空调使用强电电流环通讯的控制原理及典型故障分析

摘要：本文主要对空调强电通讯电路形式及设计方面的问题进行剖析，对其信号传递的变化及规则原理进行系统描述，对通讯电路的设计隐患和耐久性问题进行理论分析，对保护电路方面的设计问题进行原理上的阐述。

引言

　　空调通讯电路的广泛运用，起始于家用变频机的普及。由于国家倡导节能减排，对家电行业提出了一系列低能耗鼓励措施，各大家电企业也开始由定频时代转向变频时代，响应家电低能耗化的发展趋势。作为空调器，由于目前世界上使用数量最多的是内外机分立式空调，因此它在变频家电的大军中成为一种较为特殊的家电。因为空调器的变频核心功率器件是放置在房间以外(即外机的)，控制板必须存放在房间以内(即内机)，如果要实现使用者对空调功率器件的即时控制，就必须增加压缩机的外机功率控制板与内机控制板之间的控制关系;外机板要响应内机的信号指令，就必须由通讯电路来实现。

　　通讯电路一般有强电通讯和弱电通讯两种形式，这两种形式最主要的差异是连接内外机的通讯线所载电压不同，但均为直流电。强电通讯主要通过光耦将强电信号转换为弱电信号并将信号传递至主控IC;而弱电通讯，则是直接的芯片间通信的传递。两种形式相比，弱电通讯更直接，但由于弱电线连接内外机距离较长，容易和强电接触，干扰大、成本较高、故障率高，通常需要隔离芯片对波形处理，但仍然会被干扰。相对弱电通讯，强电通讯的抗干扰性能更强，更容易实现远距离加长通讯，本文对强电通讯的通讯原理过程、电压传递过程和失效过程进行了介绍。

　　本文主要对空调强电通讯电路形式及设计方面的问题进行剖析，对其信号传递的变化及规则原理进行系统描述，对通讯电路的设计隐患和耐久性问题进行理论分析，对保护电路方面的设计问题进行原理上的阐述。

1 空调强电通讯电路

　　空调强电通讯的特点为强电单线通讯，故通讯线可以和火线、零线、地线一样，封装成一根整体的电线，不用分立出单独的通讯线，从而减少了整机安装调试过程中的操作难度。

　　形成强电通讯电路的理论基础是电流环。电流环实际是利用光耦的隔离特性，将强电通讯信号通过光耦中的二级管和三极管进行强弱电的转换，形成电流环回路，达到隔离强电并实现闭环控制效果。即内机输出对应外机输入，外机输出对应内机输入，两两相连构成环形通讯电路。电流环的核心元件为光耦，使用光耦的主要目的是使用弱电部分控制强电部分通讯，达到强弱电隔离的效果，使弱电部分工作不受强电部分干扰，进而达到保护弱电不受强电影响的效果(如图1)。

1.1 强电电路的具体脉冲传递过程

　　强电通讯使用通讯电源为220V AC，经过半波整流和电容滤波后，使用稳压二极管得到稳压直流电源。如图2所示(图2中四幅示波器记录的电源整流的变化图，分别对应图中1-4电路节点)，由于电力设计为半波整流，所以对滤波电解电容要求较高，一般考虑参数较大的电容——1000μF 450V以上的电解电容。这样的电容高度一般较高，装配到主板上往往略显突兀，容易受到撞击。如果受到撞击，则无法完成滤波，经过稳压二极管钳位的交流电就会变成一系列固定频率脉冲，进入电流环，最终变成干扰通讯的异常信号。所以在实际运用中，我们对此类元器件都需要使用辅料进行固定，保证其性能不受外力影响。

　　整流后的直流电进入电流环，由COM线进入图1中所示的U1光耦开始进行信号传递工作。若以U1作为起始端，则当电流经过U1时二极管端工作，将U1光耦三极管端打开，信号便完成了由强电到弱电的转化，从而使强电信号可以在弱电间进行传递。

1.2 弱电电路的具体脉冲传递过程

　　若以主控芯片作为起始端，主控芯片将信号发出，信号经过保护电阻控制三极管开断。拉低光耦二极管输出端电压，使二极管导通，光耦的二级管端导通后，控制光耦光敏三极管端工作。信号持续传递，使得三极管端得以持续打开闭合，将进入电流环的直流电变成直流脉冲，达到信号输出的目的。此阶段实现了弱电信号向强电信号的转换。如图3：图3中的1点，为芯片控制光耦二极管输出点;3点为5V电源输出，为光耦内部发光二极管提供工作电源;2点为光耦输入点，经过交流电整流后得到的直流电由光耦三极管输入端进入。

1.3 通讯电路转换过程中的电路保护措施

　　由图4可以看出，通讯电路工作原理较为清晰，不需要复杂的校正和数据处理，存在的形式仅仅为信号传递，这使该电路在本质上具有性能稳定的优势。为了保护其性能的稳定，同时需要在该保护电路中增加电路保护措施，防止在信号传递过程中元件损伤。

　　如图4，由COM线开始，R11为大功率保护电阻，在包装光耦PC2二极管端得到足够的电压下，在传递信号过程中尽量减少电流的冲击。因为光耦二极管端所需要的工作电压十分小，常用电路中3V以上的电压就足以满足其正常工作，但在通讯电流环中的电压可高达60V以上，即使二极管的耐压能力是足够的，增加电阻限流降压也是必要的;在光耦的输出端的三极管是信号输出的地方，在此处增加齐纳二极管，防止光耦输出信号出现突变时将瞬间高压传递到芯片中;R8电阻是将通往芯片的电压再次降压，达到保护芯片的目的(如图4中1、2、3三个节点)。最后一个R6为限流作用，防止电路中突变的电压损伤芯片功能管脚;以上四点就是通讯电路中较为基本的保护电路。

　　强电通讯电路常见于变频空调内外机通讯中，由于应用广泛，接触到的环境不同，所以出现的功能问题也比较多。从根本上来讲，电源产生异常较多，所以从这个点出发，此种通讯电路对电源保护做的设计较为突出，可供大家借鉴。

参考文献：

　　[1] 张占样.宽带多普勒计程仪测评方法及其软件设计[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2010

　　[2]刘砚一.基于FBGA的USB接口数据采集系统研究[J].南京:南京林业大学,2007

　　[3]贾斌，吴东华，胡伟.智能技术在电力系统自动化中的应用探讨[J].科技咨询,2010

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第4期第35页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。