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空調(diào)使用強(qiáng)電電流環(huán)通訊的控制原理及典型故障分析

作者:楊守武 時(shí)間:2016-04-26 來(lái)源:電子產(chǎn)品世界 收藏
編者按:本文主要對(duì)空調(diào)強(qiáng)電通訊電路形式及設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題進(jìn)行剖析,對(duì)其信號(hào)傳遞的變化及規(guī)則原理進(jìn)行系統(tǒng)描述,對(duì)通訊電路的設(shè)計(jì)隱患和耐久性問(wèn)題進(jìn)行理論分析,對(duì)保護(hù)電路方面的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行原理上的闡述。

摘要:本文主要對(duì)強(qiáng)電電路形式及設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題進(jìn)行剖析,對(duì)其信號(hào)傳遞的變化及規(guī)則進(jìn)行系統(tǒng)描述,對(duì)電路的設(shè)計(jì)隱患和耐久性問(wèn)題進(jìn)行理論分析,對(duì)保護(hù)電路方面的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行上的闡述。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201604/290274.htm

引言

  電路的廣泛運(yùn)用,起始于家用變頻機(jī)的普及。由于國(guó)家倡導(dǎo)節(jié)能減排,對(duì)家電行業(yè)提出了一系列低能耗鼓勵(lì)措施,各大家電企業(yè)也開(kāi)始由定頻時(shí)代轉(zhuǎn)向變頻時(shí)代,響應(yīng)家電低能耗化的發(fā)展趨勢(shì)。作為器,由于目前世界上使用數(shù)量最多的是內(nèi)外機(jī)分立式空調(diào),因此它在變頻家電的大軍中成為一種較為特殊的家電。因?yàn)榭照{(diào)器的變頻核心功率器件是放置在房間以外(即外機(jī)的),控制板必須存放在房間以內(nèi)(即內(nèi)機(jī)),如果要實(shí)現(xiàn)使用者對(duì)空調(diào)功率器件的即時(shí)控制,就必須增加壓縮機(jī)的外機(jī)功率控制板與內(nèi)機(jī)控制板之間的控制關(guān)系;外機(jī)板要響應(yīng)內(nèi)機(jī)的信號(hào)指令,就必須由通訊電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

  通訊電路一般有強(qiáng)電通訊和弱電通訊兩種形式,這兩種形式最主要的差異是連接內(nèi)外機(jī)的通訊線所載電壓不同,但均為直流電。強(qiáng)電通訊主要通過(guò)光耦將強(qiáng)電信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)并將信號(hào)傳遞至主控IC;而弱電通訊,則是直接的芯片間通信的傳遞。兩種形式相比,弱電通訊更直接,但由于弱電線連接內(nèi)外機(jī)距離較長(zhǎng),容易和強(qiáng)電接觸,干擾大、成本較高、故障率高,通常需要隔離芯片對(duì)波形處理,但仍然會(huì)被干擾。相對(duì)弱電通訊,強(qiáng)電通訊的抗干擾性能更強(qiáng),更容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離加長(zhǎng)通訊,本文對(duì)強(qiáng)電通訊的通訊過(guò)程、電壓傳遞過(guò)程和過(guò)程進(jìn)行了介紹。

  本文主要對(duì)空調(diào)強(qiáng)電通訊電路形式及設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題進(jìn)行剖析,對(duì)其信號(hào)傳遞的變化及規(guī)則原理進(jìn)行系統(tǒng)描述,對(duì)通訊電路的設(shè)計(jì)隱患和耐久性問(wèn)題進(jìn)行理論分析,對(duì)保護(hù)電路方面的設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行原理上的闡述。

1 空調(diào)強(qiáng)電通訊電路

  空調(diào)強(qiáng)電通訊的特點(diǎn)為強(qiáng)電單線通訊,故通訊線可以和火線、零線、地線一樣,封裝成一根整體的電線,不用分立出單獨(dú)的通訊線,從而減少了整機(jī)安裝調(diào)試過(guò)程中的操作難度。

  形成強(qiáng)電通訊電路的理論基礎(chǔ)是電流環(huán)。電流環(huán)實(shí)際是利用光耦的隔離特性,將強(qiáng)電通訊信號(hào)通過(guò)光耦中的二級(jí)管和三極管進(jìn)行強(qiáng)弱電的轉(zhuǎn)換,形成電流環(huán)回路,達(dá)到隔離強(qiáng)電并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制效果。即內(nèi)機(jī)輸出對(duì)應(yīng)外機(jī)輸入,外機(jī)輸出對(duì)應(yīng)內(nèi)機(jī)輸入,兩兩相連構(gòu)成環(huán)形通訊電路。電流環(huán)的核心元件為光耦,使用光耦的主要目的是使用弱電部分控制強(qiáng)電部分通訊,達(dá)到強(qiáng)弱電隔離的效果,使弱電部分工作不受強(qiáng)電部分干擾,進(jìn)而達(dá)到保護(hù)弱電不受強(qiáng)電影響的效果(如圖1)。

1.1 強(qiáng)電電路的具體脈沖傳遞過(guò)程

  強(qiáng)電通訊使用通訊電源為220V AC,經(jīng)過(guò)半波整流和電容濾波后,使用穩(wěn)壓二極管得到穩(wěn)壓直流電源。如圖2所示(圖2中四幅示波器記錄的電源整流的變化圖,分別對(duì)應(yīng)圖中1-4電路節(jié)點(diǎn)),由于電力設(shè)計(jì)為半波整流,所以對(duì)濾波電解電容要求較高,一般考慮參數(shù)較大的電容——1000μF 450V以上的電解電容。這樣的電容高度一般較高,裝配到主板上往往略顯突兀,容易受到撞擊。如果受到撞擊,則無(wú)法完成濾波,經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓二極管鉗位的交流電就會(huì)變成一系列固定頻率脈沖,進(jìn)入電流環(huán),最終變成干擾通訊的異常信號(hào)。所以在實(shí)際運(yùn)用中,我們對(duì)此類元器件都需要使用輔料進(jìn)行固定,保證其性能不受外力影響。

  整流后的直流電進(jìn)入電流環(huán),由COM線進(jìn)入圖1中所示的U1光耦開(kāi)始進(jìn)行信號(hào)傳遞工作。若以U1作為起始端,則當(dāng)電流經(jīng)過(guò)U1時(shí)二極管端工作,將U1光耦三極管端打開(kāi),信號(hào)便完成了由強(qiáng)電到弱電的轉(zhuǎn)化,從而使強(qiáng)電信號(hào)可以在弱電間進(jìn)行傳遞。

1.2 弱電電路的具體脈沖傳遞過(guò)程

  若以主控芯片作為起始端,主控芯片將信號(hào)發(fā)出,信號(hào)經(jīng)過(guò)保護(hù)電阻控制三極管開(kāi)斷。拉低光耦二極管輸出端電壓,使二極管導(dǎo)通,光耦的二級(jí)管端導(dǎo)通后,控制光耦光敏三極管端工作。信號(hào)持續(xù)傳遞,使得三極管端得以持續(xù)打開(kāi)閉合,將進(jìn)入電流環(huán)的直流電變成直流脈沖,達(dá)到信號(hào)輸出的目的。此階段實(shí)現(xiàn)了弱電信號(hào)向強(qiáng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。如圖3:圖3中的1點(diǎn),為芯片控制光耦二極管輸出點(diǎn);3點(diǎn)為5V電源輸出,為光耦內(nèi)部發(fā)光二極管提供工作電源;2點(diǎn)為光耦輸入點(diǎn),經(jīng)過(guò)交流電整流后得到的直流電由光耦三極管輸入端進(jìn)入。

1.3 通訊電路轉(zhuǎn)換過(guò)程中的電路保護(hù)措施

  由圖4可以看出,通訊電路工作原理較為清晰,不需要復(fù)雜的校正和數(shù)據(jù)處理,存在的形式僅僅為信號(hào)傳遞,這使該電路在本質(zhì)上具有性能穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)。為了保護(hù)其性能的穩(wěn)定,同時(shí)需要在該保護(hù)電路中增加電路保護(hù)措施,防止在信號(hào)傳遞過(guò)程中元件損傷。

  如圖4,由COM線開(kāi)始,R11為大功率保護(hù)電阻,在包裝光耦PC2二極管端得到足夠的電壓下,在傳遞信號(hào)過(guò)程中盡量減少電流的沖擊。因?yàn)楣怦疃O管端所需要的工作電壓十分小,常用電路中3V以上的電壓就足以滿足其正常工作,但在通訊電流環(huán)中的電壓可高達(dá)60V以上,即使二極管的耐壓能力是足夠的,增加電阻限流降壓也是必要的;在光耦的輸出端的三極管是信號(hào)輸出的地方,在此處增加齊納二極管,防止光耦輸出信號(hào)出現(xiàn)突變時(shí)將瞬間高壓傳遞到芯片中;R8電阻是將通往芯片的電壓再次降壓,達(dá)到保護(hù)芯片的目的(如圖4中1、2、3三個(gè)節(jié)點(diǎn))。最后一個(gè)R6為限流作用,防止電路中突變的電壓損傷芯片功能管腳;以上四點(diǎn)就是通訊電路中較為基本的保護(hù)電路。

  強(qiáng)電通訊電路常見(jiàn)于變頻空調(diào)內(nèi)外機(jī)通訊中,由于應(yīng)用廣泛,接觸到的環(huán)境不同,所以出現(xiàn)的功能問(wèn)題也比較多。從根本上來(lái)講,電源產(chǎn)生異常較多,所以從這個(gè)點(diǎn)出發(fā),此種通訊電路對(duì)電源保護(hù)做的設(shè)計(jì)較為突出,可供大家借鑒。

參考文獻(xiàn):

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本文來(lái)源于中國(guó)科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第4期第35頁(yè),歡迎您寫論文時(shí)引用,并注明出處。




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