海尔KFR-26/35GW/CA变频变频空调电路分析与维修

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本文以海尔KFR-26/35GW/CA型变频空调为例，详细地介绍了变频空调的室内机电路、室外机电路、通讯电路、压缩机驱动电路、制冷/制热电路等，以及故障自诊、主要零部件的检测、常见故障检修流程等内容，适合需要详细了解变频空调原理及维修方法的读者。
        一、室内机电路
       室内机电路由电源电路、温度检测电路、显示电路、室内风扇电机电路等构成，电路原理图如图1所示，电气接线图如图2所示。
       
       
1.微处理器MB89F202的引脚功能
        该机室内机电路板以微处理器MB89F202( IC3 )为核心构成，所以它的引脚功能是分析室内电路板工作原理和故障检修的基础。MB89F202的引脚功能如表1所示。
       
2.电源电路
         室内机的电源电路采用变压器降压式直流稳压电源电路。该电源主要由变压器(图中未画出)、稳压器IC6( 7805 )为核心构成。
         插好空调的电源线后，220V市电电压通过熔断器FUSE1输入，利用cX1滤除市电电网中的高频干扰脉冲，CX1两端并联的RV是压敏电阻，用于市电过压保护。当市电电压过高时RV1击穿短路，使FUSE1过流熔断，切断市电输入回路，以免电源、电机等元器件过压损坏。
         经滤波后的市电通过连接器CN30、CN31所接的变压器降压产生12V左右的交流电压，该电压经D6~D9桥式整流产生的脉动电压不仅送到市电过零检测电路，而且通过D5隔离降压，再利用E5、C16滤波产生12V左右的直流电压。12V 电压不仅为电磁继电器、驱动块等电路供电，而且利用IC6稳压输出5V电压。5V电压通过E6.C17滤波后，为微处理器、存储器、复位电路、温度检测电路等供电。
3.市电过零检测电路
        市电过零检测电路由放大管N4等元件组成。由桥式整流电路输出的脉动电压经R39、R43分压限流，利用C14滤波后加到N4的b极，经它倒相放大产生100Hz交流信号。该信号作为基准信号通过R36、C13低通滤波后，加到IC3的12脚。IC3对12脚输入的信号检测后，确保固态继电器IC7内的双向晶闸管在市电过零点处导通，从而避免了它在导通瞬间可能过流损坏，实现晶闸管导通的同步控制。
4.微处理器基本工作条件
         CPU正常工作需具备5V供电、复位、时钟振荡正常的三个基本条件。
        (1)5V供电
        插好空调的电源线，待室内机电源电路工作后，由其输出的5V电压经E2.C6滤波后加到微处理器IC3的供电端②脚，为IC3供电。
       (2)时钟振荡
        IC3得到供电后，它内部的振荡器与⑧、⑨脚外接的晶振xT1通过振荡产生8MHz的时钟信号。该信号经分频后协调各部位的工作，并作为IC3输出各种控制信号的基准脉冲源。
      (3)复位
       复位电路由P1、R3、R10为核心构成。开机瞬间，由于5V电源在滤波电容的作用下是逐渐升高。当该电源低于4.1V时，P1导通，从其c极输出电压经R11限流，C4滤波后加到IC3的⑦脚，使它内部的存储器、寄存器等电路清零复位。当5V电源超过4.1V后，P1截止，IC3的⑦脚输入低电平控制电压，使IC3内部电路复位结束，开始工作。
5.遥控操作
        IC3的14脚是遥控信号输入端，cN32的⑧脚外接遥控接收组件( 接收头)。用遥控器对该机进行温度高低、风速大小等调节时，接收头将红外信号进行解码、放大后，从CN32的⑧脚输入，通过R22限流，C19滤波后，加到IC3的14脚，被IC3识别后，它就会输出指令，控制该机进入用户所需要的工作状态。
       进行遥控操作时，IC3 11脚输出的脉冲信号通过R46加到驱动块IC5的⑤脚，经它内部的非门倒相放大后，从它的12脚输出，驱动蜂鸣器BUZZ1鸣叫，表明操作信号已被IC3接收。
6.应急开关控制功能
        停机时，按应急开关不足5秒，该机就开始应急运转。
               停机时，连续按应急开关5秒~10秒，该机开始试运转。
       停机时，连续按应急开关10秒~15秒，开始工作并表示上一次工作的方式。
               按应急开关超过1可以接收遥控信号。
        运转中，按应急开关时，该机停机。出现异常情况后，按应急开关时停机，并解除异常情况。故障提示中按应急开关时，结束故障提示。
7.存储器电路
         由于变频空调不仅需要存储与温度相对应的电压数据，还要存储室内风扇转速、故障代码、压缩机F/v控制、显示屏亮度等信息，所以需要设置电可擦写存储器( EEPROM )IC4。下面以调整室内风扇电机转速为例进行介绍。
        调整室内风扇电机转速时，IC3通过I2C总线从存储器IC4内读取数据后，改变室内风扇电机驱动信号的占空比，也就改变了室内电机供电电压的高低，从而实现电机转速的调整。
8.室内风扇电机电路
         室内风扇电机电路由室内微处理器IC3、固态继电器IC7运行电容C15、风扇电机等元件构成。室内风扇电机的速度调整有手动调节和自动调节两种方式。
         (1)手动调节
         当用户通过遥控器降低风速时，遥控器发出的信号被微处理器IC3识别后，使其30脚输出的控制信号的占空比减小，通过R47加到IC5的⑥脚，经它内部的非门倒相放大，再经R49为固态继电器IC7内发光管提供的导通电流减小，发光管发光变弱，使双向晶闸管导通程度减小，为室内风扇电机提供的交流电压减小，室内风扇电机转速下降。反之，控制过程相反。
         (2)自动控制方式
         温度控制方式由IC3、室内温度传感器(图中未画出)、连接器CN1等元件构反。下面以制热时的风速控制为例进行介绍。
         制热期间 ，由于制热初期室内热交换器(盘管)温度较低，被室内盘管温度传感器检测后，它的阻值较大，5V电压通过该传感器、R28取样后的电压较小，经c9滤波后，加到IC3 28脚的电压较小，致使IC3的30脚无驱动信号输出，室内风扇不能运转，以免为室内吹冷风，待室内热交换器的温度达到一定高度时，IC3的28脚输入的电压升高到设置值后，IC3的30脚输出驱动信号，控制室内风扇电机运转，并且30脚输出的驱动信号的占空比大小还受28脚输入电压高低的控制，实现制热期间的室内风扇转速的自动控制。当室内热交换器的温度低于35.2°C时，室内风扇电机以微弱风速运行;室内热交换器的温度在35.2°C~37°C之间时，室内风扇电机以弱风速运行;当室内热交换器的温度达到37C后，风扇电机按设定风速运行。
         (3)电机旋转异常保护
         室内风扇电机内安装了用于检测相位的霍尔传感器。当室内风扇电机旋转后，霍尔传感器就会输出测速信号，即PG脉冲信号。该脉冲信号通过连接器CN27的②脚输入到室内电路板，利用R26限流， c18滤波后加到IC3的13脚。室内风扇电机旋转异常或检测电路异常，导致IC3的13脚不能输入正常的PG脉冲信号，IC3就会判断室内风扇电机异常，发出指令使该机停止工作，并通过显示屏显示故障代码E14，提醒该机进入室内风扇电机异常保护状态。
9.导风电机电路
         由于该机导风电机采用的是步进电机，所以采用了IC5内的4个非门做倒相放大器，并利用了IC3的④脚输出驱动信号。在室内风扇电机旋转的情况下，使用导风功能时，IC3的15、17~19脚输出的激励脉冲信号经R40~R43加到IC5的①~④脚，分别经它内部的4个非门倒相放大后，从IC5的15~13脚输出，再经连接器CN11输出给步进电机的绕组，使步进电机旋转，带动室内机上的风叶摆动，实现大角度、多方向送风。
10.空气清新电路
        换气扇电路由室内微处理器IC3、负离子放大器、继电器K2及它的驱动电路构成。
        进行空气清新操作时，IC3 31脚输出的高电平控制信号经R38加到驱动块IC5的⑦脚，经它内部的非门倒相放大后，为继电器K2的线圈供电，使K2的触点吸合，通过CON8、CON9为负离子放大器供电。负离子发生器工作后，产生的臭氧对室内空气进行消毒净化处理，大大提高了室内空气质量。若IC3的31脚电位为低电平后，K2的触点释放，切断负离子发生器的供电回路，空气清新功能结束。
11.室外机供电控制电路、
        室外机供电电路由室内微处理器IC3.继电器K1、放大管N2等构成。当IC3工作后，从它④脚输出室外机供电的高电平控制信号经R31限流，再经N2倒相放大，使K1内的触点吸合，接通通室外机的供电线路，为室外机供电。二、室外机电路

                室外机控制电路由电源电路、温度检测电路、室外风扇电机驱动电路、压缩机驱动电路等构成，电路原理图如图3所示，电气接线图如图4所示。
        1.室外微处理器的引脚功能

                该机室外机电路板以微处理器IC9为核心构成，所以它的引脚功能是分析室外电路板工作原理和故障检修的基础。
        2.供电电路
        300V供电电路由限流电阻PTC、桥式整流堆和滤波电容(图中未画出)构成，如图3所示。市电电压通过PTC限流后，一-路通过继电器为交流风扇电机、四通阀的线圈供电;另一路通过CN5、CN6进入模块板(压缩机驱动电路板，图中未画出)，通过该板上的整流、滤波电路变换为300V直流电压。300V电压不仅为功率模块供电，而且通过CN7返回到室外电路板。该电压第一路通过R66限流加在LED22上，作为该发光二极管的工作电压，若LED2发光，则表明300V供电已输入;第二路为直流风扇电机供电;第三路为开关电源供电。
3.限流电阻及其控制电路
       由于300V供电电路的滤波电容的容量较大，它在充电初期会产生较大的冲击电流，不仅容易导致整流堆、熔断器等元件过流损坏，而且还会污染电网，所以需要通过限流电阻对冲击大电流进行抑制。但是，电容充电结束后，限流电阻不仅消耗了能量，而且容易因长期过热而损坏。因此，还需要设置限流电阻控制电路。
       该机通过PTC型热敏电阻PTC1对300V供电滤波电容充电产生的大电流进行抑制，当滤波电容充电结束后，IC9的26脚输出的高电平控制信号经IC10①、14脚内的非门倒相放大后，为继电器RI4的线圈供电，使RI4内的触点吸合，将限流电阻PCT短接，取代PTC1为模块板供电，实现限流电阻控制。
4.开关电源

               该机室外机电源采用电流控制型芯片NCP1200P100 (IC101) 为核心构成的开关电源。NCP1200P100是NCP1200系列产品中的一种，它的引脚功能如表2所示。
       
               (1)功率变换  CN7输入的300V直流电压经CX101滤波后，一路通过开关变压器T101的初级绕组(①-②绕组)加到开关管Q101的D极，为它供电;另一路通过稳压管ZD1和R103降压限流后，加到IC101的⑧脚，为IC101提供启动电压。此时，IC101⑧脚内的7mA高压恒流源开始为⑥脚外接的C104充电。当C104两端电压达到11.4V后，IC101内部的基准电源工作，由它输出的电压为振荡器等电路供电，振荡器工作后产生100kHz振荡脉冲，该脉冲控制PWM电路产生激励脉冲，再经放大器放大后从⑤脚输出，利用R106限流驱动Q101工作在开关状态。Q101导通期间，T101存储能量;Q101截止期间，T101的次级绕组输出的电压经整流、滤波后产生的直流电压，为它们的负载供电。
       (2)稳压控制 当市电升高或负载变轻引起开关电源输出的电压升高时，c204两端升高的电压通过R204限流为光耦IC201①脚提供的电压增高，同时c205两端升高的电压通过R207、R209取样后的电压超过2.5V ，经IC102比较放大后，使IC201的②脚电位下降。此时，IC201内的发光管发光强度增强，使IC201内的光敏管导通加强，致使IC101的②脚电位下降，经1C101内的跳周期比较器等控制电路处理后，使它⑤脚输出的激励脉冲的占空比减小，开关管Q101导通时间缩短，T101存储能量减小，输出端电压下降到规定值。当输出端电压下降时，稳压控制过程相反。
        (3)欠压保护  IC101初始启动期间，若它的⑥脚电压低于11.4V(典型值)时不能启动;IC101启动后，若⑥脚电压低于9.8V后停止工作，可避免开关管Q101因激励不足而损坏。IC101停止工作后，若C104两端电压低于6.3V (典型值)，c101内的恒流源会再次为c104充电，当C104两端电压超过11.4V后，IC101会重新进入启动状态，所以进入该保护状态后，开关变压器T101会发出高频叫声。
        (4)过流保护 开关管Q101过流时，必然会导致IC101的⑥脚电位下降，通过超载电路使脉冲调制电路停止输出激励脉冲，致使Q101停止工作，以免Q101过流损坏，实现开关管过流保护。
        (5)尖峰脉冲吸收 为了防止Q101在截止瞬间过压损坏，该电源设置了D102、C105 和R112构成尖峰脉冲吸收回路。
5.微处理器基本工作条件电路
        CPU正常工作需具备5V供电、复位、时钟振荡正常的三个基本条件。
       (1)5V供电 当室外机的开关电源工作后， 由其输出的5V电压经C24等电容滤波，加到微处理器IC9的供电端①脚，为IC9供电。
       (2)复位 复位电路 由复位芯片IC8( T600D )为核心构成。开机瞬间，由于5V电源在滤波电容的作用下是逐渐升高。当该电压低于4.2V时， IC8的③脚输出低电平电压，该电压经C36、C37滤波，加到IC9的18脚，使IC9内的存储器寄存 器等电路清零复位。 随着电容的不断充电，当5V电源超过4.2V后，ic8的①脚输出高电平，使IC8内部电路复位结束，开始工作。
       (3)时钟振荡 IC9 得到供电后，它内部的振荡器与19、20脚外接的晶振Y1通过振荡产生4MHz的时钟信。该信号经分频后协调各部位的工作，并作为IC9输出各种控制信号的基准脉冲源。
6.存储器电路
        微处理器IC9通过I2C总线从存储器IC11内读取数据后再通过总线对模块板上的压缩机驱动电路进行控制，使它为压缩机电机提供不同的电压，实现压缩机电机转速的调整。
7.室外风扇电机电路
        该机的室外风扇电机不仅采用了交流电机，而且采分别进行介绍。
       (1)交流电机 该机的交流电机采用双速电机，所以采用了2个继电器为它的2个供电端子供电。其中，RL2决定电机是否运转，而RL1决定电机的转速。
        需要该电机运行时，IC9的29脚输出高电平控制信号，该信号经R64加到Q5的b极，经Q5倒相放大后，使RL2内的触点吸合，为RL1的动触点供电，此时，即使RL1的线圈无供电，RL1的常闭触点也会输出电压，使交流电机旋转。而需要改变该电机转速时，则需要IC9的30脚输出高电平控制信号，该电压经Q4放大后，使RL1内的动触点改接常开触点，为电机另-个供电端子供电，从而实现电机转速的调整。
        (2)直流电机  直流电机的供电由光电耦合器IC4、IC5，放大管Q2等构成，该电路的工作原理与室内风扇电机相同，仅电路符号不同，读者自行分析。不过，它的调速受室外温度传感器所检测的温度高低控制。
8.四通换向阀控制电路
        由于该机是冷暖型空调，所以设置了四通换向阀对制冷剂的走向进行切换。该电路的控制过程是:当IC9的28脚输出的控制信号为低电平时，经IC10内的非门倒相放大后，不能为RL3的线圈供电，RI3的触点不吸合，不为四通换向阀的线圈供电，四通阀的阀芯不动作，不改变制冷剂的流向;当IC9的28脚输出高电平后，RL3的触点吸合，为四通换向阀供电，使四通换向阀的阀芯动作，改变制冷剂的流向。这样，通过控制四通换向阀线圈的供电，就可以实现制冷或制热状态的切换。
9.电子膨胀阀电路
        由于该机是变频空调，需要该机制冷剂的压力在不同的制冷温度期间是可变的，并且为了获得更好的制热效果，该机采用了电子膨胀阀作为节流器件。
        需要改变制冷剂的压力时，IC9的22~25脚输出的激励脉冲信号加到IC10的⑦~④脚，分别经它内部的4个非门倒相放大后，从IC10的10~13脚输出，再经连接器CN16输出给电子膨胀阀的步进电机，使步进电机旋转，带动阀塞上下运动，通过改变制冷剂的流量大小来改变制冷剂的压力，从而实现了制冷、制热期间不同温度时的变频控制。
10.电加热器电路
         该机的电加热器电路由电加热器、继电器RL5及其驱动电路构成。需要电加热器加热时，IC9的27脚输出高电平控制信号，它经IC10 2、15脚内的非门倒相放大后，为RL5的线圈供电，使RL5内的触点吸合，电加热器得到供电后开始对冷空气加热，确保该机在温度较低的地区也能正常制热。当IC9的27脚输出高电平控制信号时，RL5内的触点释放，切断电加热器的供电回路，它停止加热。