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看图学习变频空调器电控系统维修
来源:本站整理  作者:佚名  2015-09-06 05:30:44


 

    第二节 室外机电源电路和CPU三要素电路
    本节介绍室外机电控系统的交流输入电路、直流300V电压形成电路、CPU三要素电路的工作原理,并详细介绍电源电路的工作原理、作用、检修方法和常见故障等基础知识。

    一、交流输入电路
    图4-8(a)所示为交流输入电路及直流300V电压形成电路的原理图,图4-8(b)所示为交流输入电路实物图。

    压敏电阻Z102为过压保护元件,当输入的电网电压过高时击穿,使前端20A保险管熔断进行保护;SA101、Z101组成防雷击保护电路,SAI01为放电管;C104、L101、C107、C 106、C 105组成交流滤波电路,具有双向作用,既能吸收电网中的谐波,防止对电控系统的干扰,又能防止电控系统的谐波进入电网。
    常见故障为L101交流滤波电感焊点开路,交流220V电压不能输送至后级,造成室外机上电无反应故障,室内机主板报出“通信故障”的故障代码。

    二、直流300V电压形成电路
    直流300V电压形成电路原理图如图4-8(a)所示。
    直流300V电压为开关电源和模块供电,而模块的输出电压为压缩机供电,因而直流300V电压间接为压缩机供电,所以直流300V电压形成电路工作在大电流状态。
    该电路的主要元器件为硅桥和滤波电容,硅桥将交流220V电压整流后变为脉动直流300V电压,而滤波电容将脉动直流300V电压经滤波后变为平滑的直流300V电压为模块供电。滤波电容的容量通常很大(本机容量为2 200μF),上电时如果直接为其充电,初始充电电流会很大,容易造成空调器插头与插座间打火,甚至引起整流硅桥或20A供电保险管损坏,因此变频空调器室外机电控系统设有延时防瞬间大电流充电电路,本机由PTC电阻PTC501、主控继电器RL505组成。
    直流300V电压形成电路工作时分为两部分,第一部分为初始充电电路,第二部分为正常工作电路。

    1.初始充电
    初始充电时工作流程如图4-9所示。

    室内机主板主控继电器吸合为室外机供电时,交流220V电压经L端由L101交流滤波电感直接送至硅桥交流输入端,经N端由电流检测变压器初级绕组至延时防瞬间大电流充电电路,由于主控继电器触点为断开状态,因此电压由N端经PTC电阻送至硅桥交流输入端。
    PTC电阻为正温度系数的热敏电阻,阻值随温度上升而上升,刚上电时充电电流使PTC电阻温度迅速升高,阻值也随之增加,限制了滤波电容的充电电流,两端电压逐步上升至直流300V,防止了由于充电电流过大而损坏空调器的情况。
    说明:实际应用中硅桥正极电压经20A保险管送至滤波电感,且滤波电感并联一个35μF电容(组成LC振荡电路)。在实物图中为使连接引线的走向简单易懂,将硅桥正极直接接至滤波电感,且将电容省略。
    2.正常运行
    正常运行时工作流程如图4-10所示。

    滤波电容两端的直流300V电压一路送到模块的P、N端子,一路送到开关电源电路,开关电源开始工作,输出支路中的其中一路输出直流12V电压,经7805稳压块后变为稳定的直流5V,为室外机CPU供电,在三要素电路的作用下CPU开始工作,当检测到室内机主板发送的通信信号后,CPU②脚输出高电平5V电压,经反相驱动器放大,驱动主控继电器RL505线圈,线圈得电使得触点闭合,电压由N端经触点直接送至硅桥的交流输入端,PTC电阻退出充电电路,空调器开始正常工作。
    3.主控继电器吸合时间
    CPU控制主控继电器吸合时,需要接收到室内机主板发送的通信信号,也就是说如果通信电路出现故障,室外机主控继电器触点一直处于断开状态,室外机供电由PTC电阻支路提供。如果电路一切正常,室内机主板主控继电器吸合,室外机电控系统得到供电,室外机CPU延时5s才能控制主控继电器触点吸合。
    这5s内室外机电控系统所做的工作有:第1步,为滤波电容充电至正常电压;第2步,开关电源开始工作并向室外机主板输出直流12V电压,12V电压经7805稳压块输出5V电压,CPU复位开始工作;第3步,CPU检测室内机主板发送的通信信号,如果正常,CPU54脚才会输出高电平5V电压,控制主控继电器RL505触点吸合,如果检测时没有通信信号或者不正常,CPU54脚一直为低电平,主控继电器触点一直处于断开状态,控制主控继电器吸合时不检测室外机3个温度传感器输入的信号和压缩机顶盖温度开关的信号,上述4个温度信号即使开路或短路,室外机主控继电器触点也会吸合。
    说明:目前的变频空调器室外机电控系统(如海信KFR-26GW/11BP),室外机从得电到主控继电器吸合需要4s的时间,并且不检测通信信号和室外机的4个温度信号。
    4.常见故障
    直流300V电压形成电路工作在大电流状态,因此故障率较高,常见故障及测量方法参见本书第1章第5节“特殊电气元器件”中的部分内容。

    三、电源电路
    1.作用
    室外机的电源电路基本上全部使用开关电源电路,只有早期的极少数机型使用变压器降.压电路,本机即采用开关电源电路。开关电源电路实际上也是一个电压转换电路,将直流300V电压转换为直流15V、直流12V和直流5V为室外机主板和模块供电。图4-11所示为开关电源电路简图与作用说明。

    2.工作原理
    开关电源电路原理图如图4-4所示,实物图如图4-12所示。

    由于开关管工作在“开”和“关”两种状态,因此而得名为开关电源。本机电路主要由开关管DQ 1、开关变压器BTl组成并联型开关电源电路,设计在模块板组件上面,工作时为自激振荡状态,开关管在电路中起着开关及振荡的双重作用,在导通期间开关变压器存储能量,在截止期间开关变压器输送能量,从而起到电压转换的作用;由于负载位于开关变压器的次级且工作在反激状态,因此开关电源还具有输入和输出相互隔离的特点。
    直流300V电压一路通过开关变压器BT1的初级供电绕组(5-7绕组)为开关管DQ 1的集电极供电;一路经启动电阻R2、R1送至DQ 1的基极,为其提供启动电流。DQ 1集电极电流Ic在5-7绕组上线性增长,在10-11绕组中感应出使DQ1基极为正、发射极为负的正反馈电压,使DQ1很快饱和,开关变压器开始存储能量。与此同时,正反馈电压给E1充电,随着E1充电电压的增高,DQ1基极电压逐渐变低,致使其退出饱和区,Ic开始减小,在10-11绕组中感应出使DQ 1基极为负、发射极为正的负反馈电压,使DQ 1迅速截止,BT1通过次级绕组开始输出能量。在DQ 1截止时,10-11绕组中没有感应电压,直流300V电压又经R2、Z1给E1反向充电,逐渐提高DQ 1基极电压,使其重新导通,再次翻转达到饱和导通状态,形成自激振荡。
    由于开关变压器BT1为感性元件,在开关管DQ1截止瞬间,BT1的5-7绕组会在开关管集电极上产生较高的脉冲电压,其尖峰值较大,容易导致开关管过压损坏,因此电容C1.二极管D1、电阻R3组成浪涌电压吸收电路,并联在BTl的5-7绕组,可将开关管截止瞬间产生的尖峰脉冲有效吸收,避免开关管过压损坏。
    开关电源工作后,开关变压器次级绕组输出的电压经整流、滤波形成多种直流电压,14-15绕组的电压经D6整流、E4滤波形成直流15V电压,17-16绕组的电压经D5整流、E5滤波形成直流15V电压,19-18绕组的电压经D4整流、E6滤波形成直流15V电压,12-13绕组的电压经D7整流、E3滤波形成直流15V电压,这4路直流15V电压为模块内部控制电路提供电源。
    1-2绕组的电压经D3整流、E2滤波形成直流12V电压,由模块和室外机主板连接线中的2号和4号线输送至室外机主板,为继电器和反相驱动器供电,其中的一个支路为7805稳压块的输入端供电,其输出端输出稳定的5V电压,为CPU及弱信号处理电路供电。
    3.开关电源负载
   (1)直流15V
    模块内部控制电路的工作电压为直流15V,开关电源输出的直流15V电压主要供给模块。模块15V供电分为两种类型:早期的模块通常需要4路直流15V电压,如图4-13(a)所示;目前的模块通常为1路(也就是单电源直流15V)。


   (2)直流12V
    主要供给室外机主板上的继电器、反相驱动器等器件,5V电压产生电路7805稳压块的输入端电压也取自直流12V,如图4-13(b)中白色虚线箭头所示。
   (3)直流5V
    主要供给CPU、复位电路、存储器电路、传感器电路、通信电路、电压检测电路、电流检测电路等弱电信号处理电路,如图4-13(b)中白色实线箭头所示。
    4.关键元器件
    本机开关电源电路为分离元器件的形式,以开关管为自激振荡电路的核心,开关变压器为储存能量元件。
    目前空调器的开关电源电路则为集成电路形式,以集成电路为自激振荡电路的核心,在以后的章节会介绍其工作原理。
   (1)开关管
    本电路使用的开关管型号为2SC3150,图4-14所示为其实物外观,2SC3150属中功率NPN型三极管,主要参数如下:最高工作电压906V,最大电流3A,最高工作频率15MHz,最大功率40W。

    由于开关管为NPN型的三极管,因此在测量时使用万用表二极管挡,实测方法及测量结果如图4-15所示。

    红表笔接基极、黑表笔接集电极和发射极时为正向测量,如果测量结果接近为0mv或为无穷大,则说明开关管短路或开路损坏;调换表笔后测量结果应均为无穷大,如果仍有阻值或接近0mv,则说明开关管有漏电阻值或短路损坏。
   (2)开关变压器
    开关变压器实际上也是变压器,将多个线圈不同的绕组按规律绕制在一个磁芯上面,并用环氧树脂或其他形式封装(以防漏磁影响电路工作),便构成了开关变压器,绕组的引脚在下方引出。
    早期的空调器开关变压器的体积较大,而目前的空调器开关变压器的体积则相对较小,其实物外观如图4-16所示。

    开关电源输出电压的支路不同,开关变压器绕组的引脚也不同。如本机开关变压器次级有5路电压输出,绕组5路x2有10个引脚,加上初级的反馈绕组和开关管集电极供电绕组的4个引脚,共有14个引脚;目前的空调器(如海信KFR-26GW/11BP)室外机模块供电通常为单路直流15V,开关变压器次级共有2路电压输出,绕组有4个引脚,加上初级的反馈绕组和供电绕组的4个引脚,共有8个引脚;也就是说,开关变压器的引脚由电路设计决定,不同型号的开关变压器外观和引脚也不相同。
    开关变压器的绕组由线圈绕制而成,因此使用万用表电阻挡测量绕组的两个引脚。由于绕组的作用不同,绕圈的匝数和线径也不相同,所以测量得出的阻值也不相同,阻值通常在1~10Ω。
    实测本机开关变压器数据如下:开关管集电极供电绕组5-7为4.1Ω,如图4-17所示;初级反馈绕组为0.352,次级12V供电绕组1-2为0.5Ω,次级4路15V供电绕组14-15、17-16、19-18、12-13阻值相等(均为0.8Ω)。

    由于开关变压器很少出现故障,即使线圈发生短路故障,单纯根据测量的阻值结果,也不能确定其是否损坏,因此在实际测量时只要在路测量绕组的引脚相通就可以了,不用将开关变压器拆下测量,也不必死记阻值测量结果。
   (3)整流二极管
    开关电源工作频率约在20kHz,因此开关变压器次级整流二极管反向恢复时间要快,本机使用型号为FR107,其反向恢复时间为500ns(纳秒);而普通交流变压器(工作频率为50Hz)的次级整流二极管通常使用I N4007,反向恢复时间为30μs(微秒)。这两种型号的整流二极管反向峰值电压均为1 000v、正向电流均为1A,但损坏后1N4007不能代换FR 107,而FR 107可以代换1N4007,最主要的原因就是反向恢复时间不同。FR107又称为快恢复整流二极管。注:1μs(微秒)=1 000ns(纳秒)。
    如果使用1N4007代换FR107,不仅会降低开关电源的效率,还会因1N4007反向恢复时间太长而严重发热导致损坏,增加开关电源出现故障的概率。
    FR107的外观和1N4007相同,如图4-18所示,带有白色圆圈标记的一端为负极。测量时使用万用表二极管挡,红表笔接正极、黑表接负极时为正向测量,有导通数值;调换表笔测量引脚为反向测量,结果应为无穷大。如正反向测量结果均接近0mv或为无穷大,则说明二极管出现短路或开路故障。

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