变频空调微处理芯片输出电路分析

家电维修

微处理控制电路的输入电路用来监测空调的工作环境参数、实时状态和对各重要部件进行保护监视;而输出电路是对各部件进行控制，使其通过用户指令，在设计工作范围内有序地工作。常见的输出电路有:风扇电动机驱动输出、摆风电动机驱动输出、室外机电源控制、压缩机变频驱动信号输出、四通阀控制、电子膨胀阀调节控制以及指示灯(或显示屏)蜂鸣器控制等。
                图1是海信KFR-2801GW/BP型变频空调室内机输出电路图，包括风扇电动机驱动输出、步进电动机驱动输出、换气扇驱动输出、室外机电源控制和蜂鸣器控制输出等接口电路。
       
                1.室内机风扇电动机驱动控制:用来驱动并控制风扇电动机的运行状态。在室内机控制电路中，通过交流电零点(过零检测电路)的检测，风扇电动机驱动输出端口(微处理控制芯片⑥脚)延时输出一个低电平信号，使光电可控硅IC05导通，通过控制导通角改变施加在风扇电动机上的电源电压，从而对室内风扇电动机进行平滑调速，实现高、中、低三挡风速，并根据室内温度与设定温度的温差进行自动调节。通过风扇电动机转速的反馈，从微处理芯片的⑦脚返回检测到的风扇电动机运转状态，以便准确控制风扇电动机的转速。
        该电路关键元件是IC05，当其损坏时，风扇电动机就不能进行调速，只能单独运转，或根本就不转动。
        2.步进电动机驱动:主要作用是改变室内机出风口的方向，可使室内机的出风吹到房间每个角落，使室内温度均匀达到设定温度。采用四相八拍式进行控制，纵向控制格栅。微处理芯片的33、35、36、37脚输出的控制信号，通过两枚TD62003AP对步进电动机进行控制，两个步进电动机分别接在CN16和CN17上。其中TD62003AP是一个反相驱动器，用来提高负载的输出，其输出电流为10mA左右，供电电压为+12V。
       该电路关键元件为TD62003AP，当步进电动机不能正常工作时，可用万用表直流电压挡测试步进电动机接口的电压，来判断芯片的好坏。通常额定电压为12V的步进电动机，电源电压端与各相之间的相电压约为4.2V;额定电压为+5V的步进电动机，相电压约为1.6V。若电压值异常，说明控制电路损坏。怀疑步进电动机有问题时，可以拔下电动机插件，用万用表测量每相绕组的电阻值来进行判断。额定电压为12V的步进电动机，每相电阻值为26092~4002;额定电压为5V的步进电动机，每相电阻值为80Ω~100Ω。当某相电阻太大或过小时，则说明步进电动机绕组已经损坏。
        3.换气电路:该空调设计了换气功能，与室外进行空气交换(多数空调都没有这种功能)。微处理控制芯片30脚输出换气电动机控制信号，通过TD62003AP 10脚输出一个低电平来控制换气电动机的运转。当换气电动机停止工作时，10脚输出高电平+5V。
        4.蜂鸣器控制电路:空调出现故障时，可通过声音进行报警，提醒用户空调处于保护状态，所以几乎每款空调都设置了蜂鸣器控制电路。在该款空调中，微处理芯片的34脚输出蜂鸣器控制信号，每当需要蜂鸣器发出声音时，该输出端就会输出一个控制信号，经TD62003AP的13脚输出低电平，使蜂鸣器鸣叫。
        5.室外机电源控制:在上电时或关机后，室外机控制电路并不需工作，为了节能和安全(避免空调关机后室外机仍带有220V交流电压，而发生安全事故)，需要对室外机供电电源进行控制。微处理芯片的38脚是室外机电源控制输出端(很多资料上将其称为主继电器控制)，当微处理芯片得到指令，需要进入工作状态时，就会从38脚输出高电平控制指令，通过TD62003AP反相放大后的信号从13脚输出，输出为低电平信号，使继电器RY01吸合，交流电的L端通过继电器内部开关送到室外机，室外机微处理电路得电开始工作。该电路的核心元件是RY01，由于室外机工作时电流较大，继电器触点容易打火烧坏，当输入运行指令后，直接测量继电器绕组两端的电压，即可判断故障部位。
       
       图2是长虹KFR-45(50)LW/WBQ型变频空调室内机风扇电动机控制电路图，该款空调采用绕组抽头调速电动机，一共有4个转速抽头，通过继电器组的控制，分别实现高、中低和超低速，该速度由微处理控制芯片根据室内温度与设定温度的温差自动进行调节。
       微处理控制芯片的34~37脚分别输出高电平的风扇电动机转速驱动信号，经IC207 (TD62003AP)反相放大后，从12~25脚输出低电平信号，分别去控制继电器RY204~RY201，通过继电器的自锁控制，将220V-L电源加到不同转速的绕组抽头上，当其中一个抽头得到220V-L电源时，风扇电动机就以该抽头所对应的转速进行运转，达到调节风扇电动机转速的目的。
        注意:RY204~RY201具有互锁功能，如RY204断开时，无论RY203~RY201三个继电器处于什么状态，风扇电动机都不会运转;再如RY203~RY201中的任何一个继电器出现故障不能正常工作(无论继电器处于什么状态)，也不会将220V-L电源同时加到两个或两个以上的调速抽头上，这样就能保证风扇电动机不会因同时几个抽头上加入电源而烧毁绕组。这也是为什么不让各个抽头采用一个继电器来进行控制，却要采用相对复杂一些的继电器组来进行控制的原因所在。
       

                图3是长虹KFR-25GW/BQ型变频空调室外机输出控制电路，包括风扇电动机控制、四通阀控制、电子膨胀阀控制、电源软启动控制和压缩机变频驱动信号等输出接口电路。
        1.风扇电动机控制电路:室内/外机的风扇电动机控制电路大同小异，最常见的是光电可控硅或继电器组进行调速，但该款空调室内、室外的风扇电动机均采用直流电动机，且室内的直流风扇电动机还内置了驱动电路，外围相对简单;但室外风扇电动机没有集成驱动电路，所有驱动控制电路都在微电脑控制板上，电路结构比较复杂。直流风扇电动机的控制电路主要由自举电路、转速反馈、换相电路和保护电路组成。
         (1)驱动电路:空调需要风扇电动机运行时，微处理控制芯片22脚就输出低电平，RY06工作，220V交流电进行整流滤波后，得到的直流300V电压施加在风机驱动电路上。驱动电路主要由6个高速光电耦合器IC300~IC305(TLP251)和6个MOS管Q302~Q307构成，组成U+/U-，V+/V- ，W+/W-上下臂驱动电路，控制直流风扇电动机U/V/W三相。IC300~IC305分别由微处理控制芯片的33~38脚控制，按一定的时序导通或截止Q302~Q307。
        (2)自举电路:U/V/W三相的自举电路由D302、D307、D312、R302、C302、C308和C312等元件构成，分别给IC300~IC305供电。
        (3)转速反馈和换相电路:直流风扇电动机内部设置有一个霍尔元件，电动机每转-圈，翟尔元件就输出一个脉冲，反馈回微处理控制芯片，由微处理控制芯片来判断电动机的转速，并判断何时换相，控制驱动电路的6个高速光电耦合器工作时序。
        (4)保护电路:保护电路由IC306、D320、R321~R323等元件构成，通过检测流过电动机的相电流来进行监测。当电流大于1A时，光电耦合器IC306导通，输出低电平给微处理控制芯片39脚，芯片接到低电平后，关闭风扇电动机驱动，防止损坏电动机。
        2.四通阀控制:给四通阀线圈提供控制电压，推动四通阀阀体运作，实现制冷剂流向改变，达到自动控制制冷或制热的切换，使空调同时兼容制冷与制热两种功能。当空调需要制热运行时，微处理控制芯片19脚输出低电平，晶体管Q701截止，Q700导通，继电器RY04线圈中有电流流过，触点闭合，接通交流220V电源电路，四通阀内绕组通电，推动阀体移位，改变冷媒的流向，从而达到制热的目的。空调处于制冷状态时，微处理控制芯片19脚输出高电平，RYO4不通电。
       3.电子膨胀阀控制电路:电子膨胀阀是由电子电路进行控制的膨胀阀，它能适应高效制冷剂流量的快速变化，弥补了毛细管节流不能调节制冷剂的缺点，主要应用于变频空调。电子膨胀阀目前有电磁式膨胀阀和电动式膨胀阀两种类型，但变频空调多采用四相脉冲直动型电子膨胀阀，它由- -个步进电动机和阀针等组成。通过
控制脉冲电压，按规定的逻辑关系作用到电子膨胀阀各相绕组上，使步进电动机运转，带动针阀上升或下降，以控制冷媒的流量。
        微处理控制芯片⑤~⑧脚输出电子膨胀阀的控制信号A1~A4，通过IC700驱动电子膨胀阀内部步进电动机运转，带动阀针移动，从而调节膨胀阀的开度，实现冷媒流量控制。
       4.电源软启动控制电路:室外机供给变频模块的滤波电容容量很大(该机的滤波电容由三个大容量电容并联构成)，一上电瞬间充电电流很大。为减小开机瞬间的充电电流，设置了由RY01、Q41、Q40等元件构成的软启动电路，用来消除开机时过大的充电电流。通电瞬间，整流桥整流后的不平滑直流电通过并联的限流电阻R05、R10对三个电容充电，此时R05、R10具有限流作用，等到后级开关电源正常工作后，产生+12V.+5V的电源电压，加在微处理控制电路上，微处理芯片工作，49脚输出高电平，使Q40截止，Q41导通，RY01吸合，短接R05、R10两端，通过继电器内部触点构成电源回路，R05、R10退出电路，从而达到软启动的目的。
       5.压缩机变频驱动信号输出:定频空调和变频空调最大的区别就是于压缩机工作频率不同，前者压缩机的转速是固定的，当室内温度达到设定温度后，控制压缩机停机，待温度上升后再启动压缩机，压缩机工作在运行-+停止-+运行的状态。而变频空调却是改变压缩机的转速，来调节空调的输出效率。当室内温度与设定温度相差较大时，微处理控制电路控制压缩机以最高转速运行，以尽快将温度调节至设定温度。当温度接近设定温度后，微处理控制电路控制压缩机降低转速，以较小的输出功率来维持设定的温度。为了控制压缩机的转速，就需要微处理控制芯片输出压缩机变频驱动信号。常见的输出控制方式有两种，一种是微处理控制芯片输出V+/V-、u+/U-、W+/W-六路驱动信号，去控制变频模块的工作，该机就属于这一种;另一种是采用rC总线进行控制，变频模块内部集成-枚控制芯片，它的数据线与微处理控制芯片的数据线通过rC相连，并交换信息。这种结构方式微处理控制电路相对简洁，但变频模块内部比前一种复杂一些，微处理控制芯片的⑨~14脚输出6路压缩机驱动信号，通过R200~R205分别控制IC200~IC205六个高速光电耦合器。其中IC200~IC202构成PM的上臂驱动，IC203~IC205组成下臂动。但它们输出的信号还不能直接驱动压缩机运行，只能控制变频模块Q200(IPM)工作，然后通过IPM内部的六个大电流IGBT去驱动压缩机。
         比较器IC206和IC207构成位置反馈电路，通过压缩机U、V、W三相感应的反相电动势，经电阻降压后和DC24V电压进行比较，输出换相脉冲信号，然后通过光电耦合器IC207隔离后输出给微处理控制芯片23脚，经内部电路处理后判断何时换相。
    上述这种压缩机驱动方式要直接将各驱动信号接在变频模块上，两者间有很多接插件，使用时间一长，容易出现接触不良的故障。为了简化室外机控制电路，提高室外机控制电路的可靠性，出现了采用通信电路进行交换信息的驱动方式，它是将室外机的驱动电路也设计在变频模块上，并封装成一个整体，微处理电路与模块之间采用通信电路进行信号交换。图4就是这样的压缩机驱动方式。
       
        当室外机微处理控制电路向变频模块发送信号时，经微处理芯片32脚TXD发出指令信号，通过V421放大，R421限流后加到XS421的②脚，通过XS421接插件送入模块内部。在模块内部电路处理后，由模块发回通信信号到XS421的3脚，经电阻R424返回微处理芯片的31脚RXD内部电路进行处理。这样由微处理芯片发出通信信号，模块接收信号及模块发出信号，室外机微处理芯片接收信号来达到信息交换的目的。该电路较前一种电路简洁很多，故障率也相应降低，该电路中的易损元件为V421。