專利名稱：在三相電源中保護功率因數(shù)校正的設(shè)備及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在三相電源中保護功率因數(shù)校正(PFC)的設(shè)備(以下 稱為三相PFC保護設(shè)備)及其控制方法，更為詳細地講，涉及一種用于保護 和控制由三相逆變器的異?；蝈e誤電流引起的PFC的設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般來講，逆變器是一種將直流電壓轉(zhuǎn)換為三相交流電壓(U、 V、 W) 的電源轉(zhuǎn)換器(也稱為功率轉(zhuǎn)換器)。由于高能效和便于輸出控制，逆變器通 常使用于控制使用在各種電子產(chǎn)品(如，洗衣機、水箱、空調(diào)、微波爐及電 梯)中的電動4幾。
將商用AC電源整流為DC電壓并平滑該整流的DC電壓的整流電路連 接到上述的逆變器，從而向逆變器提供平滑到預(yù)定電平的DC電壓。該整流 電路的功率因數(shù)非常低，即，約0.5-0.6。由于輸入電壓(即，AC電源的電 壓)與輸入電流(即，AC電源的電流)的相差，所以功率因數(shù)減小，從而產(chǎn) 生了無功功率引起的功耗的損失。
為了解決上述的問題，現(xiàn)有技術(shù)實施使用開關(guān)控制方案校正功率因數(shù)以 防止輸入電壓與輸入電流之間出現(xiàn)相差的功率因數(shù)校正(PFC)操作。該開 關(guān)控制方案檢測輸入電壓的過零點，在該檢測點接通開關(guān)元件，在預(yù)定時間 段過去后斷開開關(guān)元件，并保持開關(guān)元件的斷開狀態(tài)直到下一個輸入電壓的 過零點到來。
具體地講，如果用于功率因數(shù)校正(PFC)的開關(guān)控制方案應(yīng)用于使用 向功肆毛大的電子產(chǎn)品供電的三相電源(如，R相、S相、T相)的三相逆變器， 并且由于制造商的錯誤致使在施加到電抗器和開關(guān)元件的電源輸入端出現(xiàn)誤 連接(或未連接)，則施加到開關(guān)元件的電流變?yōu)楫惓ｋ娏?如，低電流或過 電流)，從而不可執(zhí)行PFC控制。結(jié)果，出現(xiàn)諧波和功率因數(shù)的問題，并出 現(xiàn)過熱的電路。雖然由于不良的電抗條件或誤連接導(dǎo)致PFC不受控制，但該 錯誤狀況不被顯示，從而不可避免地在不穩(wěn)定的狀態(tài)下操作現(xiàn)有系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一方面提供了一種三相功率因數(shù)校正(PFC)保護設(shè)備 及其控制方法，該設(shè)備基于用于PFC操作的開關(guān)控制方案控制三相逆變器在 共電位端檢測施加到開關(guān)元件的電流信號的波形，以確定是否存在誤連接， 當確定存在誤連接時比較電流信號的圖案，并根據(jù)確定的誤連接模式改變開
關(guān)元件的PFC控制信號，從而使PFC控制正常地操作。
在下面的描述中將部分地闡明本發(fā)明的另外方面和/或優(yōu)點，通過描述部 分地會變得清楚，或者通過實施本發(fā)明可以了解。
通過提供一種在三相電源上操作的三相功率因數(shù)校正(PFC)保護裝置 來實現(xiàn)本發(fā)明的前述和/或其它方面，該PFC裝置包括整流器，對三相電源 進行整流；開關(guān)元件，執(zhí)行(PFC)開關(guān)操作以校正整流器的功率因數(shù)；電 流檢測器，檢測從開關(guān)元件產(chǎn)生的電流波形；和控制器，根據(jù)檢測的電流波 形確定是否存在開關(guān)元件與電源之間的誤連接，如果確定存在誤連接，則搜 索與電源的電流圖案相應(yīng)的誤連接模式，并根據(jù)搜索改變施加到開關(guān)元件的 信號。
開關(guān)元件可以是絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)開關(guān)，并且多個開關(guān)元件 連接到整流器輸出端的各相，從而所述開關(guān)元件開關(guān)控制各相的輸出信號以 允許各相的輸出信號具有相同的電流相位與電壓相位。
電流檢測器可連接到開關(guān)元件的輸出共電位端，從而所述電流檢測器在 PFC期間;險測載入到共電位端的異常電流。
異常電流可以是載入到共電位端的電流值具有比參考值高的峰值的過電
、'六
如果出現(xiàn)異常電流，則所述控制器可確定存在誤連接。 所述設(shè)備還可包括存儲單元，存儲三相電源的連接引起的電流圖案； 和控制器，將檢測的電流圖案與存儲在存儲單元內(nèi)的電流圖案進行比較，搜 索三相誤連接模式，并根據(jù)搜索的誤連接模式改變施加到開關(guān)元件的PFC控
制信號。
控制器可在存儲單元中存儲通過誤連接模式改變的PFC控制信號，并控 制PFC控制連續(xù)正常操作。
通過提供一種三相功率因數(shù)校正(PFC)保護控制方法來實現(xiàn)本發(fā)明的前述和/或其它方面，該方法包括對三相電源進4于整流；對開關(guān)元件纟丸行 (PFC)開關(guān)控制以校正整流的電源的功率因數(shù)；檢測從開關(guān)元件產(chǎn)生的電 流波形；和根據(jù)檢測的電流波形確定是否存在開關(guān)元件與電源之間的誤連接， 如果確定存在誤連接，則搜索與電流圖案相應(yīng)的電源的誤連接模式，并根據(jù) 搜索改變施加到開關(guān)元件的PFC控制輸出信號。
檢測電流波形的步驟包括在PFC控制期間，檢測載入到開關(guān)元件的共 電位端的異常電流；和當出現(xiàn)異常電流時，確定存在誤連4妄。
所述方法還包括存儲三相電源的誤連接引起的電流圖案；和如果出現(xiàn) 誤連接，則改變PFC控制輸出，將檢測的電流圖案與存儲的電流圖案相比較， 搜索三相誤連接模式，并根據(jù)搜索的誤連接模式改變施加到開關(guān)元件的PFC 控制信號。
所述方法還包括存儲通過誤連接圖案改變的PFC控制信號；和控制 PFC控制連續(xù)正常地執(zhí)行。


通過下面結(jié)合附圖對實施例進行的描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和 優(yōu)點將會變得清楚和更易于理解，其中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于三相逆變器的功率因數(shù)校正 (PFC)保護設(shè)備的電路圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于三相逆變器的PFC保護控制方法 的流程圖3是示出在R-S-T連接引起的正常連接的情況下在共電位端檢測的電 流信號的波形圖4是示出在R-T-S連接引起的S-T誤連接的情況下在共電位端檢測的 電流信號的波形圖5是示出在S-R-T連接引起的R-S誤連接的情況下在共電位端檢測的 電流信號的波形圖6是示出在T-S-R連接引起的R-T誤連接的情況下在共電位端檢測的 電流信號的波形圖7是示出在S-T-R連接引起的三線誤連接的情況下在共電位端檢測的 電流信號的波形圖；圖8是示出在T-R-S連接引起的三線誤連接的情況下在共電位端檢測的 電流信號的波形圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在對本發(fā)明實施例進行詳細的描述，其示例表示在附圖中，其中，相 同的標號始終表示相同部件。下面通過參照附圖對實施例進行描述以解釋本 發(fā)明。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于三相逆變器的功率因數(shù)校正 (PFC)保護設(shè)備的電路圖。
參考圖1，三相逆變器的PFC保護設(shè)備包括整流器20、開關(guān)單元30、第 一電流檢測器40、控制器50和存儲單元55。整流器20對三相電源10 (即， R、 S、 T相AC電源)的各相進行整流。開關(guān)單元30連接到整流器20的輸 出端，并執(zhí)行PFC開關(guān)操作以不產(chǎn)生整流器20的輸出信號的電壓與電流信 號之間的相差。第一電流4企測器40連接到開關(guān)單元30的共電位端，從而檢 測通過PFC操作產(chǎn)生的電流信號?？刂破?0根據(jù)第一電流檢測器40的電流 波形確定是否存在誤連接，在存在誤連接的情況下改變PFC控制輸出，并控 制PFC正常操作。存儲單元55存儲通過三相電源10的連接引起的電流圖案。
在三相電源10中，具有相同振幅和頻率的三個正弦電流在相互具有120。 相差的三相(即，R、 S和T相)中流動，并且在三相(R、 S、 T)的各中心 點聚集的N相接地，從而三相四線配線方案通常^皮4吏用于三相電源10。
開關(guān)單元30可包括分別連接到與整流器20的輸出端連接的R、 S和T 相的三個IGBT開關(guān)31、 32和33。
改善整流器20的功率因數(shù)的電抗器11、 12和13位于三相電源10與整 流器20之間，從而電抗器11、 12和13分別連接到R、 S和T相。過零檢測 器60不僅連接到電抗器11、 12和13的輸入端中的一相(如，T相)，還連 接到N相，從而過零檢測器60檢測輸入相電壓的過零點并向控制器50輸出 檢測到的過零點。
因此，控制器50在通過過零檢測器60檢測的相電壓的過零點接通開關(guān) 元件31、 32和33,在預(yù)定時間過去后，控制器50使用脈寬調(diào)制(PWM)控 制方法斷開開關(guān)元件31、 32和33，保持開關(guān)元件31、 32和33的斷開狀態(tài) 直到下一個相電壓的過零點到達，以這種方式，控制器50執(zhí)行能夠校正功率在這種情況下，為了確定在施加到電抗器11-13和開關(guān)元件31-33的電 源輸入端(表示為"A")是否存在由于制造商或生產(chǎn)商的錯誤引起的誤連接 (或未連接)，控制器50基于第一電流檢測器40的電流波形確定是否出現(xiàn)從 開關(guān)元件31-33產(chǎn)生的異常電流。如果由于異常電流而確定存在誤連接，則 控制器50將電流圖案與存儲在存儲單元55中的另一電流圖案相比較，搜索 三相誤連接的任何模式(如，R-S誤連接、S-T誤連接、R-T誤連接、S-T-R 誤連接和T-R-S誤連接)，并根據(jù)搜索到的誤連接模式改變施加到開關(guān)元件 31-33的PFC控制輸出，從而允許正常實施PFC操作。
存儲單元55存儲三相電源10的正常連接引起的電流圖案(即，T相電 流和IGBT電流)，還存儲通過誤連接引起的其它電流圖案(即，T向電流與 IGBT電流)。
根據(jù)本發(fā)明實施例的三相逆變器的功率因數(shù)校正(PFC)保護設(shè)備包括 直流鏈電壓產(chǎn)生器70、逆變器80和第二電流檢測器90。直流鏈電壓產(chǎn)生器 70連接到整流器20的輸出端，從而產(chǎn)生具有改善的功率因數(shù)的直流鏈電壓。 逆變器80連接到直流鏈電壓產(chǎn)生器70，將產(chǎn)生的直流鏈電壓轉(zhuǎn)換為三相AC 電壓，并向電動機81傳送三相AC電壓。第二電流檢測器90檢測向電動機 81提供的負載電流(即，相電流)的幅值，并向模數(shù)(AD )轉(zhuǎn)換器傳送檢測 的負載電流幅值。
因此，根據(jù)通過第二電流檢測器90檢測的負載電流的幅值，控制器用于 控制控制開關(guān)元件31、 32和33的PWM信號的占空比。
在下文中詳細描述上述三相功率因數(shù)校正(PFC)保護設(shè)備及其控制方法。
參考圖1,如果三相電源10被施加到PFC設(shè)備，則用作R、 S和T相交 流電源信號的三相電源l(H皮施加到電抗器11、 12和13，并且R、 S、 T相交 流電源信號中的每個信號被施加到整流器20，從而R、 S、 T相交流電源信號 通過整流器20被整流。
通過整流器20整流的電壓被施加到直流鏈電壓產(chǎn)生器70，從而直流鏈 電壓產(chǎn)生器70產(chǎn)生驅(qū)動電動機81需要的直流鏈電壓。通過逆變器80向電動 機81提供從直流鏈電壓產(chǎn)生器70產(chǎn)生的直流鏈電壓。
這樣，當通過三相逆變器80向電動機81才是供直流考連電壓時，由于施加到電抗器ll、 12和13的相電壓與相電流之間的相差，可能會降低功率因數(shù)。
因此，為了解決上述的問題，根據(jù)本發(fā)明實施例的功率因數(shù)校正(PFC) 保護設(shè)備允許連接到電抗器11、 12和13的任何輸入端(如，T相)以及N 相的過零4企測器60 4企測相電壓的相位過零的過零點，^v而過零一企測器60向 控制器50輸出檢測的過零點?？刂破?0在通過過零檢測器60檢測的上述過 零點命令第二電流檢測器90檢測負載電流的幅值，并基于檢測的負載電流幅 值計算脈寬(即，占空比)，從而控制器基于計算的脈寬使用PWM控制方法 接通開關(guān)元件31、 32和33。
如果接通開關(guān)元件31、 32和33,則施加到電抗器ll、 12和13的相電 流線性增大。如果通過控制器50的PWM控制斷開開關(guān)元件31、 32和33， 則施加到電抗器11、 12和13的相電流線性減小。
這樣，如果通過控制器50的PWM控制重復(fù)開關(guān)元件31、 32和33的接 通和斷開操作，則施加到電抗器11、 12和13的相電流跟蹤相電壓的相位， 同時以實施這種PFC控制操作的方式改善功率因數(shù)。
但是，在上述PFC控制操作期間，如果由于制造商的誤連接在施加到電 抗器11、 12和13和開關(guān)元件31-33的電源輸入端(表示為"A")出現(xiàn)誤連 接，則在施加到開關(guān)元件31-33的電流信號中出現(xiàn)異常電流(如，過電流)， 從而自動地改變PFC控制輸出并且需要PFC保護控制以在誤連接下正常執(zhí)行 PFC控制。下面參考圖2詳細描述其過程。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的用于三相逆變器的PFC保護控制方法的 流程圖。
參考圖2，為了執(zhí)行PFC控制操作，在操作100,控制器50使用PWM 控制按占空比接通開關(guān)元件31、 32和33,根據(jù)第二電流4企測器90在通過過 零檢測器60檢測的T相電壓的過零點(ZCP)檢測的負載電流幅值計算所述 占空比。
為了在PFC控制操作期間檢測電源輸入端(表示為"A")的誤連接引起 的任何異常電流(如，過電流)，在操作102中，連接到開關(guān)元件31-33的共 電位端的第 一電流檢測器40檢測共電位端的電流(即，IGBT電流)，并向控 制器50輸出檢測的電流。
因此，在操作104中，控制器50檢查通過第一電流檢測器40檢測的共 電位端的電流波形，并確定是否存在異常電流。異常電流可表示PFC控制中在共電位端流動的電流具有比參考值高的峰值。換言之，異常電流可被認為 是過電流。所以，如果產(chǎn)生電流峰值，則可確認存在誤連接引起的異常電流。
因此，如果在操作104已出現(xiàn)異常電流引起的誤連接，則控制器50將電 流圖案與存儲在存儲單元44中的電流圖案相比較，從而在操作106控制器搜 索三相誤連接模式(S-T誤連接、R-S誤連接、R-T誤連接和三線誤連接)。
圖3是示出在R-S-T連接引起的正常連接的情況下在共電位端檢測的電 流信號的波形圖。圖4是示出在R-T-S連接引起的S-T誤連接的情況下在共 電位端檢測的電流信號的波形圖。圖5是示出在S-R-T連接引起的R-S誤連 接的情況下在共電位端檢測的電流信號的波形圖。圖6是示出在T-S-R連接 引起的R-T誤連接的情況下在共電位端檢測的電流信號的波形圖。圖7是示 出在S-T-R連接引起的三線誤連接情的況下在共電位端檢測的電流信號的波 形圖。圖8是示出在T-R-S連接引起的三線誤連接的情況下在共電位端檢測 的電流信號的波形圖。
如圖3所示，在正常連接的情況下，第一電流檢測器40檢測的共電位端 的電流波形等于或小于峰值，并且PFC開關(guān)操作在過零點開始。
但是，如圖4至8所示，在誤連接情況下，通過第一電流檢測器40檢測 的共電位端的電流波形等于或大于峰值，并且PFC開關(guān)操作不在過零點開始。 在這種情況下，不實施PFC控制，產(chǎn)生功率因數(shù)和諧波的問題，還產(chǎn)生電路 過熱，從而不可避免地在不穩(wěn)定狀態(tài)下實施PFC控制。
因此，在操作108,控制器50根據(jù)搜索的誤連接模式改變施加到開關(guān)元 件31-33的PFC控制信號，從而控制器可正常執(zhí)行PFC控制。
比如，如圖4所示，在R-T-S連接引起的S-T誤連接的情況下，控制器 50根據(jù)S-T誤連接模式改變與S相相應(yīng)的第二開關(guān)元件32和與T相相應(yīng)的 第三開關(guān)元件33的PFC控制輸出引腳，從而無需替換電路控制器就可正常 執(zhí)行PFC操作。
再如，如圖5所示，在S-R-T連接引起的R-S誤連接的情況下，控制器 50根據(jù)R-S誤連接模式改變與R相相應(yīng)的第一開關(guān)元件31和與S相相應(yīng)的 第二開關(guān)元件32的PFC控制輸出引腳，從而無需替換電路控制器就可正常 執(zhí)行PFC操作。
此外，根據(jù)如圖6至8所示的任何誤連接模式，控制器50改變第一至第 三開關(guān)元件31-33的PFC控制輸出引腳，從而控制器可不考慮誤連接而允許正常執(zhí)行PFC操作。
此外，控制器50在存儲單元55中存儲通過誤連接模式改變的PFC控制 輸出。雖然出現(xiàn)通過異常電流引起的誤連接，但控制器50連續(xù)改變PFC控 制輸出以穩(wěn)定地執(zhí)行PFC控制操作。
雖然已表示和描述了實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由 權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對實 施例進4于ff改。
權(quán)利要求
1、一種在三相電源中操作的三相功率因數(shù)校正保護裝置，該功率因數(shù)校正裝置包括整流器，對三相電源進行整流；開關(guān)元件，執(zhí)行功率因數(shù)校正開關(guān)操作以校正整流器的功率因數(shù)；電流檢測器，檢測從開關(guān)元件產(chǎn)生的電流波形；和控制器，根據(jù)檢測的電流波形確定是否存在開關(guān)元件與電源之間的誤連接，如果確定存在誤連接，則搜索與電源的電流圖案相應(yīng)的誤連接模式，并根據(jù)搜索改變施加到開關(guān)元件的信號。
2、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，整流器包括多個輸出端，開關(guān)元件 包括絕緣柵雙極型晶體管開關(guān)，多個開關(guān)元件連接到整流器的輸出端的各相， 從而開關(guān)元件開關(guān)控制各相的輸出信號以允許各相的輸出信號具有相同的電 流相位與電壓相位。
3、 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中，開關(guān)元件包括輸出共電位端，電流 檢測器連接到開關(guān)元件的輸出共電位端，從而在功率因數(shù)校正期間電流檢測 器檢測載入到共電位端的異常電流。
4、 如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述異常電流是載入到共電位端的 電流值具有比參考值高的峰值的過電流。
5、 如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，如果出現(xiàn)所述異常電流，則控制器 確定存在誤連接。
6、 如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括 存儲單元，存儲三相電源的連接引起的電流圖案；和控制器，將檢測的電流圖案與存儲在存儲單元中的電流圖案相比較，搜 索三相誤連接模式，并根據(jù)搜索的誤連接模式改變施加到開關(guān)元件的功率因 數(shù)校正控制信號。
7、 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，控制器在存儲單元中存儲通過誤連 接模式改變的功率因數(shù)校正控制信號，并控制功率因數(shù)校正控制以連續(xù)正常 地操作。
8、 一種三相功率因數(shù)校正保護控制方法，所述方法包括 對三相電源進4于整流；對開關(guān)元件執(zhí)行功率因數(shù)校正開關(guān)控制以校正整流的電源的功率因數(shù)；斗企測/人開關(guān)元件產(chǎn)生的電流波形；和根據(jù)檢測的電流波形確定是否存在開關(guān)元件與電源之間的誤連接，如果確定存在誤連接，則搜索與電流圖案相應(yīng)的電源的誤連接模式，并根據(jù)搜索改變施加到開關(guān)元件的功率因數(shù)校正控制輸出信號。
9、 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，檢測電流波形的步驟包括檢測在功率因數(shù)校正控制期間載入到開關(guān)元件的共電位端的異常電流，并且當出現(xiàn)異常電流時，確定存在誤連才妄。
10、 如權(quán)利要求9所述的方法，其中，異常電流是載入到共電位端的電流值具有比參考值高的峰值的過電流。
11、 如權(quán)利要求8所述的方法，還包括存儲三相電源的誤連接引起的電流圖案，所述改變功率因數(shù)校正控制輸出的步驟包括如果出現(xiàn)誤連接，則將檢測的電流圖案與存儲的電流圖案相比較，搜索三相誤連接模式，并根據(jù)搜索的誤連接模式改變施加到開關(guān)元件的功率因數(shù)校正控制信號。
12、 如權(quán)利要求11所述的方法，還包括存儲通過誤連接模式改變的功率因數(shù)校正控制信號，并控制功率因數(shù)校正控制連續(xù)正常地操作。
13、 一種三相功率因數(shù)校正保護裝置，所述裝置包括執(zhí)行功率因數(shù)校正開關(guān)操作的開關(guān)元件，包括輸出共電位端；和電流檢測器，檢測從開關(guān)元件產(chǎn)生的電流波形，所述電流檢測器連接到開關(guān)元件的輸出共電位端，從而所述電流檢測器在功率因數(shù)校正期間檢測載入在共電位端的異常電 流。
全文摘要
一種在三相電源中保護功率因數(shù)校正的設(shè)備及其控制方法。如果由于制造商的錯誤在施加到電抗器和開關(guān)元件的電源輸入端出現(xiàn)任何誤連接(或未連接)，則施加到開關(guān)元件的電流成為異常電流，從而無法控制PFC。在PFC控制期間，設(shè)備在共電位端的電流傳感器檢測從開關(guān)元件產(chǎn)生的電流波形，并確定是否存在異常電流引起的誤連接。如果確認存在誤連接，則設(shè)備將電流圖案與誤連接模式相比較，并根據(jù)搜索的誤連接模式改變施加到開關(guān)元件的PFC控制輸出，從而可正常實施PFC控制。
文檔編號H02M5/00GK101686006SQ20091012883
公開日2010年3月31日 申請日期2009年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月22日
發(fā)明者宋豪杰, 河鐘憲 申請人:三星電子株式會社