一种升降压控制电路及空调设备的制作方法

1.本实用新型涉及电子电力技术领域，具体而言，涉及一种升降压控制电路及空调设备。


背景技术：

2.目前随着各国对能效的要求越来越严苛，我国的能效等级由3级变为5级。经过实际测试，空调压缩机在低频时能效较低。针对低频能效低的问题，我们通过降低输入电压可以对效率有显著提升。传统的 boost升压电路无法实现降低输入电压；而传统的buck降压电路能够实现低频段的降压操作，但是无法支持空调在高频段运行。针对上述问题，现有技术中提出一种buck
‑
boost电路，实现升降压控制，图1为现有的buck
‑
boost电路的结构图，通过调节电压的占空比，能实现电压任意范围的升降压控制，但是，在该电路中，由于只存在一个开关管，当开关管断开时，电路中的输入电流会断续，导致功率因数较低，无法应用于大功率器件。
3.针对现有技术中升降压控制电路的功率因数较低，无法应用于大功率设备的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例中提供一种升降压控制电路及空调设备，以解决现有技术中升降压控制电路的功率因数较低，无法应用于大功率设备的问题。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种升降压控制电路，该升降压控制电路包括：
6.升压模块，包括第一开关管和升压单元，所述第一开关管的一端连接所述升压单元，另一端连接至整流电路的输出端的负极端子和母线电容的第二端之间，所述升压单元连接所述整流电路的输出端的正极端子；
7.降压模块，包括第二开关管和降压单元，所述第二开关管的一端连接所述升压单元的输出端，另一端连接所述降压单元的输入端，所述降压单元的输出端连接所述母线电容的第一端，所述降压单元还连接所述母线电容的第二端；
8.所述第一开关管和所述第二开关管用于根据升降压需求改变自身的占空比，执行升压或降压操作；其中，所述第一开关管在所述第二开关管关断时导通。
9.进一步地，所述升降压控制电路还包括：
10.继电器，并联设置在所述第二开关管的两端，用于根据所述母线电容两端并联的负载的功率控制自身的通断。
11.进一步地，所述升压单元包括：
12.第一电感，其第一端连接所述整流电路的输出端的正极端子，其第二端分别连接第一单向元件的阳极和第一开关管的一端；
13.所述第一单向元件，其阴极连接所述第二开关管的一端。
14.进一步地，所述降压单元包括：
15.第二电感，其第一端连接所述第二开关管的另一端，其第二端连接所述母线电容的第一端；
16.第二单向元件，其阳极连接至所述第一开关管的另一端和所述整流电路的输出端的负极端子的连接点，与所述母线电容的第二端之间，其阴极连接至所述第二开关管的另一端和所述第二电感之间。
17.本实用新型还提供一种空调设备，包括负载和供电电路，还包括上述升降压控制电路。
18.进一步地，所述供电电路包括依次连接的交流电源、滤波电路、整流电路。
19.进一步地，所述整流电路至少包括：
20.第一整流桥，其中包括同向串联的第一整流二极管和第二整流二极管，所述第一整流二极管和第二整流二极管之间的线路连接所述滤波电路的第一相输出端子；
21.第二整流桥，其中包括同向串联的第三整流二极管和第四整流二极管，所述第三整流二极管和第四整流二极管之间的线路连接所述滤波电路的第二相输出端子。
22.应用本实用新型的技术方案，第一开关管和第二开关管根据升降压需求改变自身的占空比，执行升压或降压操作；通过在第二开关管关断时，控制第一开关管导通，解决开关管断开时电流断续的问题，提高功率因数，使上述升降压控制电路可以应用于高功率设备，扩宽上述升降压控制电路的应用范围。
附图说明
23.图1为现有的buck
‑
boost电路的结构图；
24.图2为根据本实用新型实施例的升降压控制电路与供电电路的连接关系图；
25.图3为现有的隔离型升降压控制电路的结构图；
26.图4为根据本实用新型另一实施例的升降压控制电路与供电电路的连接关系图。
具体实施方式
27.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
29.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
30.应当理解，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二等来描述开关管，但这些开关管不应限于这些术语。这些术语仅用来将不同开关管区分开。例如，在不脱离本
实用新型实施例范围的情况下，第一开关管也可以被称为第二开关管，类似地，第二开关管也可以被称为第一开关管。
31.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测 (陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
32.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
33.下面结合附图详细说明本实用新型的可选实施例。
34.实施例1
35.现有的buck降压电路可以实现母线电压降压效果，实现低频段的高效化，依据伏秒平衡原理：(v
in
‑
v
o
)*a＝v
o
*(1
‑
a)，该buck 降压电路的输出电压与输入电压满足以下关系：vo＝a*v
in
，其中，vo 为输出电压，v
in
为输入电压，a为开关管的占空比，由于开关管的占空比a始终小于或等于1，在该电路中，vo≤v
in
，无法使机组运行更高的频率，影响用户使用。
36.现有的boost电路，输出电压与输入电压满足以下关系：v
o
＝1/ (1
‑
a)*v
in
，其中，vo为输出电压，v
in
为输入电压，a为开关管的占空比，由于开关管的占空比a始终大于或等于0，通过上述公式可知，boost电路无法实现降压效果，即无法实现提高低频段的效率提升。
37.现有的buck
‑
boost电路的结构如上文中提及的图1中所示，通过在整流电路的输出端的正极端子p上依次连接开关管q和单向导通二极管d，并且设置电感l，电感l一端连接至开关管q和单向导通二极管d之间，另一端连接整流电路的输出端的负极端子n，交流电经过整流电路后输出，依据伏秒平衡原理：v
in
*a＝v
o
*(1
‑
a)，该 buck
‑
boost电路的输出电压与输入电压满足以下关系：v
o
＝a/(1
‑
a) *v
in
，其中，vo为输出电压，v
in
为输入电压，a为开关管q的占空比，上述buck
‑
boost电路能实现电压任意范围，但是实际应用中，当开关管断开时，输入电流断续，影响功率因数的提升，在产品应用中，只能使用于小功率设备，大功率设备由于功率因数无法通过国家标准无法销售。
38.为了解决上述buck
‑
boost电路的开关管断开时，输入电流断续，导致功率因数较低，无法应用于大功率设备的问题，本实施例提供一种升降压控制电路，图2为根据本实用新型实施例的升降压控制电路与供电电路的连接关系图，如图2所示，该升降压控制电路包括：
39.升压模块1，其中包括第一开关管q1和升压单元10，第一开关管 q1的一端连接升压单元10，另一端连接至整流电路的输出端的负极端子n和母线电容c的第二端之间，升压单元10连接整流电路4的输出端的正极端子p；降压模块2，其中包括第二开关管q2和降压单元 20，第二开关管q2的一端连接升压单元10的输出端，另一端连接降压单元20的输入端，降压单元20的输出端连接母线电容c的第一端，降压单元20还连接母线电容c的第二端；第一开关管q1和第二开关管q2用于根据升降压需求改变自身的占空比，执行升压或降压操作；为了彻底解决开关管断开时电流断续，导致升降压控制电路的功率因数较低的问题，第
一开关管q1在第二开关管q2关断时导通，以实现在第二开关管q2关断时，电流由整流电路4的输出端的正极端子p，依次经过升压单元10和第一开关管q1回到整流电路4的输出端的负极端子n，避免出现无功功率，进而提高功率因数。
40.需要说明的是，在本实施例中，只要保证在第二开关管q2关断时，控制第一开关管q1导通即可，至于在同一开关周期内，第一开关管 q1导通多长时间，以及第二开关管q2导通多长时间，由上述升降压控制电路是需要执行升压操作还是降压操作，以及升降压的倍数确定。
41.依据伏秒平衡原理：v
o1
＝v
in
*(1
‑
a1)，v
o
＝a2*v
o1
，其中，v
in
为输入电压，v
o1
为升压单元10的输出电压，v
o
为降压单元20的输出电压(即上述升降压控制电路最终的输出电压)，a1为第一开关管q1 的占空比，a2为第二开关管q2的占空比，可得本实施例的升降压控制电路的最终输出电压与输入电压满足以下关系：v
o
＝a2/(1
‑
a1)*v
in
，其中，a2/(1
‑
a1)为升压或者降压的倍数。该升降压控制电路先通过升压单元10和第一开关实现升压，再通过降压单元20和第二开关实现降压，不存在输入电流断续的情况，能够实现提高功率因数。
42.下表1为应用本实施例的升降压控制电路的不同频率的效率提升结果：
43.表1不同频率的效率提升结果
[0044][0045]
如上表所示，负载的频率为13hz时，母线电压82v相比母线电压310v(输入电压220v)效率有12.5％的提升，负载的频率为15hz 时，母线电压82v相比母线电压310v(输入电压220v)效率有9.4％的提升，负载的频率为20hz时，母线电压82v相比母线电压310v(输入电压220v)效率有6.4％的提升。由此可见，本实施例的升降压控制电路对于不同频率都有一定的效率优化效果。上述负载是指设备中的用电器件，例如电机等，在空调设备中，负载可以是压缩机。
[0046]
本实施例的升降压控制电路，第一开关管q1和第二开关管q2根据升降压需求改变
自身的占空比，执行升压或降压操作；通过在第二开关管q2关断时，控制第一开关管q1导通，解决开关管断开时电流断续的问题，提高功率因数，使上述升降压控制电路可以应用于高功率设备，扩宽上述升降压控制电路的应用范围。
[0047]
如图2所示，上述供电电路包括：所述供电电路包括依次连接的交流电源ac、滤波电路3、整流电路4。整流电路4至少包括：第一整流桥，其中包括同向串联的第一整流二极管d1和第二整流二极管 d2，所述第一整流二极管d1和第二整流二极管d2之间的线路连接所述滤波电路的第一相输出端子；第二整流桥，其中包括同向串联的第三整流二极管d3和第四整流二极管d4，所述第三整流二极管d3和第四整流二极管d4之间的线路连接所述滤波电路3的第二相输出端子。还可以包括第三整流桥(图中未示出)，其中包括同向串联的第五整流二极管和第六整流二极管，所述第五整流二极管和第六整流二极管之间的线路连接所述滤波电路3的第三相输出端子。
[0048]
实施例2
[0049]
本实施例提供另一种升降压控制电路，在上述实施例的升降压控制电路中，还存在第二开关管q2的电压应力较高(等于输入与输出电压之和)的问题，这样对开关管要求较高，导致电路整体的可靠性较差，成本较高。
[0050]
在现有技术中，针对上述问题，提出了一种隔离型升降压控制电路，图3为现有的隔离型升降压控制电路的结构图，该隔离型升降压控制电路输出电压与输入电压满足以下关系：v
o
＝a/(1
‑
a)*v
in
，其中，vo为输出电压，v
in
为输入电压，a为开关管q的占空比，输出电压正极性，开关管电压应力等于输出电压，但是需要隔离变压器，变压器体积过大，成本非常高，无法很好的进行产品推广。
[0051]
由于上述隔离型升降压控制电路需要隔离变压器，变压器体积过大，成本非常高，因此，上述方案不是解决开关管电压应力较高的有效方案。
[0052]
鉴于此种情况，本实施例为了解决开关管电压应力较高的问题，提供了另一种升降压控制电路，图4为根据本实用新型另一实施例的升降压控制电路的结构图，如图4所示，该升降压控制电路还包括：继电器k，并联设置在第二开关管q2的两端，用于根据母线电容c 两端并联的负载m的功率控制自身的通断。
[0053]
母线电容c两端并联的负载m的功率较高时，为了保证通过负载 m的电流不至于过高，需要进行升压，根据上述关系式：v
o
＝a2/(1
‑
a1) *v
in
，升压时，第二开关管q2的占空比a2需要较大，其最大值为1，此时，第二开关管q2承受的电压应力就较大，为了避免在负载m的功率较大时，第二开关管q2承受较大电压应力，在第二开关管q2两端并联设置了继电器k，在具体实施时，判断上述负载m的功率所处的范围；如果上述负载m的功率大于第一阈值，则表明第二开关管q2 可能承受过大电压应力，控制继电器k导通，即用继电器k代替第二开关管q2工作，避免第二开关管q2承受较大的电压应力；如果上述负载m的功率小于或等于第一阈值，且大于或等于第二阈值，则表明第二开关管q2承受较大电压应力的风险比较低，因此，可以控制继电器k保持当前状态，即如果此时继电器k是导通的，则控制继电器k 继续导通，如果此时继电器k是关断的，则控制继电器k继续保持关断；如果上述负载m的功率小于第二阈值，则不存第二开关管q2承受较大电压应力的风险，因此控制继电器关断，重新根据升降压需求按照预设的占空比控制第二开关管q2通断。如此设置，能够避免第二开关管q2承受较大电压应力，从而降低对第二开关管q2的要求，进而降低电路成本，同时保证电路的
可靠性。
[0054]
需要说明的是，对于上述第一阈值和第二阈值，本领域技术人员可以根据实际需要，结合实际使用的第二开关管q2的参数，通过实验获得。
[0055]
具体实施时，为了实现升压功能，上述升压单元10包括：第一电感l1，第一电感l1的第一端连接整流电路4的输出端的正极端子p，第一电感l1的第二端分别连接第一单向元件d1的阳极和第一开关管 q1的一端；第一单向元件d1的阴极连接第二开关管q2的一端。
[0056]
为了实现降压功能，降压单元20包括：第二电感l2，第二电感 l2的第一端连接第二开关管q2的另一端，第二电感l2的第二端连接母线电容c的第一端；还包括第二单向元件d2，第二单向元件d2的阳极连接至第一开关管q1的另一端和整流电路的输出端的负极端子p 的连接点，与母线电容c的第二端之间，第二单向元件d2的阴极连接至第二开关管q2的另一端和第二电感l2之间。上述第一单向元件 d1和第二单向元件d2可以为单向导通二极管。
[0057]
通过第二开关管q2、第二电感l2、第二单向元件d2形成buck 降压电路，由于降压时负载m的功率较小，可以使用较低功率电流等级的开关管进行工作，通过第二开关管q2提供小占空比电压给母线电容c充电到达低成本充电效果。
[0058]
当运用负载m的功率较高时，通过将继电器k闭合，断第二开关管q2，第一电感l1、第一开关管q1、第一单向元件d1形成boost 升压电路，满足负载m的功率要求，另外继电器k、第二电感l2、第二单向元件d2形成低成本的充电电路。
[0059]
实施例3
[0060]
本实施例提供一种空调设备，包括负载和供电电路，还包括上述实施例中的升降压控制电路，用于提高功率因数，进而拓宽应用的功率范围。
[0061]
以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
[0062]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。