关于家用空调电控设计中相关要点探讨

2014-10-21申忠鑫

建筑工程技术与设计 2014年32期

申忠鑫

【摘要】文章结合笔者的实际工作经验，主要针对家用空调的电控系统设计要点进行了详细地总结与分析，以仅参考。

【关键词】家用空调电控系统；遥控器；室外机；变频空调

引言

随着经济的发展和生活水平的提高，空调在我国的普及率正在迅速提高，其用电量在以惊人的速度增长，空调用电直接影响国家能源安全战略和国民经济的可持续发展。家用空调分室外机跟室内机，而空调的电控系统是整个空调的核心和大脑。本文主要对定频电控的硬件和元器件进行了探讨，同时对变频空调电控原理进行浅析。

1 定频家用空调的电控设计

空调控制器的主要作用是通过采集一些输入信息，经过MCU的分析和处理，根据结合电控功能规格书的要求控制相应负载工作。

1.1 硬件电路设计

① 电源电路：一般家用空调的电源主要有两路：+5V和+12V。+5V主要为芯片提供电源，+12V则主要是提供给继电器、步进电机、蜂鸣器等。电源通常采用变压器变压→桥式整流→电容滤波→稳压管（7805和7812），最后分别输出+5V和+12V。

② 芯片外围电路：主要包括时钟电路和复位电路。时钟电路主要是利用晶振或陶瓷谐振器产生时钟供给芯片；复位电路则主要通过芯片7042或分压型电路，保证在上电时控制器能可靠复位。

③ 采样电路：主要有温度采样和电流采样。采样电路主要是通过电阻分压，MCU采样电压信号进行A/D转换。

④ 功率驱动电路：一般采用ULN2003或三极管来实现功率放大，驱动继电器、蜂鸣器步进电机等负载。

⑤ 负载强电电路：压缩机、四通阀、内外风机、电辅热、杀菌等都是通过驱动继电器的关断来控制220V电压输入，室内风机根据不同的设计要求，也有用可控硅控制220V电压输入。

⑥ 通讯电路：定频家用空调一般都是用电流环通讯，电路简单，设计成本低。

1.2 元件设计

①主芯片MCU：主要作用是采集环境信息和输入信息，根据功能要求实现对系统的控制。

②复位芯片7042：当该芯片的输入电压低于4.2V时，产生低电平信号，触发芯片复位。主要作用是保证当控制器电源部分受到强烈干扰时，使主芯片能可靠复位。

③晶振和陶瓷谐振器：为主芯片提供时钟信号，该信号的稳定性将直接决定芯片工作的稳定性。

④变压器：将市电220V转化为低压交流，然后通过整流和稳压为控制器提供低压直流电源。

⑤稳压管7805和7812：由于220V电源的波动很大，变压器输入的电压经过整流后，稳压管可以起到稳定直流电压的作用。

⑥继电器：通过继电器实现+12V对220V强电电器件的控制。

1.3 工艺设计

目前定频家用空调电路设计都已经相当成熟，工艺控制体现在电路设计上主要有以下几方面：

①降额设计：在选择器件的规格时，器件的额定容量一般都比实际运行条件大一倍左右，这样可以提高元器件工作的寿命，但同时会带来成本的增加，所以二者要选择适当的平衡点。

②改善控制器工作的环境：在恶劣的环境下，元器件出现损坏的概率会大大提高。一般空调控制器都是密封的，散热不好，所以在设计时要尽可能地降低元器件的发热，例如选择变压器时容量选择偏大一点，部分功率电阻的功率适当选大一点，稳压管配大点的散热片。

③电路保护：对于传感器、风机反馈等电路，由于输入端受到外界干扰时可能会带来电位的上升，所以在设计电路时，一般增加嵌位二极管，防止由于干扰导致弱电元器件被损坏。另外，对于部分采用三极管驱动继电器的电路，在继电器的控制端要增加续流二极管。

2 遥控器设计

空调遥控器系统可分为：集成电路IC（MCU）、芯片外围电路、液晶显示电路键盘、背光功能电路、随身感测温电路和红外发射电路。

①芯片外围电路。包括RC复位电路和时钟电路，首次装上电池、刚接通电源或按下复位键后，遥控器进入复位状态。时钟电路主要通过晶振和陶振两个高低频振荡器给芯片提供时钟脉冲信号，在待机状态时仅有低频振荡器工作，以完成计时及液晶驱动等低速的操作，当芯片读到有效按键时，启动高速振荡器，利用其输出的高频信号产生的输出以驱动红外发射电路，在红外发射结束时将系统时钟重新切回低频并关闭高频振荡器，以此减小遥控器的待机功耗。

②液晶显示电路：遥控器的液晶一般由芯片信号直接驱动，两者之间通过斑马导电条连接。

③红外发射电路：当遥控器主芯片接受到非独立的按键信号，红外发射电路便发射包含当前信息的代码，用以控制主控电路工作。同时，点亮发射指示灯，显示发射指示图形。

④随身感测温电路：通过把温度传感器与一固定阻值的电阻串联，利用温度传感器阻值随温度的变化而变化的特性，将环境温度这一非电量转化成模拟电信号，再通过A/D电路，将之转化为数字信号，并通过芯片内部处理，显示在遥控器液晶上。

⑤背光功能电路：按键时，使背光点亮，在一定时间后自动熄灭背光。

3 变频空调电控设计

变频空调分为交-交变频（交流到交流）与交-直-交变频（交流-直流-交流）。对家用电器的变频控制而言，不论是交流变频还是直流变频都是通过交-直-交的方式来实现变频运转的，即要得到可调频率的交流电。首先要把220V的交流市电整流为直流电，然后再由直流电变为可调频率的交流电，从而完成变频过程。

3.1 交流变频

①依据原理：n=60f（1-s）/p （n—压缩机转速，f—压缩机供电频率， p—电机极对数，s—转差率），通过改变压缩机供电频率f，在p与s不变的情况下，压缩机转速就会跟随频率的变化而变化。

②交流变频的核心：V-F曲线（电压-频率曲线）。在改变压缩机供电频率f的同时，必须同时改变输出给压缩机的电压，而且两者要等比例变化，否则将会出现压缩机运转不良、变频模块保护、整机功率因素低、能效比低、振动大等情况。电控开发人员根据压缩机的V-F曲线调节输出的频率及电压，从而使压缩机工作在最佳状态。

3.2 直流變频

直流变频并不是说压缩机是直流电供电，而是指采用的是一种称为直流无刷电机的压缩机而简称为直流变频。它的转化方式也是采用交-直-交的方式。

①优点：运行效率高、调速性能好、转矩大、噪音低、能效比高。