变频空调电源电路原理与故障维修

电器维修

变频空调微电脑控制电路结构复杂，所采用的微处理控制芯片各异，加之新型号控制芯片不断出现，若要详细了解各个品牌、各个型号的控制电路确有难度。，但不论其怎么变化、采用何种控制芯片，它们的基本结构、工作原理是一致的。为帮助大家学习、了解，我们在此按各个单元电路进行介绍，以达到逐步掌握变频空调基本电路结构和工作原理的目的。
                室内/外机电源电路都提供正常工作电压是变频空调正常工作的必备条件。检修控制电路故障时，也应先，确保电源电压正常，再检测其他电路。变频空调的室内/外机各有一套微电脑控制电路，为简化室内外机连接，在室内外机各设一套电源电路。其中，室内机电源电路和定频空调的电源电路基本相同，有采用工频变压器和开关电源电路两种结构;而室外机变频电路需要的电源电压要求较高，所需不同电压的电源较多，均采用开关电源电路。
1.由工频变压器构成的电源电路
       
        采用工频变压器的电源电路见图1，该图是美的KFR-26/33GW/CbpY变频空调室内机的电源电路(其他采用工频变压器构成的电源电路可参看2011年《家电维修》变频空调图解维修的系列图纸)。
        220V交流电经3.15A/250V保险FS1加到由C2、C1和互感滤波器LF01组成的线路滤波器，滤除交流电中的杂波干扰，并防止空调产生的干扰流入电网。经RTH1(NTC电阻)加到T1变压器的N1绕组上，经变压器变压后在N2绕组上得到13.5V左右的交流电。该电压由整流桥IC6 进行整流，C9、C33滤波后，得到18V左右不稳定的直流电，再经IC4(7812)稳压成+12V的直流电，供反向驱动器、摆风电动机、继电器等电路工作;同时该电压还经IC5( 7805 )稳压成+5V的电压，供微处理控制芯片工作'(有的机型是用工频变压器将220V交流电变压成两路低电压，得到大约13.5V和9V左右的低压交流电，然后分别进行整流滤波，再经过各自的三端稳压电路，得到稳定的+12V和+5V电源电压)。其中直接并接在220V交流电上的ZNR1为压敏电阻，电源电压正常时，ZNR1呈开路状态，对电路无影响，但当电压高于270V时，ZNR1立即被击穿，阻值很小，使交流电L、N两端近似短路，电流很大，保险丝FS1过流烧断，切断空调工作电源，使空调不被高电压损坏。
       换气电动机的工作电压，由变压器N3绕组上的电压经过IC7整流、C8、C35滤波后提供。
       图1中D7、D8和Q3等元件构成过零检测电路，D7 D8对变压器输出的低电压交流电进行整流，得到脉动电压，经R43、R44和R45分压后加到Q3的b极，当交流电处于零点时Q3截止，c极上为高电平，不在零点时，Q3饱和导通，c极没有电压输出。这样，在Q3 c极上就输出一个频率为2x50Hz的脉冲波，且每个波形刚好在交流电的零点时出现，与交流电的零点同频同相。该脉冲波被送到微处理控制芯片内部，芯片内部电路据此来判断交流电的零点，并控制可控硅之类元件的工作，使其在零点附近导通，防止元件损坏。
       备注:变压器构成的电源电路结构简单，维修方便，成本低廉，在空调的室内机电源电路中被大量采用，只有少数空调室内机采用的是开关电源电路。该电路的常见故障有：在使用空调季节，即使空调处于待机状态，也很少有人将电源插头拔下来，空调长时间处于通电状态，随着电压的波动变压器发热，变压器初级绕组上的温度保险容易烧毁(该温度保险安装在变压器绕组上，在图1中没有标示出来)，形成初级绕组开路。如果发现保险丝熔断，就要对ZNR1进行检测，若ZNR1短路，应急处理时可以将其舍弃。其次是三端稳压集成电路脱焊，滤波电容变质等故障。
2.由开关电路构成的电源电路
       变频空调中普遍采用的是变压器耦合并联、PWM(脉冲宽度调制)、PFM(脉冲频率调制)或混合调制式开关电源。其基本工作方框图见图2。
       
       220V 50Hz交流电经D1、C1整流滤波电路转换成300V直流电压，该电压一路通过开关变压器的初级绕组加到开关管BG1的c极，-路经过启动电阻给电源芯片提供启动电压，芯片在得到启动电压后开始振荡，从脉冲调整电路输出开关脉冲，加到BG1的b极，BG1在b极开关脉冲的控制下，工作在截止、饱和导通快速不断变化的开关状态，当BG1导通时，300V直流电从变压器的初级绕组流过，次级绕组电流线性增大，变压器上得到的磁能逐渐增长，次级绕组的D2、D3、D4截止，变压器完成储存磁场能量的过程;BG1截止时，D2、D3、D4导通，变压器中的磁能通过次级绕组转变成脉冲电压，经过D3，D4整流，在C2、C3上将建立起预设的直流电压在负载R2、R3，上释放。电源启动后，芯片的工作电压转为由D2提供，启动电路退出工作(但有些芯片将启动电压作为输入电压高低的检测电压)。
       电网电压发生波动或负载电流大小发生变化时，开关电源输出的直流电压会随之变化，为保持输出电压的稳定，就必须设计稳压电路。取样电路从输出端取样，得到的取样电压输入比较放大电路，在比较放大电路里，将取样电压和基准电压进行比较放大，然后输出电压去控制开关管激励脉冲的占空系数δ，从而改变开关管的工作状态，进行稳压。在电阻R1两端，可以反映出开关管的工作电流，将这个压降电压送到脉冲调整电路上，作为保护电路的取样电压。当其大于设计值时，控制BG1截止，达到保护电路的目的。变频空调的电源基本架构-致，所以完全可以按照上述的方框图对其他开关电路进行分析。
       
       图3是以TOP232为核心元件构成的开关电源电路。220V交流电经过3.15A保险丝、互感滤波器LX102后，在BD2桥式整流电路上进行整流， C34滤波得到约300V左右的峰值电压，该电压经开关变压器的初级组加到TOP232的漏极引脚D端，该脚是高压MOSFET漏极引脚输出，通过内部的开关式高压电流源提供启动偏置电流，同时该引脚还是内部电流检测点。TOP232在得到D端电压后形成自激开关振荡过程，开关变压器的次级便得到了所需的高频脉冲电压，经脉冲整流滤波、稳压后提供给负载。-路经D9整流后通过IC10内部次级光敏三极管加到控制引脚C端，用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入脚，与内部并联稳压器相连接，提供正常工作时的内部偏置电流，亦用作电源旁路和自动重启动/补偿电容的连接点; 一路经D4、C24整流滤波、7805稳压后输出+5V的电压，给微处理控制芯片和显示电路等提供工作电压;一路经D5、C27整流滤波电路，7812稳压输出12V电压，给继电器、蜂鸣器、步进电动机、风机内部霍尔检测电路等提供工作电压。同时在12V电源上通过R43、R42分压得到取样电压，经TL431比较放大后控制光耦内部二极管的导通量，从而改变光耦次级接收端三极管的导通量，去改变TOP232 c端电压，实现稳定输出电压。
       
       图4是长虹KFR-45(50)LW/WBQ变频空调室外机电源电路图，空调开启后，受室内机控制的220V交流电通过室内、外机连接线加到室外机接线端，该电压经30A保险管FUSE1后，通过C10、L301、C301等元件构成的抗干扰电路，消除交流电上的杂波干扰信号后，经过电流互感器T301的初级绕组，到达桥式整流器DB1进行整流，滤波电容C49滤波得到+300V直流电。该+300V的直流电压一路加到变频模块上，提供变频模块+300V的工作电源;一路加到BUL310等元件构成的开关电源电路。其中ZEN2为压敏电阻，用于保护室外机免受市电异常升高而损坏;由于滤波电容C49容量( 2200uF/450V )很大，部分机型采用多个电容并联的方式得到大容量电容。
      特别提示：断电后电容两端仍会残留大量电压，检修时一定要用烙铁或大阻值电阻进行放电(禁止用金属直路电容两端)，待残余电荷彻底释放后，才能拆除或须量电容，以及检修后级电路，防止电容残余电荷损环仪表或造成电击事故。在通电瞬间充电电流很大，为减C49充电时的冲击电流。在电源工端上接了由PTC和继电器RL305等元件构成的软起动电路，通电瞬间CPU电路还没有工作，继电器内部触点处于常开状态，电流通过PTC构成回路。由于PTC在常态下阻值小，当流过大电流时，阻值迅速增大，流过PTC的电流随之减小，从而减小了C49的充电电流。随着C49两端的电压慢慢升高，电源电路开始工作，微处理控制路处于待机状态，一旦室内机接收到开机指令，通过通信电路将指令传递给室外机，室外机的CPU 49脚输出高电平的软启动控制信号，经IC303放大器放大后驱动RL305继电器吸合，短路PTC两端，电流通过继电器触点构成回路，从而减小了开机瞬间的冲击电流。
               通往开关电路的300V直流电压，一路通过开关变压器的初级绕组加到IC307的c极，一路通过启动电阻R320为IC307 b极提供启动电压，IC307导通，c极电流通过开关变压器的初级绕组，产生，上正下负的感应电动势，为C322充得上正下负的电压，IC307b、e极之间的电位迅速升高， IC307进入饱和状态。此时，流过开关变压器的电流使开关变压器储存能量，同时IC307c极电流减小，变压器上的感应电动势极性与电流方向相反，对C321进行反向充电，IC307 b极电位迅速下降，IC307截止。变压器的二次绕组产生的感应电动势，分别经各自的整流滤波电路为负载提供电源电压，其中经VD308整流C323滤波后得到12V左右的直流电压，一路为微处理控制电路中的反向驱动器、继电器等电路供电;一路通过7805稳压后得到+5V的电源电压，为微处理器和外围电路提供工作电源电压。经VD308、VD309、VD310、D311整流，C328、C327、C326、C325滤波得到12V左右的直流电，为变频模块提供触发控制电路的工作电源电压。开关变压器上的能量经次级电路释放，逐渐减小，IC307的b极电位逐渐上升，当IC307 b、e极间电压上升到导通电压时，IC307又重新导通。IC307这样周而复始的动作，为微处理控制电路和变频模块提供稳定的工作电源。部分变频空调室外机电源电路被集成在变频模块内部，在变频模块上得到+12V和+5V的工作电压，提供给微处理控制电路。虽然结构变化了，但其工作原理大致相同。
               小结：变频空调采用的电源电路差别很大，但作用均头给微处理控制电路提供稳定合适的工作电压，只有各种电路的工作电压正常，整个微电脑控制电路才能正常。检修控制电路时，首先要对各关键点的工作电压进行测量。对于采用变压器降压的电源电路，通过万用表电阻挡对关键元件的电阻测量，基本就可以判断故障部位和元件。对于开关电源电路，特别是采用集成电路为核心元件的开关电路，应尽量查找该集成电路的资料，必要时可以参照电路实物绘出电路原理图，再进行分析，做到心中有数后，再有的放矢地进行检修。
       当电源电路给微处理控制电路提供了合适而稳定的工作电压后，微处理控制芯片就会工作了吗?肯定不会。因为微处理控制芯片要想正常工作，还必须要有几个必备条件，只有在几个必备条件都满足之后，微处理控制芯片才可能进入工作状态。