基于单片机电动空调压缩机控制器低功耗节能设计

胡 超

（广东美的制冷设备有限公司，广东 佛山528311）

0 前言

空调系统的能耗在现实生活中是一个不可忽视的问题。 因此，研究设计低能耗空调系统对于节能来说非常重要。空调压缩机控制器是空调系统中的一个重要组成部分。采用基于单片机控制的电动空调压缩机控制器是一种有效的低功耗节能手段。 电动空调压缩机是由电机、电子控制单元和压缩机等组成,压缩机由电机驱动,电子控制单元控制电机的运转。永磁无刷直流电机因为性能优良等特点在诸多行业备受重视,尤其在节能方面具有巨大优势。 无刷直流电机在空调压缩机中采用变频等技术，很大程度上降低了噪音和损耗，从而达到节能的目的。 采用基于单片机控制的控制器节能效果明显，具有广泛发展前景。

1 电动空调压缩机工作过程

压缩机是电动空调系统中一个非常重要的部件，它为空调系统的正常工作提供了保障。空调压缩机在空调系统中主要用来压缩驱动制冷剂。 空调压缩机的工作过程有蒸发和冷凝过程，压缩机把制冷剂压缩后进行冷却，同时通过散热片向空气中散热，制冷剂也发生形态变化，压力也同时升高。 制冷剂随后被送到到蒸发器中，压力下降。 此时散热片吸收空气中大量的热量。 经过这样一个循环过程，空调压缩机不断工作，就不断把热量散发到空气中，从而进行调节气温的工作。电动空调压缩机一般都采用电机驱动，而且现在空调压缩机的电机多采用无刷直流电机进行驱动。 无刷直流电动机，是一种用电子换向的小功率直流电动机。这种电动机的特点是结构简单，运行可靠，工作效率高。 无刷直流电动机中采用的是自控式逆变器，它的输出频率不是独立调节的，而是受安装在同步电动机轴上的转子位置检测器控制。 这也是电动空调压缩机的具体工作方式。电动空调压缩机主要通过单片机控制器进行相关的控制和调节，对空调系统的一些设定参数进行控制，并进一步控制电动空调的低功耗和节能效果。

2 控制器低功耗节能设计途径

控制器是控制电动空调的的主要部件。要想使空调的功耗低从而达到节能的目的，必须对控制器进行全面的设计，主要包括硬件设计和软件设计两大部分。硬件和软件的双重设计和结合使低功耗成为常态，并为节能提供了保障。

2.1 单片机的合理选择

单片机在现代生活和工业中的电子产品中广泛应用。 单片机实质上是一种微控制器， 它主要功能是将多种处理器以及接口等通过相应的芯片集成而成。 与其它普通的微处理器相比较的话，单片机的最大优点就是不用外接其它的硬件，从而节约了制造成本。 单片机有很多显著的特点，比如单片机的结构比较简易、方便用户使用，可通过模块化进行编程；单片机可靠性很强，可以连续进行长时间的工作。 此外，单片机本身需要的电压较低，因而能耗也比较低。 单片机本身可以做成小规模产品，便于使用者携带。 可以说单片机的功能是十分强大的，能够满足现实中很多实际需求。 单片机应用在电动空调的压缩机控制时需要进行相应的匹配和合理选择。 只有这样才能充分发挥单片机的优势，进而达到节能的目的。 整个空调压缩机系统的控制器要采用合适的单片机，以期满足需要的供电电压等相关要求。 单片机具体在空调待机不需要正常工作时进行控制，降低空调能耗，从而节约电能。 在空调其它工作状态下时单片机再进行对应的控制。 单片机作为一个核心部件，它性能的优劣直接关系到空调的工作效率以及低功耗的实现甚至减小能源消耗等，所以在进行单片机的选择时要合理、规范而有效。

2.2 电路的全面统筹

空调系统作为一个系统的整体，缺少不了电路的设计。 而空调压缩机控制系统的电路设计也非常复杂，电路的设计包括主控电源电路设计、低功耗电源电路设计以及模式切换电路设计等相关设计，必须全面统筹进行合理有效的设计。 在主控电源电路的设计环节，多采用双路供电工作方式，并采取电子开关转换方式实现相应工作模式的切换。主控电源根据电机工作模式的需要，进行相应电压的供应，以提高电源转换效率。 在低功耗电源电路设计环节，电源可采用低功耗直流电-直流电，从而满足相应的电压和电流的要求。两路电源都可以产生相应的电压给单片机供电，当单片机进行工作模式的转换时，电子开关能够切换到要使用的电源。 在设计电子开关时，依据控制器的输入电流和输入电压来进行选择，同时考虑到散热体积、散热效果和成本，选择合适的晶体管来作为电子开关的材料。空调系统的工作模式其实可以分为两大类，就是低功耗模式以及其它功耗工作模式，根据实际需求，单片机需要在这两大类工作模式之间进行相应的切换，因此必须设计相应的模式切换电路。其中唤醒电路是模式切换电路的一种有效方式。 使用者可以通过调节外部信号来控制控制器中的相应程序。控制器通过外部速度信号以及不同占空比来调节电机的转速，并同时调节相应的电压和电流在一定范围内变化。 总而言之，电路的设计在空调系统中是一个十分重要的设计环节，需要根据实际情况和设计目标做好各电路的设计以及各电路之间的全面统筹协调，从而提高工作效率，达到低功耗和节能的效果。

2.3 控制软件的编程

任何一个电子产品的成功运行，除了在硬件上进行相应的保证和升级，软件的设计和编程也非常重要。 必须对硬件进行相应的软件控制才能使硬件正常甚至高效工作。控制软件在编程的时候可以采用模块化的编程方式，从而控制电机的待机、起动、停止、低功耗等工作模式。 控制软件除了使空调进行相应模式的工作之外，使空调进行安全的正常工作也十分重要。 因此在控制软件的编程环节，也需要针对现实生活中常见的安全问题进行合理有效编程。比如要避免在空调刚通电时出现过压、过载、过流、过温等情况，从而保证空调系统起动正常。因此在软件编程的时候要考虑到各种保护机制，防止在系统工作的时候产生故障影响安全。 控制软件的编程也可以降低空调系统的功耗。其中在编程的时候采取限流降速的方法来降低功耗。也就是控制软件根据使用者的具体需要，限制压缩机的工作电流，并且可以调整相应的限流值。 如果压缩机的电流超过了限制的电流，控制器会则根据之前设定好的程序来降低电机转速，减少能耗，从而实现节能。通过软件的编程，可以根据实际情况，使控制器执行相应的程序，从而控制电机的运行，使空调系统在待机等环节实现低功耗，从而达到节能的目的。

3 结语

采用单片机来进行电动空调压缩机的控制是一种有效的低功耗节能方式。本研究在空调系统节能的必要性以及压缩机工作过程的背景下，具体提出了三种控制器低功耗节能设计措施。 要合理选择单片机，进行相应工作模式的控制和切换。要全面统筹电路，在主控电源电路设计、低功耗电源电路设计以及模式切换电路做好设计和协调。 软件在控制时编程环节要考虑实际情况， 并要保障空调系统的安全问题。 这些措施的实施都为空调系统的低功耗和节能提供了有效思路和合理建议。

［1］朱勇.基于DSP 的集成式无刷直流电动机驱动控制系统的研究[D].广州：广东工业大学,2014.

［2］孙民,李声晋.一种基于dsPIc3F040ll 的空调压缩机用无刷直流电动机控制器设计[J].微电机,2008.