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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