海信空调室外机电源电路和CPU三要素电路详解
下图所示为海信KFR-2601GW/BP室外机电控系统电气接线图及实物图（不含压缩机、室外风机、端子排）。室外机电控系统由主板（室外机控制板）、硅桥、滤波电感、普通电容、滤波电容（电解电容）、模块（功率模块组件）、压缩机、压缩机顶盖温度幵关（压缩机过热保护器）、室外风机（风扇电机）、四通阀线圈、室外环温传感器（外环温度）、室外管温传感器（热交温度）、压缩机排气温度传感器（压缩机排气温度）、端子排组成。
说明： 本机开关电源与模块集成在一块电路板上，因此才能为室外机主板供电，其他型号的模块是否供电，由其电路板上电路决定。
—、交流输入电路
下图所示为交流输入电路和直流300V电压形成电路的原理图和交流输入电路实物图。
压敏电阻Z102为过电压保护元件，当输入的电网电压过高时击穿，使前端20A保险管熔断进行保护；SA01、Z101组成防雷击保护电路，SA01为放电管；C104、L101, C107、C106、C105组成交流滤波电路，具有双向作用，既能吸收电网中的谐波，防止对电控系统的干扰，又能防止电控系统的谐波进入电网。
常见故障为L101交流滤波电感焊点幵路，交流220V电压不能输送至后级，造成室外机上电无反应故障，室内机主板报出“通信故障 ”的故障代码。
二、直流300V电压形成电路
直流300V电压为幵关电源和模块供电，而模块的输出电压为压缩机供电，因而直流300V电压间接为压缩机供电，所以直流300V电压形成电路工作在大电流状态，电路原理图见下图。
该电路的主要元器件为硅桥和滤波电容，硅桥将交流220V电压整流后变为脉动直流300V电压，而滤波电容将脉动直流300V电压经滤波后变为平滑的直流300V电压为模块供电。滤波电容的容量通常很大（本机容量为2200uF）,上电时如果直接为其充电，初始充电电流会很大，容易造成空调器插头与插座间打火，甚至引起整流硅桥或20A供电保险管损坏，因此变频空调器室外机电控系统设有延时防瞬间大电流充电电路，本机由PTC电阻PTC501.主控继电器RL505组成。
直流300V电压形成电路工作时分为两部分，第一部分为初始充电电路，第二部分为正常工作电路。
1.初始充电
初始充电时工作流程见下图。
室内机主板主控继电器触点吸合为室外机供电时，交流220V电压经L端由L101交流滤波电感直接送至硅桥交流输入端，经N端由电流检测变压器一次绕组送至延时防瞬间大电流充电电路，由于主控继电器触点为断幵状态，因此电压由N端经PTC电阻送至硅桥交流输入端。
PTC电阻为正温度系数的热敏电阻，阻值随温度上升而上升，刚上电时充电电流使PTC 电阻温度迅速升高，阻值也随之增加，限制了滤波电容的充电电流，两端电压逐步上升至直 流300V,防止了由于充电电流过大而损坏空调器的情况。
说明： 实际应用中硅桥正极电压经20A保险管送至滤波电感，且滤波电感并联一个35uF 电容（组成LC振荡电路）。在实物图中为使连接引线的走向简单易懂，将硅桥正极直接接至滤波电感，且将电容省略。
2.正常运行
正常运行时工作流程见图„
滤波电容两端的直流300V电压一路送到模块的P、N端子，一路送到幵关电源电路，幵关电源幵始工作，输出支路中的其中一路输出直流12V电压，经7805稳压块后变为稳定的直流5V,为室外机CPU供电，在三要素电路的作用下CPU幵始工作，当检测到室内机主板发送的通信信号后，CPU54脚输出高电平5V电压，经反相驱动器放大，驱动主控继电器RL505线圈， 线圈得电使得触点闭合，电压由N端经触点直接送至硅桥的交流输入端，PTC电阻退出充电电路，空调器幵始正常工作。
3, 主控继电器触点吸合时间
CPU控制主控继电器触点吸合时，需要接收到室内机主板发送的通信信号，也就是说如果通信电路出现故障，室外机主控继电器触点一直处于断幵状态，室外机供电由PTC电阻支路提供。如果电路一切正常，室内机主板主控继电器触点吸合，室外机电控系统得到供电，室外机CPU延时5s才能控制主控继电器触点吸合。
这5s内室外机电控系统所做的工作有：
第1步，为滤波电容充电至正常电压；
第2步，开关电源幵始工作并向室外机主板输出直流12V电压，12V电压经7805稳压块输出5V电压，CPU 复位幵始工作；
第3步，室外机CPU检测室内机主板发送的通信信号，如果正常，CPU54脚才 会输出高电平5V电压，控制主控继电器触点吸合，如果检测时没有通信信号或者不正常， CPU54脚一直为低电平，主控继电器触点一直处于断幵状态，控制主控继电器触点吸合时不检测室外机3个温度传感器输入的信号和压缩机顶盖温度幵关的信号，上述4个温度信号即使开路或短路，室外机主控继电器触点也会吸合。
说明： 目前的变频空调器室外机电控系统（如海信KFR-26GW/11BP ）,室外机从得电到主控继电器触点吸合需要4s的时间，并且不检测通信信号和室外机的4个温度信号。
4. 常见故障
直流300V电压形成电路工作在大电流状态，因此故障率较高。
三、电源电路
1 .作用
室外机的电源电路基本上全部使用幵关电源电路，只有早期的极少数机型使用变压器降压电路，本机即采用幵关电源电路。幵关电源电路实际上也是一个电压转换电路，将直流300V电压转换为直流15V、直流12V和直流5V为室外机主板和模块供电。下图所示为室外机开关电源电路简图与作用说明。
2.工作原理
开关电源电路原理图、实物图如下。
由于开关管工作在“开”和"关”两种状态，因此而得名为开关电源。本机电路主要由开关管DQ1、开关变压器BT1组成并联型开关电源电路，设计在模块板组件上面，工作时为自激振荡状态。开关管在电路中起着开关和振荡的双重作用，在导通期间幵关变压器存储能量，在截止期间幵关变压器输送能量，从而起到电压转换的作用；由于负载位于幵关变压器的二次侧且工作在反激状态，因此幵关电源还具有输入和输出相互隔离的特点。
直流300V电压的其中一路通过幵关变压器BT1的一次侧供电绕组（5-7绕组）为幵关管DQ1的集电极供电；一路经启动电阻R2、R1送至DQ1的基极，为其提供启动电流。DQ1集电极电流是在5-7绕组上线性增长，在10-11绕组中感应出使DQ1基极为正、发射极为负的正反馈电压，使 DQ1很快饱和，幵关变压器开始存储能量。与此同时，正反馈电压给E1充电，随着E1充电电压的增高，DQ1基极电压逐渐变低，致使其退出饱和区，Ic开始减小，在绕组中感应出使DQ1基极为负、发射极为正的负反馈电压，使DQ1迅速截止，BT1通过二次绕组幵始输出能量。在DQ1截止时，10-11绕组中没有感应电压，直流300V电压又经R2、Z1给E1反向充电，逐渐提高DQ1基极电压，使其重新导通，再次翻转达到饱和导通状态，形成自激振荡。
由于幵关变压器BT1为感性元件，在幵关管DQ1截止瞬间，BT1的5-7绕组会在开关管集电极上产生较高的脉冲电压，其尖峰值较大，容易导致开关管过电压损坏，因此电容C1、二极管D1、电阻R3组成浪涌电压吸收电路，井联在BT1的5-7绕组，可将幵关管截止瞬间产生的尖峰脉冲有效吸收，避免幵关管过电压损坏。
幵关电源工作后，幵关变压器二次绕组输出的电压经整流、滤波形成多种直流电压，14-15绕组的电压经D6整流、E4滤波形成直流15V电压，17-16绕组的电压经D5整流、E5滤波形成直流15V电压，19-18绕组的电压经D4整流、E6滤波形成直流15V电压，12-13绕组的电压经D7 整流、E3滤波形成直流15V电压，这4路直流15V电压为模块内部控制电路提供电源。
1-2绕组的电压经D3整流、E2滤波形成直流12V电压，由模块和室外机主板连接线中的2号和4号线输送至室外机主板，为继电器和反相驱动器供电，其中的一个支路为7805稳压块①脚的输入端供电，其③脚输出端输出稳定的5V电压，为CPU和弱电信号处理电路供电。
3.开关电源负载
(1)直流15V
模块内部控制电路的工作电压为直流15V,幵关电源输出的直流15V电压主要供给模块。模块15V供电分为两种类型：早期的模块通常需要4路直流15V电压，见下图;目前的模块通常为1路(也就是单电源直流15V )。
(2)直流12V
直流12V负载见下图中红线箭头，主要供给室外机主板上的继电器、反相驱动器等器件，5V电压形成电路7805稳压块的①脚输入端电压也取自直流12V。
(3)直流5V
直流5V负载见下图中蓝线箭头，主要供给CPU、复位电路、存储器电路、传感器电路、通信电路、电压检测电路、电流检测电路等弱电信号处理电路。
四、CPU和其三要素电路
1. CPU的作用和引脚功能
(1) CPU的作用
CPU是一个大规模的集成电路，是整个电控系统的控制中心，内部写入了运行程序(或工作时调取存储器中的程序)。室外机CPU工作时与室内机CPU交换信息，并结合温度、电压、电流等输入部分的信号，处理后输出6路信号驱动模块控制压缩机运行，输出电压驱动继 电器对室外风机和四通阀线圈进行控制。
(2) 引脚功能
CPU是主板上体积最大、引脚最多的元器件。现在主板CPU的引脚功能都是空调器厂家结合软件来确定的，也就是说同一型号的CPU在不同空调器厂家主板上引脚的作用是不一样的。海信空调器KFR-2601GW/BP室外机CPU型号为MB89855R,主板代号IC301,共有64个引脚，下图所示为其实物外形及主要引脚功能。
2. CPU三要素电路工作原理
下图所示为CPU三要素电路原理图及实物图。电源、复位、时钟振荡电路称为CPU三要素电路，是CPU正常工作的前提，缺一不可，否则会死机，引起空调器上电后室外机主板无反应的故障。
(1)电源电路
CPU64脚是电源供电引脚，电压由7805的③脚输出端直接供给。
CPU32脚为接地引脚，和7805的②脚相连。
(2)复位电路
复位电路使内部程序处于初始状态。CPU的㉗脚为复位引脚，外围元器件IC302 (MC34064 )、R302、C302组成低电平复位电路。
幵机瞬间，直流5V电压在滤波电容的作用下逐渐升高，当电压低于4.6V时，IC302的①脚电压为低电平，加至CPU㉗脚，使CPU内部电路清零复位；当电压高于4.6V时，IC302的①脚电压变为高电平，加至CPU㉗脚，使其内部电路复位结束，幵始工作。电容C302用于调节复位 延时时间。
(3)时钟振荡电路
时钟振荡电路提供时钟频率。CPU的㉚脚、㉛脚为时钟引脚，内部的振荡器电路与外接的 晶振CR101组成时钟振荡电路，提供稳定的10MHz时钟信号，使CPU能够连续执行指令。
3.常见故障
CPU三要素电路常见故障见表。
长虹KFR-28变频空调器室外机控制板电路原理分析
长虹KFR-28GW/BP (BMP)室外机电气接线图如下图所示：
1、电源监视电路
过流检测电路如下图所示。过流检测电路的主要作用是检测室外压缩机的供电电流，当压缩机电流过大时进行保护，以防止因电流过大而损坏压缩机。
单片机的18脚电压大于3. 8V时，实时过流保护，压缩机再次启动时，需3min保护。应当注意：当检测电路开路时，使电流为零，电路不进行故障判断。
过、欠压保护电路如下图所示：
该电路的主要作用是检测电源电压情况，该机的正常电压是160~242V,报警电压范围为126〜263V,当电压低于126V时欠压电压保护，当电压高于260V时过压保护，这时，停止压缩机工作，并在室内显示过、欠压故障。
交流220V电压经电阻R504、电压互感器BT202降压、全波整流、RC滤波取得直流电压。最后，在取样电阻上得到电压信号送至单片机的17脚。电路上的D206〜D209的作用是整流，D210的作用是钳位使D210正极电压低于5.7V,起到保护单片机的作用，C205将直流电滤波，R222作为取样电阻，电容CP2的作用是滤除高频噪声干扰。
瞬时断电保护电路如下图所示。该电路的主要作用是检测室外机通过的交流电源是否正常，针对各种原因造成的瞬时断电，立即采取保护措施，以防再次来电后，压缩机频繁启停，对压缩机造成损坏。
交流220V经电阻R509限流、二极管D505半波整流、C504滤波得到的脉动直流电进入光电耦合器PC401,使TLP521得到脉动触发，这时光电耦合器3脚也得到脉动信号，经C209 整形滤波，在单片机23脚得到脉冲信号，以判断是否发生了瞬时断电。
2.时钟电路与复位电路
时钟电路与复位电路如下图所示。单片机IC301的时钟信号由外围30、31脚的晶振(10MHz)及C303、C304 等组成。
复位电路由IC302、R302、C302组成。该电路采用上电延时复位，防止电源的波动造成单片机的频繁复位， 延时时间由电容C302的容量所决定；在单片机工作过程中，实时检测其工作电源（+5V）, 一旦工作电源低于 4.6V,复位集成电路IC302的1脚就输岀一个低电平，使单片机停止工作，待再次上电时重新复位。
3.电磁四通阀驱动控制电路
电磁四通阀控制电路如下图所示。电磁四通阀控制信号由单片机IC301的55脚输出，空调器制热运行时，单片机的55脚输出高电平，送至反相器IC401的4脚，经电平转换后从其13脚输出低电平，使继电器RL504线圈中有电流流过，触点闭合, 接通220V交流电源，使电磁四通阀处于制热工作状态；空调器制冷运行时，单片机IC301的 55脚输出低电平，继电器RL504不通电，使电磁四通阀处于制冷工作状态。
上图中的C507、R511起保护作用，防止在继电器RL504通电吸合时，电磁四通阀线圈电路中瞬时引起高压，使继电器造成损坏。
4.温度检测电路
温度检测电路如下图所示。它主要包括室外环境温度、盘管温度、压缩机排气温度、 压缩机过热保护等。
室外环境温度传感器与R213串联，接在+5V电源上。当室外环境温度发生变化时，该传感器阻值也发生变化，R213的电压也发生变化。该电压经R219送至单片机的14脚，经单片机内部处理后，再通过单片机输出控制指令。
室外盘管温度传感器与R211串联，接在+5V电源上。同理，当室外盘管温度发生变化时, 比较电压送至单片机的15脚，再通过单片机输出控制指令，控制室内外风机和压缩机的运转。
压缩机排气温度传感器与R208串联，接在+5V电源上。同理，当压缩机排气温度发生变化时，比较电压送至单片机的16脚，再通过单片机输出控制指令，控制压缩机的运转。
5.室外风机控制电路
室外风机控制电路可以控制室外风机转速，有高、中、低三挡，由单片机IC301的56、58、59脚及IC401和继电器RL501、RL502、RL503组成。单片机输岀的控制信号经IC401反相器放大后控制继电器RL501、RL502、RL503。通过继电器的自锁控制，达到调节外风机的转速的目的。
6.功率模块驱动电路
变频空调器的一个最重要的特点就是改变电源的频率来对电动机进行调速。长虹KFR -28GW/BP空调器采用的是PM20CTM060功率模块，它的作用是将滤波后的直流电变成可变的三相交流电功率模块驱动控制电路。
本机功率模块的工作电压控制是通过单片机的54脚输出的高电平经IC401反相放大后控 制继电器RL505。当后级模块处于保护状态时，单片机的54脚输出低电平，切断模块工作电源，以保护模块不被损坏。
Ml的14、13、12、8、5、2共六个引脚分别为功率模块的六个基极的控制脚，六个引脚分别受G2、G3、G4、G5、G6、G7的控制，六个光电耦合器分别受IC301输出的六组SPWM信号的控制。在单片机内部程序的控制下，14、13、12、8、5、2脚交替输出低电平，从而实现对压缩机电动机工作电源的频率控制。当功率模块出现故障时，Ml的15脚输出低电平时, 光电耦合器G1导通，单片机IC301无输出信号，功率模块停止工作，压缩机停机。
7.电源电路工作原理
电源输入电路原理图如下图所示。电源输入电路主要包括抗干扰、保护电路等。Z101、Z102共同组成了防雷电保护电路；C104、L101、C105、C106、C107 组成的双 II形双向电磁干扰滤波器（该图中的部分元器件没有画出）。
220市电经桥式整流器整流、直流电容滤 波，在P、N端得到310V左右的直流电压。
开关电源的原理图如下图所示。310V左右的直流电压经P、N端输入，在电容C9、C10滤波。该直流电压通过开关变压器的⑤、⑦绕组，直接加到开关管 BQ1的集电极上；同时，310V直流电压,经启动电阻R2、R1分压送至开关管的基极，提供启动电压。开关管启动后，各绕组就有电压 产生，反馈绕组⑩、⑪产生的电动势经C2、R4反馈至开关管的基极，以维持振荡正常工作。
开关电路正常工作后，储能变压器输出脉冲电压，⑫、⑬，⑭、⑮，⑯、⑰，⑱、⑲脚绕组的感应电动势分别经D7、D6、D5、D4整流（该部分元件图中没有画出），E3、E4、E5、E6滤波后得到+12V的直流电压，为逆变器模块提供工作电源。绕组①、②间的感应电动势经D3整流、E2滤波后得到+12V左右直流电压，为反相器、 继电器提供工作电源。从功率模块上的开关电源提供的另一路直流12V经V101（7805）稳压 后产生+5V电压，为复位电路、温度取样电路等提供工作电源（图中没有画出这部分）。
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