空调典型电路设计规范.doc

空调典型电路设计规范 第 39 页 共 39 页总 述电子电路与电子设备都需要有一个稳定的直流电源提供能量，而且对于我们现在所面临的控制器而言，都是利用电网提供的交流电源，经过整流、滤波、稳压后，滤去其不稳定的脉动、干扰成分，来使电子电路与电子设备保持正常的工作，并且我们目前绝大部分都是使用的线性电源，即通过降压、整流、滤波、稳压后而提供给电子电路及芯片工作的。下面我们就原理及设计规范分各部分具体说明。第一部分：原理性介绍下面我们就线性电源的降压、整流、滤波、稳压部分分节做较为详尽的原理性介绍一、 线性电源电路的方框图与典型原理图：线性电源电路基本上由四部分组成：变压器降压、二极管或桥堆整流、电容或电感滤波、三端稳压块稳压，他们之间的组合则可构成一个最基本的，也是最可靠的线性电源电路： V1 变压器 V01 整流 V02 滤波 V03 稳压 V0负载方框图 变压器 整流桥 7812 7805 C1 C2 C3 C4 C5 C6典型电路图二、线性电源电路的降压部分即电源变压器部分1、 结构与原理变压器由线圈绕组、铁芯组成。一般而言，变压器还有一个外壳，用来起屏蔽和固定作用。一般的变压器具有一个一次绕组、一个或多个二次绕组，线圈绕在铁心上。给一次绕组加上交流电，由于电磁感应的原理，在二次绕组上则有电压输出。给一次绕组加上交流电后，在二次绕组周围则产生交变磁场，一次绕组通电后产生的磁力线绝大部分由铁心构成回路（铁心的磁阻远小于空气的磁阻）。二次绕组绕在铁心上，这样它的线圈切割磁力线而产生感应电动势，结果在二次绕组两端有电压输出。无论在铁心上绕几个二次绕组，二次线圈上都会切割磁力线而产生感应电动势。2、主要特性 电压比：亦称匝变比，用n表示。它是一、二次绕组匝数之比： n=N2/N1=V2/V1;式中 ： n变压器的匝比 N2二次绕组的匝数 N1一次绕组的匝比 V2二次绕组的输出电压 V1一次绕组的输出电压将上面的公式变换一下，得： V2= V1*N2/N1从上式可知，当n1时，V2 V1,为升压变压器； n=1时，电压未变化，称为1：1变压器（如隔离变压器）； n1时，V2 V2时（即n1），有I11），有I1I2；换句话说，在降压变压器中，二次侧输出小电压大电流，二次侧输出电流大于一次侧输入电流，所以这种变压器的二次绕组线径比一次绕组线径粗；在升压变压器中，二次侧输出大电压小电流，二次侧输出电流小于一次侧输入电流，所以这种变压器的二次绕组线径比一次绕组线径细。 在实际应用中，变压器是存在损耗的，但电压、电流关系仍符合以上所述的关系。 阻抗关系变压器可以进行电压变换，在某些场合则是利用它的阻抗变换特性。利用欧姆定律，上述推导公式做适当的变换，得； P=V2/Z； P1=P2； V12/Z1=V22/Z2； Z2/Z1=V22/V12=（V2/V1）2=（N2/N1）2=n2；式中： Z1变压器一次输入阻抗 Z2二次负载阻抗 n匝比由上式分析可知，Z1、Z2之间的关系与n2有关：当n1=n2时，Z1=Z2，这说明变压器一次侧的输入阻抗等于二次侧的负载阻抗，此时变压器无阻抗变换作用；当n1n2时，Z1=Z2/ n2，这说明变压器一次侧的输入阻抗等于二次侧的负载阻抗降低n2倍；当n1=（35）T/2，T为电源周期，R=Uo/Io，C=（35）T/（2R）=（35）/（2Rf）。电容的耐压1.414Vo1。依照以上两个参数，选取电容C1、C3、C5。一般经验为IMAX=500mA，C=2000uF; IMAX=350mA，C=1000uF; IMAX=100mA，C=470uF; 3、独石电容的使用电源通过电解电容滤波后，滤去的是脉动部分，交流脉动部分通过C1、C3、C5流入地。由于C1、C3、C5容值较大，在高频时阻抗较大，有感抗特性，即C1、C3、C5对高频干扰信号无法滤去，所以在实际电路中，我们再使用独石电容滤去其高频干扰部分，改变负载的瞬态响应特性。在一般电路中，C2=104224，C4=104224，C6=104。四、线性电源电路的稳压部分电路电源通过降压、整流、滤波后，要提供给电子器件或芯片工作电源，保证其正常的工作，精确的取样，还需经过稳压，滤波。目前我们使用的为三端稳压器7805、7812，它有输入、输出和公共端三个端子。输出电压稳定不变。这种稳压器内部集成有取样电路、保护电路、调整电路、比较放大电路、基准电路、启动电路、恒流源电路。方框图如下： 调整电路 恒流源部分 保护电路 Ui Uo启动 基准 比较 取样电路 电路 放大 电路稳压器工作原理方框图1、稳压器的参数：、 最大输出电流Iomax：它是指集成稳压器允许输出的最大电流的极限值。但是请注意，最大输出电流与最大负载电流Ilmax不同，Ilmax是指稳压器正常工作时的最大输出电流，为保证稳压器正常工作，Ilmax应小于Iomax。同时请注意最大输出电流Iomax往往由调整管的最大消耗功率Pmax来决定： Iomax=Pmax/（Ui-Uo）。Ui为稳压器的输入电压；Uo为稳压器的输出电压。最大消耗功率与稳压器上所加的散热片散热效果有关。、最大输入电压Uimax它是指稳压器的输入端所允许加的最大电压。应用时超过此极限值会导致稳压器损坏。、最大耗散功率Pm： Pm=（Ui-Uo）*Io、工作温度Topr、最小输入、输出电压差（Ui-Uo）min 为了保证稳压器正常工作，必须保证具有一定的输入、输出电压差。如果输出以定，则输入必须保证大于一定值。若输入太低，则可能导致稳压器稳压性能不好，而且输出电压的纹波也会过大。电源经稳压器稳压后，会因为器件本身的原因及负载的变化，导致电压有一定的波动、纹波。为保证器件的正常工作，需采用电容滤波。2、应用注意问题在实际应用电路中，我们应该注意以下几个问题：、 最大输出电流对于目前我们所使用的稳压器，要注意它的最大输出电流，即一定要保证它的带载能力。对于MOTOROLA的稳压器而言， MC78XX 的最大输出电流为1.0A； MC78LXX的最大输出电流为0.1A； MC78MXX的最大输出电流为0.5A； MC78TXX的最大输出电流为3.0A；、 输出电压情况 在厂家介绍稳压器的资料中，都没有C2、C4、C6，但在我们的具体实际应用中，为了减低输出电压的纹波，保证它在运行的发热高温过程中，纹波不能太大，我们一定要加这三个高频滤波电容，一般选择耐压25V的独石电容就能达到要求。、 散热情况在稳压器的运行过程中，由于它要消耗一定的功率，所以一般而言，发热比较严重，在负载较大时，需使用散热片帮助其有效散热。需散热的功率可按下式估算：P=（Ui-Uo）*Io算出需散热的功率后，依据实际条件，选取散热片，以帮助稳压器有效散热。通过以上所介绍的降压、整流、滤波、稳压环节，我们将交流电网所提供的交流电源，经变压器降压后，整流为脉动的直流电源，再经滤波后，保持其直流部分，滤去交流和干扰部分，提供给稳压器，经稳压器稳压后，滤波，再提供给负载，以保证电源的稳定性，满足电子器件及芯片的正常、稳定的工作。第二部分、设计规范就以上对线性电源电路的介绍，参照目前我们的设计，提出以下设计指引，以规范我们的设计。一、变压器现在我们所使用的线性电源电路中，变压器都为降压变压器，即n2/n13V。输出级为光敏双向管，导通时I=100mA，压降3V，导通时状态维持电流为100A，截止时，它的阻断电压为直流250V；当维持电流250VAC、或输入级发光二极管发光时，则双向管导通；双向光电耦合管的最大静态du/dt为2V/s时，当加在双向管两端的电压变化du/dt2V/s时,则双向管导通，为防止这种误导通的情况出现，一般都需要在输出端加上吸收电路，通常为加阻容滤波电路，这样可降低du/dt，同时保护TLP3526的输出级，防止双向管的误导通，而且可以同时吸收可控硅调速调整导通角对电路的干扰。 +12V +5V +5V 1U/450V 4148 390 5.1K 速度检测驱动口 51/1W TLP3526 333/250V N Q1 L（图六）总结从上面所述的几个电路的工作原理分析，我们可以综合总结一下目前我们美的分体机的室内风机工作原理：首先，我们通过过零检测电路，检测出电源电压的零点位置；其次我们通过芯片软件的编写来对应出目前空调器运转所需的室内风机的转速，同时通过风机速度检测电路检测出目前风机运转的速度，来与实际所需转速比较，判断出需加在风机上的电压是需增大还是减小，还是保持不变从而决定是否需调整可控硅的导通角，再依照过零检测电路检测出的零点时刻，来决定何时触发可控硅，通过触发时间的不同，即导通角大小不同，来调节施加于风机上的电压的有效值，达到风机转速稳定的目的。 MCU都有一个最低工作电压限制，当电源电压跌落到低于MCU所要求的最低值时，MCU工作可能发生混乱，造成程序跑飞，引起整机死机、误动作等现象。因此，我们必须在MCU电源电压下降到其要求的最低工作电压以前将MCU复位，当电源电压恢复时再消除复位信号，使MCU正常工作。我们公司使用的是专用复位芯片来为MCU提供一个复位信号。现在使用的复位芯片主要是MOTOROLA公司的MC34064P-5和KEC公司的KIA7042AP，运用最多的是MC34064P-5。使用专用复位芯片可以简化电路，降低成本。在电源上电或电源电压跌落到某一程度时，复位芯片检测到一个低于规定值的电压，于是输出端产生一个低电平复位信号，当电压升高至某一正常值后，复位芯片不再输出低电平信号。下面对上述两款芯片的工作原理和应用电路做详细说明：一、MC34064比较电压u 内部电路框图VCC (2)RESET (1)-+GND (3)MC34064芯片内部电路含有一个阈值电压十分精确的施密特触发器，抗干扰能力很强。RESET-VCC RESET-VCCOUTPUT VOLTAGE（V） 0 2.0 4.0 6.0 8.0 10OUTPUT VOLTAGE（V） 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 2.0 4.0 6.0 8.0INPUT VOLTAGE（V） 4.57 4.59 4.61 4.63INPUT VOLTAGE（V）以上两图是输入电压VCC与RESET输出的对应关系，触发器的阈值电压分别是4.59V和4.61V。u 应用电路C输出+5V地123RESETMCUR+5V34064系统一上电或系统电源电压跌落到某一规定值时，复位芯片输出一个低电平复位信号，使MCU在电源电压低于某一规定值时处于复位状态，当电源电压达到规定值以上时，复位芯片输出将变为高阻状态，此时，电源通过R对C充电；当电压升高到一定值时（各种MCU有些差异）MCU正常工作。因为MCU对复位信号的持续时间有要求，复位信号必须大于10s才可使MCU复位，所以在34064的RESET输出端接入一R、C延时电路，延时时间t计算方法为：t=RCln1/（1-Vth/Vin）式中Vth是MCU的复位信号电平值，一般为00.1V。我们公司通常取R为12K，C为0.47f，则：t=121030.4710-6ln1/(1-0.1/5) 100sRESET信号波形为： 5V3V01V复位信号有效期二、 KIA7042u 内部电路框图VCCRESET+-GND KIA7042是一个作用于电源通断时提供精确复位信号的专用芯片，动作电压为4.2V。其应用电路和产生的波形和34064相似，设计时可以参考34064的内容。三、在设计的过程中可将34064的复位电路作为优选电路，选用型号为MC34064P-5，也可用MC34164P-5代用。+5V RESET四、对于一些MCU如MC68HC05SR3，由于本身带有低电压复位功能因此不再需要另外的复位IC，只要外接R、C即可！R、C的大小可以根据有关芯片的资料来选取。应用电路如下：一、电路图: 优选电路: 图(a) 、图(b)。 温度传感器有一特性,即在不同的温度时有不同的电阻值,利用传感器的这一特性,可设计温度检测电路：图(a)为常见电路, 图(b)在两个分压电阻上分别加了个稳压二极管,用于防静电箝位，主要用在大功率分体机、移动空调、抽湿机等容易产生静电的机型。以前使用过的温度检测电路还有很多种,如图(c)是23常规机所用电路, C1与C2起到同样的滤波作用; 柜机的电路是图(d),它的电容C1用的是47F; 变频机所用电路又有区别,如36变频为图(e),没有用C1,它的C2为223,45变频为图(f),R2为1K,50变频为图(g). 空调器所用的温度检测电路中还有一种为排气温度检测电路,电路基本相同,如50变频所用的图(h)。二工作原理及电子元器件在电路中的作用:所有温度检测电路原理大致相同,现以空调器中常用的电路图(a)为例进行分析: 电路中，温度传感器RT（相当于可变电阻）与电阻R1形成分压，则A端电压为：5R1/（RT +R1），随着外界温度的变化，温度传感器RT的电阻值跟着变化，则A端的电压相应变化。因为RT在不同的温度有相应的阻值，则不同的外界温度在A端有相应的电压值，外界温度与A端电压形成一一对应的关系，可以把此对应关系制成表格。因此单片机可根据不同的电压值检测外界温度。电路中，RT与R1组成分压电路，C1、C2和R2形成型RC滤波，C1对分压电路输出电压进行第一次滤波(平滑滤波)，随后C1两端余下的交流杂波又被R2和C2分压。这余下的交流成分大都降在R2上，而C2两端余下的交流成分就极小，于是起到了第二次滤波(高频滤波)的作用。但是R2的阻值不能太大，它会使输出直流电压损失，通常取1K或2K, 所以这种滤波器多用于负载电流较小的场合。 此温度检测电路，RT与R1可互换,此时A端电压为5 RT /（RT +R1）,C1亦可用47F电容替代,在有些电路中,也把C1省去不用,考虑到性能可靠、规范性及编程方便，通常用图(a)所示电路,取R1为8.06K、R2为2K, C1为10F、C2为贴片电容103或104(即0.01F或0.1F)。但在某些有静电的场合,如移动空调器,经常用手触摸,则最好用防静电温度检测电路，见图(b) 三历年来我公司温度传感器使用情况:我公司自从设计空调器以来，使用了很多型号的温度传感器，不断更新，日渐统一。优选温度传感器型号为日本芝浦的KTEC-41-MD1-XXXE(室温传感器) 、KTM-41-MD1-XXXE(管温传感器)和PTM-51H (排气温度传感器)。其中XXX 表示外形尺寸L。公司以前各种温度传感器使用情况简介如下:1 1995年：蒸发器温度传感器 PT-43-103 室温温度传感器 PT-43C-103 适用机型：KFR23/36GWY KFC36/45GWY2 1996年： 室温感温头 MD-AC-01 （厂家型号：ZX-MD-AC-01-290E） 蒸发器感温头 MD-AC-02（厂家型号：ZX-MD-AC-02-290C） 生产厂家：南韩新基 (参考有关元器件规格书) 适用机型：分体机KFR23/36/42/45GWY KFC36/42/45GWY 遥控窗机KC25/32Y KCD25/32Y3 1997年： 管温传感器JSF-103 室温传感器 JSE-103 生产厂家：南韩新基 (参考有关元器件规格书) 适用机型： KFR-48LW/Y 室温传感器 150-502-88084 管温传感器150-502-88102 生产厂家：日本北陆 适用机型： KF23GWY 室温传感器 KTEC-41-MD1-XXXE 管温传感器KTM-41-MD1-XXXE 生产厂家：日本芝浦 (后附元器件规格书)命名规则：KTEC-41表示感温头为环氧封装，大小为6*25， 插子为XHP-2（红色） KTM-41表示感温头为紫铜，大小为6*25， 插子为XHP-2（红色） XXX 表示外形尺寸L，单位mm，如290表示线长290mm E 表示感温包温度特性，为：B（25/50）=41003% R25=10K3%4 1999年： 排气温度传感器 PTM-51H 生产厂家：日本芝浦 （参考有关元器件规格书)四温度传感器温度电阻特性:KTEC-41-MD1-XXXE 和KTM-41-MD1-XXXE型温度传感器温度电阻表如下：温度（）-1001025355060电阻值（K）530162.8231.5736.1519.3221.439.7 10.36.1476.7043.2433.6702.1762.52 此处只列出目前使用的KTEC-41-MD1-XXXE 和KTM-41-MD1-XXXE型温度传感器温度电阻表，其余型号传感器的温度电阻表参见元器件规格书2.503.004JT、2.503.006JT、2.503.045JT、2.503.072JT、2.503.073JT、2.503.087JT、2.503.088JT、2.503.089JT、 B13-J0171。 美的空调器现在选用的遥控接收头都是飞达电子公司提供，曾选用HS0038B、HS0038A等型号。现在所采用的接收头型号HS0038A2性能更优越，因而设计电路都选用HS0038A2接收头。（参见有关规格书的说明）。现从工作原理和两个典型电路具体分析：一、 工作原理：接收头内部有一接收窗口，是一光敏元件，接收范围局限在某一频率范围的红外线。当光敏元件接收到f1频率的红外线，内部相应激发出一定大小电流，经I-V电路转换成某一电压，滤波后，经一比较器输出脉冲电压，再经内部三极管电平转换，输出间隔不一幅度为+5V脉冲信号送主芯片处理。二、 典型电路分析：现提供两组电路图（图a、图b），并对电路中各元器件参数设置进行说明。 图a 图b图a中各元器件参数设置：1、 为了减少外电路对+5V电压的干扰影响，保证电气过应力足够，应在供应电压线上加电阻。但电阻不能太大，电阻大了压降也大，这样有些微处理器不一定能正确探测信号，推荐值150。2、 为了使输出脉冲的上升时间短，电容最好选用102独石电容。如果选103电容，则脉冲上升时间加长，信号容易失真。3、 在输出线增加限流电阻对预防电火花出现有好处，如果电阻太大，压降相应也高，为了保证电路正常工作，要依靠微处理器的电工能负荷的增加。为了使电路与所有的微处理器能兼容，输出信号线电阻选用1K电阻。4、 为了外界干扰电压对摇控接收头的干扰，在+5V进线端加一电解电容，起到平滑波形作用。图b中各元器件参数设置： 相同元器件参数选定依据图a。 不同的是此电路在输出端增加一个PNP三极管，当选用插件三极管，一般选用9012，贴片三极管选用DT143。遥控输出信号为高电平，经电平转换同样输出高电平，有利于降低阻抗输出信号，增加抗干扰能力。三、 电路比较：两电路原理相同，如果接收头离芯片较近，外界干扰少，可采用图a电路，反之采用图b电路。一、典型的压缩机电流检测电路：在分体机和柜机电控系统中使用得最多、最为典型的压缩机电流检测电路如下图所示： 图中包括下列元件：1、 电流互感器TT1将被检测的交流电流转化成可取样的小电流（交流）；2、 模拟负载电阻R1将转化后的小电流转化成电压（交流）；3、 整流二极管D1将转化后的交流电压（半波）整流成直流电压；4、 电解电容C1平滑整流后直流电压波形，输入到芯片；5、 分压电阻Rx和R2（16K）用于调整A/D转换的参数，直接确定输入到芯片口的A/D参数；6、 钳位二极管D2确保输入到芯片口的模拟量不大于5V，以免损坏芯片；7、 电阻R3和电容C2组成了RC滤波电路。由于MCU 的A/D口所需输入电流极小，这里将其加在芯片与输入量之间，不会产生压降，因此不会影响采样的精确性。但对电流检测电路的输出信号进行了滤波，防止高频干扰。二、电路的工作原理及各元器件的主要功能：在了解电路工作原理之前，首先弄懂电流互感器TT1的工作原理。电流互感器实际是一个线性变压器。其输入电流（被检测电流）与输出电流跟它的内部线圈匝数成正比关系（均为交流电流量）。这样我们开始叙述电路的工作原理：假如检测压缩机电流值为Ii，根据电流互感器固定的初级/次级线圈匝数比（常量）C，可确定输出电流（为交流）Io=Ix/C；在选取负载电阻R1（通常为1K）时，其阻值远远小于两分压电阻值。这样，R1的阻值约等于实际的负载电阻值。于是，R1两端的电压Uo=R1Io=（R1Ix）/C；（注：此为交流电压值）；在经过整流二极管D1半波整流后（由于MCU 的A/D口所需输入电流很小，此处按严格的计算关系），二极管D1的负极与地之间的直流电压V1=（2/2） Uo=（0.707R1Ix）/C；要减掉二极管上的压降约0.5V。直流电压V1在分压电阻Rx和R2上分压，得出Rx和R2公共端的电压值V2=Rx（Rx+R2） V1=Rx（Rx+R2） （0.707R1Ix）/C-0.5，这就是最终输入到芯片检测口的压缩机电流参数模拟量（改值仍需通过实验最终确定。不同电流互感器及分压电阻Rx对应不同的最终输入到芯片检测口的电压参数表见附录二）。直流电压V2必须经过电解电容C1平滑波形，成为较平稳的电压模拟量输入到芯片A/D口。钳位二极管D2目的是确保输入到芯片口的模拟量不大于5V，以保证芯片的工作可靠性；电阻R3和电容C2滤除输入量的高频成分，减小其对MCU的影响。三、电路中各元器件的取舍及参数说明：1、 电流互感器TT1是整个电路中最关键的器件即电流传感 器；目前分体机和柜机电控系统中对该元器的选取各不 相同。现用互感器型号参数特性：分体机参见附录一；柜机参见：杭州新际电器配件有限公司企业标准 空调器用0057W电流检测器。我们在设计中尽量使用已有的电流互感器。2、 R1是模拟负载电阻，目前我们的电路中大部分使用1K电阻，按上面的计算公式该电阻当然越精确越好，我们可以选择精度为1%电阻（其功