用于空调系统的双模式转换器的制作方法

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1.本公开的示范性实施例涉及交流（ac）到直流（dc）转换器的领域，并且更特别地涉及用于空调系统的双模式ac-dc转换器。

背景技术：

2.空调系统通常采用ac-dc转换器来将多相ac输入电压（干线（main）或电网功率）转换成dc电压。然后将dc电压供应给逆变器以产生多相ac输出电压。多相ac输出电压提供给驱动空调系统的组件（例如压缩机）的多相马达。

技术实现要素：

3.根据实施例，一种转换器包括：输入部分，所述输入部分包括电感元件，所述输入部分被配置成接收多相ac输入电压；整流器部分，所述整流器部分耦合到所述输入部分；电压调节器部分，所述电压调节器部分耦合到所述整流器部分，所述电压调节器部分被配置成控制跨正dc母线和负dc母线的dc输出电压；以及控制器，所述控制器与所述电压调节器部分通信，所述控制器被配置成命令所述电压调节器部分在第一模式和第二模式中的一个模式下操作。
4.除上文描述的特征中的一个或多个特征外或作为备选方案，另外的实施例可包括其中所述整流器部分包括整流器支路，所述整流器支路包括第一二极管和第二二极管。
5.除上文描述的特征中的一个或多个特征外或作为备选方案，另外的实施例可包括其中所述电压调节器部分包括连接到所述第一二极管和所述第二二极管的接合处的一对开关。
6.除上文描述的特征中的一个或多个特征外或作为备选方案，另外的实施例可包括其中所述第一模式包括所述一对开关对的不开关，并且所述第二模式包括所述一对开关的有源开关。
7.除上文描述的特征中的一个或多个特征外或作为备选方案，另外的实施例可包括其中控制器被配置成命令所述电压调节器部分响应于所述空调系统上的负载而在所述第一模式和所述第二模式中的一个模式下操作。
8.除上文描述的特征中的一个或多个特征外或作为备选方案，另外的实施例可包括其中当所述空调系统上的负载小于阈值时，所述电压调节器部分在所述第一模式下操作。
9.除上文描述的特征中的一个或多个特征外或作为备选方案，另外的实施例可包括其中当所述空调系统上的负载大于所述阈值时，所述电压调节器部分在所述第二模式下操作。
10.除上文描述的特征中的一个或多个特征外或作为备选方案，另外的实施例可包括其中所述第一二极管连接到所述正dc母线，并且所述第二二极管连接到所述负dc母线。
11.除上文描述的特征中的一个或多个特征外或作为备选方案，另外的实施例可包括其中所述输入部分包括连接到所述多相ac输入电压的一个或多个相的阻尼电阻器网络。
12.根据另一个实施例，一种空调系统包括压缩机、冷凝器和蒸发器；逆变器，所述逆变器向所述压缩机提供多相ac输出电压；转换器，所述转换器被配置成生成跨正dc母线和负dc母线的dc输出电压，所述dc输出电压被供应给所述逆变器；所述转换器包括：输入部分，所述输入部分包括电感元件，所述输入部分被配置成接收多相ac输入电压；整流器部分，所述整流器部分耦合到所述输入部分；以及电压调节器部分，所述电压调节器部分耦合到所述整流器部分，所述电压调节器部分被配置成控制跨正dc母线和负dc母线的dc输出电压；控制器，所述控制器与所述电压调节器部分通信，所述控制器被配置成命令所述电压调节器部分在第一模式和第二模式中的一个模式下操作。
13.根据另一个实施例，一种控制空调系统中的转换器的方法包括开始所述空调系统的操作；监测所述空调系统上的负载；响应于所述空调系统上的所述负载而在第一模式和第二模式中的一个模式下操作所述转换器。
14.本公开的实施例的技术效果包括用来响应于空调系统上的负载而在多个模式下操作转换器的能力。
15.附加技术特征和益处通过本公开的技术来实现。本公开的实施例和方面在本文中详细描述并且被认为是所要求保护的主题的一部分。为了更好地理解，参考详细描述和附图。
附图说明
16.以下描述无论如何都不应当被理解为进行限制。参照附图，相似元件被相似地编号：图1是示例实施例中的空调系统的框图；图2是示例实施例中的转换器、逆变器和马达的示意图；图3是示例实施例中的用于控制转换器的过程的流程图。
具体实施方式
17.本文参照附图通过例示而不是限制的方式来提供所公开设备和方法的一个或多个实施例的详细描述。
18.图1是示例实施例中的空调系统100的框图。空调系统100可以被配置成调节诸如冷却器、屋顶单元、热泵等的建筑物中的空气。空调系统100可以被配置成调节用于诸如冷藏容器、冷藏拖车，冰箱/冷冻机等的冷藏环境的空气。
19.空调系统100包括耦合到压缩机104的变速马达102。压缩机104包括推进器（impeller）/转子，所述推进器/转子使液体制冷剂旋转并将其压缩成过热的制冷剂蒸气以用于到冷凝器106的递送。在冷凝器106中，制冷剂蒸气在高压下液化并排出（reject）热量（例如，在空气冷却应用中经由冷凝器风扇排到外部空气）。离开冷凝器106的液体制冷剂通过膨胀阀107递送到蒸发器108。制冷剂通过膨胀阀107，其中压降导致高压液体制冷剂实现液体和蒸气的更低压力组合。当流体通过蒸发器108时，低压液体制冷剂蒸发，从流体吸收热量，从而冷却流体并蒸发制冷剂。低压制冷剂再次递送到压缩机104，在压缩机104中它被压缩成高压高温气体，并递送到冷凝器106以再次启动制冷循环。要领会，虽然图1中示出特定的空调系统，但是本教导可应用于任何空调系统。
20.如图1中所示，压缩机104由变速马达102根据通过ac-dc转换器200和dc-ac逆变器110从多相ac输入电压120（电网或干线）供应的功率驱动。逆变器110包括固态电子器件，其用来产生多相ac输出电压。在实施例中，逆变器110以预期频率和/或幅度将来自转换器200的dc电压转换为多相ac输出电压，以便驱动多相马达102。这样的逆变器110在本领域中是已知的。
21.图2是示例实施例中的转换器200以及多相ac输入电压120、逆变器110和马达102的示意图。转换器200包括输入部分300，多相ac输入电压120通过所述输入部分300被一个或多个电感元件302过滤。阻尼电阻器网络304连接到多相ac输入电压120的每相，以控制多相ac输入电压120中的不需要的谐振。电容器网络306连接到阻尼电阻器网络304以提供频率控制并减少多相ac输入电压120中的噪声。
22.转换器200包括具有多个整流器支路的整流器部分320。整流器支路的数量等于ac输入电压120在到整流器部分320的输入处的示为相r、s和t的相的数量。每个整流器支路包括一对二极管。如图2中所示，二极管d7和d8限定第一整流器支路，二极管d9和d10限定第二整流器支路，并且二极管d11和d12限定第三整流器支路。二极管d7的阴极连接到正dc母线321，二极管d7的阳极连接到多相ac输入电压120的相r，二极管d8的阴极连接到多相ac输入电压120的相r，并且二极管d8的阳极连接到负dc母线322。二极管d9-d12相对于多相ac输入电压120的相s和t以类似的方式布置。
23.转换器200包括具有多个电压调节器支路的电压调节器部分330。电压调节器支路的数量等于多相ac输入电压120在到电压调节器部分330的输入处的示为相r、s和t相的数量。每个电压调节器支路包括一对开关。如图2中所示，开关sw20和sw21限定第一电压调节器支路，开关sw22和sw23限定第二电压调节器整流器支路，而开关sw24和sw25限定第三电压调节器支路。开关sw20-sw25可以是任何类型的开关，包括但不限于绝缘栅双极晶体管（igbt）或金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）。电容器c1连接在正dc母线321和中性点332之间。电容器c2连接在负dc母线322和中性点332之间。电容器c3连接在正dc母线321和负dc母线322之间。电容器c1、c2和c3提供对正dc母线321和负dc母线322上的dc电压的过滤和平滑。
24.控制器340操作以监测转换器200、逆变器110和/或马达102的一个或多个参数，并相应地控制开关sw20-sw25。控制器340可以使用执行存储在存储介质上的计算机程序的通用微处理器来实现，以执行本文描述的操作。备选地，控制器340可以以硬件（例如，asic、fpga）或以硬件/软件的组合来实现。控制器340也可以是空调控制系统的一部分。控制器340可以监测马达102处的电压和/或电流，以便确定空调系统100上的负载。控制器340可以使用传感器（未示出）来监测马达102处的电压和/或电流。控制器340可以通过使用传感器（未示出）监测压缩机104的一个或多个参数（例如，速度、排放压力、排放温度）来监测空调系统100的负载。
25.转换器200的输出dc电压跨正dc母线321和负dc母线322提供。转换器200的输出dc电压提供给逆变器110。逆变器110可以使用已知的多电平多相逆变器拓扑（例如，多相t型逆变器、两电平逆变器）来实现。逆变器110的输出是提供给马达102的相绕组u，v，w的多相ac输出电压。可以通过控制器340使用已知的信令（例如，pwm控制）来控制逆变器110。
26.图3是示例实施例中的用于控制转换器200的过程的流程图。该过程由控制器340
实现。当空调系统100在500处接通时，该过程开始。在502处，控制器340控制开关sw20-sw25进入打开状态，以通过二极管d7到d12在整流器部分320中提供第一整流模式。控制器340还以有源（active）方式（例如，通过pwm信号）控制逆变器110中的开关以向马达102提供有源电压调节。在504处，控制器340确定空调系统100上的负载是否大于阈值。阈值可以表示为百分比，例如空调系统100的最大负载的10-15％。空调系统100上的负载可以响应于空调系统100的一个或多个参数（例如马达102电流、马达102电压，压缩机104速度、压缩机104排放压力等中的一个或多个）来确定。
27.在504处，如果空调系统100上的负载低于阈值，则过程返回到502以继续在第一模式下操作整流器部分320（例如，通过二极管d07-d12的无源整流）。在504处，如果空调系统100上的负载大于阈值，则流程进行到506，其中控制器340开始利用pwm信号有源控制开关sw20-sw25，以在整流器部分320和电压调节器部分330中提供第二整流模式。第二整流模式使用开关sw20和sw25作为有源桥整流器，也称为维也纳整流器。从506，过程恢复到504，其中控制器340响应于空调系统100上的负载而继续监测空调系统100上的负载并使用第一整流模式或第二整流模式。当空调系统100关闭时，该过程结束。
28.本公开的实施例允许ac-dc转换器在两种模式下操作。在低负载时，转换器200在第一模式下操作并具有更高的总谐波电流失真（thd），其通常与更低负载操作相关联。当负载增加时，转换器200在第二模式下操作以实现与低谐波thd和维也纳整流器相关联的益处。通过使用两种模式，可以避免dc母线电压控制和电流控制回路不稳定性的缺点。在没有第一操作模式的轻负载下的不稳定性导致过电流和过电压以及系统关机本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本公开。如本文所使用，单数形式“一（a/an）”和“该（the）”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。将进一步理解的是，术语“包括（comprises和/或comprising）”当在本说明书中使用时规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其组的存在或添加。
29.虽然参照一个或多个示范实施例描述了本公开，但是本领域中的技术人员将会理解，可进行各种改变，并且等效方案可代替其元件，而没有背离本公开的范围。另外，可进行多种修改以使特定状况或材料适合本公开的教导，而没有背离其实质范围。因此，旨在本公开并不局限于作为对于执行本公开所考虑的最佳模式所公开的特定实施例，本公开而是将包括落入权利要求书的范围之内的全部实施例。

技术特征：

1.一种转换器，包括：输入部分，所述输入部分包括电感元件，所述输入部分被配置成接收多相ac输入电压；整流器部分，所述整流器部分耦合到所述输入部分；电压调节器部分，所述电压调节器部分耦合到所述整流器部分，所述电压调节器部分被配置成控制跨正dc母线和负dc母线的dc输出电压；以及控制器，所述控制器与所述电压调节器部分通信，所述控制器被配置成命令所述电压调节器部分在第一模式和第二模式中的一个模式下操作。2.如权利要求1所述的转换器，其中，所述整流器部分包括整流器支路，所述整流器支路包括第一二极管和第二二极管。3.如权利要求2所述的转换器，其中，所述电压调节器部分包括连接到所述第一二极管和所述第二二极管的接合处的一对开关。4.如权利要求3所述的转换器，其中，所述第一模式包括所述一对开关对的不开关，并且所述第二模式包括所述一对开关的有源开关。5.如权利要求1所述的转换器，其中，所述控制器被配置成命令所述电压调节器部分响应于空调系统上的负载而在所述第一模式和所述第二模式中的一个模式下操作。6.如权利要求5所述的转换器，其中，当所述空调系统上的负载小于阈值时，所述电压调节器部分在所述第一模式下操作。7.如权利要求6所述的转换器，其中，当所述空调系统上的负载大于所述阈值时，所述电压调节器部分在所述第二模式下操作。8.如权利要求2所述的转换器，其中，所述第一二极管连接到所述正dc母线，并且所述第二二极管连接到所述负dc母线。9.如权利要求1所述的转换器，其中，所述输入部分包括连接到所述多相ac输入电压的一个或多个相的阻尼电阻器网络。10.一种空调系统，包括：压缩机、冷凝器和蒸发器；逆变器，所述逆变器向所述压缩机提供多相ac输出电压；转换器，所述转换器被配置成生成跨正dc母线和负dc母线的dc输出电压，所述dc输出电压被供应给所述逆变器；所述转换器包括：输入部分，所述输入部分包括电感元件，所述输入部分被配置成接收多相ac输入电压；整流器部分，所述整流器部分耦合到所述输入部分；以及电压调节器部分，所述电压调节器部分耦合到所述整流器部分，所述电压调节器部分被配置成控制跨正dc母线和负dc母线的dc输出电压；控制器，所述控制器与所述电压调节器部分通信，所述控制器被配置成命令所述电压调节器部分在第一模式和第二模式中的一个模式下操作。11.一种控制空调系统中的转换器的方法，所述方法包括：开始所述空调系统的操作；监测所述空调系统上的负载；响应于所述空调系统上的所述负载而在第一模式和第二模式中的一个模式下操作所
述转换器。

技术总结

转换器包括：输入部分，所述输入部分包括电感元件，所述输入部分被配置成接收多相AC输入电压；整流器部分，所述整流器部分耦合到所述输入部分；电压调节器部分，所述电压调节器部分耦合到所述整流器部分，所述电压调节器部分被配置成控制跨正DC母线和负DC母线的DC输出电压；以及控制器，所述控制器与所述电压调节器部分通信，所述控制器被配置成命令所述电压调节器部分在第一模式和第二模式中的一个模式下操作。模式下操作。模式下操作。