桥进行自然整流，使得功率器件一直处于关断状态，从而在保证较高的功率因数的同时，减小了功率器件的开关频次，降低了功率器件的损耗，增加了空调器的使用寿命；

其次，外机控制器11在压缩机频率达到45hz及以上时才会开启pfc，故预先进行测定，得到45hz及以上的各个压缩机频率对应的关断时长，使得pfc电路112的输入电流具有较好的正弦度且功率器件的开关频次最少，进一步降低功率器件的损耗；

第三.未改变外机控制器11中电源装置的硬件拓扑结构，而是改进了pfc驱动的控制策略，不增加硬件成本。

为了执行上述实施例及各个可能的实施方式中的相应步骤，下面给出一种pfc控制装置的实现方式。请参照图8，为本发明所提供的pfc控制装置100的功能模块示意图。需要说明的是，本实施例所述的pfc控制装置100，其基本原理及产生的技术效果与前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考前述方法实施例的相应内容。该pfc控制装置100应用于外机控制器11，下面结合图8对该pfc控制装置100进行介绍，该pfc控制装置100包括：获取模块110、获得模块120、计算模块130、第一执行模块140及第二执行模块150。

获取模块110，用于当检测到整流桥的输出电压过零点时，获取空调器的当前压缩机频率。

获得模块120，用于获得当前压缩机频率对应的目标关断时长。

计算模块130，用于依据目标关断时长和整流桥的输出电压周期，计算第一时长和第二时长，其中，第一时长、目标关断时长及第二时长是依次连续的且占据一个输出电压周期，第一时长和第二时长相等。

第一执行模块140，用于在第一时长和第二时长内，采用平均电流控制策略控制pfc电路的功率器件的通断。

第二执行模块150，用于在目标关断时长内采用无源pfc控制策略对整流桥进行自然整流，控制pfc电路的功率器件关断。

可选地，外机控制器11预先存储有数据表，数据表包括多个压缩机频率及每个压缩机频率对应的关断时长；

获得模块120具体用于：依据当前压缩机频率，从数据表中确定出当前压缩机频率对应的目标关断时长。

可选地，计算模块130具体用于：依据目标关断时长和整流桥的输出电压周期，按照预设公式：

t1＝(t-t0)/2

计算第一时长和所述第二时长；其中，t1表示第一时长和第二时长，t表示输出电压周期，t0表示目标关断时长。

综上所述，本发明提供的一种pfc控制方法、装置、空调器及存储介质，在现有boost型平均电流法的基础上，改进pfc驱动的控制策略，由于在整流桥的输出电压的中间时间段，电流畸变较小，故在该中间时间段使功率器件一直关断，从而在保证较高的功率因数的同时，减小了功率器件的开关频次，降低了功率器件的损耗，增加了空调器的使用寿命。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。