空調(diào)使用強(qiáng)電電流環(huán)通訊的控制原理及典型故障分析

摘要：本文主要對空調(diào)強(qiáng)電通訊電路形式及設(shè)計(jì)方面的問題進(jìn)行剖析，對其信號傳遞的變化及規(guī)則原理進(jìn)行系統(tǒng)描述，對通訊電路的設(shè)計(jì)隱患和耐久性問題進(jìn)行理論分析，對保護(hù)電路方面的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行原理上的闡述。

引言

　　空調(diào)通訊電路的廣泛運(yùn)用，起始于家用變頻機(jī)的普及。由于國家倡導(dǎo)節(jié)能減排，對家電行業(yè)提出了一系列低能耗鼓勵措施，各大家電企業(yè)也開始由定頻時代轉(zhuǎn)向變頻時代，響應(yīng)家電低能耗化的發(fā)展趨勢。作為空調(diào)器，由于目前世界上使用數(shù)量最多的是內(nèi)外機(jī)分立式空調(diào)，因此它在變頻家電的大軍中成為一種較為特殊的家電。因?yàn)榭照{(diào)器的變頻核心功率器件是放置在房間以外(即外機(jī)的)，控制板必須存放在房間以內(nèi)(即內(nèi)機(jī))，如果要實(shí)現(xiàn)使用者對空調(diào)功率器件的即時控制，就必須增加壓縮機(jī)的外機(jī)功率控制板與內(nèi)機(jī)控制板之間的控制關(guān)系;外機(jī)板要響應(yīng)內(nèi)機(jī)的信號指令，就必須由通訊電路來實(shí)現(xiàn)。

　　通訊電路一般有強(qiáng)電通訊和弱電通訊兩種形式，這兩種形式最主要的差異是連接內(nèi)外機(jī)的通訊線所載電壓不同，但均為直流電。強(qiáng)電通訊主要通過光耦將強(qiáng)電信號轉(zhuǎn)換為弱電信號并將信號傳遞至主控IC;而弱電通訊，則是直接的芯片間通信的傳遞。兩種形式相比，弱電通訊更直接，但由于弱電線連接內(nèi)外機(jī)距離較長，容易和強(qiáng)電接觸，干擾大、成本較高、故障率高，通常需要隔離芯片對波形處理，但仍然會被干擾。相對弱電通訊，強(qiáng)電通訊的抗干擾性能更強(qiáng)，更容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離加長通訊，本文對強(qiáng)電通訊的通訊原理過程、電壓傳遞過程和失效過程進(jìn)行了介紹。

　　本文主要對空調(diào)強(qiáng)電通訊電路形式及設(shè)計(jì)方面的問題進(jìn)行剖析，對其信號傳遞的變化及規(guī)則原理進(jìn)行系統(tǒng)描述，對通訊電路的設(shè)計(jì)隱患和耐久性問題進(jìn)行理論分析，對保護(hù)電路方面的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行原理上的闡述。

1 空調(diào)強(qiáng)電通訊電路

　　空調(diào)強(qiáng)電通訊的特點(diǎn)為強(qiáng)電單線通訊，故通訊線可以和火線、零線、地線一樣，封裝成一根整體的電線，不用分立出單獨(dú)的通訊線，從而減少了整機(jī)安裝調(diào)試過程中的操作難度。

　　形成強(qiáng)電通訊電路的理論基礎(chǔ)是電流環(huán)。電流環(huán)實(shí)際是利用光耦的隔離特性，將強(qiáng)電通訊信號通過光耦中的二級管和三極管進(jìn)行強(qiáng)弱電的轉(zhuǎn)換，形成電流環(huán)回路，達(dá)到隔離強(qiáng)電并實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制效果。即內(nèi)機(jī)輸出對應(yīng)外機(jī)輸入，外機(jī)輸出對應(yīng)內(nèi)機(jī)輸入，兩兩相連構(gòu)成環(huán)形通訊電路。電流環(huán)的核心元件為光耦，使用光耦的主要目的是使用弱電部分控制強(qiáng)電部分通訊，達(dá)到強(qiáng)弱電隔離的效果，使弱電部分工作不受強(qiáng)電部分干擾，進(jìn)而達(dá)到保護(hù)弱電不受強(qiáng)電影響的效果(如圖1)。

1.1 強(qiáng)電電路的具體脈沖傳遞過程

　　強(qiáng)電通訊使用通訊電源為220V AC，經(jīng)過半波整流和電容濾波后，使用穩(wěn)壓二極管得到穩(wěn)壓直流電源。如圖2所示(圖2中四幅示波器記錄的電源整流的變化圖，分別對應(yīng)圖中1-4電路節(jié)點(diǎn))，由于電力設(shè)計(jì)為半波整流，所以對濾波電解電容要求較高，一般考慮參數(shù)較大的電容——1000μF 450V以上的電解電容。這樣的電容高度一般較高，裝配到主板上往往略顯突兀，容易受到撞擊。如果受到撞擊，則無法完成濾波，經(jīng)過穩(wěn)壓二極管鉗位的交流電就會變成一系列固定頻率脈沖，進(jìn)入電流環(huán)，最終變成干擾通訊的異常信號。所以在實(shí)際運(yùn)用中，我們對此類元器件都需要使用輔料進(jìn)行固定，保證其性能不受外力影響。

　　整流后的直流電進(jìn)入電流環(huán)，由COM線進(jìn)入圖1中所示的U1光耦開始進(jìn)行信號傳遞工作。若以U1作為起始端，則當(dāng)電流經(jīng)過U1時二極管端工作，將U1光耦三極管端打開，信號便完成了由強(qiáng)電到弱電的轉(zhuǎn)化，從而使強(qiáng)電信號可以在弱電間進(jìn)行傳遞。

1.2 弱電電路的具體脈沖傳遞過程

　　若以主控芯片作為起始端，主控芯片將信號發(fā)出，信號經(jīng)過保護(hù)電阻控制三極管開斷。拉低光耦二極管輸出端電壓，使二極管導(dǎo)通，光耦的二級管端導(dǎo)通后，控制光耦光敏三極管端工作。信號持續(xù)傳遞，使得三極管端得以持續(xù)打開閉合，將進(jìn)入電流環(huán)的直流電變成直流脈沖，達(dá)到信號輸出的目的。此階段實(shí)現(xiàn)了弱電信號向強(qiáng)電信號的轉(zhuǎn)換。如圖3：圖3中的1點(diǎn)，為芯片控制光耦二極管輸出點(diǎn);3點(diǎn)為5V電源輸出，為光耦內(nèi)部發(fā)光二極管提供工作電源;2點(diǎn)為光耦輸入點(diǎn)，經(jīng)過交流電整流后得到的直流電由光耦三極管輸入端進(jìn)入。

1.3 通訊電路轉(zhuǎn)換過程中的電路保護(hù)措施

　　由圖4可以看出，通訊電路工作原理較為清晰，不需要復(fù)雜的校正和數(shù)據(jù)處理，存在的形式僅僅為信號傳遞，這使該電路在本質(zhì)上具有性能穩(wěn)定的優(yōu)勢。為了保護(hù)其性能的穩(wěn)定，同時需要在該保護(hù)電路中增加電路保護(hù)措施，防止在信號傳遞過程中元件損傷。

　　如圖4，由COM線開始，R11為大功率保護(hù)電阻，在包裝光耦PC2二極管端得到足夠的電壓下，在傳遞信號過程中盡量減少電流的沖擊。因?yàn)楣怦疃O管端所需要的工作電壓十分小，常用電路中3V以上的電壓就足以滿足其正常工作，但在通訊電流環(huán)中的電壓可高達(dá)60V以上，即使二極管的耐壓能力是足夠的，增加電阻限流降壓也是必要的;在光耦的輸出端的三極管是信號輸出的地方，在此處增加齊納二極管，防止光耦輸出信號出現(xiàn)突變時將瞬間高壓傳遞到芯片中;R8電阻是將通往芯片的電壓再次降壓，達(dá)到保護(hù)芯片的目的(如圖4中1、2、3三個節(jié)點(diǎn))。最后一個R6為限流作用，防止電路中突變的電壓損傷芯片功能管腳;以上四點(diǎn)就是通訊電路中較為基本的保護(hù)電路。

　　強(qiáng)電通訊電路常見于變頻空調(diào)內(nèi)外機(jī)通訊中，由于應(yīng)用廣泛，接觸到的環(huán)境不同，所以出現(xiàn)的功能問題也比較多。從根本上來講，電源產(chǎn)生異常較多，所以從這個點(diǎn)出發(fā)，此種通訊電路對電源保護(hù)做的設(shè)計(jì)較為突出，可供大家借鑒。

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本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第4期第35頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。