软启动电路、软启动控制方法、控制器及空调与流程

1.本技术属于软启动技术领域，具体涉及一种软启动电路、软启动控制方法、控制器及空调。


背景技术：

2.随着社会生活水平的不断提高，空调类电器的使用逐渐普及开来，由于变频空调具有低成本、低噪声、高性能等优点，已被广泛使用。而作为变频空调重要组成部分的软启动控制电路是提升整机性能的关键。由于软启动充电电路被用来抑制启动时浪涌电流对电网的冲击，降低了电流谐波，提高了变频空调的启动性能，因此被广泛应用于变频空调的室外机中。变频空调中常用软启动充电方案主要在电源的输入端串联电阻同时并联继电器，但在上电瞬间，回路中串入的电阻和电感只能抑制浪涌电流，却不能抑制冲击电流。随着空调使用时间的增加，开机充电时候过高的冲击电流会缩短回路后端元器件的使用寿命，降低空调运行的可靠性。
3.相关技术中，通过在母线预充电电路中增加水泥电阻以减小冲击电流对后端电子元器件的损耗，但会占用太多控制板的空间，不利于控制器散热。


技术实现要素：

4.为至少在一定程度上克服传统软启动电路不能抑制冲击电流导致空调运行可靠性降低以及增加水泥电阻以减小冲击电流时会占用太多控制板的空间，不利于控制器散热的问题，本技术提供一种软启动电路、软启动控制方法、控制器及空调。
5.第一方面，本技术提供一种软启动电路，包括：
6.控制模块、电路切换模块、整流模块、pfc开关管和母线电容；
7.所述整流模块的输入端与输入交流电源连接；
8.所述整流模块的输出端与所述pfc开关管连接；
9.所述控制模块通过所述电路切换模块切换所述pfc开关管与所述母线电容的连接关系，在所述pfc开关管与所述母线电容串联时，对所述母线电容进行充电，所述母线电容进入软启动工作状态；在所述pfc开关管与所述母线电容并联时，对所述母线电容进行升压，所述母线电容进入升压工作状态。
10.进一步的，所述电路切换模块，包括：
11.第一开关、第二开关和第三开关；
12.所述第一开关设置在所述pfc开关管的发射极与所述母线电容的正极之间；
13.所述第二开关设置在所述pfc开关管的集电极与所述母线电路的负极之间；
14.所述第三开关设置在所述pfc开关管的集电极与所述母线电路的正极之间。
15.进一步的，所述控制模块通过所述电路切换模块切换所述pfc开关管与所述母线电容的连接关系，包括：
16.所述控制模块通过控制所述第一开关和第二开关闭合、第三开关断开，控制所述
pfc开关管与所述母线电容并联连接；
17.所述控制模块通过控制所述第一开关和第二开关断开、第三开关闭合，控制所述pfc开关管与所述母线电容串联连接。
18.进一步的，所述第一开关、第二开关或第三开关为继电器、断路器、接触器、可控硅器件、可控半导体器件中的至少一种。
19.进一步的，还包括：
20.电压采样模块，所述电压采样模块与所述整流电路连接；
21.所述电压采样模块包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的阻值大于所述第二电阻的阻值；
22.所述第一电阻和第二电阻用于对所述整流模块输出的直流电压进行分压；所述电压采样模块用于采集所述第二电阻上的直流电压值；
23.所述控制模块还用于根据所述电压采样模块采集到的第二电阻上的直流电压值计算整流模块输出的直流电压值。
24.进一步的，所述控制模块还用于：
25.设置多个电压变化幅值相同的电压区间；
26.将电压区间对应电压均值最小的电压区间作为充电电压区间；
27.在所述整流模块输出的直流电压值进入所述充电电压区间时，控制pfc开关管导通；
28.在达到所述充电电压区间最大值时，控制pfc开关管截止，将与当前充电电压区间相邻的电压区间确定为充电电压区间，直至母线电容电压达到电压最大值。
29.进一步的，所述电压最大值为，其中，u为输入交流电源的电压有效值。
30.进一步的，还包括：
31.pfc电感，所述pfc电感设置在整流模块的正极输出端与所述母线电容的正极之间，用于为所述母线电容进行充电或升压。
32.第二方面，本技术提供一种软启动控制方法，包括：
33.采集软启动电路中的直流电压值；
34.根据所述软启动电路中的直流电压值控制pfc开关管与母线电容的连接关系，在所述pfc开关管与所述母线电容串联时，对母线电容进行充电，所述母线电容进入软启动工作状态；在所述pfc开关管与所述母线电容并联时，对母线电容进行升压，所述母线电容进入升压工作状态。
35.进一步的，所述采集软启动电路中的直流电压值，包括：
36.对软启动电路中整流模块输出的直流电压进行分压；
37.采集分压电阻上的直流电压值；
38.根据所述分压电阻上的直流电压值计算软启动电路中的直流电压值。
39.进一步的，所述根据所述软启动电路中的直流电压值控制pfc开关管的工作状态，包括：
40.设置多个电压变化幅值相同的电压区间；
41.将电压区间对应电压均值最小的电压区间作为充电电压区间；
42.在软启动电路中的直流电压值进入所述充电电压区间时，控制pfc开关管导通；
43.在达到所述充电电压区间最大值时，控制pfc开关管截止，将与当前充电电压区间相邻的电压区间确定为充电电压区间，直至母线电容电压达到电压最大值。
44.第三方面，本技术提供一种控制器，包括：
45.如第一方面所述的软启动电路。
46.第四方面，本技术提供一种空调，包括：
47.如第三方面所述的控制器。
48.本技术的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
49.本发明实施例提供的软启动电路、软启动控制方法、控制器及空调，软启动电路包括控制模块、电路切换模块、整流模块、pfc开关管和母线电容，整流模块的输入端与输入交流电源连接，整流模块的输出端与pfc开关管连接，控制模块通过电路切换模块切换pfc开关管与母线电容的连接关系，在pfc开关管与母线电容串联时，对母线电容进行充电，母线电容进入软启动工作状态；在pfc开关管与母线电容并联时，对母线电容进行升压，母线电容进入升压工作状态，可以在母线充电过程中降低电路中的电流，减小冲击电流对后端电子元器件的损耗，并且省去了多个水泥电阻，有效地节省空间和降低成本。
50.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
51.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
52.图1为本技术一个实施例提供的一种软启动电路的电路图。
53.图2为本技术另一个实施例提供的一种软启动电路的功能结构图。
54.图3为本技术一个实施例提供的一种开关管开通时间与母线电压波形图。
55.图4为本技术一个实施例提供的一种软启动控制方法的流程图。
56.图5为本技术一个实施例提供的另一种软启动控制方法的流程图。
具体实施方式
57.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本技术所保护的范围。
58.图1为本技术一个实施例提供的软启动电路的功能结构图，如图1所示，该软启动电路，包括：
59.控制模块1、电路切换模块2、整流模块3、pfc(power factor correction，功率因数校正)开关管5和母线电容4；
60.整流模块3的输入端与输入交流电源连接；
61.整流模块3的输出端与pfc开关管5连接；
62.控制模块1通过电路切换模块2切换pfc开关管5与母线电容4的连接关系，在pfc开关管5与母线电容4串联时，对母线电容4进行充电，母线电容4进入软启动工作状态；在pfc
开关管5与母线电容4并联时，对母线电容4进行升压，母线电容4进入升压工作状态。
63.本实施例中，还包括：
64.pfc电感6，pfc电感6设置在整流模块3的正极输出端与母线电容4的正极之间，用于为母线电容4进行充电或升压。
65.本实施例中，还包括：
66.电压采样模块7，电压采样模块7与整流电路3连接；
67.电压采样模块7包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的阻值大于第二电阻的阻值；
68.第一电阻和第二电阻用于对整流模块输出的直流电压进行分压；电压采样模块7用于采集第二电阻上的直流电压值；
69.控制模块1还用于根据电压采样模块7采集到的第二电阻上的直流电压值计算整流模块3输出的直流电压值。
70.由于整流模块3输出的直流电压值较高，通过对整流模块3输出的直流电压进行分压后再采集可以减少大电压对控制器的影响，由于第二电阻值远远小于第一电阻值，因此第二电阻对应分压值较小，将较小的分压值输入控制器再去计算整流模块1输出的直流电压值，可以提高系统可靠性。
71.传统的软启动电路中通过在母线预充电电路中增加水泥电阻以减小冲击电流对后端电子元器件的损耗，但会占用太多控制板的空间，浪费成本且不利于控制器散热。
72.本实施例中，软启动电路包括控制模块、电路切换模块、整流模块、pfc开关管和母线电容，整流模块的输入端与输入交流电源连接，整流模块的输出端与pfc开关管连接，控制模块通过电路切换模块切换pfc开关管与母线电容的连接关系，在pfc开关管与母线电容串联时，对母线电容进行充电，母线电容进入软启动工作状态；在pfc开关管与母线电容并联时，对母线电容进行升压，母线电容进入升压工作状态，可以在母线充电过程中降低电路中的电流，减小冲击电流对后端电子元器件的损耗，并且省去了多个水泥电阻，有效地节省空间和降低成本。
73.图2为本技术另一个实施例提供的软启动电路的电路图，如图2所示，在上一实施例基础上，该软启动电路中电路切换模块包括：
74.第一开关k1、第二开关k2和第三开关k3；
75.第一开关k1设置在pfc开关管q的发射极与母线电容c的正极之间；
76.第二开关k2设置在pfc开关管q的集电极与母线电路c的负极之间；
77.第三开关k3设置在pfc开关管q的集电极与母线电路c的正极之间。
78.本实施例中，控制模块通过电路切换模块切换pfc开关管的工作状态，包括：
79.控制模块通过控制第一开关k1和第二开关k2闭合、第三开关k3断开，控制pfc开关管q与母线电容c并联连接；
80.控制模块1通过控制第一开关k1和第二开关k2断开、第三开关k3闭合，控制pfc开关管q与母线电容c串联连接。
81.一些实施例中，第一开关k1、第二开关k2或第三开关k3为继电器、断路器、接触器、可控硅器件、可控半导体器件中的至少一种。
82.需要说明的是，对于母线电路周围带有可控开关管的软启动系统都可以使用本技术的软启动电路，利用开关器件使可控开关管工作在升降压状态和母线预充电状态之间进
行切换，从而实现使用系统自带的可控开关管以及增加开关器件就可以完成母线电压的软启动。
83.一些实施例中，控制模块1还用于：
84.设置多个电压变化幅值相同的电压区间；
85.将电压区间对应电压均值最小的电压区间作为充电电压区间；
86.在整流模块输出的直流电压值进入充电电压区间时，控制pfc开关管q导通；在达到充电电压区间最大值时，控制pfc开关管q截止，将与当前充电电压区间相邻的电压区间确定为充电电压区间，直至母线电容电压达到电压最大值。
87.本实施例中，电压最大值为其中，u为输入交流电源的电压有效值。
88.本实施例中，输入交流电源经过整流模块生成直流电，通过电阻分压(电阻r1、r2)得到直流电的采样值v
in
；电感l、开关管q、电容c组成boost电路；继电器k1、k2、k3用于控制整个电路工作在升压状态和母线电压软启动状态之间；mcu控制器生成开关信号，用于分别控制继电器k1、k2、k3的开关状态。
89.在继电器k1、k2、k3均断开时，整个电路处于断开状态，记为初始状态；继电器k1、k2断开、k3闭合时电源通过电感l、开关管q和继电器k3给母线电容c充电，电路工作在母线电压软启动充电状态；继电器k1、k2闭合、k3断开时开关管q与母线电容c并联，构成升压电路，电路工作在pfc升压状态。
90.刚上电时，继电器k1、k2、k3均断开，系统收到工作指令后，母线电容需要开始充电，此时mcu控制单元将输入直流电压的采样信号进行处理判断，将输入直流电压v
in
从(其中u为输入交流电源的电压有效值)依次分成电压变化相同的k(k》＝1)段，定义区间区间需要说明的是，k越大，软启动效果越好，本领域技术人员可以根据时间需要设置k值。
91.mcu检测到v
in
位于第n个区间时，mcu控制开关管q处于开通状态，其它时候处于关断状态，如此反复若干个周期，保证母线电压充电到如此下去，直到mcu一次完成v
in
处于所有区间的控制，此时母线电压就会相应的升到
92.以220v工频交流输入电压为例，理想情况下，经整流后，采样得到的直流电压峰值v
in
的范围为0v～311v之间，根据公式：可以知道相同的时间变化δt里，电压的变化δu越小或者相同的电压变化δu里，时间的变化δt越大，电流i就会越小。
93.以将区间分成3段为例，如图3所示，直流电压峰值为v
dc
,z输入周期为t，开关管开通时间与母线电压波形参见图3，区间1内开关管开通时间对应母线电压波形初始至波形对应电压值到达103v，之后，控制开关管截止，在母线电压波形对应电压值回落到103v时，再控制开关管导通。具体控制方式如下：系统收到工作指令后，将输入直流电压v
in
从0v～311v分成3段，定义区间1[0v～103v]、区间2[103v～206v]、区间3[206v～311v]；mcu检测到直流电压v
in
位于区间1[0v～103v]时，mcu控制开关管q处于开通状态，其它时候处于关断状态，如此反复若干个周期，保证母线电压充电到103v；接下来mcu检测到直流输入电压v
in
位于区
间2[103v～206v]时，mcu控制开关管q处于开通状态，其它时候处于关断状态，如此反复若干个周期，保证母线电压充电到206v；最后mcu检测到直流输入电压v
in
位于区间3[206v～311v]时，mcu控制开关管q处于开通状态，其它时候处于关断状态，如此反复若干个周期，保证母线电压充电到311v，此时母线电压就会相应的升到311v；然后mcu控制继电器工作在状态三，至此，完成整个母线电压的软启动过程。此过程相较传统母线电压启动采用电阻缓冲的方式更加平稳。从而实现在母线电压在软启动的整个过程中都是可控的，通过同步采集输入电压值的大小来控制可控开关管的开通和关断，使母线电压平稳的抬升，减小传统充电电路充电过程中的冲击电流，提升电子元器件的可靠性和使用寿命。
[0094]
本实施例中，通过实时采样经过整流模块的输入电压的峰值大小，利用继电器控制pfc的可控开关管的工作状态，使其在直流母线电压软启动工作状态和升压状态之间切换，工作在母线电压软启动状态时，通过实时检测整流桥后端的直流电压值，mcu控制开关管从直流电压峰值最低点时开始导通，逐渐变化至直流电压到达最高点时导通，过程中实时并精准的调节开关管的开通和关断的时刻以及开通的持续时间，有效的控制母线充电时的充电电流，减小对回路后端元器件的冲击，增加空调器的启动可靠性，延长空调器的使用寿命；同时省去了多个水泥电阻，有效地节省空间和降低成本。
[0095]
图4为本技术一个实施例提供的软启动控制方法的流程图，如图3所示，该软启动控制方法，包括：
[0096]
s41：采集软启动电路中的直流电压值；
[0097]
本实施例中，采集软启动电路中的直流电压值，包括：
[0098]
s411：对软启动电路中整流模块输出的直流电压进行分压；
[0099]
s412：采集分压电阻上的直流电压值；
[0100]
s413：根据所述分压电阻上的直流电压值计算软启动电路中的直流电压值。
[0101]
s42：根据软启动电路中的直流电压值控制pfc开关管与母线电容的连接关系，在pfc开关管与母线电容串联时，对母线电容进行充电，母线电容进入软启动工作状态；在所述pfc开关管与所述母线电容并联时，对母线电容进行升压，母线电容进入升压工作状态。
[0102]
本实施例中，根据软启动电路中的直流电压值控制pfc开关管的工作状态，包括：
[0103]
s421：设置多个电压变化幅值相同的电压区间；
[0104]
s422：将电压区间对应电压均值最小的电压区间作为充电电压区间；
[0105]
s423：在软启动电路中的直流电压值进入充电电压区间时，控制pfc开关管与导通；
[0106]
s424：在达到充电电压区间最大值时，控制pfc开关管截止，将与当前充电电压区间相邻的电压区间确定为充电电压区间，直至母线电容电压达到电压最大值。
[0107]
如图5所示，刚上电时，继电器k1、k2、k3均断开，系统收到工作指令后，母线电容需要开始充电，此时mcu控制单元将输入直流电压的采样信号进行处理判断，将输入直流电压v
in
从(其中u为输入交流电源的电压有效值)依次分成电压变化相同的k(k》＝1)段，定义区间义区间需要说明的是，k越大，软启动效果越好，本领域技术人员可以根据时间需要设置k值。
[0108]
mcu检测到v
in
位于第n个区间时，mcu控制开关
管q处于开通状态，其它时候处于关断状态，如此反复若干个周期，保证母线电压充电到如此下去，直到mcu一次完成v
in
处于所有区间的控制，此时母线电压就会相应的升到
[0109]
需要说明的是，本技术适用于整流-升压电路，带有需要母线充电的场景都适用。
[0110]
本实施例中，通过实时采样经过整流模块的输入电压的峰值大小，利用继电器控制pfc的可控开关管的工作状态，使其在直流母线电压软启动工作状态和升压状态之间切换，工作在母线电压软启动状态时，通过实时检测整流桥后端的直流电压值，mcu控制开关管从直流电压峰值最低点时开始导通，逐渐变化至直流电压到达最高点时导通，过程中实时并精准的调节开关管的开通和关断的时刻以及开通的持续时间，有效的控制母线充电时的充电电流，减小对回路后端元器件的冲击，增加空调器的启动可靠性，延长空调器的使用寿命；同时省去了多个水泥电阻，有效地节省空间和降低成本。
[0111]
本发明实施例提供一种控制器，包括：如上述实施例所述的软启动电路。
[0112]
本发明实施例还提供一种空调，包括：如上述实施例所述的控制器。
[0113]
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0114]
需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0115]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0116]
应当理解，本技术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。
[0117]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0118]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0119]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0120]
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技术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。
[0121]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
[0122]
需要说明的是，本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本技术相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。