第二節(jié) 室外機電源電路和CPU三要素電路
    本節(jié)介紹室外機電控系統(tǒng)的交流輸入電路、直流300V電壓形成電路、CPU三要素電路的工作原理，并詳細介紹電源電路的工作原理、作用、檢修方法和常見故障等基礎(chǔ)知識。

    一、交流輸入電路
    圖4-8（a）所示為交流輸入電路及直流300V電壓形成電路的原理圖，圖4-8（b）所示為交流輸入電路實物圖。

    壓敏電阻Z102為過壓保護元件，當(dāng)輸入的電網(wǎng)電壓過高時擊穿，使前端20A保險管熔斷進行保護；SA101、Z101組成防雷擊保護電路，SAI01為放電管；C104、L101、C107、C 106、C 105組成交流濾波電路，具有雙向作用，既能吸收電網(wǎng)中的諧波，防止對電控系統(tǒng)的干擾，又能防止電控系統(tǒng)的諧波進入電網(wǎng)。
    常見故障為L101交流濾波電感焊點開路，交流220V電壓不能輸送至后級，造成室外機上電無反應(yīng)故障，室內(nèi)機主板報出“通信故障”的故障代碼。

    二、直流300V電壓形成電路
    直流300V電壓形成電路原理圖如圖4-8（a）所示。
    直流300V電壓為開關(guān)電源和模塊供電，而模塊的輸出電壓為壓縮機供電，因而直流300V電壓間接為壓縮機供電，所以直流300V電壓形成電路工作在大電流狀態(tài)。
    該電路的主要元器件為硅橋和濾波電容，硅橋?qū)⒔涣?20V電壓整流后變?yōu)槊}動直流300V電壓，而濾波電容將脈動直流300V電壓經(jīng)濾波后變?yōu)槠交�的直�?00V電壓為模塊供電。濾波電容的容量通常很大（本機容量為2 200μF），上電時如果直接為其充電，初始充電電流會很大，容易造成空調(diào)器插頭與插座間打火，甚至引起整流硅橋或20A供電保險管損壞，因此變頻空調(diào)器室外機電控系統(tǒng)設(shè)有延時防瞬間大電流充電電路，本機由PTC電阻PTC501、主控繼電器RL505組成。
    直流300V電壓形成電路工作時分為兩部分，第一部分為初始充電電路，第二部分為正常工作電路。

    1．初始充電
    初始充電時工作流程如圖4-9所示。

    室內(nèi)機主板主控繼電器吸合為室外機供電時，交流220V電壓經(jīng)L端由L101交流濾波電感直接送至硅橋交流輸入端，經(jīng)N端由電流檢測變壓器初級繞組至延時防瞬間大電流充電電路，由于主控繼電器觸點為斷開狀態(tài)，因此電壓由N端經(jīng)PTC電阻送至硅橋交流輸入端。
    PTC電阻為正溫度系數(shù)的熱敏電阻，阻值隨溫度上升而上升，剛上電時充電電流使PTC電阻溫度迅速升高，阻值也隨之增加，限制了濾波電容的充電電流，兩端電壓逐步上升至直流300V，防止了由于充電電流過大而損壞空調(diào)器的情況。
    說明：實際應(yīng)用中硅橋正極電壓經(jīng)20A保險管送至濾波電感，且濾波電感并聯(lián)一個35μF電容（組成LC振蕩電路）。在實物圖中為使連接引線的走向簡單易懂，將硅橋正極直接接至濾波電感，且將電容省略。
    2．正常運行
    正常運行時工作流程如圖4-10所示。

    濾波電容兩端的直流300V電壓一路送到模塊的P、N端子，一路送到開關(guān)電源電路，開關(guān)電源開始工作，輸出支路中的其中一路輸出直流12V電壓，經(jīng)7805穩(wěn)壓塊后變?yōu)榉�(wěn)定的直流5V，為室外機CPU供電，在三要素電路的作用下CPU開始工作，當(dāng)檢測到室內(nèi)機主板發(fā)送的通信信號后，CPU②腳輸出高電平5V電壓，經(jīng)反相驅(qū)動器放大，驅(qū)動主控繼電器RL505線圈，線圈得電使得觸點閉合，電壓由N端經(jīng)觸點直接送至硅橋的交流輸入端，PTC電阻退出充電電路，空調(diào)器開始正常工作。
    3．主控繼電器吸合時間
    CPU控制主控繼電器吸合時，需要接收到室內(nèi)機主板發(fā)送的通信信號，也就是說如果通信電路出現(xiàn)故障，室外機主控繼電器觸點一直處于斷開狀態(tài)，室外機供電由PTC電阻支路提供。如果電路一切正常，室內(nèi)機主板主控繼電器吸合，室外機電控系統(tǒng)得到供電，室外機CPU延時5s才能控制主控繼電器觸點吸合。
    這5s內(nèi)室外機電控系統(tǒng)所做的工作有：第1步，為濾波電容充電至正常電壓；第2步，開關(guān)電源開始工作并向室外機主板輸出直流12V電壓，12V電壓經(jīng)7805穩(wěn)壓塊輸出5V電壓，CPU復(fù)位開始工作；第3步，CPU檢測室內(nèi)機主板發(fā)送的通信信號，如果正常，CPU54腳才會輸出高電平5V電壓，控制主控繼電器RL505觸點吸合，如果檢測時沒有通信信號或者不正常，CPU54腳一直為低電平，主控繼電器觸點一直處于斷開狀態(tài)，控制主控繼電器吸合時不檢測室外機3個溫度傳感器輸入的信號和壓縮機頂蓋溫度開關(guān)的信號，上述4個溫度信號即使開路或短路，室外機主控繼電器觸點也會吸合。
    說明：目前的變頻空調(diào)器室外機電控系統(tǒng)（如海信KFR-26GW/11BP），室外機從得電到主控繼電器吸合需要4s的時間，并且不檢測通信信號和室外機的4個溫度信號。
    4．常見故障
    直流300V電壓形成電路工作在大電流狀態(tài)，因此故障率較高，常見故障及測量方法參見本書第1章第5節(jié)“特殊電氣元器件”中的部分內(nèi)容。

    三、電源電路
    1．作用
    室外機的電源電路基本上全部使用開關(guān)電源電路，只有早期的極少數(shù)機型使用變壓器降．壓電路，本機即采用開關(guān)電源電路。開關(guān)電源電路實際上也是一個電壓轉(zhuǎn)換電路，將直流300V電壓轉(zhuǎn)換為直流15V、直流12V和直流5V為室外機主板和模塊供電。圖4-11所示為開關(guān)電源電路簡圖與作用說明。

    2．工作原理
    開關(guān)電源電路原理圖如圖4-4所示，實物圖如圖4-12所示。

    由于開關(guān)管工作在“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)，因此而得名為開關(guān)電源。本機電路主要由開關(guān)管DQ 1、開關(guān)變壓器BTl組成并聯(lián)型開關(guān)電源電路，設(shè)計在模塊板組件上面，工作時為自激振蕩狀態(tài)，開關(guān)管在電路中起著開關(guān)及振蕩的雙重作用，在導(dǎo)通期間開關(guān)變壓器存儲能量，在截止期間開關(guān)變壓器輸送能量，從而起到電壓轉(zhuǎn)換的作用；由于負(fù)載位于開關(guān)變壓器的次級且工作在反激狀態(tài)，因此開關(guān)電源還具有輸入和輸出相互隔離的特點。
    直流300V電壓一路通過開關(guān)變壓器BT1的初級供電繞組（5-7繞組）為開關(guān)管DQ 1的集電極供電；一路經(jīng)啟動電阻R2、R1送至DQ 1的基極，為其提供啟動電流。DQ 1集電極電流Ic在5-7繞組上線性增長，在10-11繞組中感應(yīng)出使DQ1基極為正、發(fā)射極為負(fù)的正反饋電壓，使DQ1很快飽和，開關(guān)變壓器開始存儲能量。與此同時，正反饋電壓給E1充電，隨著E1充電電壓的增高，DQ1基極電壓逐漸變低，致使其退出飽和區(qū)，Ic開始減小，在10-11繞組中感應(yīng)出使DQ 1基極為負(fù)、發(fā)射極為正的負(fù)反饋電壓，使DQ 1迅速截止，BT1通過次級繞組開始輸出能量。在DQ 1截止時，10-11繞組中沒有感應(yīng)電壓，直流300V電壓又經(jīng)R2、Z1給E1反向充電，逐漸提高DQ 1基極電壓，使其重新導(dǎo)通，再次翻轉(zhuǎn)達到飽和導(dǎo)通狀態(tài)，形成自激振蕩。
    由于開關(guān)變壓器BT1為感性元件，在開關(guān)管DQ1截止瞬間，BT1的5-7繞組會在開關(guān)管集電極上產(chǎn)生較高的脈沖電壓，其尖峰值較大，容易導(dǎo)致開關(guān)管過壓損壞，因此電容C1.二極管D1、電阻R3組成浪涌電壓吸收電路，并聯(lián)在BTl的5-7繞組，可將開關(guān)管截止瞬間產(chǎn)生的尖峰脈沖有效吸收，避免開關(guān)管過壓損壞。
    開關(guān)電源工作后，開關(guān)變壓器次級繞組輸出的電壓經(jīng)整流、濾波形成多種直流電壓，14-15繞組的電壓經(jīng)D6整流、E4濾波形成直流15V電壓，17-16繞組的電壓經(jīng)D5整流、E5濾波形成直流15V電壓，19-18繞組的電壓經(jīng)D4整流、E6濾波形成直流15V電壓，12-13繞組的電壓經(jīng)D7整流、E3濾波形成直流15V電壓，這4路直流15V電壓為模塊內(nèi)部控制電路提供電源。
    1-2繞組的電壓經(jīng)D3整流、E2濾波形成直流12V電壓，由模塊和室外機主板連接線中的2號和4號線輸送至室外機主板，為繼電器和反相驅(qū)動器供電，其中的一個支路為7805穩(wěn)壓塊的輸入端供電，其輸出端輸出穩(wěn)定的5V電壓，為CPU及弱信號處理電路供電。
    3．開關(guān)電源負(fù)載
   （1）直流15V
    模塊內(nèi)部控制電路的工作電壓為直流15V，開關(guān)電源輸出的直流15V電壓主要供給模塊。模塊15V供電分為兩種類型：早期的模塊通常需要4路直流15V電壓，如圖4-13（a）所示；目前的模塊通常為1路（也就是單電源直流15V）。


   （2）直流12V
    主要供給室外機主板上的繼電器、反相驅(qū)動器等器件，5V電壓產(chǎn)生電路7805穩(wěn)壓塊的輸入端電壓也取自直流12V，如圖4-13（b）中白色虛線箭頭所示。
   （3）直流5V
    主要供給CPU、復(fù)位電路、存儲器電路、傳感器電路、通信電路、電壓檢測電路、電流檢測電路等弱電信號處理電路，如圖4-13（b）中白色實線箭頭所示。
    4．關(guān)鍵元器件
    本機開關(guān)電源電路為分離元器件的形式，以開關(guān)管為自激振蕩電路的核心，開關(guān)變壓器為儲存能量元件。
    目前空調(diào)器的開關(guān)電源電路則為集成電路形式，以集成電路為自激振蕩電路的核心，在以后的章節(jié)會介紹其工作原理。
   （1）開關(guān)管
    本電路使用的開關(guān)管型號為2SC3150，圖4-14所示為其實物外觀，2SC3150屬中功率NPN型三極管，主要參數(shù)如下：最高工作電壓906V，最大電流3A，最高工作頻率15MHz，最大功率40W。

    由于開關(guān)管為NPN型的三極管，因此在測量時使用萬用表二極管擋，實測方法及測量結(jié)果如圖4-15所示。

    紅表筆接基極、黑表筆接集電極和發(fā)射極時為正向測量，如果測量結(jié)果接近為0mv或為無窮大，則說明開關(guān)管短路或開路損壞；調(diào)換表筆后測量結(jié)果應(yīng)均為無窮大，如果仍有阻值或接近0mv，則說明開關(guān)管有漏電阻值或短路損壞。
   （2）開關(guān)變壓器
    開關(guān)變壓器實際上也是變壓器，將多個線圈不同的繞組按規(guī)律繞制在一個磁芯上面，并用環(huán)氧樹脂或其他形式封裝（以防漏磁影響電路工作），便構(gòu)成了開關(guān)變壓器，繞組的引腳在下方引出。
    早期的空調(diào)器開關(guān)變壓器的體積較大，而目前的空調(diào)器開關(guān)變壓器的體積則相對較小，其實物外觀如圖4-16所示。

    開關(guān)電源輸出電壓的支路不同，開關(guān)變壓器繞組的引腳也不同。如本機開關(guān)變壓器次級有5路電壓輸出，繞組5路x2有10個引腳，加上初級的反饋繞組和開關(guān)管集電極供電繞組的4個引腳，共有14個引腳；目前的空調(diào)器（如海信KFR-26GW/11BP）室外機模塊供電通常為單路直流15V，開關(guān)變壓器次級共有2路電壓輸出，繞組有4個引腳，加上初級的反饋繞組和供電繞組的4個引腳，共有8個引腳；也就是說，開關(guān)變壓器的引腳由電路設(shè)計決定，不同型號的開關(guān)變壓器外觀和引腳也不相同。
    開關(guān)變壓器的繞組由線圈繞制而成，因此使用萬用表電阻擋測量繞組的兩個引腳。由于繞組的作用不同，繞圈的匝數(shù)和線徑也不相同，所以測量得出的阻值也不相同，阻值通常在1～10Ω。
    實測本機開關(guān)變壓器數(shù)據(jù)如下：開關(guān)管集電極供電繞組5-7為4.1Ω，如圖4-17所示；初級反饋繞組為0.352，次級12V供電繞組1-2為0.5Ω，次級4路15V供電繞組14-15、17-16、19-18、12-13阻值相等（均為0.8Ω）。

    由于開關(guān)變壓器很少出現(xiàn)故障，即使線圈發(fā)生短路故障，單純根據(jù)測量的阻值結(jié)果，也不能確定其是否損壞，因此在實際測量時只要在路測量繞組的引腳相通就可以了，不用將開關(guān)變壓器拆下測量，也不必死記阻值測量結(jié)果。
   （3）整流二極管
    開關(guān)電源工作頻率約在20kHz，因此開關(guān)變壓器次級整流二極管反向恢復(fù)時間要快，本機使用型號為FR107，其反向恢復(fù)時間為500ns（納秒）；而普通交流變壓器（工作頻率為50Hz）的次級整流二極管通常使用I N4007，反向恢復(fù)時間為30μs（微秒）。這兩種型號的整流二極管反向峰值電壓均為1 000v、正向電流均為1A，但損壞后1N4007不能代換FR 107，而FR 107可以代換1N4007，最主要的原因就是反向恢復(fù)時間不同。FR107又稱為快恢復(fù)整流二極管。注：1μs（微秒）=1 000ns（納秒）。
    如果使用1N4007代換FR107，不僅會降低開關(guān)電源的效率，還會因1N4007反向恢復(fù)時間太長而嚴(yán)重發(fā)熱導(dǎo)致?lián)p壞，增加開關(guān)電源出現(xiàn)故障的概率。
    FR107的外觀和1N4007相同，如圖4-18所示，帶有白色圓圈標(biāo)記的一端為負(fù)極。測量時使用萬用表二極管擋，紅表筆接正極、黑表接負(fù)極時為正向測量，有導(dǎo)通數(shù)值；調(diào)換表筆測量引腳為反向測量，結(jié)果應(yīng)為無窮大。如正反向測量結(jié)果均接近0mv或為無窮大，則說明二極管出現(xiàn)短路或開路故障。

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