專利名稱：交流電源斷電檢測電路及直流變頻空調(diào)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電源電力檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種用于檢測交流電源是否斷電的檢測電路以及采用這種交流電源斷電檢測電路設(shè)計(jì)的直流變頻空調(diào)器。
背景技術(shù)：
交流市電或者三相電源斷電檢測不是一項(xiàng)新的技術(shù)，目前已經(jīng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)等各項(xiàng)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，若長時(shí)間斷電，水體供氧不足，會造成魚蝦大量死亡的損失；在物品冷藏領(lǐng)域，一旦冷庫斷電，會對存儲的產(chǎn)品的保存期產(chǎn)生影響；在機(jī)房管理領(lǐng)域，一旦機(jī)房斷電，要求UPS電源立即啟動，以滿足機(jī)房的連續(xù)用電需求，等等。因此，在需要電源供應(yīng)的各項(xiàng)領(lǐng)域，如何及時(shí)地獲知斷電信息，就顯得尤為重要。但是，目前的斷電檢測方法，實(shí)時(shí)性不高，一般采用鑒幅電路或者開關(guān)電路等進(jìn)行斷電檢測，如圖1所示。這種斷電檢測電路采用光電耦合器隔離技術(shù)或者采用變壓器降壓后，直接利用三極管開關(guān)電路檢測交流電源的過零點(diǎn)，由此來判斷交流電源是否斷電。其工作原理是當(dāng)50Hz的交流輸入電壓經(jīng)過光耦PC2隔離后，輸出圖2所示的周期為20ms的方波。如果將此方波輸入到主控MCU，MCU采用邊沿變化觸發(fā)方式，最小檢測間隔時(shí)間將是電源周期的一半，也就是t=10ms。這個檢測時(shí)間t對于普通的交流電源檢測應(yīng)用場合是足夠了，但對于像直流變頻空調(diào)器這種采用逆變電源的應(yīng)用場合是不夠的。因?yàn)樵诮涣麟娫磾嚯姷乃查g，如果不能夠及時(shí)檢出并執(zhí)行相應(yīng)的保護(hù)措施，會造成直流變頻壓縮機(jī)內(nèi)部的永磁體退磁或者損壞逆變電源中智能電源模塊IPM (Intelligent Power Module)內(nèi)的逆變器件，從而造成整機(jī)產(chǎn)品的失效。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供了一種交流電源斷電檢測電路，采用對待檢測的交流電源的交流電壓波形進(jìn)行同步等比例縮小的技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對交流電壓波形的實(shí)時(shí)檢測，進(jìn)而為交流電源斷電情況的瞬時(shí)檢測提供硬件上的支持。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)一種交流電源斷電檢測電路，包括交流電源接入端子、運(yùn)算放大電路和處理器，所述運(yùn)算放大電路連接所述交流電源接入端子，接收交流電源的電壓波形并進(jìn)行同步等比例縮小后，輸出縮小后的交流電壓至所述的處理器進(jìn)行交流電源的斷電檢測。進(jìn)一步的，所述交流電源為單相交流電源，在所述運(yùn)算放大電路中包括一個運(yùn)算放大器，在所述運(yùn)算放大器的同相輸入引腳和反相輸入引腳中，其中一個輸入引腳通過第一電阻連接交流電源接入端子的火線端，并通過第四電阻連接運(yùn)算放大器的輸出端；另外一個輸入引腳通過第二電阻連接交流電源接入端子的零線端，并通過第三電阻連接偏置電壓；并且，所述第一電阻和第二電阻的阻值相等，第三電阻和第四電阻的阻值相等。為了滿足處理器對交流電壓波形的接收要求，所述偏置電壓的幅值優(yōu)選設(shè)置為處理器的接口電壓的一半；配置所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值，使通過運(yùn)算放大器輸出的交流電壓的幅值在整個周期內(nèi)均為正值，且電壓峰值小于處理器所允許的接口電壓。優(yōu)選的，所述處理器的接口電壓為5V ;所述偏置電壓的幅值為2. 5V ;所述第一電阻和第二電阻的阻值為1410KQ ;所述第三電阻和第四電阻的阻值為7. 5KQ。再進(jìn)一步的，所述處理器通過其模數(shù)轉(zhuǎn)換接口(即AD接口 )接收運(yùn)算放大電路輸出的交流電壓?；谏鲜鼋涣麟娫磾嚯姍z測電路，本實(shí)用新型還提供了一種采用所述交流電源斷電檢測電路設(shè)計(jì)的直流變頻空調(diào)器，包括整流電路、逆變電路、處理器和直流變頻壓縮機(jī)，所述整流電路連接交流電源接入端子，將交流電源整流成直流電源為逆變電路提供直流母線電壓，所述逆變電路將直流母線電壓逆變成三相交流電源為直流變頻壓縮機(jī)供電；為了實(shí)現(xiàn)對逆變電路以及直流變頻壓縮機(jī)的斷電保護(hù)，將所述交流電源接入端子連接一運(yùn)算放大電路，輸出交流電壓至所述運(yùn)算放大電路進(jìn)行同步等比例縮小后，生成縮小后的交流電壓輸出至處理器進(jìn)行交流電源的斷電檢測，所述處理器根據(jù)檢測結(jié)果生成相應(yīng)的PWM觸發(fā)信號輸出至所述的逆變電路。具體來講，所述處理器可以在檢測到交流電源斷電時(shí)，通過關(guān)斷其PWM觸發(fā)信號的輸出來控制逆變電路停止運(yùn)行，進(jìn)而使得直流變頻壓縮機(jī)進(jìn)入斷電關(guān)機(jī)的保護(hù)狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是本實(shí)用新型的交流電源斷電檢測電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以對輸入的交流電壓實(shí)現(xiàn)同步采集和快速檢測。在所述硬件平臺上運(yùn)行交流電源的斷電檢測程序，可以在極短的時(shí)間內(nèi)檢測出電源的瞬時(shí)斷電情況，并對被控對象的控制迅速做出反應(yīng)，實(shí)施快速保護(hù)。將所述交流電源斷電檢測技術(shù)應(yīng)用在直流變頻空調(diào)器中，對空調(diào)器中的直流變頻壓縮機(jī)進(jìn)行斷電保護(hù)，可以有效保護(hù)電源逆變器件和直流壓縮機(jī)，減小由于電網(wǎng)斷電造成直流變頻壓縮機(jī)的永磁體在斷電瞬間退磁或者逆變器件損壞等問題發(fā)生的幾率，提高了產(chǎn)品的可靠性，延長了產(chǎn)品的使用壽命。結(jié)合附圖閱讀本實(shí)用新型實(shí)施方式的詳細(xì)描述后，本實(shí)用新型的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。

圖1是現(xiàn)有交流電源過零檢測電路的原理圖；圖2是采用圖1所示交流電源過零檢測電路所產(chǎn)生的檢測信號波形圖；圖3是逆變電源的電路原理圖；圖4是交流電源斷電檢測及保護(hù)方法的一種實(shí)施例的檢測流程圖；圖5是瞬時(shí)斷電檢測和保護(hù)時(shí)序圖；圖6是本實(shí)用新型所提出的交流電源斷電檢測電路的一種實(shí)施例的電路原理圖；圖7是圖6所示交流電源斷電檢測電路的輸入和輸出波形圖；圖8是未使用的交流電源斷電檢測和保護(hù)技術(shù)所捕捉到的斷電瞬間波形圖；圖9是使用交流電源斷電檢測和保護(hù)技術(shù)以后捕捉到的斷電瞬間波形圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)地描述。[0024]本實(shí)施例首先以直流變頻空調(diào)器為例，對直流變頻壓縮機(jī)所需的逆變電源的產(chǎn)生原理進(jìn)行簡要介紹。參見圖3所示，直流變頻壓縮機(jī)都是采用交流一直流一交流的電源逆變原理，即，將輸入的交流電源通過整流電路整流成直流電源后，輸出至由電解電容C1 C3并聯(lián)組成的濾波電路進(jìn)行濾波處理，產(chǎn)生直流母線電壓輸入到逆變電路。所述逆變電路接收處理器MCU輸出的PWM觸發(fā)信號，進(jìn)而將直流母線電壓逆變成三相頻率可變、電壓幅值可調(diào)的三相交流電壓，輸出至直流變頻壓縮機(jī)，控制壓縮機(jī)運(yùn)行。直流變頻壓縮機(jī)采用永磁無刷電機(jī)，目前的驅(qū)動控制大都采用磁場定向控制FOC (F0C即Field-Oriented Control的英文縮寫)，MCU根據(jù)壓縮機(jī)反饋的相電流信號在每個PWM周期估算壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子位置，根據(jù)當(dāng)前的位置計(jì)算下一步的輸出力矩，如果轉(zhuǎn)子位置估算不準(zhǔn)確，就會導(dǎo)致永磁無刷電機(jī)失步。交流輸入電源的瞬時(shí)斷電會對這種逆變電源以及控制部件產(chǎn)生極大的危害，究其原因是在交流輸入電源瞬時(shí)斷電時(shí)，整流電路前端的電源消失，通過整流電路輸出的直流母線電壓急劇下降，導(dǎo)致壓縮機(jī)驅(qū)動控制失步。驅(qū)動控制失步后，由于MCU不能準(zhǔn)確的估算轉(zhuǎn)子位置，因?yàn)闊o法正?？刂茐嚎s機(jī)轉(zhuǎn)子換向。此時(shí)，濾波電路中的電解電容CfC3中存儲的大量能量便會全部施加到壓縮機(jī)電機(jī)的兩相繞組上，如圖8所示，流過兩相繞組的瞬間大電流會造成壓縮機(jī)中的永磁體退磁。另一方面，由于直流變頻空調(diào)器都是采用開關(guān)電源熱地設(shè)計(jì)技術(shù)，即弱電源和強(qiáng)電源采用共地設(shè)計(jì)，共用直流母線電壓供電。在交流輸入電源斷電后，逆變電路的工作電壓迅速下降到15V以下，逆變電路內(nèi)部的驅(qū)動器的工作電壓也隨之下降到15V以下。由于電壓過低，造成驅(qū)動器工作不穩(wěn)定，不能正常驅(qū)動逆變電路內(nèi)部的開關(guān)管IGBT導(dǎo)通或者關(guān)斷。但是此時(shí)，MCU所需的5V工作電壓還保持正常，還會繼續(xù)有PWM觸發(fā)信號輸出，但由于驅(qū)動器工作的不穩(wěn)定，導(dǎo)致逆變電路內(nèi)部的開關(guān)管IGBT的上、下橋臂導(dǎo)通，大電流將逆變電路中的IGBT擊穿，造成整機(jī)產(chǎn)品的失效?；谝陨显颍绾螌?shí)現(xiàn)對輸入的交流電源的斷電情況進(jìn)行瞬時(shí)檢測，以便對被控對象的控制做出迅速的反應(yīng)，實(shí)施快速的保護(hù)，便成為確保用電設(shè)備安全運(yùn)行的關(guān)鍵。下面首先對交流電源瞬時(shí)斷電的快速檢測方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述。結(jié)合圖4所示，所述交流電源瞬時(shí)斷電的快速檢測方法包括以下步驟S401、采集交流電源的交流電壓波形。在此步驟中，優(yōu)選利用直流變頻空調(diào)器中布設(shè)在電控板上的處理器MCU對輸入到空調(diào)器中的交流電源的交流電壓波形進(jìn)行采集。考慮到交流電壓的幅值較高，若直接輸入到處理器MCU中，會導(dǎo)致處理器MCU燒毀。因此，為了滿足處理器MCU的接口電壓要求，需要首先對交流電壓進(jìn)行同步等比例縮小，生成滿足處理器MCU接收要求的電壓波形，然后再傳送給處理器MCU，具體可以傳輸至處理器MCU的AD接口，以實(shí)現(xiàn)對交流電壓波形的采集。S402、將采集到的交流電壓的幅值的絕對值與事先設(shè)定的保護(hù)閾值Vp進(jìn)行比較，若交流電壓的幅值的絕對值小于Vp，則執(zhí)行后續(xù)步驟；否則，返回步驟S401重復(fù)執(zhí)行交流電壓的采樣和檢測判斷過程。在本步驟中，處理器MCU通過其AD接口以16KHz的采樣頻率對輸入的交流電壓進(jìn)行采樣，采樣一次，便進(jìn)行一次與Vp的比較過程。當(dāng)然，所述MCU的采樣頻率也可以設(shè)定為SKHz或者32KHz等其他數(shù)值，只要所述的采樣頻率遠(yuǎn)大于交流電源的頻率，能夠滿足快速檢測的要求即可，本實(shí)施例對此不進(jìn)行具體限制?？紤]到傳輸至MCU的交流電壓波形是經(jīng)過同步等比例縮小的電壓波形，為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的比較判斷，需要對所述的保護(hù)閾值Vp進(jìn)行同比例縮小，將縮小后的保護(hù)閾值記為Vp’，這樣MCU在對其接收到的交流電壓采樣值與Vp’進(jìn)行比較時(shí)，若采樣值的絕對值小于Vp’，則可以認(rèn)為實(shí)際輸入的交流電壓的幅值小于Vp。S403、判斷交流電壓的幅值的絕對值小于Vp的持續(xù)時(shí)間是否超過維持時(shí)間T，若·超過T，則判定交流電源斷電；否則，返回步驟S401繼續(xù)執(zhí)行交流電壓的采樣和檢測判斷過程。在此步驟中，當(dāng)MCU檢測到交流電壓的幅值的絕對值小于Vp時(shí)，立即啟動開始計(jì)時(shí)，高于保護(hù)閾值Vp時(shí)停止計(jì)時(shí)，并對計(jì)時(shí)值清零。對于維持時(shí)間T的確定，本實(shí)施例采用以下方式計(jì)算獲得在實(shí)際應(yīng)用中，對于50Hz的交流輸入電源，其交流電壓每間隔IOms會有一個過零點(diǎn)，在過零點(diǎn)前后2 0的范圍內(nèi)交流電壓的幅值會低于Vp這個保護(hù)閾值，檢測時(shí)應(yīng)該避開這個區(qū)間，如圖5所示。這個區(qū)間2 稱為檢測死區(qū)帶，2 為死區(qū)角度，即交流電壓從-Vp變化到+Vp或者從+Vp變化到-Vp所對應(yīng)的角度范圍。只要設(shè)定維持時(shí)間T大于交流電壓正常時(shí)經(jīng)過這個檢測死區(qū)帶2 0所對應(yīng)的死區(qū)時(shí)間h，就可以防止在死區(qū)帶產(chǎn)生誤檢測。在本實(shí)施例中，所述死區(qū)時(shí)間h的大小可以由以下公式計(jì)算得出
權(quán)利要求1.一種交流電源斷電檢測電路，其特征在于包括交流電源接入端子、運(yùn)算放大電路和處理器，所述運(yùn)算放大電路連接所述交流電源接入端子，接收交流電源的電壓波形并進(jìn)行同步等比例縮小后，輸出縮小后的交流電壓至所述的處理器進(jìn)行交流電源的斷電檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的交流電源斷電檢測電路，其特征在于所述交流電源為單相交流電源，在所述運(yùn)算放大電路中包括一個運(yùn)算放大器，在所述運(yùn)算放大器的同相輸入引腳和反相輸入引腳中，其中一個輸入引腳通過第一電阻連接交流電源接入端子的火線端，并通過第四電阻連接運(yùn)算放大器的輸出端；另外一個輸入引腳通過第二電阻連接交流電源接入端子的零線端，并通過第三電阻連接偏置電壓；并且，所述第一電阻和第二電阻的阻值相等，第三電阻和第四電阻的阻值相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交流電源斷電檢測電路，其特征在于所述偏置電壓的幅值等于處理器的接口電壓的一半；配置所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值，使通過運(yùn)算放大器輸出的交流電壓的幅值在整個周期內(nèi)均為正值，且電壓峰值小于處理器所允許的接口電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交流電源斷電檢測電路，其特征在于所述處理器的接口電壓為5V ;所述偏置電壓的幅值為2. 5V ;所述第一電阻和第二電阻的阻值為1410KQ ;所述第三電阻和第四電阻的阻值為7. 5KQ。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的交流電源斷電檢測電路，其特征在于所述處理器通過其模數(shù)轉(zhuǎn)換接口接收運(yùn)算放大電路輸出的交流電壓。
6.一種直流變頻空調(diào)器，包括整流電路、逆變電路、處理器和直流變頻壓縮機(jī)，所述整流電路連接交流電源接入端子，將交流電源整流成直流電源為逆變電路提供直流母線電壓，所述逆變電路將直流母線電壓逆變成三相交流電源為直流變頻壓縮機(jī)供電；其特征在于所述交流電源接入端子連接一運(yùn)算放大電路，輸出交流電壓至所述運(yùn)算放大電路進(jìn)行同步等比例縮小后，生成縮小后的交流電壓輸出至處理器進(jìn)行交流電源的斷電檢測，所述處理器根據(jù)檢測結(jié)果生成相應(yīng)的PWM觸發(fā)信號輸出至所述的逆變電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流變頻空調(diào)器，其特征在于所述交流電源為單相交流電源，在所述運(yùn)算放大電路中包括一個運(yùn)算放大器，在所述運(yùn)算放大器的同相輸入引腳和反相輸入引腳中，其中一個輸入引腳通過第一電阻連接交流電源接入端子的火線端，并通過第四電阻連接運(yùn)算放大器的輸出端；另外一個輸入引腳通過第二電阻連接交流電源接入端子的零線端，并通過第三電阻連接偏置電壓；并且，第一電阻和第二電阻的阻值相等，第三電阻和第四電阻的阻值相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流變頻空調(diào)器，其特征在于所述偏置電壓的幅值等于處理器的接口電壓的一半；配置所述第一電阻、第二電阻、第三電阻和第四電阻的阻值，使通過運(yùn)算放大器輸出的交流電壓的幅值在整個周期內(nèi)均為正值，且電壓峰值小于處理器所允許的接口電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的直流變頻空調(diào)器，其特征在于所述處理器的接口電壓為5V；所述偏置電壓的幅值為2. 5V ;所述第一電阻和第二電阻的阻值為1410KQ ;所述第三電阻和第四電阻的阻值為7.5KQ。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9中任一項(xiàng)所述的直流變頻空調(diào)器，其特征在于所述處理器通過其模數(shù)轉(zhuǎn)換接口接收運(yùn)算放大電路輸出的交流電壓。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種交流電源斷電檢測電路及直流變頻空調(diào)器，包括交流電源接入端子、運(yùn)算放大電路和處理器，所述運(yùn)算放大電路連接所述交流電源接入端子，接收交流電源的電壓波形并進(jìn)行同步等比例縮小后，輸出縮小后的交流電壓至所述的處理器進(jìn)行交流電源的斷電檢測。本實(shí)用新型的交流電源斷電檢測電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以對輸入的交流電壓實(shí)現(xiàn)同步采集和快速檢測。在所述硬件平臺上運(yùn)行交流電源的斷電檢測程序，可以在極短的時(shí)間內(nèi)檢測出電源的瞬時(shí)斷電情況，并對被控對象的控制迅速做出反應(yīng)，實(shí)施快速保護(hù)。將所述交流電源斷電檢測技術(shù)應(yīng)用在直流變頻空調(diào)器中，可以有效保護(hù)空調(diào)器中的電源逆變器件和直流變頻壓縮機(jī)，提高產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號H02H7/09GK202837520SQ201220537070
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者尹發(fā)展, 王志剛, 陳建兵 申請人:海信(山東)空調(diào)有限公司