变频空调通信电路原理分析

维修家电

变频空调需要根据当前工况，实时进行调节，以控制压缩机的运转频率、风扇电动机的转速等。为简化室内机和室外机之间的连线，在室内、外机里各设了一套微处理控制电路，各自采集实时参数(如环境温度、盘管温度等)，并控制相关部件运行状态。两套微处理控制电路协同工作，交换信息的任务就交给通信电路。
          变频空调通信电路控制方式可分为单向通信和双向通信。单向通信是指室内机微处理控制电路向室外机发出控制号后不需室外机反馈信号。双向通信电路是室内机微处理控制电路既要向室外机发送指令信号，室外机微处理控制电路又要反馈回控制结果、当前运行状态等参数。普遍采用的是串行双向通信电路，即在室内外机的微处理控制芯片上，各有一个通信输入端口和一个输出端口，对应发送和接收通信的光耦。当室内机控制电路向室外机控制电路发送信号时，室外机发送光耦常导通，室内机发送光耦按通信协议导通、关闭，室外机接收光耦输出端就得到相应的高低电平通信信号;反之亦然。其工作方式为半双工串行通信，即发送和接收信号不能同时进行，只能在某个时间段内，一方发送信号，另一方接收信号。其物理层为强电载体，即利用室内机到室外机交流电的N线与信号线s进行连接，简化了室内外机间的接线数量，还提高了通信电路抗干扰能力。
         变频空调使用的数据格式为正逻辑不归零(NRZ)格式。由一个起始位、一字节(8 位)数据和一个停止位组成，数据先发送和接收最低位(1sb)，每位的持续时间决定比特率，在发送或接收前空闲线为高电平(逻辑1)，起始位为低电平(逻辑0)，各个数据位为高或低电平，停止位为高电平。起始位、8位数据位和停止位组成一帧数据。数据接收完成后， 先判断起始位码是否正常，然后判断校验和是否正确。只有起始码和校验和都正确才能确定为正常的数据。

                变频空调通信规则:室内机为主机，室外机为副机，双向通信，室内机控制电路在得到开机指令(遥控信号)后，首先通过控制电路上的主继电器闭合，控制室外机电源接通，室外机微处理控制电路进入工作状态，然后室内机向室外机发送控制指令，正常情况下主机每隔4s向副机发送一次数据 ，副机在正确接收到主机通信数据后，向主机回发通信数据。如果室内机在500ms内仍没有收到信号则再发送当前的命令，如1min(一般直流变频为1min，交流变频为2min)内未收到对方应答，或应答错误，则发出错误报警信号。室外机未接收到室内机的信号时，则一直等待，不发送信号。
                 图1是海信KFR-3201GW/BP变频空调的通信电路: IC02是室内机发送信号的光耦.PCO1是室外机接收信号的光耦，PC02是室外机发送信号的光耦，IC01是室内机接收信号的光耦。当通信处于室内微处理控制电路发送信号、室外接收信号时，室外Sout(发送端)置低电平，室外发送光耦PC02始终导通。当室内Sout发送高电平“1”时，IC02截止，通信环路断开，IC01 PC02截止，室外Sin(接收端)接收高电平“1";如果室内Sout发送低电平“0”时，IC02导通，通信环路闭合，IC01、PC01导通，室外机Sin接收低电平“0”，从而实现了通信信号由室内向室外的传递。同样当通信状态处于室内机接收、室外机发送时，室内机IC02导通，由PC02、IC01实现了室外单片机向室内单片机的传递。电流路径:DC24V的正极->IC02-> IC01->D01->R01->R02->通讯线S->PC02->PC01->零线N->DC24V的负极。
        D04、R10、R07、R04、R06、C01、C03、ZD01等组成通信电路的电源电路。220V交流电经R10、R07、R04限流后，由D04半波整流，经R7分流，ZD01将输出电压稳定在24V，再经C03、CO1滤波，得到稳定的24V直流电压，整个通信环路的环流较小，大约为3mA。当通信状态处于室内机发送、室外机接收时，IC01、IC02、PC01 PC02起到隔离作用，防止通信环路上的大电流高电压串入芯片内部损坏芯片，R02、R01和R03起到限流作用，将稳定的24V电压转换为3mA左右的环路电流，D01D03用来防止N、S极反接，保护光耦。

               该电路属于直流载波型通信电路，通信环路中的电源电压一-般来自220V交流电，经电阻降压，二极管整流，电容滤波后提供，常见的工作电压为24V。注:这个工作电源可以由室内机提供，也可以由室外机提供。
                图2是长虹KFR-28GW/BQ变频空调通信电路，室外机组微处理控制芯片，通过串行通信电路接收室内机微处理控制芯片发送的工作指令后，根据指令输出相应的控制信号，使压缩机、室外风扇电动机等按程序正常运转。空调正常运转的同时，室外机组微处理控制芯片把室外机组的信息，包括室外环境温度、室外盘管温度、压缩机排气温度等参数，通过串行通信电路发送回室内机，使室内机微处理控制芯片进行相应的处理。
      当交流电处于负半周时(由交流电过零检测电路来完成)，允许室内机向室外机发送信号。室内机微处理控制芯片62脚发出高电平信号，经IC31⑦脚输入，经IC301放大后从10脚输出，控制IC05①、②脚内部发光二极管导通，IC05④、⑤脚导通，信号通过室内机与室外机之间的连接线s传递到室外机，D500导通，IC500①、②脚内部发光二极管导通，③、④脚内部的光敏三极管因受到发光二极管的光照而导通，从而将信号送达室外机芯片47脚，供室外机CPU进行识别处理。
       当交流电处于正半周时，允许室外机向室内机发送信号。室外机微处理控制芯片48脚发出信号，经Q500放大，控制IC501导通，经通讯线传递回室内机，IC06导通，将室外机信号传输回室内机芯片61脚内部进行处理。
       该电路的核心元件是4个光耦，任一出现故障都不能完成通信。工作时，交流电的零线要参与到通信过程中，安装时一定不能将L/N线接错。检修时，可用万用表测量信号线与零线之间的电压在AC0~220V之间变化，也可以用万用表测量其零线与信号线之间的直流电压是否是有规律地波动，以确认室内机信号发送正常。
       这种电路属于交流载波通信电路，其特点是通信回路不需要直流电源，而是将通信信号叠加在交流电上，并通过通讯线进行传递，通过万用表电压挡测量N/S端电压，往往为100V左右的交流电。
       上面介绍的就是市面上常见的两种通信电路方式，都属于三线制通信方式，也就是交流电N线要同通讯线s端共同构成通信回路。所以在连接室内外机的连接线时，一定不能将L、N端搞错，否则通信回路将会被中断，从而导致通信故障。还有一种通信电路是四线制通信方式，也就是通信电路与交流电的连接线没有任何关联，而是采用两条专门的通讯线来构成回路，只是这种通信方式已经被淘汰，所以这里不再举例。
        通信电路的检修思路:实际检修中，通信电路导致故障的比例较高。
        变频空调出现故障，往往会有故障代码出现，这时我们可以通过查询故障代码的含义，来大致确定故障部位。也可以通过试验室内机和室外机是否能够单独运行(变频空调的室内外控制电路都有试运行功能，只是打开试运行的方式各异)，来确定通信电路是否有故障，如果室内外机都能独立运行，而连机后报通信故障，则说明故障在通信电路。
        确定故障为通信电路所致后，先检查室内外机连接线是否正常、紧固螺钉是否拧紧、线头是否脱落。如果空调在安装时，加了连接管，就肯定会同时加长连接线，而加长的连接线与原机连接线之间的接头处，往往是通过绝缘胶带简单包扎后与连接管一起进行包扎。空调长时间使用后，接头处很容易受潮漏电或接头氧化，导致接触不良，从而导致通信故障，所以在对这种空调进行检修时，不要忽视对该部位的检查。
        用万用表测量N、S之间的电压，看是否有脉动电压，如果没有脉动电压，则检查微处理控制电路。首先就是检查通信回路的电源电路是否正常(视电源电路在室内机或室外机来定先检查哪里)，关键元件是限流电阻、整流二极管和稳压二极管。在确定电源正常的情况下，分别检测4个光电耦合器是否正常，最后检测反相放大器以及通信接口电路部分。
        小提示：判断通信电路是否正常 ，最简单的方法就是，转换室内机的运行模式，将制冷模式转换成制热模式，反复几次，同时听室外机四通阀是否发出声音，或测量四通阀线圈上是否有电压变化。如果有声音或电压有变化，则说明通信电路工作正常，否则存在通信故障。