电流环通信电路硬件设计指引

美的中央空调事业部设计规范 编号：QMZ-J34.221- 2006 1 电流环通信电路硬件设计指引 （发布日期：2006-04-08） 1 范围 本设计指引对美的中央空调事业部变频空调上室内机与室外机通信普遍采用的共 N 线电流环通信 电路的硬件基本原理、各器件的参数计算选择、相关技术要求和实际使用中的有关问题进行了阐述。 本设计指引适用于美的中央空调事业部变频空调的控制器电路的设计。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有 的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方 研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。 GB/T2421-1999 电工电子产品环境试验 第 1 部分：总则 GB/T2423.1-2001 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 A：低温 GB/T2423.2-2001 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 B：高温 GB/T2423.3-2006 电工电子产品环境试验 第 2 部分：试验方法试验 Cab：恒定湿热 试验 GB/T2423.22-2002 电工电子产品环境试验规程 第 2 部分： 试验方法 试验 N：温度变化 GB4706.1-2005 家用和类似用途电器的安全 第一部分：通用要求 GB4706.32-2004 家用和类似用途电器的安全 热泵、空调器和除湿机的特殊要求 QMK-J29.001 空调器电子控制器 3 定义 3.1 通信电路 实现信号（如 0，1 信号）从一端传输到另一端的电路。 3.2 电流环通信电路 将信号载在电流环上，实现较远距离信号传输的通信电路。 3.3 共 N 线 电流环与交流电源的零线（N 线）共用一根线。 美的中央空调事业部设计规范 编号：QMZ-J34.221- 2006 2 4 总述 由于空调室内机与室外机的距离比较远，两个芯片之间的通信不能直接相连，因此中间必须增加 驱动电路，以增强通信信号，抵抗外界的干扰。采用共 N 线电流环通信电路，可以以最低成本实现较 远距离的信号传输。 5 电路设计 5.1 电路原理图 见下页。 5.2 通信原理 当通信处于室内发送、室外接收时，室外 OUT-TXD 置高电平，室外发送光耦 IC21 始终导通，若 室内 IN-TXD 发送高电平“1”，室内发送光耦 IC2 导通，电流环闭合，室内接收光耦 IC1、室外接受 光耦 IC20 导通，室外 OUT-RXD 接收高电平“1”； 若室内 IN-TXD 发送低电平“0”， 室内发送光 耦 IC2 截止，电流环断开，接收光耦 IC1、IC20 截止，室外 OUT-RXD 接收低电平“0”，从而实现了 通信信号由室内向室外的传输。同理，可分析通信信号由室外向室内的传输过程。 5.3 电路分析 5.3.1 电源电路 5.3.1.1 功能 为电流环提供电源。 5.3.1.2 电路组成 D1，R1，R2，R3，E1，C1，DZ1 组成电源电路。 D1 半波整流，C1 高频滤波，E1 平滑滤波， R1，R2 电阻分压、限流，R3 电阻分流，DZ1 稳压 24V。 交流 220V 经 D1 半波整流，R1，R2 分压、限流，R3 分流后，稳压二极管 DZ1 将输出电压稳定 在 24V，再经 E1，C1 滤波后，为电流环提供稳定的 24V 电压。 5.3.2 电流环电路 5.3.2.1 功能 实现较远距离的信号传输。 5.3.2.2 电路组成 IC1，R5，C3，IC2，C2，R4，D2，D20，R20，C20，IC21，IC20，R21，C21 组成电流环。 光耦 IC1，IC2，IC20，IC21 起隔离作用，防止电流环上的大电流、高电压串入芯片内部，损坏芯 片，R4，R20 电阻限流，将稳定的 24V 电压转换为 3mA 左右的电流，R5，R21 电阻分流，保护光 耦，D2，D20 防止 N、S 反接导致其它元器件损坏，C2，C3，C20，C21 高频滤波。 5.3.3 发送接收电路 5.3.3.1 功能 实现信号的接收与发送 美的中央空调事业部设计规范 编号：QMZ-J34.221- 2006 3 IC1PC817 DZ1 C1 473 IC2PC851 N L IN-TXD IN-RXD R9 2K R8 560 R3 100K R2 11K/3W R1 11K/3W R10 12K R6 5.1K R5 5.1K R4 2K/3W C4 102 C2 471/250V C3 102 D2 D1 E1 100uF/35V +5V +5V Q1 9013 1N4007 1N4007 R7 1K 1N4749A R24 2K R25 12K R26 560 D20 1N4007 R21 5.1K C20 471/250V C21 102 R20 2K/3W Q20 9013 R23 1K C22 102 IC21 PC817 IC20 PC851 R22 5.1K +5V +5V OUT-TXD OUT-RXD OUTDOOR CIRCUITINDOOR CIRCUIT 美的中央空调事业部设计规范 编号：QMZ-J34.221- 2006 4 5.3.3.2 电路组成 R24，R25，R26，Q20，IC21 组成室外发送电路，R22，R23，C22，IC20 组成室外接收电路， R8，R9，R10，Q1，IC2 组成室内发送电路，R6，R7，C4，IC1 组成室内接收电路。 R7，R9，R23，R24 电阻限流，R10，R25，R6，R22 电阻分流，保护光耦，C4，C22 高频滤波。 5.4 器件选择 5.4.1 整流二极管 D1 由于是半波整流，因此要选反向击穿电压较高的二极管，如 1N4007 的反向击穿电压1000V，同 时要根据工作电流选取二极管的功率。 5.4.2 光耦 IC1、IC2、IC20、IC21 光耦的选型要根据通信的速率考虑光耦的开通延时和关断延时（尤其要考虑高温时光耦的延时会 加大），如通信波特率为 600bps，即每位数据的宽度约为 1666s，则光耦的开通延时或关断延时最 大不能超过 80s；由于外界干扰的作用，会在发送光耦的输出端感应出较高的电压，因此发送光耦 还要选用耐压较高的型号（同理，电容 C2、C20 也要选用耐压较高的型号）。如光耦 PC851 的集电 极-发射极耐压为 300V，开通延时和关断延时最大为 12s；另光耦 PC817 的集电极-发射极耐压为 35V，开通延时和关断延时最大为 18s，作为信号接收光耦。 5.4.3 分流电阻 R5、R10、R21、R25 电阻 R5、R10、R21、R25 起分流作用，保护光耦不被大电流损坏，但其阻值不能选的太小，否 则会使电阻分流过大，光耦输入电流过小，影响光耦的开关速度或开通不完全。 5.4.4 分压限流电阻 R1、R2 电阻 R1、R2 要根据稳压管 DZ1 的工作电流范围来选择，本电路电流环电流为 3mA6mA，稳压 电压为 24V，电源电压在 175V275V 之间，可计算出分压电阻阻值为 20K40K。考虑大功率电阻 比较难找，可以用多个较小功率电阻串联，一般选择两个 11K、3W 的功率电阻。电阻选取时还要考 虑电阻的耐压，因电阻直接接在高压端，电阻耐压要高于 300V。 5.4.5 限流电阻 R4、R20 电阻 R4、R20 的选型要根据电流环电流的大小来选择。电流环电流过大，则通讯波形不好；过 小，则电流环无法正常工作，导致经常出现通讯保护。电流环电流一般选 3mA6mA，则总限流电阻 约为 4K8K，为保证通信可靠性，选择较大的通信电流，则室内、室外各一个电阻，各分一半为 2K。为防止 N、S 两端误接到 L、N 两端上，损坏电阻，故要选择功率比较大的电阻，为保证电路可 靠性，需要选择 3W 以上。 5.4.6 高频滤波电容 C2，C3，C4，C20，C21，C22 高频滤波电容 C2，C3，C4，C20，C21，C22 选取时，一般不要大于 0.001uF，过大会使通讯信 号的波形有部分被滤出，导致通讯不良。C3，C4， C21，C22 选择耐压 50V 的 102 即可，C2，C20 选择耐压 250V 的 471 即可。 5.4.7 稳压二极管 DZ1 稳压二极管 DZ1 的作用是稳定电流环工作电压，提供通信电流环需要的工作电流。一般选用 24V 美的中央空调事业部设计规范 编号：QMZ-J34.221- 2006 5 稳压二极管，为保证电流环的电流大于 3mA，需要选择 1W 的稳压二极管，故电路中选择 1W、24V 稳压的稳压二极管 1N4749A。 5.4.8 驱动三极管 Q1、Q20 为保证足够大的驱动电流驱动光耦，在室内外信号发射端增加两个三极管进行驱动，三极管选择 9013 或 9014。 5.4.9 限流电阻 R8、R26 为防止电流过大烧坏光耦，在 PC815 的驱动端增加两个限流电阻 R8、R26，R8、R26 取值 560 或 680。 5.4.10 其余各元器件参考值见电路原理图中的标注。 5.5 PCB 布线设计 因电源电路、电流环电路与交流 220V 电源直接相连，因此在进行 PCB 设计这两部分电路属于强 电电路，他们必须与弱电电路（如发送接受电路）保持一定的爬电距离和电气间隙，必须满足国标 GB4706.1 的爬电距离和电气间隙要求。同时充分考虑电路抗干扰问题。 6 电路的注意事项 6.1 电路设计完成后，要满足国标 GB/T2421、GB/T2423.1、GB/T2423.2、GB/T2423.3、GB/T2423.22 规定的试验要求，尤其要在高温环境下考验通信的可靠性，要求在室内环境 55、室外环境 85 下能确保通信正常，用示波器测试通信波形，无波形丢帧的现象发生。 6.2 电路设计完成后，需要增加低温环境下的通信可靠性测试，要求在室外15下确保通信正常， 用示波器测试通信波形，不应出现波形丢帧