主板原理培训

主板原理培训 现场工艺组2010年6月 一 制冷系统 电控是制冷系统的一个重要部分 我们了解电控首先必须站在整机系统的角度才能把它认识得更清楚 所以首先介绍空调是怎样工作的 一 制冷系统 压缩机进化过程 往复式 旋转式 涡旋式 e涡旋 分类1 定频和变频 其中变频又分为直流变频和交流变频 分类2 三相电源供电压缩机和单相电源供电压缩机 标志 前者无电容 后者有电容 讲一下有关电机的知识 一 制冷系统 风扇按照扇叶种类分为 离心风扇 贯流风扇 轴流风扇 四通阀单冷机没有 热泵型 冷暖机 有 功能 改变制冷剂 又称冷媒或雪种 流向 实现工作状态的转变 控制方式 给它的电磁控制线圈通电或断电 一 制冷系统 电磁阀 电子膨胀阀 化霜阀 负离子发生器 二 空调电控常见单元电路 1 电源电路A 7805 7812 整流电路 低压的交流电分两组由工频变压器输出到图上的CN2 经过两组的4007整流后得到两组的直流电 两组电最后是共地连接的 再经过滤波 其中一组 Vc不再稳压就输出去用了 另一组 Vb还需要进一步的通过7812稳压 得到稳定的12V 接着通过7805稳压得到5V 二 空调电控常见单元电路 B 无稳压的整流电路 由于有些电路不需要稳压也可以工作的 通常如12V继电器 其实它的工作电压可以在10V 13V 于是可能出于降成本的目的 就节省了稳压部分 当然 这样的可靠性就会差一点 二 空调电控常见单元电路 2 EEPROM通讯电路 CLK DATA是连接到主芯片 单片机 的I O脚 然后分另串1个2K电阻 再加上1个10K上拉电阻 就组成了E方通信电路 E方是存贮空调的参数的 主芯片要正常运行首先需要从E方处读取参数信息 二 空调电控常见单元电路 3 电压检测电路 目前变频空调室外机上使用的电压检测变压器型号为TD 0 5 1 它是一个近似线性的变压器 当输入电压为220V时输出为2 42V 0 1 输入与输出近似等比例关系 利用这样的关系变压器输出的交流信号经过整流二极管D1半波整流滤波后得到一个直流电压 根据这个直流电压单片机程序可以判断出当前电网电压值 实现电压采样的目的 二 空调电控常见单元电路 4 电流检测电路 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 Ii C 在选取负载电阻R6 通常为1K 1 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 R6两端的电压Uo R6 Io R6 Ii C 注 此为交流电压值 在经过整流二极管D10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D10的负极与地之间的直流电压V1 1 414 2 Uo 0 707 R6 Ii C 要减掉二极管上的压降约0 5V 直流电压V1在分压电阻R14和R13上分压 得出该点的电压值V2 R13 R13 R14 V1 R13 R13 R14 0 707 R6 Ii 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 该值仍需通过实验最终确定 电流互感器0057W对应不同分压电阻R14时输入到芯片检测口的电压参数表见附录 直流电压V2必须经过电解电容E6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D9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R12和电容C8滤除输入量的高频成分 减小其对MCU的影响 在了解电路工作原理之前 首先简单介绍电流互感器CT1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 二 空调电控常见单元电路 5 温度采样电路 在变频空调室外机上 常用到温度传感器检测室外环境温度和盘管温度 有时候还要检测排气温度 下面根据常用温度检测电路介绍其工作原理及注意事项 温度传感器RT1 相当于可变电阻 与电阻R9形成分压 则T端电压为 5 R9 RT1 R9 温度传感器RT1的电阻值随外界温度的变化而变化 T端的电压相应变化 RT1在不同的温度有相应的阻值 对应T端有相应的电压值 外界温度与T端电压形成一一对应的关系 将此对应关系制成表格 单片机通过A D采样端口采集信号 根据不同的A D值判断外界温度 二 空调电控常见单元电路 6 调速电机控制电路 小功率分体机室内风机目前用的是PG调速塑封电机 为单向异步电容运转电动机 为了满足空调正常的运转 达到制冷 制热能力的平衡 所以必须保证室内风机的转速满足系统的要求 并保持转速的稳定 为达到以上目的 可采用可控硅调压调速的方法来调节风机的转速 为了保证所调电压满足转速要求 则必须检出电源的零点和测出风机的转速 故在实际电路中 还需使用了过零检测电路来检出电源的零点 使用风机转速检测电路来检测转速 再通过调节可控硅导通角来使风机转速达到系统要求 下面分别介绍各相关电路工作原理 现小功率分体机采用的室内风机电机为塑封PG调速电机 为单向异步电容运转电动机 级对数为四级 并带转速反馈 电机每转一周 输出一个或多个方波信号 二 空调电控常见单元电路 6 调速电机控制电路 可控硅调速是用改变可控硅导通角的方法来改变电动机端电压的波形 从而改变电动机端电压的有效值 达到调速的目的 当可控硅导通角 1 180 时 电动机端电压波形为正弦波 即全导通状态 当可控硅导通角 1 180 时 电动机端电压波形如图实线所示 即非全导通状态 有效值减小 1越小 导通状态越少 则电压有效值越小 所产生的磁场越小 则电机的转速越低 由以上的分析可知 可控硅调速时电机转速可连续调节 但这时电动机电压和电流波形不连续 波形差 故电动机的噪音大 并带来干扰 故在电路设计时 需考虑这方面的问题 应有适当的滤波电路 采用分离元件实现TLP3526功能 电网交流电源经过电阻降压 通过稳压管稳压 获得12V直流电压 主控芯片通过光耦PC817与强电隔离 控制可控硅BT131导通与截至 二 空调电控常见单元电路 6 调速电机控制电路 过零检测电路 电网交流电源经变压器降压后 先经过整流 形成脉动直流波形 同下图C点波形 经过电阻分压后 再经过电容滤波 滤去高频干扰成分 形成下图C点电压波形 当C点电压大于0 7V时 三极管导通 在三极管集电极形成低电平 当电压再次降到低于0 7V时 三极管截止 三极管集电极通过上拉电阻 形成高电平 这样通过三极管的反复导通 截止 在芯片过零检测端口D点形成100Hz脉冲波形 芯片通过判断 检测电压的零点 二 空调电控常见单元电路 风速检测电路 6 调速电机控制电路 12V电源提供给电机内置风速检测电路使用 目前我司常用的风机每转一周 输出1个脉冲方波 风机内置风速检测电路输出波形通过一个限流电阻后 再通过103瓷片电容滤波 二极管1N4148钳位 保证输入芯片脚的电压低于芯片的安全工作电压 风机不转时芯片反馈电压在5 5V左右 芯片通过对输入脉冲方波频率的检测 来判断风机的转速 若转速低于目标转速 则加大可控硅导通角 提高风机电压的有效值 使风机转速增大 转速高于目标转速 则减小可控硅导通角 降低风机电压的有效值 使风机转速变低 二 空调电控常见单元电路 7 继电器驱动电路 继电器工作原理 二 空调电控常见单元电路 7 继电器驱动电路 A 晶体管驱动驱动电路 NPN晶体管 PNP晶体管 NPN晶体管驱动时 当输入高电平时 晶体管T1饱和导通 继电器线圈通电 触点吸合 当输入低电平时 晶体管T1截止 继电器线圈断电 触点断开 PNP晶体管驱动时 当输入高电平时 晶体管T1截止 继电器线圈断电 触点断开 当输入低电平时 晶体管T1饱和导通 继电器线圈通电 触点吸合 二 空调电控常见单元电路 7 继电器驱动电路 B 集成电路驱动电路 目前已使用多个驱动晶体管集成的集成电路 使用这种集成电路能简化驱动多个继电器的印制板的设计过程 现在公司所用驱动继电器的集成电路主要有TD62003AP 下面就TD62003AP介绍一下采用集成电路驱动继电器的电路 2003的输入 输出特性相当于是一个反向器 当2003输入端为高电平时 对应的输出口输出低电平 继电器线圈两端通电 继电器触点吸合 当2003输入端为低电平时 继电器线圈两端断电 继电器触点断开 二 空调电控常见单元电路 8 电流环通信电路 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 通信的涵意 1 实现信号 如0 1信号 从一端传输到另一端的电路 2 是一连串有约定规则的 有代表意义的0 1 0 1 信号 在软件设计上称之为通信协议 3 芯片程序按照通信协议的规定进行解读 就可以把这些一串一串的0 1数字解释出所代表的意义 例如室外温度 压缩机状态等信息 二 空调电控常见单元电路 8 电流环通信电路 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 二 空调电控常见单元电路 9 三相检测电路 在三相空调室外机上 常用到三相检测电路来检测三相电的相序和缺相 以达到保护压缩机的目的 二 空调电控常见单元电路 9 三相检测电路 在了解电路工作原理之前 首先简单介绍三相交流电的知识 所谓三相交流电是指由三个频率相同 电势振幅相等 相位差互差120 角的交流电路组成的电力系统 二 空调电控常见单元电路 9 三相检测电路 从原理图可以看到 需检测的电源是采用三相四线制方式 每一相的电压 A B C相和零线之间电压 220VAC 通过4007二极管和68K大功率电阻加到PC817光耦上 在正半周期光耦导通 负半周期则光耦截止 由于光耦输出端有上拉电阻 故光耦导通时芯片检测到低电平 光耦截止时芯片检测到高电平 A B C三相电的相差是120o 芯片检测到A B C三相的波形如下 从波形图可以看到 芯片的三个端口均检测到一定周期的方波 且相位相差120 若某端口检测不到方波信号 则说明缺相 若检测到三相信号不是按120o相差顺序变化 则说明是相序错误 这是三相电压检测设计的基本原理 二 空调电控常见单元电路 10 按键和LED复用电路 在空调整机上 常常用到按键和LED显示电路 但由于芯片口资源有限 需要按键和LED复用芯片口 下面根据常用按键和LED复用电路介绍其工作原理及注意事项 二 空调电控常见单元电路 10 按键和LED复用电路 74LS164芯片 以下简称164芯片 8位串入并出移位寄存器 如图所示 数码管与LED采用共阳极驱动 164芯片Q0 Q7需输出低电平才能点亮与其对应的数码管字段或LED灯 164芯片输出口作为SEG口输出信号 主芯片口作为COM口 且数码管和LED的显示采用COM口逐一点亮 SEG口一次全亮的方式 由于数码管个位 十位和LED等的点亮时序不同 所以他们之间不会相互干扰 由于数码管与LED显示用了3个COM口 建议按键扫描程序每隔8ms左右进入一次 连续四次检测到按键输入就确定 如此可消除按键抖动 增强抗干扰 由于按键扫描频率为8ms 远小于人眼能感知的闪烁频率12ms 因此数码管和LED灯看起来都是没有闪烁的 各元器件作用 在电路中 164芯片输出口Q0 Q7作为SEG口输出信号 包括数码管 LED显示信号及按键扫描信号 Q1 Q2分别控制数码管个位 十位的显示与否 Q3控制LED的显示与否 电阻R28 R39 R40确保三极管Q1 Q2 Q3可靠导通与截止 二极管D2 D9 D20 D26利用其单向导通的特性 起隔离作用 确保按键不相互干扰 二 空调电控常见单元电路 11 遥控器 发射管 背光源 驱动电路 遥控器 在空调整机上虽然属辅配件 但它是远距离控制空调的的必须器具 对用户而言 其工作的可靠性是至关重要的 在遥控器的参数中 发射距离往往是判断遥控器好坏的关键参数之一 而遥控器的发射距离则是由发射驱动电路及各元件参数决定的 另外 由于遥控器一般都是使用液晶来显示 而液晶显示需要借助外界光线 在没有外界光线的情况下 液晶显示的图案或字符是无法识别的 如果在液晶显示屏的背面紧贴放一合适的光源 那么在夜间或光线暗淡的情况下操作遥控器时 液晶显示的图案或字符能被有效识别 这样操作起来就相当方便了 下面介绍美的遥控器 发射管 背光源 驱动电路的设计方法及电路工作原理 二 空调电控常见单元电路 11 遥控器 发射管 背光源 驱动电路 目前 远距离的控制一般都是通过红外线 光 实现的 即红外遥控 红外遥控主要是利用波长为760nm 1500nm之间的近红外线 光 来实现信号的传递 目前市场上的红外发射管发出的红外线 光 的峰值波长介于880nm到950nm之间 能满足红外遥控的要求 红外遥控的原理主要是 发送端采用脉时调制 PPM 方式将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列 通过驱动电路驱动红外发射二极管工作将信号以光脉冲的形式发射出去 接收端将接收到的光脉转换成电信号 再经过放大 滤波等处理后送给解调电路进行解调 还原为二进制数字信号后输出 这样就实现了所需的控制 A 发射管驱动电路工作原理 二 空调电控常见单元电路 11 遥控器 发射管 背光源 驱动电路 B 背光源驱动电路工作原理 图中 BGled端口接遥控器芯片背光源控制口 控制信号 低电平有效 通过电阻R8限流后驱动三极管Q2 从而使背光源L2工作 二 空调电控常见单元电路 12 遥控接收电路 遥控接收头REC1内部含光敏元件 通过接收窗口接收某一频率范围的红外线 当光敏元件接收到相应频率的红外线 产生电流 经I V电路转换为电压 滤波后 经比较器输出脉冲电压 再经内部三极管电平转换 输出脉冲信号送主芯片处理 二 空调电控常见单元电路 13 开关电源电路 本质 负反馈 负反馈的实现是在TOP233 稳压过程 假设输出电压增大 TL431检测到的电压相应增大 因内含2 5V精密电压源 所以差值增大 从而流过光耦二极管侧的电流增大 电流增大导致光照增强 光照增强导致流过光耦受光侧的电流增大 也就意味着使TOP管的控制端C的电流增大 最后TOP管的输出PWM波的占空比下降控制了输出电压的下降 二 空调电控常见单元电路 14 高压整流滤波线路 A 整流线路简单介绍 单相整流 三相整流 在桥式整流