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分为锗管和硅管。
最大的特点是具有单向导通性。
电流正向通过,反向截至。
主要在电路中起整流、限压(钳位)和开关的作用。
D.三极管:
同样分为锗管和硅管。
共有三极:
集电极、发射极,基极。
主要在电路中起电流放大、开关、限压等作用。
E.光电耦合器(俗称光耦):
在电路中把光电隔离,大大提高了线路抗干扰能力。
通常有红外发光管。
当初级有电流信号通过时,使红外二极管发光,次级的光敏器件如光敏二极管,光敏三极管,光敏电阻,光敏晶闸管等受光后,在次级又输出光信号。
整个过程是电—>
光—>
电的过程。
F.可控硅:
家用空调中主要起风机调速作用,商用空调主要在数码涡旋中用于卸载阀的控制。
电路中表示符号为SCR共有三极:
阳极(A),阴极(K),控制栅极(G)。
在风机调速过程中,与负载电机串联于交流电路中,通过控制可控硅导通角的大小,就可以改变负载上的电压有效值。
G.电流互感器:
电流互感器实际是一个线性变压器。
其输入电流(被检测电流)与输出电流跟它的内部线圈匝数成正比关系。
H.CPU(芯片):
在空调中出现过的有掩模芯片,FLASH片和EEPROM,DSP片等。
掩摸芯片指利用掩模技术把信息固化在芯片当中,芯片内的东西不能再更改。
FLASH芯片内容则可以更改多次。
EEPROM一般指存储参数用的ROM,内容可反复擦写。
DSP芯片用于美的变频空调中,它是16位芯片,运算速度快,精度高。
商用空调中主要使用的芯片是NEC公司的D78F9177CU(简称9177)和D78F0034ACW(简称780034)。
这两款芯片特点是资源丰富,抗干扰能力强。
在维修空调时,可以如果电控板无动作,则可以测量芯片的电源管脚上有无+5V的电压。
780034的32和33管脚分别为+5V和地;
9117的1和2管脚分别为地和+5V。
I.2003芯片:
2003芯片的输入—输出特性相当于是一个反向器。
当2003输入端为高电平(+5V)时,对应的输出口输出低电平(0V),继电器线圈两端通电,继电器触点吸合;
当2003输入端为低电平时(0),对应的输出口输出高电平(+12V),继电器线圈两端断电,继电器触点断开。
J.压敏电阻:
一般并联在零线和火线之间或零线和地之间或火线和地之间。
起电压保护的作用。
它的导电性能呈非线性变化,当压敏电阻两端所加电压低于标称电压值时,其内部阻抗接近于开路状态。
而当外加电压高于其标称值时,它对电压的响应时间非常快,承受电流的能力非常高,而且不会产生续流和放电迟滞现象,进而迅速熔断保险丝来保护后面的电路。
K.7805,7812:
此两芯片都为稳压芯片。
当初级电压在一定范围内时,次级的输出都是稳定在一个特定值。
提供给负载一个稳定的工作电压。
(详见第二节的线性电源电路)
第二节空调电控中典型电路分析
一、线性电源电路
电子电路与电子设备都需要有一个稳定的直流电源提供能量,而且对于我们现在所面临的控制器而言,都是利用电网提供的交流电源,经过整流、滤波、稳压后,滤去其不稳定的脉动、干扰成分,来使电子电路与电子设备保持正常的工作。
对于美的的空调的电控来说,除了变频机的模块上用开关电源外,其余的室内或室外电控使用的均为线形电源,即通过降压、整流、滤波、稳压后而提供给电子电路及芯片工作。
下面我们就原理及关键部件做详细介绍。
1、线性电源电路的方框图与典型原理图:
线性电源电路基本上由四部分组成:
变压器降压、二极管或桥堆整流、电容或电感滤波、三端稳压块稳压,他们之间的组合则可构成一个最基本的,也是最可靠的线性电源电路:
V1~变压器V01整流V02滤波V03稳压V0负载
方框图
变压器整流桥
78127805
C1C2C3C4C5C6
典型电路图
2、主要参数和部件介绍:
V1——220V交流电(变压器输入)
V01——12至16V的交流电(变压器输出,因变压器型号不同输出电压有所不同,一般为16V),波形如下图
V02——经四个二极管全波整流后输出16V左右的脉动直流电,波形如下图
V03——经电容C1滤波后输出16V接近平滑的直流电,波形如下图
V0——经过7812稳压后输出稳定的12V直流电,此12V直流电一部分电供给电控板上的2003和继电器等,另一部分经7805输出稳定的5V直流电(典型电路中),供给电控板上的主控芯片(单片机)及其外围电路使用。
关键部件介绍:
变压器:
变压器由线圈绕组、铁芯组成。
一般而言,变压器还有一个外壳,用来起屏蔽和固定作用。
变压器是利用互感现象原理工作的:
当一次侧绕组通以交流电时,一次绕组产生磁场,二次绕组的线圈切割磁力线而产生感生电动势,这样由交变电场生成磁场,磁场通过闭合的铁芯耦合到次级绕组,从而在次级线圈中生成感应电动势。
整流二极管:
二极管按材料分有硅二极管与锗二极管两种。
它具有单向导电性。
二极管由P型半导体与N型半导体构成,在P型、N型半导体之间接触面形成一个PN结,通过PN结对不同方向电压的不同导电性来达到导通与截止的作用。
当通以正向电压时,电流流过;
通以反向电压时,二极管截止,电流不能通过。
用万用表的“二极管”档即可测出二极管的好坏。
7812和7805:
7812用于输出稳定的12V直流电,7805用于输出稳定的5V直流电,即使市电电压有少量变动,其输出也恒定。
目前美的使用的三端稳压器7805、7812,它有输入、输出和公共端三个端子。
输出电压稳定不变。
这种稳压器内部集成有取样电路、保护电路、调整电路、比较放大电路、基准电路、启动电路、恒流源电路。
7805和7812外形一样(通常7812上都有散热片而7805没有),如右图:
中间的管脚为“地”,左边管脚为输入,右边管脚为输出。
用万用表的直流电压档测其输出和输出即可判断出其好坏。
瓷片电容C2、C4、C6容量较小,可以有效的过滤电路中的高频干扰部分,一般采用104瓷片电容。
二、温度检测电路
1、电路图:
优选电路:
图(a)、图(b)。
温度传感器有一特性,即在不同的温度时有不同的电阻值,利用传感器的这一特性,可设计温度检测电路:
图(a)为常见电路,图(b)在两个分压电阻上分别加了个稳压二极管,用于防静电箝位,主要用在大功率分体机、移动空调、抽湿机等容易产生静电的机型。
以前使用过的温度检测电路还有很多种,如图(c)是23常规机所用电路,C1与C2起到同样的滤波作用:
柜机的电路是图(d),它的电容C1用的是47μF;
变频机所用电路又有区别,如36变频为图(e),没有用C1,它的C2为223,45变频为图(f),R2为1K,50变频为图(g)。
空调器所用的温度检测电路中还有一种为排气温度检测电路,电路基本相同,如50变频所用的图(h)。
2、工作原理及电子元器件在电路中的作用:
所有温度检测电路原理大致相同,现以空调器中常用的电路图(a)为例进行分析:
电路中,温度传感器RT(相当于可变电阻)与电阻R1形成分压,则A端电压为:
5R1/(RT+R1),随着外界温度的变化,温度传感器RT的电阻值跟着变化,则A端的电压相应变化。
因为RT在不同的温度有相应的阻值,则不同的外界温度在A端有相应的电压值,外界温度与A端电压形成一一对应的关系,可以把此对应关系制成表格。
因此单片机可根据不同的电压值检测外界温度。
电路中,RT与R1组成分压电路,C1、C2和R2形成Π型RC滤波,C1对分压电路输出电压进行第一次滤波(平滑滤波),随后C1两端余下的交流杂波又被R2和C2分压。
这余下的交流成分大都降在R2上,而C2两端余下的交流成分就极小,于是起到了第二次滤波(高频滤波)的作用。
但是R2的阻值不能太大,它会使输出直流电压损失,通常取1K或2K,所以这种滤波器多用于负载电流较小的场合。
此温度检测电路,RT与R1可互换,此时A端电压为5RT/(RT+R1),C1亦可用47μF电容替代,在有些电路中,也把C1省去不用,考虑到性能可靠、规范性及编程方便,通常用图(a)所示电路,取R1为8.06K、R2为2K,C1为10μF、C2为贴片电容103或104(即0.01μF或0.1μF)。
但在某些有静电的场合,如移动空调器,经常用手触摸,则最好用防静电温度检测电路,见图(b)
三、继电器驱动电路
在介绍继电器的驱动电路之前,首先简单介绍一下继电器的基本知识。
继电器是一种当输入量变化到某一定值时,其触头(或电路)即接通或分断交直流小容量控制回路的自动电器。
在空调中,继电器输入12V直流电,继电器吸合后,强电的两个管脚接通,输出220V交流电。
1、工作原理:
由永久磁铁保持释放状态,加上工作电压后,电磁感应使衔铁与永久磁铁产生吸引和排斥力矩,产生向下的运动,最后达到吸合状态。
如下图:
在空调电控上,一般用两种电路驱动继电器:
晶体管驱动电路和集成电路2003驱动。
下面分别介绍这两种驱动电路。
2、晶体管驱动
(1)、电路原理图
当晶体管用来驱动继电器时,必须将晶体管的发射极接地。
具体电路如下:
NPN晶体管PNP晶体管
(2)、工作原理简介
NPN晶体管驱动时:
当输入高电平时,晶体管T1饱和导通,继电器线圈通电,触点吸合。
当输入低电平时,晶体管T1截止,继电器线圈断电,触点断开。
PNP晶体管驱动时:
当输入高电平时,晶体管T1截止,继电器线圈断电,触点断开。
当输入低电平时,晶体管T1饱和导通,继电器线圈通电,触点吸合。
(3)、电路中各元器件的作用
晶体管T1为控制开关。
电阻R1主要起限流作用,降低晶体管T1功耗。
电阻R2使晶体管T1可靠截止。
二极管D1反向续流,抑制浪涌。
继电器的绕组是一个感性元件,总是阻碍电流的变化,断电时,电流瞬间降到0,它会产生一个很大的反向电动势,如果没有D1,这个电动势很可能将主控板烧坏。
接上D1后,反向电动势直接被D1短路,从而保护了主控板。
3、集成电路驱动
目前已使用多个驱动晶体管集成的集成电路,使用这种集成电路能简化驱动多个继电器的印制板的设计过程。
现在所用驱动继电器的集成电路主要有TD62003AP。
下面就TD62003AP介绍一下采用集成电路驱动继电器的电路。
(1)电路原理图
(2)工作原理简介
2003的输入—输出特性相当于是一个反向器。
当2003输入端为高电平(5V)时,对应的输出口输出低电平(0V),继电器线圈两端通电,继电器触点吸合;
当2003输入端为低电平时(0)V,对应的输出口输出高电平(12V),继电器线圈两端断电,继电器触点断开。
(3)电路中各元器件的作用
2003直接驱动继电器,在2003中已集成有起到反向续流作用的二极管。
(4)各元器件的选型
一般选用2003驱动继电器。
现在常用的型号为TD62003AP。
四、遥控接收电路
美的空调器所选用的遥控接收头型号比较多,现以HS0038A2为例,说明其工作原理和两个典型电路具体分析:
接收头内部有一接收窗口,是一光敏元件,接收范围局限在某一频率范围的红外线。
当光敏元件接收到f1频率的红外线,内部相应激发出一定大小电流,经I---V电路转换成某一电压,滤波后,经一比较器输出脉冲电压,再经内部三极管电平转换,输出间隔不一幅度为+5V脉冲信号送主芯片处理。
2、典型电路分析:
现提供两组电路图(图a、图b),并对电路中各元器件参数设置进行说明。
图a图b
图a中各元器件参数设置:
(1)为了减少外电路对+5V电压的干扰影响,保证电气过应力足够,应在供应电压线上加电阻。
但电阻不能太大,电阻大了压降也大,这样有些微处理器不一定能正确探测信号,一般选用150Ω。
(2)为了使输出脉冲的上升时间短,电容选用102独石电容。
如果选103电容,则脉冲上升时间加长,信号容易失真。
(3)在输出线增加限流电阻对预防电火花出现有好处,如果电阻太大,压降相应也高,为了保证电路正常工作,要依靠微处理器的电工能负荷的增加。
为了使电路与所有的微处理器能兼容,输出信号线电阻选用1KΩ电阻。
(4)为了外界干扰电压对摇控接收头的干扰,在+5V进线端加一电解电容,起到平滑波形作用。
图b中各元器件参数设置:
相同元器件参数选定依据图a。
不同的是此电路在输出端增加一个PNP三极管,当选用插件三极管,一般选
用9012,贴片三极管选用DT143。
遥控输出信号为高电平,经电平转换同样输出高电平,有利于降低阻抗输出信号,增加抗干扰能力。
3、电路比较:
两电路原理相同,如果接收头离芯片较近,外界干扰少,一般采用图a电路,
反之采用图b电路。
五、压缩机电流检测电路
1、典型的压缩机电流检测电路:
在分体机、柜机和商用空调电控系统中使用得最多、最为典型的压缩机电流检测电路如下图所示:
图中包括下列元件:
(1)电流互感器TT1——将被检测的交流电流转化成可取样的小电流(交流);
(2)模拟负载电阻R1——将转化后的小电流转化成电压(交流);
(3)整流二极管D1——将转化后的交流电压(半波)整流成直流电压;
(4)电解电容C1——平滑整流后直流电压波形,输入到芯片;
(5)分压电阻Rx和R2(16K)——用于调整A/D转换的参数,直接确定输入到芯片口的A/D参数;
(6)钳位二极管D2——确保输入到芯片口的模拟量不大于5V,以免损坏芯片;
(7)电阻R3和电容C2——组成了RC滤波电路。
由于MCU的A/D口所需输入电流极小,这里将其加在芯片与输入量之间,不会产生压降,因此不会影响采样的精确性。
但对电流检测电路的输出信号进行了滤波,防止高频干扰。
2、电路的工作原理及各元器件的主要功能:
在了解电路工作原理之前,首先弄懂电流互感器TT1的工作原理。
电流互感器实际是一个线性变压器。
其输入电流(被检测电流)与输出电流跟它的内部线圈匝数成正比关系(均为交流电流量)。
这样我们开始叙述电路的工作原理:
假如检测压缩机电流值为Ii,根据电流互感器固定的初级/次级线圈匝数比(常量)C,可确定输出电流(为交流)Io=Ix/C;
在选取负载电阻R1(通常为1K)时,其阻值远远小于两分压电阻值。
这样,R1的阻值约等于实际的负载电阻值。
于是,R1两端的电压Uo=R1×
Io=(R1×
Ix)/C;
(注:
此为交流电压值);
在经过整流二极管D1半波整流后(由于MCU的A/D口所需输入电流很小,此处按严格的计算关系),二极管D1的负极与地之间的直流电压V1=(√2/2)×
Uo=(0.707×
R1×
要减掉二极管上的压降约0.5V。
直流电压V1在分压电阻Rx和R2上分压,得出Rx和R2公共端的电压值V2=[Rx÷
(Rx+R2)]×
V1=[Rx÷
[(0.707×
Ix)/C-0.5],这就是最终输入到芯片检测口的压缩机电流参数模拟量(改值仍需通过实验最终确定。
不同电流互感器及分压电阻Rx对应不同的最终输入到芯片检测口的电压参数表见附录二)。
直流电压V2必须经过电解电容C1平滑波形,成为较平稳的电压模拟量输入到芯片A/D口。
钳位二极管D2目的是确保输入到芯片口的模拟量不大于5V,以保证芯片的工作可靠性;
电阻R3和电容C2滤除输入量的高频成分,减小其对MCU的影响。
3、电路中各元器件的取舍及参数说明:
(1)电流互感器TT1是整个电路中最关键的器件即电流传感器;
目前分体机和柜机电控系统中对该元器的选取各不相同。
(2)R1是模拟负载电阻,目前电路中大部分使用1K电阻,
(3)整流二极管D1是必须的。
因为模拟负载电阻R1两端的电压是交流的不能直接输入到芯片,必须将其转化成直流电压。
根据电流计算D1选用IN4148便可;
(4)分压电阻Rx和R2(16K)的选取注意以下事项:
a、Rx+R2的阻值要求远远大于模拟负载电阻R1的阻值,这样,电流互感器TT1的负载大致就是R1,目前我们的电路中R2通常使用16K,Rx根据不同的电流互感器和不同的运用电路常用5.1K(柜机)、1.4K(分体机)等;
b、确定你所需的压缩机电流检测范围,根据电流互感器的参数特性和负载电阻可计算出加在Rx和R2两端的电压值V1,该电压经Rx和R2分压得V2,V2的值尽量接近于但不能超过5V,这样不会超出芯片的检测范围又增加A/D检测的准确性;
c、Rx和R2电阻值精度的选取。
通常这样的A/D处理电路要求分压电阻Rx和R2的精度比较高(可以选用±
1%的电阻),否则,采样值漂移较大。
(5)钳位二极管D2在电路中是必不可少的。
因为该电路是用于检测到压缩机的电流,而实际压缩机在启动时其电流值高达额定电流的3至5倍。
于是V2的值远远超过了5V,加上钳位二极管可确保输入到芯片口的模拟量不大于5V,保证芯片的工作可靠性。
(6)如果没有电解电容C1,分压后的V2实际只是半波整流后的电压波形,它是不断变化的模拟量。
必须经过平滑波形后再输入到芯片。
理论上该电解电容越大波形平滑得越好,但其价格越贵,通常选用的是100UF,由于此处电压不超过5V,电解电容的耐压参数用16V便足够;
(7)电阻R3和滤波电容C2可确保输入量有高频干扰时减小对MCU的影响。
省去后会对电路的抗干扰性能有一定影响。
电阻R3通常使用的是2K。
第三节美的定频机电控技术简介
定频机和变频机的主要区别在于压缩机和电控上,定频系统的压缩机转速恒定,室内传至室外的信号为220V的交流电而比较容易测量。
而变频机室内外之间通过通信来确定压缩机的转速,因而电控比较复杂。
美的定频机的室内机的电控与家用柜机和分体机原理基本一致,目前其软件
已经基本稳定。
现行生产的机型主要包括嵌入式、一面出风式、风管式、天井式、壁挂式、柜式。
简单的定频机室内机向室外传递以下信号(所有冷暖定频机都传递的信号及其顺序都一样):
如下图。
压缩机—220V交流电,由室内机电控上的继电器输出;
四通阀—220V交流电,由室内机电控上的继电器输出(单冷机无此信号);
外风机—220V交流电,由室内机电控上的继电器输出;
零线N—与上述输出形成电压,供给室外板检测。
室
内
机
外
1、压缩机
2、四通阀
3、外风机
4、零线N
美的U系列和M系列全都是定频机,这里我们把定频机的室内外机电控挑几个典型的来叙述一下,U系列电控我们以后就不再做介绍了。
常见的室内机电控实物如下图:
i
j
g
h
f
e
d
c
b
a
a、——显示板插子
b、——室外风机、压缩机、四通阀信号输出,220V。
其中PRO为接零保护,对于71三相的机型,此根线要接到室外机电控板上。
其他机型则直接把它和零线短接。
否则会出现室内机四个灯一起闪的现象。
c、——室内风机输出,220V。
d、——水泵控制,220V。
e、——220V电源输入端。
f、——变压器220V输入端。
g、——变压器输出,16V交流电。
h、——T1
i、——T2
j、——水位开关输入插子。
对于3HP以下的机型,室外机只有一个压缩机接触器,用室内机电控上压缩机继电器直接控制压缩机接触器。
对于71三相的机型,室外机一般都有一个电流检测板,一方面检测压缩机电流,另一方面检测三相电相序。
电流检测板如下图:
d
c
e
a、——室内机红白黑三根线的输出到这两个端子上。
b、——发光二极管,用于显示室外机故障代码。
c、——输出到室内机电控的PRO上,由电控板上光耦控制,当室外机T3故障或相序保护时,光耦控制其断开,则室内机停机并显示室外机故障(四个灯一起闪)。
d、——接室内机零线。
e、——三相电输入,用于检测相序。
5HP的机子室外机一般有一块较大的电控板,用于控制室外风机转速及化霜等。
对于很多匹数较大的室外机来说,其室外机电控板功能较多,如:
M系列的室外机电控及部分U系列室外机电控。
不过一般室外板的功能比较简单,主要增加了如化霜、室外风机控制、压缩机保护等。
如果在调试或运行中这些电控出现问题的话,应当先测量室内输出到室外机的信号有无错误。
如果输入正常而输出不正常则可确定是电控板问题。
第四节美的变频机电控技术简介
相对于定频机来说,变频机有启动电流小,调节范围宽,温度调节精度高,节能效果好,冷房暖房迅速等特点。
对于商用空调来说,变频机最大的优点在于它避免了以往一开全开的浪费现象,它可以通过调节压缩机运转频率来调节能力输出,从而节约了电能。
一、变频空调原理介绍
美的变频空调的控制过程原理如下图:
这是一个交流直流交流的变换过程。
交流电220V先通过桥堆整流电容滤波后变成300V的直流电,这300V的直流电一部分供给开关电源,
另一部分供给模块,模块的输出直接供给变频压缩机。
模块的控制端口由开关电源的输出来控制,而开关电源的输出又受主控板控制,因此主控板通过开关电源控制模块输出,进而控制压缩机运转频率。
下面,我们就来详细的说一下其具体的变换过程:
(1)整流滤波电路
变频机整流滤波如下图:
其实它就是一个线形整流滤波电路,只是在整流滤波电路前增加了一个滤波器(部分机型没有)和PTC保护电路及电抗器。
滤波器用于消除市电中的干扰。
由于滤波电容的容量特别大,初次上电时,电路中接近短路,很容易造成跳闸。
加上PTC后,流过PTC的电流过大,PTC过热,电阻增大,使电流减小。
约2秒后,电容充满电,电控输出使继电器吸合,PTC失去作用。
电抗器用于提高整个电路的功率因数,电容用于滤除干扰。
整流桥堆和滤波电容选用的容量都比较大。
P、N输出300V左右的直流电,直接输出给变频模块。
①整流桥堆
普通整流桥堆如下图:
1
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