《PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置》是廣東美的製冷設備有限公司、美的集團股份有限公司於2015年8月5日申請的專利，該專利的公布號為CN105186842A，授權公布日為2015年12月23日，發明人是黃招彬。該發明涉及電力電子技術領域。
《PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置》公開了一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置，所述PFC電路的輸出端連線的負載為壓縮機，所述方法包括以下步驟：獲取電壓有效值Vin_rms和電流有效值Iin_rms；根據所述輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並根據所述電流有效值Iin_rms和所述電流限頻閾值對所述壓縮機進行控制；在所述輸入電流有效值Iin_rms大於所述電流限頻閾值時，控制所述壓縮機降頻運行，從而降低輸出功率，達到減小輸入電流的目的，改善輸入電路的發熱狀況，提高系統可靠性。
2021年11月，《PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置》獲得第八屆廣東專利獎優秀獎。
（概述圖為《PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置
- 申請人：廣東美的製冷設備有限公司、美的集團股份有限公司
- 申請日：2015年8月5日
- 申請號：2015104740118
- 公布號：CN105186842A
- 公布日：2015年12月23日
- 發明人：黃招彬
- 地址：廣東省佛山市順德區北滘鎮美的工業城東區製冷綜合樓
- 分類號：H02M1/32(2007.01)I、H02M1/42(2007.01)I
- 代理機構：北京清亦華智慧財產權代理事務所
- 代理人：張大威
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在單相交流電源輸入系統例如家用空調中，來自電網的單相交流電源通常先經過不可控全橋整流電路，再經過功率因數校正電路，然後輸出直流電並接至大容量電解電容，最後提供給負載例如內部開關電源、壓縮機和風機等。
功率因數校正電路可採用典型的Boost型功率因數校正電路，不僅可以達到較高的功率因數，而且可以升壓輸出穩定的直流電壓，從而給負載提供穩定的直流電源。這樣，當單相交流電源輸入的交流電壓較低時，由於功率因數校正電路的升壓作用，直流母線電壓依然可以達到較高幅值，使得壓縮機依然能夠運行到較高頻率。但是，相比交流電壓正常時，在輸入電壓較低時，輸入到PFC電路的輸入電流的幅值增加使得輸入電路中的器件發熱嚴重，同時交流風機轉速下降、散熱變差，容易造成器件損壞。
當功率因數校正電路採用不可升壓的無源PFC時，雖然不能升高母線電壓，但是在輸入電壓較低時，壓縮機可以通過深度弱磁控制，運行到較高頻率。但是，類似的，相比交流電壓正常時，在輸入電壓較低時，輸入到PFC電路的輸入電流的幅值增加使得輸入電路中的器件發熱嚴重，同時交流風機轉速下降、散熱變差，容易造成器件損壞。
發明內容
專利目的
《PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置》旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，該發明的一個目的在於提出一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法，該方法能夠改善輸入電路的發熱狀況。該發明的另一個目的在於提出一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻裝置。
技術方案
《PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置》一方面實施例提出了一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法，其特徵在於，獲取電壓有效值Vin_rms和電流有效值Iin_rms；根據所述輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並根據所述電流有效值Iin_rms和所述電流限頻閾值對所述壓縮機進行控制；在所述輸入電流有效值Iin_rms大於所述電流限頻閾值時，控制所述壓縮機降頻運行。
根據該發明實施例提出的變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法，根據輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時，控制壓縮機降頻運行。由此，在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時控制壓縮機降頻運行，從而降低輸出功率，達到減小輸入電流的目的，改善輸入電路的發熱狀況，並且，根據輸入電壓有效值Vin_rms自適應調整電流限頻閾值，避免室外交流風機散熱性能下降導致的輸入電路發熱嚴重，進一步改善輸入電路的發熱狀況，提高系統可靠性。
根據該發明的一個實施例，所述輸入電壓有效值Vin_rms與所述電流限頻閾值呈正相關關係。根據該發明的一個實施例，可通過查表的方式或分段線性化的方式獲取所述電流限頻閾值。
根據該發明的一個具體實施例，當通過查表的方式獲取所述電流限頻閾值時，將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並按照電壓從低到高的順序將每個區間的電流限頻閾值依次設定為Iin_thr1、Iin_thr2、…、Iin_thrN，其中，Iin_thr1＜Iin_thr2＜…＜Iin_thrN。根據該發明的另一個具體實施例，當通過分段線性化的方式獲取所述電流限頻閾值時，將所述輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並在每個電壓區間分界點設定一個電流限頻閾值，以及處於每個電壓區間的輸入電壓有效值對應的電流限頻閾值根據相鄰的兩個電壓區間分界點對應的電流限頻閾值線性計算得到。
為達到上述目的，該發明另一個方面實施例提出了一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻裝置，所述PFC電路的輸出端連線的負載為壓縮機，所述裝置包括：獲取單元，用於獲取電壓有效值Vin_rms和電流有效值Iin_rms；控制單元，用於根據所述輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並根據所述電流有效值Iin_rms和所述電流限頻閾值對所述壓縮機進行控制，其中，在所述輸入電流有效值Iin_rms大於所述電流限頻閾值時，控制所述壓縮機降頻運行。
根據該發明實施例提出的功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻裝置，控制單元根據輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時，控制壓縮機降頻運行。由此，在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時控制壓縮機降頻運行，從而降低輸出功率，達到減小輸入電流的目的，改善輸入電路的發熱狀況，並且，根據輸入電壓有效值Vin_rms自適應調整電流限頻閾值，避免室外交流風機散熱性能下降導致的輸入電路發熱嚴重，進一步改善輸入電路的發熱狀況，提高系統可靠性。
根據該發明的一個實施例，所述輸入電壓有效值Vin_rms與所述電流限頻閾值呈正相關關係。根據該發明的一個實施例，所述控制單元可通過查表的方式或分段線性化的方式獲取所述電流限頻閾值。
根據該發明的一個具體實施例，當通過查表的方式獲取所述電流限頻閾值時，所述控制單元將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並按照電壓從低到高的順序將每個區間的電流限頻閾值依次設定為Iin_thr1、Iin_thr2、…、Iin_thrN，其中，Iin_thr1＜Iin_thr2＜…＜Iin_thrN。根據該發明的另一個具體實施例，當通過分段線性化的方式獲取所述電流限頻閾值時，所述控制單元將所述輸入電壓有效值Vin_rms電壓的範圍劃分為N個區間，並在每個電壓區間分界點設定一個電流限頻閾值，以及處於每個電壓區間的輸入電壓有效值對應的電流限頻閾值根據相鄰的兩個電壓區間分界點對應的電流限頻閾值線性計算得到。
附圖說明
圖1是根據該發明實施例的變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法的流程圖；
圖2是根據該發明實施例的變頻空調中功率因數校正PFC電路的電路原理圖；
圖3是根據該發明一個具體實施例的具有升壓功能的功率因數校正PFC電路的電路原理圖；
圖4是根據該發明一個具體實施例的不具有升壓功能的功率因數校正PFC電路的電路原理圖；
圖5是根據該發明實施例的功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻裝置的方框示意圖。
權利要求
1.一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法，其特徵在於，所述PFC電路的輸出端連線的負載為壓縮機，所述方法包括以下步驟：獲取電壓有效值Vin_rms和電流有效值Iin_rms；根據所述輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並根據所述電流有效值Iin_rms和所述電流限頻閾值對所述壓縮機進行控制；在所述輸入電流有效值Iin_rms大於所述電流限頻閾值時，控制所述壓縮機降頻運行。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述輸入電壓有效值Vin_rms與所述電流限頻閾值呈正相關關係。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，通過查表的方式或分段線性化的方式獲取所述電流限頻閾值。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當通過查表的方式獲取所述電流限頻閾值時，將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並按照電壓從低到高的順序將每個區間的電流限頻閾值依次設定為Iin_thr1、Iin_thr2、…、Iin_thrN，其中，Iin_thr1＜Iin_thr2＜…＜Iin_thrN。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，當通過分段線性化的方式獲取所述電流限頻閾值時，將所述輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並在每個電壓區間分界點設定一個電流限頻閾值，以及處於每個電壓區間的輸入電壓有效值對應的電流限頻閾值根據相鄰的兩個電壓區間分界點對應的電流限頻閾值線性計算得到。
6.一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻裝置，其特徵在於，所述PFC電路的輸出端連線的負載為壓縮機，所述裝置包括：獲取單元，用於獲取電壓有效值Vin_rms和電流有效值Iin_rms；控制單元，用於根據所述輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並根據所述電流有效值Iin_rms和所述電流限頻閾值對所述壓縮機進行控制，其中，在所述輸入電流有效值Iin_rms大於所述電流限頻閾值時，控制所述壓縮機降頻運行。
7.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述輸入電壓有效值Vin_rms與所述電流限頻閾值呈正相關關係。
8.根據權利要求6或7所述的裝置，其特徵在於，所述控制單元通過查表的方式或分段線性化的方式獲取所述電流限頻閾值。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，當通過查表的方式獲取所述電流限頻閾值時，所述控制單元將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並按照電壓 從低到高的順序將每個區間的電流限頻閾值依次設定為Iin_thr1、Iin_thr2、…、Iin_thrN，其中，Iin_thr1＜Iin_thr2＜…＜Iin_thrN。
10.根據權利要求8所述的裝置，其特徵在於，當通過分段線性化的方式獲取所述電流限頻閾值時，所述控制單元將所述輸入電壓有效值Vin_rms電壓的範圍劃分為N個區間，並在每個電壓區間分界點設定一個電流限頻閾值，以及處於每個電壓區間的輸入電壓有效值對應的電流限頻閾值根據相鄰的兩個電壓區間分界點對應的電流限頻閾值線性計算得到。
實施方式
根據圖2-4的示例，變頻空調的供電裝置可包括整流電路10、PFC（Power Factor Correction，功率因數校正）電路20和電解電容E1。其中，整流電路10的輸入端與單相交流電源AC相連，整流電路10用於將單相交流電源AC提供的單相交流電進行整流以獲取整流後的直流電；PFC電路20連線在整流電路10的輸出端與電解電容E1之間，PFC電路20用於對電源進行功率因數校正；電解電容E1與負載30並聯。其中，負載30可優選為壓縮機M，負載30也可為內部開關電源、直流風機等。
也就是說，單相交流電源AC經過整流電路10的不可控全波整流，然後經過PFC電路20，輸出接到大容量的電解電容E1，進而給負載30供電。
需要說明的是，PFC電路20可採用具有升壓功能的PFC電路，也可採用不具有升壓功能的PFC電路。具體地，PFC電路20可採用如圖3所示的具有升壓功能的Boost型PFC電路，整流電路10具有第一輸出端和第二輸出端，Boost型PFC電路可包括第一電感L1、功率開關管S1和第一二極體D1，其中，第一電感L1的一端與整流電路10的第一輸出端相連，第一電感L1的另一端與第一二極體D1的陽極相連，第一電感L1與第一二極體D1之間具有第一節點；第一二極體D1的陰極與電解電容E1的正極端相連；功率開關管S1的集電極與第一節點相連，功率開關管S1的發射極分別與整流電路10的第二輸出端和電解電容E1的負極端相連。
在圖3的實施例中，PFC電路20在對電源進行功率因數校正的同時還可對整流後的直流電進行升壓處理，以為電解電容E1和負載30提供穩定的直流電壓。此時，整流電路10和PFC電路20作為供電裝置的輸入電路，輸入電流主要整流電路10、第一電感L1、功率開關管S1、二極體D1等器件，電流流向如圖3中短虛線中箭頭所示。
具體地，PFC電路20也可採用如圖4所示的不具有升壓功能的PFC電路，整流電路10具有第一輸出端和第二輸出端，不具有升壓功能的PFC電路可包括第二電感L2、第一電容C1和第二二極體D2，其中，第二電感L2與第二二極體D2串聯，第二電感L2的一端與整流電路10的第一輸出端相連，第二電感L2的另一端與第二二極體D2的陽極相連，第二二極體D2的陰極與電解電容E1的正極端相連；第一電容C1與串聯的第二電感L2與第二二極體D2並聯，第一電容C1的一端與第二電感L2的一端相連，第一電容C1的另一端與第二二極體D2的陰極相連。
在圖4的實施例中，PFC電路20僅對電源進行功率因數校正，而不對整流後的直流電進行升壓處理。此時，整流電路10和PFC電路20作為供電裝置的輸入電路，輸入電流主要整流電路10、第二電感L2、第一電容C1、第二二極體D2等器件，電流流向如圖4中短虛線中箭頭所示。
結合圖2-4的實施例，該發明一方面實施例提出了一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法。
圖1是根據該發明實施例的功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法的流程圖。PFC電路的輸出端連線的負載為壓縮機，如圖1所示，功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法包括以下步驟：
S1：獲取電壓有效值Vin_rms和電流有效值Iin_rms。
根據該發明的一個具體實施例，可根據PFC電路的輸入電流瞬時值Iin計算輸入電流有效值Iin_rms，並根據輸入電壓交流側瞬時值Vin_ac或輸入電壓直流側瞬時值Vin_dc計算輸入電壓有效值Vin_rms。也就是說，可檢測整流後的電流以獲取輸入電流瞬時值Iin以及檢測整流後的電壓以獲取輸入電壓直流側瞬時值Vin_dc，或者檢測整流前的電壓以獲取輸入電壓交流側瞬時值Vin_ac。
具體地，可根據以下公式計算輸入電壓有效值Vin_rms：Vin_rms＝sqrt（2）*Π/4*Vin_mean≈1.11*Vin_mean，其中，Vin_mean為輸入電壓平均值，Vin_mean＝MEAN（|Vin_ac|）或者Vin_mean＝MEAN（Vin_dc），其中||表示求絕對值，MEAN表示平均值計算。
同樣地，可根據以下公式計算輸入電流有效值Iin_rms：Iin_rms＝sqrt（2）*Π/4*Iin_mean≈1.11*Iin_mean，其中，Iin_mean為輸入電流平均值，Iin_mean＝MEAN（Iin），其中MEAN表示平均值計算。另外，根據該發明的一個具體示例，可通過電阻採樣法檢測輸入電流瞬時值Iin，並可通過分壓電阻法檢測輸入電壓直流側瞬時值Vin_dc。
S2：根據輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並根據電流有效值Iin_rms和電流限頻閾值對壓縮機進行控制。
S3：在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時，控制壓縮機降頻運行。
具體而言，可實時檢測輸入電流瞬時值Iin和輸入電壓瞬時值Vin_ac/Vin_dc，並分別計算輸入電流有效值Iin_rms和輸入電壓有效值Vin_rms，然後，根據輸入輸入電壓有效值Vin_rms自動設定不同輸入電壓有效值Vin_rms下的電流限頻閾值，當輸入電流有效值Iin_rms高於電流限頻閾值時，可逐漸降低壓縮機運行頻率，例如可每隔預設時間將壓縮機運行頻率降低預設頻率，直到輸入電流有效值低於電流限頻閾值。
進一步地，根據該發明的一個實施例，輸入電壓有效值Vin_rms與電流限頻閾值呈正相關關係。也就是說，在額定電壓及以下範圍內，輸入電壓有效值Vin_rms越低，電流限頻閾值越小。
需要說明的是，對於採用交流風機進行散熱的三級空調系統，交流風機的轉速隨著單相交流電源的電壓幅值的下降而降低，從而使得空調系統的散熱能力降低，由此，根據輸入電壓有效值Vin_rms設定電流限頻閾值，即輸入電壓有效值Vin_rms越低，電流限頻閾值也越低，可改善散熱能力降低而引起的輸入電路發熱嚴重的問題。
根據該發明的一個實施例，可通過以下兩種方法獲取電流限頻閾值，具體地，可通過查表的方式或分段線性化的方式獲取電流限頻閾值。
更具體地，當通過查表的方式獲取電流限頻閾值時，可將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並按照電壓從低到高的順序將每個區間的電流限頻閾值依次設定為Iin_thr1、Iin_thr2、…、Iin_thrN，其中，Iin_thr1＜Iin_thr2＜…＜Iin_thrN。
舉例來說，如表1所示，可將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為5個區間，輸入電壓有效值Vin_rms與電流限頻閾值之間可滿足以下表格關係：
輸入電壓有效值Vin_rms的大小 | 電流限頻閾值 |
Vin_rms≤150伏 | 第一電流限頻閾值Iin_thr1 |
150伏＜Vin_rms≤170伏 | 第二電流限頻閾值Iin_thr2 |
170伏＜Vin_rms≤190伏 | 第三電流限頻閾值Iin_thr3 |
190伏＜Vin_rms≤210伏 | 第四電流限頻閾值Iin_thr4 |
Vin_rms＞210伏 | 第五電流限頻閾值Iin_thr5 |
其中，Iin_thr1＜Iin_thr2＜Iin_thr3＜Iin_thr4＜Iin_thr5。也就是說，當Vin_rms≤150伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr1；當150伏<Vin_rms≤170伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr2；當170伏<Vin_rms≤190伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr3；當190伏<Vin_rms≤210伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr4；當Vin_rms>210伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr5。
其中，需要說明的是，每個電流限頻閾值均可根據不同輸入電壓下的發熱測試結果設定，以保證每段電壓範圍內都不會發熱超標。應當理解的是，表1所示實施例僅為一個優選實施例，輸入電壓有效值Vin_rms與電流限頻閾值之間的關係不限於表1的實施例，也可以為滿足其他的表格關係。
更具體地，當通過分段線性化的方式獲取電流限頻閾值時，將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並在每個區間分界點設定一個電流限頻閾值，以及處於每個電壓區間的輸入電壓有效值對應的電流限頻閾值根據相鄰的兩個電壓區間分界點對應的電流限頻閾值線性計算得到。
也就是說，可將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，每個電壓區間分界點設定一個電流限頻閾值，當輸入電壓有效值Vin_rms等於多個電壓區間分界點中的一個時，可設定電流限頻閾值為電壓區間分界點對應的電流限頻閾值，當輸入電壓有效值Vin_rms為其他電壓點時，電流限頻閾值可根據相鄰的兩個電壓區間分界點對應的電流限頻閾值並通過線性計算得到。
舉例來說，可將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為5個區間，並設定4個電壓區間分界點，即第一電壓區間分界點為150伏，其對應第六電流限頻閾值為Iin_thr6；第二電壓區間分界點為170伏，其對應第七電流限頻閾值為Iin_thr7；第三電壓區間分界點為190伏，其對應第八電流限頻閾值為Iin_thr8；第四電壓區間分界點為210伏，其對應第九電流限頻閾值為Iin_thr9。
這樣，當輸入電壓有效值Vin_rms<150伏，相鄰的電壓區間分界點僅為第一電壓區間分界點150伏，設定電流限頻閾值為Iin_thr1；當Vin_rms＝150伏，設定電流限頻閾值為Iin_thr6；當150伏<Vin_rms<170伏，相鄰的電壓區間分界點為第一電壓區間分界點150伏和第二電壓區間分界點170伏，設定電流限頻閾值為（Vin_rms-150伏）/（170伏-150伏）×（Iin_thr7-Iin_thr6）+Iin_thr6；當Vin_rms＝170伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr7；當170伏<Vin_rms<190伏，相鄰的電壓區間分界點為第二電壓區間分界點170伏和第三電壓區間分界點190伏，設定電流限頻閾值為（Vin_rms-170伏）/（190伏-170伏）×（Iin_thr8-Iin_thr7）+Iin_thr7；當Vin_rms＝190伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr8；當190伏<Vin_rms<210伏，相鄰的電壓區間分界點為第三電壓區間分界點190伏和第四電壓區間分界點210伏，設定電流限頻閾值為（Vin_rms-190伏）/（210伏-190伏）×（Iin_thr9-Iin_thr8）+Iin_thr8；當Vin_rms＝210伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr9；當Vin_rms>210伏時，相鄰的電壓區間分界點僅為第四電壓區間分界點210伏，設定電流限頻閾值為Iin_thr9。
具體地，當輸入電壓有效值Vin_rms為155V時，電流限頻閾值Iin_thr為：Iin_thr＝（155V-150伏）/（170伏-150伏）×（Iin_thr2-Iin_thr1）+Iin_thr1；當輸入電壓有效值Vin_rms為185V時，電流限頻閾值Iin_thr為：Iin_thr＝（185V-170伏）/（190伏-170伏）×（Iin_thr3-Iin_thr2）+Iin_thr2；當輸入電壓有效值Vin_rms為200伏時，電流限頻閾值Iin_thr為：Iin_thr＝（200伏-190伏）/（210伏-190伏）×（Iin_thr4-Iin_thr3）+Iin_thr3。
下面結合一個優選實施例來詳細描述該發明實施例的輸入電壓自適應的電流限頻方法。假設輸入到整流電路10的交流電壓的頻率為50Hz，即整流後輸入到PFC電路的輸入電壓周期和輸入電流周期為10ms；輸入電壓的採樣頻率為18kHz，即輸入電壓瞬時值Vin_dc/Vin_ac的更新頻率為18kHz；輸入電流的採樣頻率為42kHz，即輸入電流瞬時值Iin的更新頻率為42kHz。
這樣，在每個輸入電壓周期中，每個輸入電壓平均值計算的滑動視窗大小為180，輸入電壓平均值Vin_mean即為180個電壓瞬時值的平均值，根據輸入電壓平均值Vin_mean即可計算出輸入電壓有效值Vin_rms，即Vin_rms＝sqrt（2）*Π/4*Vin_mean≈1.11*Vin_mean。
在每個輸入電流周期中，輸入電流平均值計算的滑動視窗大小為420，輸入電流平均值Iin_mean即為420個電流瞬時值的平均值，根據輸入電流平均值Iin_mean即可計算出輸入電流有效值Iin_rms，即Iin_rms＝sqrt（2）*Π/4*Iin_mean≈1.11*Iin_mean。
在計算出輸入電壓有效值Vin_rms和輸入電流有效值Iin_rms之後，即可根據輸入電壓有效值Vin_rms，自動設定不同輸入電壓有效值下的電流限頻閾值Iin_thr，並且，如果輸入電流有效值Iin_rms高於該電流限頻閾值Iin_thr，則逐漸降低壓縮機運行頻率，例如可每1秒鐘將壓縮機的運行頻率降低1Hz，直到輸入電流有效值Iin_rms低於電流限頻閾值Iin_thr。
綜上所述，根據該發明實施例提出的變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法，根據輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時，控制壓縮機降頻運行。由此，在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時控制壓縮機降頻運行，從而降低輸出功率，達到減小輸入電流的目的，改善輸入電路的發熱狀況，並且，根據輸入電壓有效值Vin_rms自適應調整電流限頻閾值，避免風機散熱性能下降導致的輸入電路發熱嚴重，進一步改善輸入電路的發熱狀況，提高系統可靠性。
為了執行上述實施例，該發明另一方面實施例還提出了一種變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻裝置。
圖5是根據該發明實施例的變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻裝置的方框示意圖。如圖5所示，PFC電路20的輸出端連線的負載30為壓縮機M，電流限頻裝置100包括：獲取單元101電流檢測器1011電壓檢測器1012電流計算器1013電壓計算器1013和控制單元102。
其中，獲取單元101用於獲取電壓有效值Vin_rms和電流有效值Iin_rms。根據該發明的一個具體實施例，獲取單元101可包括電流檢測器1011、電壓檢測器1012、電流計算器1013和電壓計算器1014，其中，電流檢測器1011用於檢測PFC電路20的輸入電流瞬時值Iin；電壓檢測器1012用於檢測輸入電壓交流側瞬時值Vin_ac或輸入電壓直流側瞬時值Vin_dc；電流計算器1013用於根據輸入電流瞬時值Iin計算輸入電流有效值Iin_rms，電壓計算器1014用於根據輸入電壓交流側瞬時值Vin_ac或輸入電壓直流側瞬時值Vin_dc計算輸入電壓有效值Vin_rms。
也就是說，電流檢測器1011可檢測整流後的電流以獲取輸入電流瞬時值Iin。具體地，電流檢測器1011可通過電阻採樣法檢測輸入電流瞬時值Iin。而電壓檢測器1012可檢測整流後的電壓以獲取輸入電壓直流側瞬時值Vin_dc，或者檢測整流前的電壓以獲取輸入電壓較流側瞬時值Vin_ac。具體地，電壓檢測器1012可通過分壓電阻法檢測輸入電壓直流側瞬時值Vin_dc。
具體地，電壓計算器1014可根據以下公式計算輸入電壓有效值Vin_rms：Vin_rms＝sqrt（2）*Π/4*Vin_mean≈1.11*Vin_mean，其中，Vin_mean為輸入電壓平均值，Vin_mean＝MEAN（|Vin_ac|）或者Vin_mean＝MEAN（Vin_dc），其中||表示求絕對值，MEAN表示平均值計算。
同樣地，電流計算器1013可根據以下公式計算輸入電流有效值Iin_rms：Iin_rms＝sqrt（2）*Π/4*Iin_mean≈1.11*Iin_mean，其中，Iin_mean為輸入電流平均值，Iin_mean＝MEAN（Iin），其中MEAN表示平均值計算。控制單元102用於根據輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並根據電流有效值Iin_rms和電流限頻閾值對壓縮機進行控制，其中，在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時，控制壓縮機M降頻運行。
具體而言，電流檢測器1011和電壓檢測器1012可實時檢測輸入電流瞬時值Iin和輸入電壓直流側瞬時值Vin_dc/Vin_ac，之後，電流計算器1013和電壓計算器1013分別計算輸入電流有效值Iin_rms和輸入電壓有效值Vin_rms，然後，控制單元102根據輸入輸入電壓有效值Vin_rms自動設定不同輸入電壓有效值Vin_rms下的電流限頻閾值，當輸入電流有效值Iin_rms高於電流限頻閾值時，控制單元102可逐漸降低壓縮機運行頻率，例如可每隔預設時間將壓縮機運行頻率降低預設頻率，直到輸入電流有效值低於電流限頻閾值。
進一步地，根據該發明一個實施例，輸入電壓有效值Vin_rms與電流限頻閾值呈正相關關係。也就是說，在額定電壓及以下範圍內，輸入電壓有效值Vin_rms越低，電流限頻閾值越小。
需要說明的是，對於採用交流風機進行散熱的三級空調系統，交流風機的轉速隨著單相交流電源的電壓幅值的下降而降低，從而使得空調系統的散熱能力降低，由此，根據輸入電壓有效值Vin_rms設定電流限頻閾值，即輸入電壓有效值Vin_rms越低，電流限頻閾值也越低，可改善散熱能力降低而引起的輸入電路發熱嚴重的問題。
根據該發明的一個實施例，可通過以下兩種方法獲取電流限頻閾值，具體地，控制單元102可通過查表的方式或分段線性化的方式獲取電流限頻閾值。
更具體地，當通過查表的方式獲取電流限頻閾值時，可將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並按照電壓從低到高的順序將每個區間的電流限頻閾值依次設定為Iin_thr1、Iin_thr2、…、Iin_thrN，其中，Iin_thr1＜Iin_thr2＜…＜Iin_thrN。
舉例來說，如表1所示，可將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為5個區間，輸入電壓有效值Vin_rms與電流限頻閾值之間可滿足以下表格關係：
輸入電壓有效值Vin_rms的大小 | 電流限頻閾值 |
Vin_rms≤150伏 | 第一電流限頻閾值Iin_thr1 |
150伏＜Vin_rms≤170伏 | 第二電流限頻閾值Iin_thr2 |
170伏＜Vin_rms≤190伏 | 第三電流限頻閾值Iin_thr3 |
190伏＜Vin_rms≤210伏 | 第四電流限頻閾值Iin_thr4 |
Vin_rms＞210伏 | 第五電流限頻閾值Iin_thr5 |
其中，Iin_thr1＜Iin_thr2＜Iin_thr3＜Iin_thr4＜Iin_thr5。也就是說，當Vin_rms≤150伏時，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr1；當150伏<Vin_rms≤170伏時，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr2；當170伏<Vin_rms≤190伏時，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr3；當190伏<Vin_rms≤210伏時，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr4；當Vin_rms>210伏時，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr5。
其中，需要說明的是，每個電流限頻閾值均可根據不同輸入電壓下的發熱測試結果設定，以保證每段電壓範圍內都不會發熱超標。應當理解的是，表1所示實施例僅為一個優選實施例，輸入電壓有效值Vin_rms與電流限頻閾值之間的關係不限於表1的實施例，也可以為滿足其他的表格關係。
更具體地，當通過分段線性化的方式獲取電流限頻閾值時，控制單元102將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，並在每個電壓區間分界點設定一個電流限頻閾值，以及處於每個電壓區間的輸入電壓有效值對應的電流限頻閾值根據相鄰的兩個電壓區間分界點對應的電流限頻閾值線性計算得到。
也就是說，可將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為N個區間，每個電壓區間分界點設定一個電流限頻閾值，當輸入電壓有效值Vin_rms等於多個電壓區間分界點中的一個時，可設定電流限頻閾值為電壓區間分界點對應的電流限頻閾值，當輸入電壓有效值Vin_rms為其他電壓點時，電流限頻閾值可根據相鄰的兩個電壓區間分界點對應的電流限頻閾值並通過線性計算得到。
舉例來說，可將輸入電壓有效值Vin_rms的電壓範圍劃分為5個區間，並設定4個電壓區間分界點，即第一電壓區間分界點為150伏，其對應第六電流限頻閾值為Iin_thr6；第二電壓區間分界點為170伏，其對應第七電流限頻閾值為Iin_thr7；第三電壓區間分界點為190伏，其對應第八電流限頻閾值為Iin_thr8；第四電壓區間分界點為210伏，其對應第九電流限頻閾值為Iin_thr9。
這樣，當輸入電壓有效值Vin_rms<150伏，相鄰的電壓區間分界點僅為第一電壓區間分界點150伏，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr1；當Vin_rms＝150伏，設定電流限頻閾值為Iin_thr6；當150伏<Vin_rms<170伏，相鄰的電壓區間分界點為第一電壓區間分界150伏和第二電壓區間分界點170伏，控制單元102設定電流限頻閾值為（Vin_rms-150伏）/（170伏-150伏）×（Iin_thr7-Iin_thr6）+Iin_thr6；當Vin_rms＝170伏時，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr7；當170伏<Vin_rms<190伏，相鄰的電壓區間分界點為第二電壓區間分界點170伏和第三電壓區間分界點190伏，控制單元102設定電流限頻閾值為（Vin_rms-170伏）/（190伏-170伏）×（Iin_thr8-Iin_thr7）+Iin_thr7；當Vin_rms＝190伏時，設定電流限頻閾值為Iin_thr8；當190伏<Vin_rms<210伏，相鄰的電壓區間分界點為第三電壓區間分界點190伏和第四電壓區間分界點210伏，控制單元102設定電流限頻閾值為（Vin_rms-190伏）/（210伏-190伏）×（Iin_thr9-Iin_thr8）+Iin_thr8；當Vin_rms＝210伏時，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr9；當Vin_rms>210伏時，相鄰的電壓區間分界點僅為第四電壓區間分界點210伏，控制單元102設定電流限頻閾值為Iin_thr9。
具體地，當輸入電壓有效值Vin_rms為155V時，電流限頻閾值Iin_thr為：Iin_thr＝（155V-150伏）/（170伏-150伏）×（Iin_thr2-Iin_thr1）+Iin_thr1；當輸入電壓有效值Vin_rms為185V時，電流限頻閾值Iin_thr為：Iin_thr＝（185V-170伏）/（190伏-170伏）×（Iin_thr3-Iin_thr2）+Iin_thr2；當輸入電壓有效值Vin_rms為200伏時，電流限頻閾值Iin_thr為：Iin_thr＝（200伏-190伏）/（210伏-190伏）×（Iin_thr4-Iin_thr3）+Iin_thr3。
綜上所述，根據該發明實施例提出的變頻空調中功率因數校正PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻裝置，控制單元根據輸入電壓有效值Vin_rms獲取電流限頻閾值，並在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時，控制壓縮機降頻運行。由此，在輸入電流有效值Iin_rms大於電流限頻閾值時控制壓縮機降頻運行，從而降低輸出功率，達到減小輸入電流的目的，改善輸入電路的發熱狀況，並且，根據輸入電壓有效值Vin_rms自適應調整電流限頻閾值，避免風機散熱性能下降導致的輸入電路發熱嚴重，進一步改善輸入電路的發熱狀況，提高系統可靠性。
榮譽表彰
2021年11月，《PFC電路的輸入電壓自適應的電流限頻方法和裝置》獲得第八屆廣東專利獎優秀獎。
