變頻空調(diào)電源電路原理與故障維修

變頻空調(diào)微電腦控制電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所采用的微處理控制芯片各異，加之新型號(hào)控制芯片不斷出現(xiàn)，若要詳細(xì)了解各個(gè)品牌、各個(gè)型號(hào)的控制電路確有難度。，但不論其怎么變化、采用何種控制芯片，它們的基本結(jié)構(gòu)、工作原理是一致的。為幫助大家學(xué)習(xí)、了解，我們?cè)诖税锤鱾€(gè)單元電路進(jìn)行介紹，以達(dá)到逐步掌握變頻空調(diào)基本電路結(jié)構(gòu)和工作原理的目的。

室內(nèi)/外機(jī)電源電路都提供正常工作電壓是變頻空調(diào)正常工作的必備條件。檢修控制電路故障時(shí)，也應(yīng)先，確保電源電壓正常，再檢測(cè)其他電路。變頻空調(diào)的室內(nèi)/外機(jī)各有一套微電腦控制電路，為簡(jiǎn)化室內(nèi)外機(jī)連接，在室內(nèi)外機(jī)各設(shè)一套電源電路。其中，室內(nèi)機(jī)電源電路和定頻空調(diào)的電源電路基本相同，有采用工頻變壓器和開(kāi)關(guān)電源電路兩種結(jié)構(gòu);而室外機(jī)變頻電路需要的電源電壓要求較高，所需不同電壓的電源較多，均采用開(kāi)關(guān)電源電路。
1.由工頻變壓器構(gòu)成的電源電路

采用工頻變壓器的電源電路見(jiàn)圖1，該圖是美的KFR-26/33GW/CbpY變頻空調(diào)室內(nèi)機(jī)的電源電路(其他采用工頻變壓器構(gòu)成的電源電路可參看2011年《家電維修》變頻空調(diào)圖解維修的系列圖紙)。
220V交流電經(jīng)3.15A/250V保險(xiǎn)FS1加到由C2、C1和互感濾波器LF01組成的線路濾波器，濾除交流電中的雜波干擾，并防止空調(diào)產(chǎn)生的干擾流入電網(wǎng)。經(jīng)RTH1(NTC電阻)加到T1變壓器的N1繞組上，經(jīng)變壓器變壓后在N2繞組上得到13.5V左右的交流電。該電壓由整流橋IC6 進(jìn)行整流，C9、C33濾波后，得到18V左右不穩(wěn)定的直流電，再經(jīng)IC4(7812)穩(wěn)壓成+12V的直流電，供反向驅(qū)動(dòng)器、擺風(fēng)電動(dòng)機(jī)、繼電器等電路工作;同時(shí)該電壓還經(jīng)IC5( 7805 )穩(wěn)壓成+5V的電壓，供微處理控制芯片工作'(有的機(jī)型是用工頻變壓器將220V交流電變壓成兩路低電壓，得到大約13.5V和9V左右的低壓交流電，然后分別進(jìn)行整流濾波，再經(jīng)過(guò)各自的三端穩(wěn)壓電路，得到穩(wěn)定的+12V和+5V電源電壓)。其中直接并接在220V交流電上的ZNR1為壓敏電阻，電源電壓正常時(shí)，ZNR1呈開(kāi)路狀態(tài)，對(duì)電路無(wú)影響，但當(dāng)電壓高于270V時(shí)，ZNR1立即被擊穿，阻值很小，使交流電L、N兩端近似短路，電流很大，保險(xiǎn)絲FS1過(guò)流燒斷，切斷空調(diào)工作電源，使空調(diào)不被高電壓損壞。
換氣電動(dòng)機(jī)的工作電壓，由變壓器N3繞組上的電壓經(jīng)過(guò)IC7整流、C8、C35濾波后提供。
圖1中D7、D8和Q3等元件構(gòu)成過(guò)零檢測(cè)電路，D7 D8對(duì)變壓器輸出的低電壓交流電進(jìn)行整流，得到脈動(dòng)電壓，經(jīng)R43、R44和R45分壓后加到Q3的b極，當(dāng)交流電處于零點(diǎn)時(shí)Q3截止，c極上為高電平，不在零點(diǎn)時(shí)，Q3飽和導(dǎo)通，c極沒(méi)有電壓輸出。這樣，在Q3 c極上就輸出一個(gè)頻率為2x50Hz的脈沖波，且每個(gè)波形剛好在交流電的零點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)，與交流電的零點(diǎn)同頻同相。該脈沖波被送到微處理控制芯片內(nèi)部，芯片內(nèi)部電路據(jù)此來(lái)判斷交流電的零點(diǎn)，并控制可控硅之類(lèi)元件的工作，使其在零點(diǎn)附近導(dǎo)通，防止元件損壞。
備注:變壓器構(gòu)成的電源電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，成本低廉，在空調(diào)的室內(nèi)機(jī)電源電路中被大量采用，只有少數(shù)空調(diào)室內(nèi)機(jī)采用的是開(kāi)關(guān)電源電路。該電路的常見(jiàn)故障有：在使用空調(diào)季節(jié)，即使空調(diào)處于待機(jī)狀態(tài)，也很少有人將電源插頭拔下來(lái)，空調(diào)長(zhǎng)時(shí)間處于通電狀態(tài)，隨著電壓的波動(dòng)變壓器發(fā)熱，變壓器初級(jí)繞組上的溫度保險(xiǎn)容易燒毀(該溫度保險(xiǎn)安裝在變壓器繞組上，在圖1中沒(méi)有標(biāo)示出來(lái))，形成初級(jí)繞組開(kāi)路。如果發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)絲熔斷，就要對(duì)ZNR1進(jìn)行檢測(cè)，若ZNR1短路，應(yīng)急處理時(shí)可以將其舍棄。其次是三端穩(wěn)壓集成電路脫焊，濾波電容變質(zhì)等故障。
2.由開(kāi)關(guān)電路構(gòu)成的電源電路
變頻空調(diào)中普遍采用的是變壓器耦合并聯(lián)、PWM(脈沖寬度調(diào)制)、PFM(脈沖頻率調(diào)制)或混合調(diào)制式開(kāi)關(guān)電源。其基本工作方框圖見(jiàn)圖2。

220V 50Hz交流電經(jīng)D1、C1整流濾波電路轉(zhuǎn)換成300V直流電壓，該電壓一路通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)繞組加到開(kāi)關(guān)管BG1的c極，-路經(jīng)過(guò)啟動(dòng)電阻給電源芯片提供啟動(dòng)電壓，芯片在得到啟動(dòng)電壓后開(kāi)始振蕩，從脈沖調(diào)整電路輸出開(kāi)關(guān)脈沖，加到BG1的b極，BG1在b極開(kāi)關(guān)脈沖的控制下，工作在截止、飽和導(dǎo)通快速不斷變化的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，當(dāng)BG1導(dǎo)通時(shí)，300V直流電從變壓器的初級(jí)繞組流過(guò)，次級(jí)繞組電流線性增大，變壓器上得到的磁能逐漸增長(zhǎng)，次級(jí)繞組的D2、D3、D4截止，變壓器完成儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量的過(guò)程;BG1截止時(shí)，D2、D3、D4導(dǎo)通，變壓器中的磁能通過(guò)次級(jí)繞組轉(zhuǎn)變成脈沖電壓，經(jīng)過(guò)D3，D4整流，在C2、C3上將建立起預(yù)設(shè)的直流電壓在負(fù)載R2、R3，上釋放。電源啟動(dòng)后，芯片的工作電壓轉(zhuǎn)為由D2提供，啟動(dòng)電路退出工作(但有些芯片將啟動(dòng)電壓作為輸入電壓高低的檢測(cè)電壓)。
電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)或負(fù)載電流大小發(fā)生變化時(shí)，開(kāi)關(guān)電源輸出的直流電壓會(huì)隨之變化，為保持輸出電壓的穩(wěn)定，就必須設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電路。取樣電路從輸出端取樣，得到的取樣電壓輸入比較放大電路，在比較放大電路里，將取樣電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較放大，然后輸出電壓去控制開(kāi)關(guān)管激勵(lì)脈沖的占空系數(shù)δ，從而改變開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)，進(jìn)行穩(wěn)壓。在電阻R1兩端，可以反映出開(kāi)關(guān)管的工作電流，將這個(gè)壓降電壓送到脈沖調(diào)整電路上，作為保護(hù)電路的取樣電壓。當(dāng)其大于設(shè)計(jì)值時(shí)，控制BG1截止，達(dá)到保護(hù)電路的目的。變頻空調(diào)的電源基本架構(gòu)-致，所以完全可以按照上述的方框圖對(duì)其他開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行分析。

圖3是以TOP232為核心元件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源電路。220V交流電經(jīng)過(guò)3.15A保險(xiǎn)絲、互感濾波器LX102后，在BD2橋式整流電路上進(jìn)行整流， C34濾波得到約300V左右的峰值電壓，該電壓經(jīng)開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)組加到TOP232的漏極引腳D端，該腳是高壓MOSFET漏極引腳輸出，通過(guò)內(nèi)部的開(kāi)關(guān)式高壓電流源提供啟動(dòng)偏置電流，同時(shí)該引腳還是內(nèi)部電流檢測(cè)點(diǎn)。TOP232在得到D端電壓后形成自激開(kāi)關(guān)振蕩過(guò)程，開(kāi)關(guān)變壓器的次級(jí)便得到了所需的高頻脈沖電壓，經(jīng)脈沖整流濾波、穩(wěn)壓后提供給負(fù)載。-路經(jīng)D9整流后通過(guò)IC10內(nèi)部次級(jí)光敏三極管加到控制引腳C端，用于占空比控制的誤差放大器和反饋電流的輸入腳，與內(nèi)部并聯(lián)穩(wěn)壓器相連接，提供正常工作時(shí)的內(nèi)部偏置電流，亦用作電源旁路和自動(dòng)重啟動(dòng)/補(bǔ)償電容的連接點(diǎn); 一路經(jīng)D4、C24整流濾波、7805穩(wěn)壓后輸出+5V的電壓，給微處理控制芯片和顯示電路等提供工作電壓;一路經(jīng)D5、C27整流濾波電路，7812穩(wěn)壓輸出12V電壓，給繼電器、蜂鳴器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)內(nèi)部霍爾檢測(cè)電路等提供工作電壓。同時(shí)在12V電源上通過(guò)R43、R42分壓得到取樣電壓，經(jīng)TL431比較放大后控制光耦內(nèi)部二極管的導(dǎo)通量，從而改變光耦次級(jí)接收端三極管的導(dǎo)通量，去改變TOP232 c端電壓，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出電壓。

圖4是長(zhǎng)虹KFR-45(50)LW/WBQ變頻空調(diào)室外機(jī)電源電路圖，空調(diào)開(kāi)啟后，受室內(nèi)機(jī)控制的220V交流電通過(guò)室內(nèi)、外機(jī)連接線加到室外機(jī)接線端，該電壓經(jīng)30A保險(xiǎn)管FUSE1后，通過(guò)C10、L301、C301等元件構(gòu)成的抗干擾電路，消除交流電上的雜波干擾信號(hào)后，經(jīng)過(guò)電流互感器T301的初級(jí)繞組，到達(dá)橋式整流器DB1進(jìn)行整流，濾波電容C49濾波得到+300V直流電。該+300V的直流電壓一路加到變頻模塊上，提供變頻模塊+300V的工作電源;一路加到BUL310等元件構(gòu)成的開(kāi)關(guān)電源電路。其中ZEN2為壓敏電阻，用于保護(hù)室外機(jī)免受市電異常升高而損壞;由于濾波電容C49容量( 2200uF/450V )很大，部分機(jī)型采用多個(gè)電容并聯(lián)的方式得到大容量電容。
特別提示：斷電后電容兩端仍會(huì)殘留大量電壓，檢修時(shí)一定要用烙鐵或大阻值電阻進(jìn)行放電(禁止用金屬直路電容兩端)，待殘余電荷徹底釋放后，才能拆除或須量電容，以及檢修后級(jí)電路，防止電容殘余電荷損環(huán)儀表或造成電擊事故。在通電瞬間充電電流很大，為減C49充電時(shí)的沖擊電流。在電源工端上接了由PTC和繼電器RL305等元件構(gòu)成的軟起動(dòng)電路，通電瞬間CPU電路還沒(méi)有工作，繼電器內(nèi)部觸點(diǎn)處于常開(kāi)狀態(tài)，電流通過(guò)PTC構(gòu)成回路。由于PTC在常態(tài)下阻值小，當(dāng)流過(guò)大電流時(shí)，阻值迅速增大，流過(guò)PTC的電流隨之減小，從而減小了C49的充電電流。隨著C49兩端的電壓慢慢升高，電源電路開(kāi)始工作，微處理控制路處于待機(jī)狀態(tài)，一旦室內(nèi)機(jī)接收到開(kāi)機(jī)指令，通過(guò)通信電路將指令傳遞給室外機(jī)，室外機(jī)的CPU 49腳輸出高電平的軟啟動(dòng)控制信號(hào)，經(jīng)IC303放大器放大后驅(qū)動(dòng)RL305繼電器吸合，短路PTC兩端，電流通過(guò)繼電器觸點(diǎn)構(gòu)成回路，從而減小了開(kāi)機(jī)瞬間的沖擊電流。

通往開(kāi)關(guān)電路的300V直流電壓，一路通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)繞組加到IC307的c極，一路通過(guò)啟動(dòng)電阻R320為IC307 b極提供啟動(dòng)電壓，IC307導(dǎo)通，c極電流通過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器的初級(jí)繞組，產(chǎn)生，上正下負(fù)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，為C322充得上正下負(fù)的電壓，IC307b、e極之間的電位迅速升高， IC307進(jìn)入飽和狀態(tài)。此時(shí)，流過(guò)開(kāi)關(guān)變壓器的電流使開(kāi)關(guān)變壓器儲(chǔ)存能量，同時(shí)IC307c極電流減小，變壓器上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)極性與電流方向相反，對(duì)C321進(jìn)行反向充電，IC307 b極電位迅速下降，IC307截止。變壓器的二次繞組產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，分別經(jīng)各自的整流濾波電路為負(fù)載提供電源電壓，其中經(jīng)VD308整流C323濾波后得到12V左右的直流電壓，一路為微處理控制電路中的反向驅(qū)動(dòng)器、繼電器等電路供電;一路通過(guò)7805穩(wěn)壓后得到+5V的電源電壓，為微處理器和外圍電路提供工作電源電壓。經(jīng)VD308、VD309、VD310、D311整流，C328、C327、C326、C325濾波得到12V左右的直流電，為變頻模塊提供觸發(fā)控制電路的工作電源電壓。開(kāi)關(guān)變壓器上的能量經(jīng)次級(jí)電路釋放，逐漸減小，IC307的b極電位逐漸上升，當(dāng)IC307 b、e極間電壓上升到導(dǎo)通電壓時(shí)，IC307又重新導(dǎo)通。IC307這樣周而復(fù)始的動(dòng)作，為微處理控制電路和變頻模塊提供穩(wěn)定的工作電源。部分變頻空調(diào)室外機(jī)電源電路被集成在變頻模塊內(nèi)部，在變頻模塊上得到+12V和+5V的工作電壓，提供給微處理控制電路。雖然結(jié)構(gòu)變化了，但其工作原理大致相同。

小結(jié)：變頻空調(diào)采用的電源電路差別很大，但作用均頭給微處理控制電路提供穩(wěn)定合適的工作電壓，只有各種電路的工作電壓正常，整個(gè)微電腦控制電路才能正常。檢修控制電路時(shí)，首先要對(duì)各關(guān)鍵點(diǎn)的工作電壓進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于采用變壓器降壓的電源電路，通過(guò)萬(wàn)用表電阻擋對(duì)關(guān)鍵元件的電阻測(cè)量，基本就可以判斷故障部位和元件。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源電路，特別是采用集成電路為核心元件的開(kāi)關(guān)電路，應(yīng)盡量查找該集成電路的資料，必要時(shí)可以參照電路實(shí)物繪出電路原理圖，再進(jìn)行分析，做到心中有數(shù)后，再有的放矢地進(jìn)行檢修。
當(dāng)電源電路給微處理控制電路提供了合適而穩(wěn)定的工作電壓后，微處理控制芯片就會(huì)工作了嗎?肯定不會(huì)。因?yàn)槲⑻幚砜刂菩酒胝９ぷ鳎€必須要有幾個(gè)必備條件，只有在幾個(gè)必備條件都滿(mǎn)足之后，微處理控制芯片才可能進(jìn)入工作狀態(tài)。