无电解电容变频器及其低电压保护装置、方法、空调

技术领域

本发明涉及变频器领域，尤其涉及一种无电解电容变频器及其低电压保护装置、方法、空调。

背景技术

在变频器电路结构中，通常需要使用电解电容作为母线电容，以实现稳压滤波的效果，然而由于电解电容的体积庞大，价格昂贵，性价比较低，因此，有相关技术通过使用薄膜电容代替电解电容，结合电路拓扑和软件控制算法方面的创新，既能不损失变频器的调速性能，又能减小变频器体积，降低成本。

上述相关技术的弊端在于，由于薄膜电容的容量远小于电解电容，相应的，薄膜电容的稳压滤波性能也弱于电解电容，因此，传统的有电解电容变频器的低电压保护机制无法适用于无电解电容变频器，导致无电解电容变频器缺乏低电压保护能力，安全性较低。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种无电解电容变频器的低电压保护装置，通过采样单元实时采样变频器的直流母线电压，根据变频器的输入电压和器件耐压值确定低电压阈值的下限，从低电压阈值的上限与下限之间选取合适的低电压阈值，再通过比较单元在实时采样的直流母线电压小于低电压阈值时，输出低电压保护信号，使控制单元对变频器进行低电压保护，保护了变频器内各器件的安全，从而实现了对无电解电容变频器的低电压保护功能，提高了变频器的安全性。

本发明的第二个目的在于提出一种无电解电容变频器的低电压保护方法。

本发明的第三个目的在于提出一种无电解电容变频器。

本发明的第四个目的在于提出另一种无电解电容变频器。

本发明的第五个目的在于提出一种空调。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种无电解电容变频器的低电压保护装置，装置包括：采样单元，用于采样变频器的直流母线电压；比较单元，比较单元与采样单元相连，用于对直流母线电压和低电压阈值进行比较，并在直流母线电压小于低电压阈值时输出低电压保护信号，其中，低电压阈值根据低电压阈值下限值和低电压阈值上限值确定，低电压阈值下限值根据变频器的输入电压和器件耐压值确定；控制单元，控制单元与比较单元相连，用于根据低电压保护信号对变频器进行低电压保护。

根据本发明实施例的无电解电容变频器的低电压保护装置，通过采样单元实时采样变频器的直流母线电压，根据变频器的输入电压和器件耐压值确定低电压阈值的下限，从低电压阈值的上限与下限之间选取合适的低电压阈值，再通过比较单元在实时采样的直流母线电压小于低电压阈值时，输出低电压保护信号，使控制单元对变频器进行低电压保护，保护了变频器内各器件的安全，从而实现了对无电解电容变频器的低电压保护功能，提高了变频器的安全性。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值下限值根据第一电压与第二电压的差值确定，其中，第一电压根据变频器的输入电压与第一系数的乘积确定，第二电压根据变频器的器件耐压值与第二系数的乘积确定。

根据本发明的一个实施例，第一系数根据第三系数的倒数与1的和确定，第二系数根据第三系数的倒数确定，其中，第三系数的取值范围为(0，1]。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值上限值根据正常情况下直流母线电压的峰峰值和变频器有电解电容时的低电压阈值确定。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值上限值根据变频器有电解电容时的低电压阈值与直流母线电压的峰峰值的二分之一的差值确定。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值为低电压阈值下限值与低电压阈值上限值之间的任意值。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值根据低电压阈值下限值和低电压阈值上限值之和的二分之一确定。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种无电解电容变频器的低电压保护方法，方法包括：采集变频器的直流母线电压；对直流母线电压和低电压阈值进行比较，并在直流母线电压小于低电压阈值时输出低电压保护信号，其中，低电压阈值根据低电压阈值下限值和低电压阈值上限值确定，低电压阈值下限值根据变频器的输入电压和器件耐压值确定；根据低电压保护信号对变频器进行低电压保护。

根据本发明实施例的低电压保护方法，通过采集变频器的直流母线电压，根据变频器的输入电压和器件耐压值确定低电压阈值的下限，从低电压阈值的上限与下限之间选取合适的低电压阈值，在采样的直流母线电压小于低电压阈值时，输出低电压保护信号，并根据低电压保护信号对变频器进行低电压保护，从而保护了变频器内各器件的安全，实现了对无电解电容变频器的低电压保护功能，提高了变频器的安全性。

为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种无电解电容变频器，包括前述的无电解电容变频器的低电压保护装置。

根据本发明实施例的无电解电容变频器，通过前述的低电压保护装置，能够使变频器具有低电压保护功能，从而能够提高变频器的安全性。

为达到上述目的，本发明第四方面实施例提出了另一种无电解电容变频器，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，处理器执行程序时，实现前述的无电解电容变频器的低电压保护方法。

根据本发明实施例的无电解电容变频器，通过前述的低电压保护方法，能够使变频器具有低电压保护功能，从而能够提高变频器的安全性。

为达到上述目的，本发明第五方面实施例提出了一种空调，包括前述的无电解电容变频器。

根据本发明实施例的空调，通过前述的无电解电容变频器，能够实现对空调的低电压保护功能，从而提高空调的安全性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的无电解电容变频器的低电压保护装置的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的无电解电容变频器的低电压保护装置的电路图；

图3为根据本发明一个实施例的无电解电容变频器的瞬时停电过程的电压变化示意图；

图4为根据本发明一个实施例的无电解电容变频器的低电压保护方法的流程图；

图5为根据本发明一个实施例的无电解电容变频器的结构示意图；

图6为根据本发明另一个实施例的无电解电容变频器的结构示意图；

图7a-图7b为根据本发明一些实施例的空调的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例提出的无电解电容变频器及其低电压保护装置、方法、空调。

图1为根据本发明一个实施例的无电解电容变频器的低电压保护装置的结构示意图，参考图1所示，该装置100包括采样单元110、比较单元120和控制单元130。

其中，采样单元110用于采样变频器200的直流母线电压；比较单元120与采样单元130相连，用于对直流母线电压和低电压阈值进行比较，并在直流母线电压小于低电压阈值时输出低电压保护信号，其中，低电压阈值根据低电压阈值下限值和低电压阈值上限值确定，低电压阈值下限值根据变频器的输入电压和器件耐压值确定；控制单元130与比较单元120相连，用于根据低电压保护信号对变频器200进行低电压保护。

具体来说，有电解电容的变频器的低电压保护是指，由于变频器的输入电源在瞬时停电时，变频器内的直流母线电容会持续放电，直流母线电压会持续降低，这样在电源停电恢复时，由于直流母线电容电量较低，可能会产生较大的充电电流，损坏电路器件，因此，需要在变频器的输入电源出现瞬时停电后一段时间内，切断母线电容的放电路径，以确保电容两端电压不再降低，保护电路安全，这类保护即为低电压保护，在传统的有电解电容变频器中，通常是采用软件对直流母线电压进行A/D采样，根据采样的直流母线电压值来判断是否进行对变频器进行低电压保护。

而在无电解电容的变频器200中，由于采用的直流母线电容为薄膜电容，容量较小，因此，在变频器200的输入电源停电恢复时，产生的充电电流较小，可以忽略该充电电流对变频器200的损害，然而，同样由于薄膜电容容量较小，在输入电源停电恢复时，变频器200可能会产生过压现象，使变频器200中的器件损坏，因此，依然有必要对变频器200进行低电压保护，然而，变频器200由于直流母线电压变化速度非常快，传统的软件采样速度可能无法对直流母线电压进行跟踪采样，例如，变频器200的直流母线电压变化速度通常可为0.5v/μs，而PWM载波频率通常可为5khz，这样每次采样直流母线电压会变化100v，因此，针对变频器200，传统的软件采样直流母线电压的方法难以实现低电压保护功能。

而本发明实施例中，针对变频器200无电解电容的特性，首先根据变频器200的器件耐压值和输入电压确定低电压阈值的下限，并在低电压阈值的上限和下限间选取合适的低电压阈值，在变频器200实际工作时，通过采样单元110实时采样变频器200的直流母线电压，并通过比较单元120将直流母线电压与低电压阈值进行比较，当变频器200的输入电源出现停电时，直流母线电容持续放电，使直流母线电压降低，当采样的直流母线电压低于低电压阈值时，通过比较单元120输出低电压保护信号至控制单元130，使控制单元130对变频器200进行低电压保护，避免直流母线电压继续降低，从而确保输入电源出现停电恢复时，变频器200内迅速升高的直流母线电压峰值不会超过变频器200内各器件的耐压值，确保变频器200的安全，从而实现了对变频器的低电压保护，提高了变频器的安全性。

上述实施例中，通过采样单元实时采样变频器的直流母线电压，根据变频器的输入电压和器件耐压值确定低电压阈值的下限，从低电压阈值的上限与下限之间选取合适的低电压阈值，再通过比较单元在实时采样的直流母线电压小于低电压阈值时，输出低电压保护信号，使控制单元对变频器进行低电压保护，保护了变频器内各器件的安全，从而实现了对无电解电容变频器的低电压保护功能，提高了变频器的安全性。

作为一个具体示例，参考图2所示，变频器200包括整流电路210、直流母线电容C、逆变电路220、其中，输入电源VIN通过整流电路210和逆变电路220连接到电机M，直流母线电容C和低电压保护装置100中的采样单元110并联在整流电路210和逆变电路220之间，低电压保护装置100中的采样单元110包括分压电阻R1和分压电阻R2，比较单元120包括比较器BJ。其中，分压电阻R1的一端与直流母线电容C的一端相连，分压电阻R1的另一端与分压电阻R2相连并具有第一节点J1，分压电阻R2的另一端与直流母线电容C的另一端相连；比较器BJ的第一输入端与第一节点J1相连，比较器BJ的第二输入端与低电压阈值参考端VLVP相连，比较器BJ的输出端与控制单元130的门限端GATE相连，控制单元130还与逆变电路220的控制装置300相连。

具体来说，当输入电源VIN出现瞬时停电时，直流母线电容C持续放电，从而使第一节点电压J1持续降低，当第一节点电压J1低于低电压阈值参考端VLVP电压时，即表示直流母线电压低于低电压阈值，此时比较器BJ改变输出端的输出电平，从而输出低电压保护信号至微控制器131的门限端GATE，控制单元130收到该低电压保护信号后，控制装置300停止输出6路PWM信号，从而使变频器200内的逆变电路220停止工作，使直流母线电容C停止放电，直流母线电压停止下降，从而实现了对变频器200的低电压保护功能。

可选的，控制单元130可集成于控制装置300中，从而能够提高变频器200的集成度。

在一些实施例中，低电压阈值下限值根据第一电压与第二电压的差值确定，其中，第一电压根据变频器200的输入电压与第一系数的乘积确定，第二电压根据变频器200的器件耐压值与第二系数的乘积确定。

进一步的，第一系数根据第三系数的倒数与1的和确定，第二系数根据第三系数的倒数确定，其中，第三系数的取值范围为(0，1]。

具体来说，以变频器200为三相变频器为例，变频器200在正常工作时，输入电源发生瞬间停电后恢复的电压变化如图3所示，参考图3所示，输入电源为3股相位相差120度的交流正弦波(R、S、T)，当变频器200发生瞬时停电后，输入电源电压VAC归零，直流母线电压VDC由于直流母线电容C的放电而持续降低，当变频器200的输入电源停电恢复后，此时输入电源会通过交流峰值电压对直流母线电容C进行充电，且由于直流母线电容C采用了薄膜电容，容量较低，该充电流程可能会持续至直流母线电容C过压，且理论上直流母线电容C的过压幅度最高可与发生瞬时停电后，直流母线电容C因放电导致的降压幅度相同。

继续参考图3所示，将变频器200停电恢复后升压的直流母线电压峰值设为A，输入电源的交流峰值电压设为B，直流母线电压停电恢复后升压超过交流峰值电压B的部分设为C，直流母线电压峰值A与低电压阈值的差值设为D，低电压阈值设为E，则可得到下述公式(1)：

C＝X*D＝X*(B-E)                         (1)

其中，X即为第三系数，第三系数表示变频器200的过压幅度，且X的取值范围为(0，1]，此时，根据图3可知，变频器200停电恢复后的直流母线电压峰值A可通过下述公式(2)表述:

A＝B+C＝C+D+E＝(1+X)*B-X*E          (2)

为了确保变频器200内各个器件的安全，变频器200停电恢复后的直流母线电压峰值A需要小于变频器200内器件的耐压值，即需要满足下述公式(3)：

A

其中，V

E>(1/X+1)*B-V

其中，B即为输入电源的交流峰值电压，V

上述实施例中，通过根据变频器的输入电压与第一系数的乘积确定第一电压，以及根据变频器的器件耐压值与第二系数的乘积确定第二电压，以第一电压与第二电压的差值确定低电压阈值下限值，使变频器停电恢复后的直流母线电压峰值低于变频器器件的耐压值，从而确保变频器安全，实现了对变频器的低电压保护；同时，通过引入第三系数表示变频器的过压幅度，以确定第一系数和第二系数，从而使变频器能够根据实际情况设置合适的低电压阈值下限，提高低电压保护装置的灵活性。

作为一个具体实施例，假设输入电源电压为380v的三相交流电，且考虑最恶劣情况下变频器200的升压条件，即第三系数等于1，此时，输入电源的交流电压峰值为

在一些实施例中，低电压阈值上限值根据正常情况下直流母线电压的峰峰值和变频器200有电解电容时的低电压阈值确定。

进一步的，低电压阈值上限值根据变频器200有电解电容时的低电压阈值与直流母线电压的峰峰值的二分之一的差值确定。

具体来说，由于无电解电容变频器相比于有电解电容变频器的母线电容容量更小，相应的直流母线电压波动更大，因此，低电压阈值上限可在变频器200有电解电容时的低电压阈值的基础上再下降正常情况下变频器200直流母线电压的波动值，其中，正常情况下直流母线电压的波动值，可根据直流母线电压的峰峰值的二分之一确定，因此，低电压阈值上限可由下述公式(5)表述：

E

其中，E即为低电压阈值，V

上述实施例中，通过根据变频器有电解电容时的低电压阈值与直流母线电压的峰峰值的二分之一的差值确定低电压阈值上限，从而确定了低电压阈值的上限。

在一些实施例中，低电压阈值为低电压阈值下限值与低电压阈值上限值之间的任意值。

进一步的，低电压阈值根据低电压阈值下限值和低电压阈值上限值之和的二分之一确定。

具体来说，由上述可知，当低电压阈值为低电压阈值下限值与低电压阈值上限值之间时，在变频器200从瞬时停电恢复时，直流母线电压产生的升压不会损害变频器200安全，因此，低电压阈值可以为低电压阈值下限值与低电压阈值上限值之间的任意值，即可满足变频器的低电压保护需求；同时，为了简便计算，可根据低电压阈值下限值和低电压阈值上限值之和的二分之一，确定低电压阈值，从而能够更为简便的确定低电压阈值。

综上所述，根据本发明实施例的电解电容变频器的低电压保护装置，通过采样单元实时采样变频器的直流母线电压，根据变频器的输入电压和器件耐压值确定低电压阈值的下限，从低电压阈值的上限与下限之间选取合适的低电压阈值，再通过比较单元在实时采样的直流母线电压小于低电压阈值时，输出低电压保护信号，使控制单元对变频器进行低电压保护，保护了变频器内各器件的安全，从而实现了对无电解电容变频器的低电压保护功能，提高了变频器的安全性；同时，通过在确定低电压阈值下限时，引入第三系数以反映变频器的升压幅度，使保护装置能够根据变频器参数灵活设置低电压阈值下限，从而提高保护装置的灵活性；另外，通过既有的有电解电容变频器的低电压阈值上限和直流母线电压的峰峰值确定低电压阈值上限，并在低电压阈值上限与下限间取均值的算法确定低电压阈值，使低电压阈值的确定更为简便，提高了低电压保护装置的便捷性。

在一些实施例中，本发明实施例还提供了一种无电解电容变频器的低电压保护方法，参考图4所示，该方法包括：

S11，采集变频器的直流母线电压；

S12，对直流母线电压和低电压阈值进行比较，并在直流母线电压小于低电压阈值时输出低电压保护信号，其中，低电压阈值根据低电压阈值下限值和低电压阈值上限值确定，低电压阈值下限值根据变频器的输入电压和器件耐压值确定；

S13，根据低电压保护信号对变频器进行低电压保护。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值下限值根据第一电压与第二电压的差值确定，其中，第一电压根据变频器的输入电压与第一系数的乘积确定，第二电压根据变频器的器件耐压值与第二系数的乘积确定。

根据本发明的一个实施例，第一系数根据第三系数的倒数与1的和确定，第二系数根据第三系数的倒数确定，其中，第三系数的取值范围为(0，1]。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值上限值根据正常情况下直流母线电压的峰峰值和变频器有电解电容时的低电压阈值确定。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值上限值根据变频器有电解电容时的低电压阈值与直流母线电压的峰峰值的二分之一的差值确定。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值为低电压阈值下限值与低电压阈值上限值之间的任意值。

根据本发明的一个实施例，低电压阈值根据低电压阈值下限值和低电压阈值上限值之和的二分之一确定。

需要说明的是，关于本申请中低电压保护方法的描述，请参考本申请中关于低电压保护装置的描述，具体这里不再赘述。

根据本发明实施例的低电压保护方法，通过采集变频器的直流母线电压，根据变频器的输入电压和器件耐压值确定低电压阈值的下限，从低电压阈值的上限与下限之间选取合适的低电压阈值，在实时采样的直流母线电压小于低电压阈值时，输出低电压保护信号，使控制单元对变频器进行低电压保护，保护了变频器内各器件的安全，从而实现了对无电解电容变频器的低电压保护功能，提高了变频器的安全性；同时，通过在确定低电压阈值下限时，引入第三系数以反映变频器的升压幅度，从而能够根据变频器参数灵活设置低电压阈值下限，从而使低电压保护功能更加灵活；另外，通过既有的有电解电容变频器的低电压阈值上限和直流母线电压的峰峰值确定低电压阈值上限，并在低电压阈值上限与下限间取均值的算法确定低电压阈值，使低电压阈值的确定更为简便，提高了低电压保护方法的便捷性。

在一些实施例中，本发明实施例还提供了一种无电解电容变频器，参考图5所示，该无电解电容变频器1000包括前述的无电解电容变频器的低电压保护装置100。

根据本发明实施例的无电解电容变频器，通过前述的低电压保护装置，能够使变频器具有低电压保护功能，从而能够提高变频器的安全性，且低电压阈值计算简单，并能够根据变频器参数灵活设置，提高了低电压保护的便捷性和灵活性。

在一些实施例中，本发明实施例还提供了另一种无电解电容变频器，参考图6所示，该变频器2000包括：存储器2100、处理器2200及存储在存储器2100上并可在处理器2200上运行的程序，处理器2200执行程序时，实现前述的无电解电容变频器的低电压保护方法。

根据本发明实施例的无电解电容变频器，通过前述的低电压保护方法，能够使变频器具有低电压保护功能，从而能够提高变频器的安全性，且低电压阈值计算简单，并能够根据变频器参数灵活设置，提高了低电压保护功能的便捷性和灵活性。

在一些实施例中，本发明实施例还提供了一种空调，参考图7a-图7b所示，该空调10000包括前述的无电解电容变频器1000或变频器2000。

根据本发明实施例的空调，通过前述两种无电解电容变频器，能够实现对空调的低电压保护功能，从而提高空调的安全性，且低电压阈值计算简单，并能够根据空调参数灵活设置，提高了低电压保护功能的便捷性和灵活性。

需要说明的是，在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。