[发明专利]一体式涡旋压缩机的变频器功耗减少的方法及装置

说明书

本发明公开了一种一体式涡旋压缩机的变频器功耗减少的方法及装置，所述方法包括：控制脉冲宽度调制的占空比，减少三相全桥功率管中上桥功率管的开关损耗；离线自学习同步整流控制，减少三相全桥功率管中所有功率管的续流损耗；通过减少三相全桥功率管中上桥功率管的开关损耗，以及减少三相全桥功率管中所有功率管的续流损耗，从而减少变频器功率损耗。本发明可以通过占空比控制以及离线自学习同步整流控制的方式，减少一体式涡旋压缩机的变频器自身功率损耗，保证即使增大了压缩机的制冷功率，变频器的功率管温度仍在安全范围内。

本申请是针对申请号为：201811419442.4(发明创造名称：一体式涡旋压缩机及其变频器功耗减少的方法、装置，申请日：2018年11月26日)提出的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种一体式涡旋压缩机的变频器功耗减少的方法及装置，属于车用空调涡旋压缩机的变频器散热及功耗减少领域。

背景技术

一体化车用空调电动涡旋压缩机指涡旋式压缩机、驱动压缩机的永磁同步电机、控制电机的变频器全部安装在一个紧凑的铝制壳体内。24V变频器是指采用24V电池直流供电的变频器。车用空调的制冷功率比一般的家用空调大，但供电电压却小了一个数量级，导致其驱动电流比普通家用空调大一个数量级。与24V涡旋式压缩机匹配的变频器是一种低压大电流电路。

当采用24V电池供电时，涡旋压缩机的驱动电机一般采用直流无刷电机(BLDC)，对应的驱动电路采用三相全桥，并采用功率场效应管(MOSFET)作为功率开关元件，功率管由单片机采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，简称PWM)方式控制。受限于压缩机的外壳设计，对应的一体化变频器的电路板面积小于12cm*12cm，这是一种高功率密度结构。

当空调正常工作时，变频器自身也要消耗部分输入的电能，这种功率损耗主要由功率管造成，功率管自身的功率损耗最终转化为热的形式，导致驱动电路发热。功率管的总功率损耗W_T可表示为W_T＝W_C+W_S+W_D，其中W_C是导通损耗，即功率管开通时电流流过其内部电阻所引起的功率损耗；W_S是开关损耗，即功率管由开变关或由关变开过程，由于电流无法突变所引起的损耗；W_D是续流损耗，即三相全桥电路中当一个桥臂的上桥功率管或下桥功率管关断时，引起处于关断状态的对偶功率管中的续流二极管导通，电流通过二极管所产生的损耗。这三部分损耗随压缩机驱动电机的工作状态而变化，与脉冲宽度调制的占空比成正相关关系，即随着压缩机做功功率增大，脉冲宽度调制占空比也随之增大，三种功率损耗都增大，但其变化规律是复杂的非线性关系。显然电机所需的驱动功率变大，驱动电路的功率损耗也随之增大。

车用电动涡旋式压缩机有追求制冷功率最大化的趋势，即保持压缩机壳体不变、压缩机涡旋盘机械结构不变，仅通过提高驱动电机额定功率来提高制冷量。显然制冷量越大，变频器的功率损耗也增大，所以减少功率驱动电路功率损耗，给功率电路合适的散热，是提高空调机功率的关键，也是保证变频器可靠性的关键，功率场效应管工作在过热状态很容易损坏。

减少驱动电路发热可从减少导通损耗(W_C)、开关损耗(W_S)、续流损耗(W_D)三方面着手。W_C与工作电流和功率管内阻有关，当功率管型号确定后，这部分损耗就基本确定了，难以再减少；W_S与PWM载波频率和功率管的开关速度有关，当功率管的前级放大电路确定后，其开关速度就定了，仅剩下通过降低载波频率这种减少WS的途径，但载波频率影响电机控制性能，并不能随意减少；W_D与续流电流所流过的二极管正向压降有关，如果能改变续流路径就有可能减少续流损耗。

由变频器自身功率损耗所引起的发热是不可避免的，所以变频器必须有合适的散热途径，保证在各种极端工作条件下，功率管的温度在安全范围内。

发明内容