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壁挂式变频空调器的电路分析

空调维修技术服务2018-03-14 13:15:35

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一、壁挂式变频空调器的电路分析
1.变频空调器的总体框图
   分体壁挂式变频空调器的总体框图如图8-13所示

2.室内机控制电路
美的系列变频空调器室内机控制系统采用高性能微处理器μPD780021,实现对室内温度、蒸发器温度、遥控器信号的接收、室内机风扇电机、导风叶片电机、蜂鸣器、显示面板的控制以及与室外机的通信。
(1)交直流供电电路
图8-14所示是交直流供电电路。220V交流电压经保险丝FSl、压敏电阻ZNR1、滤波电容C2、互感滤波器LF01和电容C1滤除噪波和干扰后,分别为室内机风扇电机和整流稳压电路供电。
T1是将220V电压变成低压的降压变压器,它输出两组约13V的交流低压,分别送到两个整流电路中。DBO1是桥式整流电路,它的输出经C8、C35滤波后为换气电机供电。换气扇电机受微处理器2脚的控制。室内机风扇电机受微处理器1脚的控制。该脚的输出信号经Q4去驱动晶闸管IC11中的发光二极管,晶闸管导通,220V交流电压经IC11的7、8脚为风扇电机供电。微处理器通过对晶闸管导通角的控制实现对风扇速度的控制。
   图8-15所示是+12V、+15V供电电路。来自变压器Tl次级的13V交流电压加到桥式整流堆DB02上,DB02的输出电压经C9、C33滤波后加到三端稳压器IC4 (7812)的1脚,经稳压后由3脚输出+12V电压,给继电器、电机等供电。12V输出电压再经5v 三端稳压器IC5 (7805)处理后输出5v电压,为微处理器、复位电路等部分供电。

2)主控微处理器电路
图8-16所示是主控微处理器电路。780021是一款具有64个引脚的大规模集成电路。
(3)温度检测电路
室内温度及室内机蒸发器管路的温度传感信号送到主控微处理器芯片的41、40脚,如图8-16所示。
(4)遥控接收和显示电路
图8-17所示是遥控接收和显示电路。遥控器发射出红外信号后,由室内接收头接收遥控信息并送入微处理器的55脚,微处理器确认收到的信号正确后输出脉冲信号,蜂鸣器响一次。
在遥控器开机过程中,蜂鸣器会响两次作为应答声。图8-16所示电路中的B1为蜂鸣器,经微处理器的60脚由驱动器IC5 (2005)反相驱动后工作。
   该系列空调器的状态显示电路由5个LED组成,这5个LED(见图8-17)由微处理器的9、10、11、14、15脚直接驱动。
(5)室内电机控制电路:
室内电机控制电路由调压控制电路、同步信号检测电路以及转速反馈检测电路等组成。
 ①调压控制电路:由图8-14可知,调压控制电路是通过调整室内电机的输入电压来调节其转速的,由IC11中的双向晶闸管完成室内电机输入电压的调整。微处理器的1脚发出脉冲信号,经反相器Q4反相后去驱动IC11中的发光二极管。
②同步信号检测电路:用晶闸管调压必须解决同步触发的问题,这样就必须获得同步信号。在图8-14中,同步信号的获取电路由R43、R45、Q3、R7及C36组成。其工作原理是:由电阻R43、R45分压后的正弦交流信号经晶体管Q3检波后,在Q3的集电极上得到周期为1Oms的脉冲,然后将其送入微处理器的51脚,作为同步信号。
③转速反馈检测电路:室内电机霍尔传感器输出的脉冲信号送至微处理器的53脚进行计数,以得到电机的转速信号,微处理器根据设定转速与反馈转速的差值来调整晶闸管的触发导通角。(6)复位电路
在图8-16中,微处理器780021的44脚为复位信号输入端,正常工作时该脚为高电平。当微处理器的工作电压低于4V时,IC101的1脚输出低电平,使微处理器强行复位。
(7)步进电机继电器驱动控制电路
微处理器的61~64脚为控制导风叶片步进电机的外接端口,微处理器芯片输出的脉冲信号经IC5反相放大后,驱动步进电机工作,如图8-16所示。
(8)换气电机电路
为了让室内保持清新的空气,预防空调器病,该空调器设计了换气功能,与室外进行空气交换。微处理器2脚的信号通过晶体管Q1反相放大后,驱动换气电机工作(参见图8-14)。
(9)晶体振荡电路
微处理器的48、49脚与晶体振荡器XT1产生4.19MHz的主频信号,如图8-16所示。用示波器测量48脚时,可以看到4.19MHz的正弦波形。

(10) 通信电路
室内机和室外机各有一块微处理器控制板,为了使整个系统能协调运行,室内机和室外机必须交换信息,此项功能是由通信电路完成的。由图8-18可知,微处理器的29脚为通信电路的接收端,30脚为通信电路的发送端,电路上的光电耦合器IC1、IC2起隔离作用。
为了简化线路,把为室外机供电的零线用作了通信线,另一根与室外机相连的通信线通过CN7接出,因此在连接室外机电源线时,相线和零线不得接反,否则会出现通信联系不上的现象。
3.室外机控制电路
   美的变频空调器室外机控制电路主要包括交流电源滤波及保护电路、驱动板保护与控制电路、复位电路、晶体振荡器电路、E2PROM和运行参数控制电路、微处理器引脚功能控制电路、通信电路、驱动电路等。 
(1)交流电源滤波及保护电路
交流电源滤波及保护电路如图8-20所示。220V交流电压由T1、C1、C5、C2组成的交流滤波电路抑制共模噪声,以减小变频电路对电网的干扰,同时也对电网电压进行滤波。压敏电阻ZNR1、ZNR2实现对电网电压的过电压保护。AS1为耐压值为3600V的放电管,可对雷击感应产生的电压进行有效的保护。PTC1电阻和继电器RL3构成放电回路,以避免室外机接通电源后,因直流回路中电解电容的充电电流过大而损坏整流模块。
由图8-20可知,整流模块DB1把220V电压转换成脉动的直流电压,由电解电容对脉动的直流电流进行滤波。滤波电感T2用以改善滤波效果,减小动态电流突变时直流电源的波动。微处理器的14脚作为电压检测端,18脚作为电流检测端。
( 2) 驱动板保护与控制电路:
变频模块用于驱动压缩机运转,它接收室外主控板发出的指令信号,具有自身过热保护、过电流保护以及欠电压保护功能。6路PWM控制信号一旦发生欠电压、过电流或高温等故障时,其控制接口将输出低电平,微处理器可即时封锁PWM控制信号。
(3) 复位电路:   
微处理器MB89865的27脚为复位信号输入端,当电源供电电压超过4V时,复位电路输出复位信号,正常工作时为高电压。复位电路是为主芯片的上电复位(复位是指将微处理器内部程序初始化,重新开始执行)及监视电源而设的,其主要作用为:一是上电延时复位,防止因电源波动而造成微处理器频繁复位,具体延时时间的长短由电容C25决定:二是在微处理器工作过程中实时监测其工作电压(+5V),一旦工作电压低于4.6V,复位电路的输出端(1脚)就输出一个低电平,使微处理器停止工作,待再次上电时重新复位。
复位电路的工作原理为:
电源电压Vcc通过IC2MC34064的②脚与复位电路内部的—个电平值作比较,当电源电压小于4.6V时,①脚电压被强行拉低,芯片不能复位。当电源电压大于4.6V时,电源给电容C25充电,从而使①脚电压逐渐上升,在芯片的对应脚上产生一上升沿信号,触发芯片复位、工作。
在检修时一般不易检测复位电路的延时信号,可用万用表检测各引脚在上电稳定后能否达到规定的电压要求,在正常情况下上电后①、②、③脚的电压分别为5v、5v和0v。如复位电路损坏,则表现为压缩机启动后即复位、压缩机不启动或室外机不工作。
(4)晶体振荡器电路:晶体振荡器电路用于为系统提供一个基准的时钟序列,以保护系统正常、准确地工作。晶体振荡器XTALI的①和③脚接MB89865的31和30脚,XTALI的②脚接地,这样便可提供一个10MHz的时钟频率,否则整个空调器就不能正常工作或者出现紊乱。
判断晶体振荡器的好坏可以使用示波器测量,也可以用万用表检测其电压,在正常情况下晶体振荡器3个引脚的电压分别为2V、0v和2V。晶体振荡器损坏时,故障现象为上电后室外控制板不工作,系统无法正常启动和工作。
(5)驱动电路
①压缩机驱动电路。该电路是由MB89865的④~⑨脚引出至IPM模块的控制电路,其主要作用是通过MB89865向IPM模块发出控制命令,采用脉宽调制(PWM)方式,改变各路控制脉冲的占空比,从而使压缩机实现变频控制。
②四通阀通断控制电路。若室内机发出制热命令,则室外机微处理器的50脚输出高电平,反相驱动器的14脚输出低电平给继电器,四通换向阀吸合,制冷剂改变流向,蒸发器和冷凝器互换角色,使空调器制热。
③室外机风扇电机驱动电路。室外机微处理器的52脚输出控制信号,经反相器反相后驱动继电器控制风机的开和关。

6)电压检测电路
在空调器的设计中,为了保护空调器不致因为外界电压的变化而影响使用甚至烧毁,在空调器的控制基板上设计了一种检测电路来检测供电电压是否异常,如出现过电压或欠电压,空调器将自动显示故障代码并进行保护。
   220V交流电压经电压互感器输入,然后电压互感器输出一交流低电压,经D4半波整流以及R23、C24滤波之后,由微处理器进行检测,电压高于260V或低于160V时,空调器将进行报警。
(7)电流检测电路
电流检测电路是用来检测压缩机供电电流的。当电流过大时,可能会损坏压缩机,甚至会烧毁电机线圈。利用电流检测电路对供电电流进行检测,如发现供电电流异常,空调器将会自动显示故障代码并进行保护。
继电器吸合时,电流互感器L2感应出电流信号,然后经D2整流、R10和R11分压以及C13滤波之后,输入到MB89865的18脚。二极管D1作为钳位二极管,将直流电压钳位在5v。
由于电流检测电路在保护空调器方面很重要,因此熟悉这方面的电路对维修非常有用。如电流检测电路出现故障,就有可能由于突然的大电流而导致电路损坏。这时可以用万用表的欧姆挡检测电流互感器的初级,看其是否开路。如果初级开路,则说明电流互感器损坏,应进行更换。如果初级正常,可用万用表的欧姆挡检测电流互感器的次级线圈,在正常情况下次级线圈的电阻为560Ω。如测得的电阻值偏大或偏小,都可能会引起空调器的电流检测值异常。
(8)温度传感器电路
温度传感器电路是空调器控制电路的输入电路部分,室外温度传感器是用来检测室外环境温度、系统的盘管温度、压缩机的排气温度的。通过对不同传感器的感应,将不同点的温度转换成电信号并传递给微处理器进行处理。经过微处理器的处理,再输出相应的控制信号至执行电路,以调整空调器的工作。
温度传感器电路空调器控制方面非常重要,如传感器本身或者相关电阻出现异常,就可能导致空调器温度检测不准,导致空调器的开关机时间及各种保护有一定的误差。此时可以用万用表电阻挡测量一下分压电阻和传感器的阻值,如电阻值不在正常范围内,应该马上进行更换。
(9)微处理器的主要引脚功能
现将微处理器MB89865(见图8-19)主要引脚的功能介绍如下。
4~9脚:可输出6路三相PWM控制信号,通过CZ3与IPM模块连接。
11~13脚:分别经lkΩ电阻连接发光二极管,可用于5v电源指示、IPM模块故障显示及除霜工作状态显示。
14脚:输入交流电压显示信号,根据电网电压的波动,对PWM信号的脉宽进行调整,以保障压缩机按正常的V/F曲线运行,满足电压和频率的协调控制。
15~17脚:分别为压缩机温度、盘管温度和环境温度的检测端,把检测到的温度信号传递给室内机,由室内机协调处理,实现系统的模糊控制。同时,室外机微处理器根据压缩机温度信号实现压缩机的保护运行,根据环境温度、盘管温度信号实现除霜功能及室外机风速的变化调节。
18脚:为电流检测端,保证在规定的最大电流值以下正常运行。超过限值时,则自动降频以减小运行电流;超过限值1.2倍时,微处理器必须封锁PWM脉冲,发出停机信号。
27脚:接上电复位电路,IC2 (34064)为监视5v控制电压的看门狗集成电路,电压低于4.6V时主芯片复位。
30、31脚:外接10MHz晶体振荡器电路,为微处理器提供时钟基准信号。
50、52、54、56脚:接功放驱动芯片IC3 (2003),驱动室外机风扇电机及四通阀工作。
1和63脚:分别用作串行通信发送端和接收端。通信电路如图8-21所示。

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