三相无电解电容变频器的驱动电路、变频器及空调器的制作方法

1.本发明涉及电机驱动技术领域，具体提供一种三相无电解电容变频器的驱动电路、变频器及空调器。


背景技术：

2.随着变频器技术的发展，变频器逐渐被应用到小功率家用空调、中大功率商用中央空调及其他系统中，因此对变频器的寿命、可靠性要求也越来越高。
3.传统变频器的整流部分通常采用二极管实现，以及通过充电电阻及接触器并联作为缓冲器件来实现软启动功能，这种结构的电路较为复杂且充电电阻的发热量大，容易损坏变频器。
4.相应地，本领域需要一种新的三相无电解电容变频器的驱动电路来解决上述问题。


技术实现要素：

5.为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决上述的技术问题。本发明提供了一种三相无电解电容变频器的驱动电路、变频器及空调器。
6.在第一方面，本发明提供一种三相无电解电容变频器的驱动电路，所述驱动电路包括采样单元、主控单元、整流单元和驱动及逆变单元；
7.所述采样单元，用于采集所述驱动电路的交流输入电压、母线电压和交流输出电流；
8.所述主控单元，用于根据所述交流输入电压和母线电压生成触发信号，以及根据所述交流输出电流生成驱动信号，其中所述触发信号用于控制所述整流单元中晶闸管的触发角，所述驱动信号用于控制所述驱动及逆变单元中igbt的通断。
9.在一个实施方式中，所述整流单元包括三条支路，每一条所述支路包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂上设置有至少一个晶闸管，所述下桥臂上设置有至少一个二极管。
10.通过晶闸管和二极管搭建的整流桥来实现对输入电压的整流，以及通过主控单元对晶闸管的控制来实现变频器的软启动，与现有技术中通过充电电阻及接触器并联来实现变频器的软启动来说，在实现整流作用的基础上，减小了整个驱动电路的发热量，避免了变频器因发热过大而损坏。
11.在一个实施方式中，所述主控单元包括同步信号模块、移相信号模块和触发信号模块；其中
12.所述同步信号模块，用于获取所述交流输入电压的反向值，并将所述反向值与零电位比较，得到同步信号；
13.所述移相信号模块，用于根据所述交流输入电压、所述交流输入电压的反向值和所述母线电压，生成所述交流输入电压的移相信号；
14.所述触发信号模块，用于根据所述同步信号和所述移相信号生成触发信号。
15.在一个实施方式中，所述驱动及逆变单元包括驱动板和逆变子单元，所述逆变子单元包括三条桥臂，每一条所述桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂上均设置有至少一个igbt。
16.在一个实施方式中，所述驱动信号包括pwm波驱动信号；
17.所述主控单元还包括驱动信号生成单元，用于根据所述交流输出电流、采用电流速度环控制算法生成pwm波驱动信号，并将所述pwm波驱动信号输出至所述驱动板对对所述逆变子单元中的每个igbt进行驱动。
18.在一个实施方式中，所述驱动电路还包括电容单元，所述电容单元连接在所述驱动及逆变单元的两个输入端之间，用于对所述母线电压进行滤波和稳压。
19.在一个实施方式中，所述电容单元至少包括一个电容。
20.在一个实施方式中，所述电容为薄膜电容。
21.采用薄膜电容替代电解电容作为母线电容，有效抑制了直流母线电压的波动，避免了因母线电压波动过大导致驱动电机转速波动以及电机在高频转速情况下制动导致导致母线电压泵升的情况，避免了变频器的损坏。另外，本技术中的电容单元可以包含多个并联的薄膜电容并联，有效避免了电解电容发热量大、寿命短等弊端，提高了变频器的寿命及可靠性。
22.在第二方面，本发明提供一种变频器，所述变频器包括前述的三相无电解电容变频器的驱动电路。
23.在第三方面，本发明提供一种空调器，所述空调器包括前述的变频器。
24.本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
25.本发明中的三相无电解电容变频器的驱动电路包括采样单元、主控单元、整流单元和驱动及逆变单元；其中采样单元用于采集驱动电路的交流输入电压、母线电压和交流输出电流；主控单元用于根据交流输入电压和母线电压生成触发信号，以及根据交流输出电流生成驱动信号，其中触发信号用于控制整流单元中晶闸管的触发角，驱动信号用于控制驱动及逆变单元中igbt的通断。如此，在实现变频器软启动的过程中，通过主控单元生成的触发信号控制整流电路中晶闸管的触发角，以及通过主控单元生成的驱动信号控制驱动及逆变单元中igbt的开关，如此，在简化了电路结构的同时，实现了电路的整流和滤波，有利于减小变频器的发热量，提高了驱动电路的安全性和可靠性。
附图说明
26.参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
27.图1是根据现有变频器的整流电路及软启动电路的结构示意图；
28.图2是根据本发明的一个实施例的三相无电解电容变频器的驱动电路的主要结构示意图；
29.图3是根据本发明的一个实施例的三相无电解电容变频器的驱动电路的完整结构示意图；
30.图4是根据本发明的一个实施例的主控单元的主要结构示意图。
31.附图标记列表：
32.11：采用单元；12：主控单元；13：整流单元；14：驱动及逆变单元；121：同步信号模块；122：移相信号模块；123：触发信号模块。
具体实施方式
33.下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
34.在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、图像处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“a和/或b”表示所有可能的a与b的组合，比如只是a、只是b或者a和b。术语“至少一个a或b”或者“a和b中的至少一个”含义与“a和/或b”类似，可以包括只是a、只是b或者a和b。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。
35.目前随着变频器技术的发展，变频器逐渐被应用到小功率家用空调、中大功率商用中央空调及其他系统中，因此对变频器的寿命、可靠性要求也越来越高。
36.如图1所示，传统变频器的整流部分通常采用二极管实现，以及软启动单元包括并联的充电电阻r1和接触器s1，通过充电电阻及接触器作为缓冲器件来实现变频器的软启动功能，这种结构的电路较为复杂且充电电阻的发热量大，容易损坏变频器。
37.为此，本技术提出了一种三相无电解电容变频器的驱动电路、变频器及空调器，驱动电路包括采样单元、主控单元、整流单元和驱动及逆变单元；其中采样单元用于采集驱动电路的交流输入电压、母线电压和交流输出电流；主控单元用于根据交流输入电压和母线电压生成触发信号，以及根据交流输出电流生成驱动信号，其中触发信号用于控制整流单元中晶闸管的触发角，驱动信号用于控制驱动及逆变单元中igbt的通断。如此，在实现变频器软启动的过程中，通过主控单元生成的触发信号控制整流电路中晶闸管的触发角，以及通过主控单元生成的驱动信号控制驱动及逆变单元中igbt的开关，如此，在简化了电路结构的同时，实现了电路的整流和滤波，有利于减小变频器的发热量，提高了驱动电路的安全性和可靠性。
38.参阅附图2，图2是根据本发明的一个实施例的三相无电解电容变频器的驱动电路的主要结构示意图。
39.如图2所示，本发明实施例中的三相无电解电容变频器的驱动电路主要包括采样单元11、主控单元12、整流单元13和驱动及逆变单元14。
40.采样单元11，用于采集驱动电路的输入端a1的交流输入电压、母线a2的母线电压和输出端a3的交流输出电流。
41.具体来说，采样单元11具体可以采集三相交流输入电压、三相交流输入电流、母线电压、三相交流输出电压、三相交流输出电流等。
42.示例性地，采样单元可以通过采集传感器来实现。
43.主控单元12，用于根据所述交流输入电压和母线电压生成触发信号，其中所述触发信号用于控制所述整流单元中晶闸管的触发角，以及根据所述交流输出电流生成驱动信号，所述驱动信号用于控制所述驱动及逆变单元中igbt的通断。
44.本技术提出了一种三相无电解电容变频器的驱动电路，驱动电路包括采样单元、主控单元、整流单元和驱动及逆变单元；其中采样单元用于采集驱动电路的交流输入电压、母线电压和交流输出电流；主控单元用于根据交流输入电压和母线电压生成触发信号，以及根据交流输出电流生成驱动信号，其中触发信号用于控制整流单元中晶闸管的触发角，驱动信号用于控制驱动及逆变单元中igbt的通断。如此，在实现变频器软启动的过程中，通过主控单元生成的触发信号控制整流电路中晶闸管的触发角，以及通过主控单元生成的驱动信号控制驱动及逆变单元中igbt的开关，如此，在简化了电路结构的同时，实现了电路的整流和滤波，有利于减小变频器的发热量，提高了驱动电路的安全性和可靠性。
45.在一个具体实施方式中，所述整流单元包括三条支路，每一条所述支路包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂上设置有至少一个晶闸管，所述下桥臂上设置有至少一个二极管。
46.示例性的，具体如图3所述，整流单元包括三条支路，每一条支路包括上桥臂和下桥臂，其中上桥臂上设置有一个晶闸管v1，下桥臂上设置有一个二极管d1。
47.通过晶闸管和二极管搭建的整流桥来实现对输入电压的整流，以及通过主控单元对晶闸管的控制来实现变频器的软启动，与现有技术中通过充电电阻及接触器并联来实现变频器的软启动来说，在实现整流作用的基础上，减小了整个驱动电路的发热量，避免了变频器因发热过大而损坏。
48.在一个具体实施方式中，如图4所示，所述主控单元12包括同步信号模块121、移相信号模块122和触发信号模块123；其中
49.所述同步信号模块121，用于获取所述交流输入电压的反向值，并将所述反向值与零电位比较，得到同步信号；
50.所述移相信号模块122，用于根据所述交流输入电压、所述交流输入电压的反向值和所述母线电压，生成所述交流输入电压的移相信号；
51.所述触发信号模块123，用于根据所述同步信号和所述移相信号生成触发信号。
52.具体来说，同步信号模块121具体是先获取交流输入电压的各相线电压的反向值，将交流输入电压的各相线电压的反向值与零电位进行比较，从而得到交流输入电压的各相线电压的同步信号。
53.示例性地，具体在通过整流单元中的晶闸管实现变频器软启动的控制过程中，首先由采集单元采集三相输入线电压u
uv
、u
vw
、u
wu
，接着通过同步信号模块中的运算放大器对三相输入线电压u
uv
、u
vw
、u
wu
运算，获得三相输入线电压u
uv
、u
vw
、u
wu
的反向值u
vu
、u
wv
、u
uw
。进而将三相输入线电压u
uv
、u
vw
、u
wu
的反向值u
vu
、u
wv
、u
uw
分别与零电位进行比较，从而得到u、v、w三相各自对应的同步信号，此同步信号即为各相晶闸管的180
°
触发区间。
54.移相信号模块122具体先根据交流输入电压的各相线电压和交流输入电压的各相线电压的反向值，来生成交流输入电压的各相线电压的比较信号。示例性地，具体可以采用最大值获取器，将三相输入线电压u
uv
、u
vw
、u
wu
和其对应的反向值u
vu
、u
wv
、u
uw
两两分为一组，如u
uv
和u
vu
为一组，u
vw
和u
wv
为一组，u
wu
和u
uw
为一组，接着从每组中获取到最大值，并根据每组的最大值分别对应生成u、v、w三相的比较信号。
55.接着，该移相信号模块122还能够根据前述生成的所述比较信号和母线电压，生成交流输入电压的移相信号。示例性地，在实现变频器软启动控制的过程中，对所述比较信号和母线电压进行比较，根据比较结果生成移相信号。具体是移相信号的有效区间随着母线电压的升高而增大。
56.最后，可以根据触发信号模块123生成的触发信号控制整流单元中晶闸管的触发角。具体来说，触发信号模块可以利用与门电路，具体对前述的移相信号和同步信号进行“与”逻辑运算，从而生成触发信号。
57.本技术中的整流单元较传统变频器的整流单元来说，具体采用可控硅晶闸管代替三相整流桥共阴极整流二极管，同时因晶闸管在正向电压下需控制提供导通电流才可导通，触发角为0
°
晶闸管在自然换相点导通，与普通整流二极管作用相同，触发角为180
°
晶闸管达到导通临界状态且无法导通，即可通过调整晶闸管触发角角度在180
°
至0
°
之间变化即可在整流状态前提下实现缓冲启动，避免了变频器启动时瞬间产生大电流冲击母线电容。进而损坏变频器的问题。另外，本技术的电路结构更加简单，同时减小了发热量。
58.驱动及逆变单元主要将直流母线上的母线电压逆变为三相交流电压并输出至电机，从而驱动电机转动，其中，电机驱动频率由主控单元输出的pwm波驱动信号控制。
59.在一个具体实施方式中，所述驱动及逆变单元包括驱动板和逆变子单元，所述逆变子单元包括三条桥臂，每一条所述桥臂包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂均设置有至少一个igbt。
60.具体如图3所示，驱动及逆变单元包括驱动板和逆变子单元，其中，逆变子单元主要由设置在三条桥臂上的6个igbt组成。
61.在一个具体实施方式中，所述驱动信号包括pwm波驱动信号；
62.所述主控单元还包括驱动信号生成单元，用于根据所述交流输出电流、采用电流速度环控制算法生成pwm波驱动信号，并将所述pwm波驱动信号输出至所述驱动板以对所述逆变子单元中的每个igbt进行驱动。
63.具体来说，主控单元获取采集单元采集的交流输出电压和交流输出电流，主控单元中预先存储有需要输出的基准电压值，接着将基准电压与采样所得的交流输出电压进行比较后经过pi控制调节，作为电流环的基准，电流环基准与采样的交流输出电流进行比较后经过p调节控制，作为正弦调制波送入到全比较器，与高频三角载波进行比较，并基于比较结果生成pwm波驱动信号，pwm波驱动信号可输出至至驱动板，以驱动逆变子单元中的igbt的通断。
64.通过主控单元中的驱动信号生成单元生成pwm波驱动信号，并将该驱动信号输出至驱动板，从而实现了对逆变子单元中的各个igbt的驱动控制，提高了对驱动及逆变子单元的驱动控制效率。
65.在一个具体实施方式中，所述驱动电路还包括电容单元，所述电容单元连接在所述驱动及逆变单元的两个输入端之间，用于对电路进行滤波和稳压。
66.在一个具体实施方式中，所述电容单元至少包括一个电容。具体来说，这里的电容单元可以是多个电容并联组成的，从而增大电容容量，以更好的实现对电路的稳压和滤波。
67.在一个具体实施方式中，所述电容为薄膜电容。
68.在一个具体实施方式中，具体如图3所示，驱动电路还包括电容单元，该电容单元
包括一个电容c1，从而对电路进行稳压以及滤波。
69.本技术中的三相无电解电容变频器的驱动电路采用薄膜电容替代电解电容作为母线电容，有效抑制了直流母线电压的波动，避免了因母线电压波动过大导致驱动电机转速波动以及电机在高频转速情况下制动导致导致母线电压泵升的情况，避免了变频器的损坏。另外，本技术中的电容单元可包含多个并联的薄膜电容并联，有效解决了电解电容发热量大、寿命短等弊端，提高了变频器寿命及可靠性。
70.本技术中的主控单元可以生成触发信号对晶闸管触发角度进行控制，具体来说，晶闸管触发角度控制从180
°
到0
°
变化实现母线电压不断增大，即变频器上电后晶闸管触发角被设定到接近180
°
的触发角使晶闸管微导通，母线电压随之增大，晶闸管触发角也进一步减小，当触发角减小到120
°
自然换相角时，触发角直接降为0
°
即母线电压达到额定值实现变频器缓冲启动作用。
71.主控单元还可以生成pwm波驱动信号并输出至驱动及逆变单元，以对驱动及逆变单元中的igbt进行控制。
72.除此之外，主控单元还可以对母线进行过压保护，具体来说，主控单元将采集单元采集得到的母线电压与预设电压阈值进行比较，并根据比较结果进行欠压或者过压保护。
73.主控单元还可以对输出端的电机进行电流保护。示例性的，主控单元对采集单元采集的输出端的电流与预设电流阈值进行比较，并在输出端电流大于预设电流阈值的情况下，断开该驱动电路与电机的连接。
74.进一步地，本发明还提供一种变频器，所述变频器包括前述的三相无电解电容变频器的驱动电路。
75.具体来说，本技术中的变频器包括前述的三相无电解电容变频器的驱动电路。其中，三相无电解电容变频器的驱动电路包括采样单元、主控单元、整流单元和驱动及逆变单元；其中采样单元用于采集驱动电路的交流输入电压、母线电压和交流输出电流；主控单元用于根据交流输入电压和母线电压生成触发信号，以及根据交流输出电流生成驱动信号，其中触发信号用于控制整流单元中晶闸管的触发角，驱动信号用于控制驱动及逆变单元中igbt的通断。如此，在实现变频器软启动的过程中，通过主控单元生成的触发信号控制整流电路中晶闸管的触发角，以及通过主控单元生成的驱动信号控制驱动及逆变单元中igbt的开关，如此，在简化了电路结构的同时，实现了电路的整流和滤波，有利于减小变频器的发热量，提高了驱动电路的安全性和可靠性。
76.因此，本技术中的变频器也具有较高的安全性和可靠性。
77.进一步地，本发明还提供一种空调器，所述空调器包括前述的变频器。
78.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。