[发明专利]一种锁相装置及空调器

说明书

本发明提供了一种锁相装置，用于空调的单相锁相，包括：PPLL锁相环，用于根据不控整流桥后的电信号计算电信号的第一频率、第一幅值及相位；类过零点检测装置，用于检测电信号的第二幅度，并对不控整流桥后的电信号进行过零点匹配检测，根据电信号过零点对应的时刻计算得到电信号的第二频率；卡尔曼滤波器，用于接收第一频率、第一幅值、相位、第二频率及第二幅度并进行卡尔曼滤波计算，得到电信号的最终幅值、最终相位以及最终频率。该锁相装置结合两种锁相方法的优势，利用卡尔曼滤波能够大幅消除采样误差、递归计算响应速度快的优点，实现了单相电系统电压或电流信号快速、准确的锁相功能，远超传统锁相环的动态性能和静态性能。

技术领域

本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种锁相装置及空调器。

背景技术

功率因数修正(Power Factor Correction，PFC)普遍应用在变频空调中，目的是实现功率因数矫正。出于成本、可靠性和兼容性考虑，电网电压采样往往放在不控整流桥的后侧。随着国标对电网质量要求的不断升级以及技术的不断迭代，使得现在的PFC需要具有锁相功能。当前单相不控整流桥后端的锁相技术都是基于硬件类过零点检测锁相或者基于功率的PLL(PPLL)软件锁相实现，而上述两种锁相技术具有一些固有的缺点。

类过零点检测法缺点有：由于每次只能在不控整流桥后侧电压比较值匹配的时刻，才能实现频率的确定和测量，因此，锁相系统的计算步长最短为半个工频周期，而在此期间的频率变化无法被检测到。在有谐波干扰或者白噪音干扰的情况下，电网电压或电流会出现单周期内多次触发比较，因此，信号的频率测量会出现较大误差而导致锁相失败。如果使用最大值检测的方法测量得到输入信号幅度参数会受到谐波的干扰而可能出现大幅偏差；如果使用积分求平均值的方法测量得到输入信号幅度参数会受到数字积分器精度和采样频率的影响而不可避免地出现测量误差。

基于功率的PLL软件锁相缺点有：单相电系统中，基于功率的PLL软件锁相技术实现方法是通过虚拟一个与输入电压正交的单位虚拟电流，通过将上述量相乘获得一个功率值，而该功率值的频率是网侧基波频率的两倍且恒不小于零，因此，可以在不控整流桥后端实现锁相。但是PLL的动态响应特性较差，需要多个工频周期后才能完全锁相成功，无法实现电网幅度、相位、频率的快速跟踪。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种锁相装置及空调器，用于至少部分解决上述技术问题。

为解决上述问题，本发明一方面提供一种锁相装置，用于空调的单相锁相，包括：PPLL锁相环，用于根据不控整流桥后的电信号计算所述电信号的第一频率、第一幅值及相位；类过零点检测装置，用于检测所述电信号的第二幅度，并对不控整流桥后的电信号进行过零点匹配检测，根据所述电信号过零点对应的时刻计算得到所述电信号的第二频率；卡尔曼滤波器，用于接收所述第一频率、第一幅值、相位、第二频率及第二幅度并进行卡尔曼滤波计算，得到最终幅值、最终相位以及最终频率。

由此，通过扩展卡尔曼滤波将PPLL锁相方法及类过零点检测锁相方法级联，结合两种锁相方法的优势，利用卡尔曼滤波能够大幅消除采样误差、递归计算响应速度快的优点，实现了单相电系统电压或电流信号快速、准确的锁相功能，远超传统锁相环的动态性能和静态性能。

可选地，所述类过零点检测装置包括：类过零点频率检测模块，用于对不控整流桥后的电信号进行过零点匹配检测，根据所述过零点对应的时刻计算得到所述电信号的第二频率；最大值法幅度检测模块，用于检测一个周期内电信号的最大值，根据所述最大值得到所述第二幅值。

可选地，所述类过零点频率检测模块包括：检测装置，用于检测所述不控整流桥输出的电信号的电压值或电流值；比较器，用于判断所述电压值或所述电流值是否经过预设电压值或预设电流值，在所述电压值或所述电流值经过所述预设电压值或所述预设电流值时输出电频信号；微控制单元，用于当所述比较器输出电频信号时，触发中断，记录当前触发时刻，并根据所述当前触发时刻计算当前所述不控整流桥输出的电信号的频率。