实用房间空调器原理与维修技术04.docx

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实用房间空调器原理与维修技术04

第四章

定频空调器电路控制系统原理与维修技术

空调器的控制电路，不同品牌、不同型号的空调器所用的微控制器及电路设计各不相同，但因为各种控制电路的控制内容、电路基本原理是一致的，只是电路形式有所差别，或电路所用的元器件不同。

要适应各种控制电路的检修，并不一定非要熟悉各种实际电路，只要掌握了微电脑芯片的内部功能原理、电路控制原理和各单元电路的基本特性，就可以触类旁通，完成对各种控制电路的检修工作了。

空调器控制电路的核心部分是微控制器（MCU）。

微控制器是一种超大规模集成电路，通常我们把它叫做微电脑芯片，也叫单片机。

它内部的微处理器（MPU）除了含有可以实现算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理等复杂的软件功能的中央处理器（CPU）外，还有A/D（模/数）转换电路、定时/计数电路、SCI/PIO（串行/并行通讯接口）电路、LED或LCD显示驱动电路、PWM脉宽调制电路、模拟多路转换开关电路及通用I/O接口电路等各种功能电路，包括数据总线、地址总线和控制总线，都已经集成在芯片内，功能强大，并具有人工智能，应用在控制电路中，使电路得到简化，外围元件少，电路设计方便，且非常便于电路的检修。

一、冷风型空调器电路控制系统原理

典型的冷风型空调器控制系统线路图见图4-1。

图4-1冷风型空调器线路图

从图中可以看出，冷风型空调器控制电路由室内、室外两部分组成，主控板在室内机，室外部分一般没有电子电路，受室内主控板上的继电器控制的电源线路直接实现对压缩机、风扇电机的驱动。

整个控制电路主要由电源电路、驱动电路、微控制器及其外围电路构成；微控制器的外围电路包括晶振电路、复位电路、抗干扰电路（看门狗）、驱动接口电路、模拟信号输入电路（传感器电路）、遥控接收电路、手动控制电路及显示电路等组成。

下面以某品牌KF-24GW冷风型空调器为例详细介绍其控制电路的原理。

该电路室内机部分见图4-2，图4-3是其室外部分电路。

图4-2KF-24GW室内机线路图

图4-3KF-24GW室外机线路图

电路中使用的是韩国三星THBT-R01微控制器，该微控制器是一只8位单片机芯片，采用42脚双列直插封装形式。

单片机内部程序中编制了五种空调器运转设定模式，包括：

自动运转、制冷、除湿、制热、通风，另外还包含六种控制功能，分别是：

风门开关控制功能、定时功能、睡眠方式功能、自动除霜功能、过、欠压报警功能、延时保护功能。

由于本电路是冷风型空调器控制电路，制热模式和自动除霜功能空出未用。

THBT-R01主控电路原理见图4-4。

图4-4KF-24GW主控电路原理图

THBT—R01外围电路介绍：

1、抗干扰电路（看门狗电路）

抗干扰电路是由555时基电路及其外围电路组成，其电路原里见图4-5。

图4-5抗干扰电路（看门狗电路）

抗干扰电路本身是一个多谢振荡电路，时基电路555的2、6脚分别是555内部的两个比较输入端，3脚是555电路的输出端，7脚是放电端。

图4-6是555时基电路的内部原理图，图4-7是其等效电路图。

图4-6555时基电路内部原理图

图4-7555时基电路等效电路图

从555内部原理图中我们可以看到，555芯片内部有三个5K电阻将比较运放YF1反相输入端和YF2同相输入端分别箝定在2/3VCC和1/3VCC两个电位，作为两个比较运放的基准电位，当比较运放YF2反相输入端（触发端）电位高于1/3VCC时（此时无论YF1输入端是何状态），YF2输出端（B点）输出低电平，送入R—S触发器置位端，R—S触发器输出端（C点）输出高电平，经555输出电路反相，输出低电平。

当触发端电位低于1/3VCC时，YF2输出高电平，此时如果阈值端（YF1同相输入端）电位低于2/3VCC，YF1输出端（A点）输出低电平，使R—S触发器复位，C点输出低电平，555输出高电平；而此时如果阈值端电位高于2/3VCC，电路则保持原来的状态不变。

在图4-5中，由于电路中2脚与6脚（触发端与阈值端）连在一起形成一个输入端（A点），所以当输入端A点电位低于1/3VCC时，555内比较器YF2输出高电平，比较器YF1输出低电平，R—S触发器处于复位状态，输出低电平经反相在3脚输出高电平；当输入端电位高于1/3VCC而低于2/3VCC时，比较器YF2输出低电平，R—S触发器被置位，输出高电平经反相后3脚输出低电平。

当R—S触发器输出高电平即555输出低电平时，内部放电电路打开，R—S触发器输出低电平时，放电电路关闭。

图4-5虚线框内的电路部分构成了一个多谐振荡器，上电瞬间，由于2、6脚输入端电容相当于短路状态，电路中A点处于低电位，555电路得到置位信号，3脚输出高电平；随着电容的充电，当A点电位超过1/3VCC后，555电路得到复位信号，电路翻转，3脚输出低电平，同时放电端打开，电容通过555的7脚放电，A点电位开始下降；当A点电位下降至1/3VCC以下，555电路又得到置位信号，电路再次翻转，3脚跳变回高电平输出，放电端关闭，电容又开始被充电。

如此反复下去，形成振荡。

因为微控制器THBT-R01的复位端（40脚）对地接有一个电容，在开始上电瞬间，电路中B点处于低电位，为THBT-R01复位端40脚提供了一个低电平信号，使THBT-R01复位，此后，因振荡电路A点电位尚未达到1/3VCC前，555电路输出的高电平为40脚所接电容充电至B点变为高电位，THBT-R01复位结束，进入正常工作状态。

在THBT-R01正常工作后，33脚定时发出脉冲信号，通过二极管的箝位作用，对555多谐振荡器进行控制，使A点电位一直处于1/3VCC以下，电路不能起振，电路中B点一直保持高电位状态。

一旦遇到强干扰信号，使微控制器出现死机而不能正常工作时，33脚不再输出定时脉冲，振荡器立即起振，振荡中的第一个低电位输出即为THBT-R01复位端40脚所接电容提供了放电回路，电容通过二极管向振荡电路输出端放电，B点电位迅速下降，为THBT-R01提供复位信号，强行使THBT-R01复位，同时因振荡电容的放电，A点得到低电平而使振荡电路输出高电平，THBT-R01重新进入正常工作。

THBT-R01恢复正常工作后，A点也重新被箝位在1/3VCC以下，使振荡器停振，B点保持高电位。

通过以上分析可以看出，看门狗电路的正常与否，直接影响到微控制器是否能进入正常工作。

首先，在初始通电瞬间，必须保证THBT-R01能得到一个有效的复位信号，保证条件一是THBT-R01复位端40脚所接电容要有正常充放电性能以提供THBT-R01低电平复位信号和复位端高电平的形成，二是555电路输出端有足够的高电平保持时间以等待THBT-R01定时脉冲的到来；其次，在THBT-R01正常工作期间，定时脉冲能正常箝控555多谐振荡器，多谐振荡器则能在定时脉冲的控制下保持复位状态，保证高电平输出；三者，当THBT-R01出现意外死机时，多谐振荡器能顺利起振，为THBT-R01提供有效的复位信号，并能恢复定时脉冲对多谐振荡器的箝控。

2、三分钟延时保护电路

三分钟延时保护电路是为了保护压缩机而设置的，电路原理见图4-8。

图4-8三分钟延时保护电路

当压缩机首次开机时，由于电容C瞬间处于短路状态，将微控制器的37脚拉为低点平，微控制器内的软件迅速判断出37脚的状态，立即让压缩机启动运行；如果压缩机停机后马上再次启动，因为电容C上的电荷还未释放掉，微控制器判断出电容器C上的电位较高，就会阻止压缩机的启动，直至电容C上的电压释放干净，方可允许压缩机启动运行，从而实现了压缩机延时启动的保护作用。

按电路中元件参数，RC时间常数为200秒，所以本电路的延时时间为三分种左右。

3、指令信号输入电路

指令信号包括按键信号和遥控信号，具体电路见图4-9（a）和图4-9（b）。

图4-9指令信号输入电路

室内机设有两个手动开关，当遥控器电池电量用尽或遥控器出现故障无法使用时，可以通过手动开关对空调器进行开关机控制。

强制运行键用来控制室内机组和室外机组的启动和停止，当空调器处于待机状态时，按动强制运行键，微控制器17脚（AUTO端）得到一个低电平脉冲触发，空调器按自动模式运转，此时温度设定为27℃；再按一次该键，空调器关机停止运转。

按动测试运行键后可检测空调器全部工作过程。

遥控接收头X4接收到遥控器发来的红外信号，经过阻容电路处理后以串行数据编码的形式直接送到微控制器的27脚，输入进微处理器，依据微处理器内部解码程序解析出的用户输入指令（设定功能模式、设置温度、风速及定时或睡眠状态等），输出相应的控制信号给执行机构。

4、温度信号输入电路：

温度传感器RT1、RT2检测到的温度信号转换成电压信号送入THBT-R01，此电压信号是一个随温度变换而变化的模拟量信号，通过THBT-R01内部的A/D转换电路转换成数字信号，与温度设定值所对应的数字电平信号进行对照，根据比较结果对压缩机的开、停机进行控制。

温度检测电路见图4-10。

图4-10温度检测电路

温度传感器为负温度系数热敏电阻，随温度的变化，当温度升高时，热敏电阻的阻值减小，反之阻值增大。

RT1为室温传感器，所检测的温度值变换成电压信号经38脚送入THBT-R01。

温度升高时，RT1阻值减小，38脚电压升高，当升至微控制器内部设定开机温度（由遥控器设置温度决定）所对应的电位时，电路控制压缩机开机运行；温度降低时，阻值增大，38脚电压降低，当降至设定停机温度所对应的电位时，控制压缩机停机。

RT2为室内机管温传感器，其温度参数变换成的电压信号由35脚送入THBT-R01。

5、驱动电路：

驱动电路包括室外机驱动、室内风扇电机驱动、导风电机驱动、显示驱动及蜂鸣器驱动。

1）室外机驱动电路：

室外机驱动电路有两种类型，一种是压缩机与室外风扇电机共用一个驱动电路；另一种是压缩机和室外风扇电机分别使用独立的驱动电路（如图4-11所示），此种类型只是多用了一路电子反相驱动器及微型继电器组成的驱动电路，室内机与室外机接线端子也多出一路。

本空调器控制电路采用的是前一种驱动电路，具体见图1-14。

图4-11室外机驱动电路

THBT-R01接到压缩机工作指令后，6脚输出高电位，经达林顿反相驱动器KA2667反相后输出低电位，将继电器K1下端接地，继电器吸合，220V交流电L线通过接点送至室外机，同时给压缩机和室外风扇电机送电，室外机开始工作。

2）室内风扇电机驱动电路：

室内风扇电机有三种运转速度，分为高速（FH）、中速（FM）和低速（FL），本控制电路中高、中速受KA2667驱动，低速单独受反相电子开关驱动。

具体电路见图4-12。

图4-12室内风机驱动电路

当调定某一风速的时候，THBT-R01的3、4、5脚分别会对应调定风速输出高电位。

当3脚输出高电位的时候，控制开关管T导通，继电器K2吸合，室内风机以低速运转；当4脚或5脚输出高电位时，分别会经反相驱动器KA2667反相，所对应的10脚或11脚输出低电位，继电器K3或K4吸合，室内风机以中速或高速运转。

3）导风电机驱动电路：

导风电机采用的是直流12V步进电机，其驱动电路见图4-13。

图4-13导风电机驱动电路

THBT-R01的9、10、11、12脚输出的高电平信号经KA2667反相后加至导风电机线圈，导风电机按照THBT-R01发出的指令信号自动或点动进行正、反转转动。

4）显示驱动电路：

显示板上用四只发光二极管分别显示开关机、运行、定时、睡眠四个工作状态，显示驱动电路见图4-14。

图4-14显示驱动电路

THBT-R01的13、14、15、16脚输出用于发光二极管显示驱动，每一输出端通过限流电阻分别与开机显示ON/OFF（绿色）、运行显示RUN（红色）、定时显示TIME（黄色）、睡眠显示SLEEP（橙色）四只发光二极管相接，根据调定工作状态，当13~16脚有输出时，分别将所对应的发光二极管接地，点亮发光二极管。

5）蜂鸣器驱动电路：

THBT-R01的19脚是蜂鸣音频脉冲信号输出端，控制电路通电时、遥控器发射遥控指令信号以及通过手动开关送入指令信号时，19脚均会输出一音频脉冲信号，通过一级晶体管音频放大电路驱动蜂鸣器，让蜂鸣器发出笛声。

具体电路见图4-15。

图4-15蜂鸣器驱动电路

6、电源电路：

电源电路由变压器、整流桥、滤波电容、稳压器以及压敏电阻和保险管组成，见图4-16。

图4-16电源电路原理图

交流220V电源经保险管送入变压器初级，变压后低压交流输出由二极管全波整流得到的17V左右脉动直流经电容滤波成较平滑的直流电，然后经三端稳压器7812稳压输出直流12V，一路为驱动电路提供电源，另一路再经7805稳压后输出直流5V，为微控制器及其部分外围电路供电。

RU为压敏电阻，当电网电压出现超高时，RU会迅速击穿短路，保险管内热熔丝立即烧断，切断控制电路的供电，从而对控制电路起到保护作用。

7、遥控发射电路：

遥控发射电路由大规模集成电路THBT-T01芯片、455kHz晶体振荡器、32kHz晶体振荡器、LCD液晶显示屏、室温传感器（热敏电阻Rt）、键盘矩阵电路、橡胶按键、LED红外发光二极管VD1及其驱动三极管V1等元器件组成，发射器由两节5号电池供电。

具体电路见图4-17。

图4-17遥控电路原理图

遥控发射电路采用双时钟脉冲振荡电路，其中晶体XTAL1、电容C2、C3和THBT-T01的47、48脚组成455kHz时钟振荡器，产生455kHz的脉冲信号经分频后产生38kHz的载频脉冲。

由晶体XTAL2、电容C4、C5和THBT-T01的49、50脚组成32.768kHz时钟振荡器，此时钟脉冲信号主要供时钟和LCD显示用。

THBT-T01是四列扁平塑封的80脚专用为电脑芯片，其44脚是复位端，外接由RC组成的积分电路在初始工作时为THBT-T1提供复位信号。

THBT-T01的32~35脚是扫描脉冲发生器的四个输出端，40~42脚是键信号编码器的三个输入端，这两组输入输出端构成4×3键矩阵，共可得到12个功能键位，本电路中只用了9个键位（SB1~SB9），其中的6个键位（SB2~SB7）具有双重功能。

32~35脚输出时序扫描脉冲。

在THBT-T01芯片内部有分频器、数据寄存器、定时门、控制器（编码调制器）、键盘输入、输出等电路。

定时门向键盘电路输出定时扫描脉冲，在定时脉冲作用下，键盘输出电路能产生数种相位不同的扫描脉冲。

键盘矩阵电路由4×3矩阵开关组成，与THBT-T01的扫描脉冲发生器和键盘信号编码器构成了键命令输入电路。

键控输入电路根据按键矩阵不同键位输入的脉冲电平信号，向数据寄存器输出相应码值的地址码。

数据寄存器是一个只读存储器（ROM），预先存储了各种规定的操作码。

当闭合某个功能键时，相应的两条交叉线被短接，相应的扫描脉冲通过按键开关输入到THBT-T01第40~42脚中的一个对应脚，使THBT-T01中只读存储器中相对应的地址被读出，送到内部指令编码器转换成相对应的二进制数字编码指令，送编码调制器。

在编码调制器中，38kHz的载频信号被编码指令调制，形成调制信号，再经缓冲级后，从THBT-T01的24脚输出至驱动管V1基极，经放大后驱动红外发光二极管VD1，发出38kHz被调制的红外光线，通过发射器窗口向空间发射。

LCD为液晶显示器，当在液晶正负电极上加上极性相反的交流方波电压时，液晶就会显示出字符或数字。

液晶显示是由THBT-T01直接驱动的。

THBT-T01的COM0~COM3四个输出端与液晶显示屏的四个公共电极相连；THBT-T01的SEG端用于与液晶显示屏相对应的数字段电极相连。

具体连接关系已在图1-19中详细标出。

发射器的一个传输指令是由32位二进制代码组成的，以脉冲间隔的宽度来区分代码“1”和代码“0”，如图4-18所示。

图4-18红外指令脉冲间隔

以上介绍的各种功能电路，都是比较典型的功能单元电路，实际上这些电路不止是用在本电路中，在各种空调器控制电路中，其实都少不了有所应用，只是在电路形式、结构的设计上有所差别，或所用的电路元器件不同，比如驱动单元有些电路使用机械接点式继电器，而有些使用固体继电器；有些电路中功能电路使用集成电路，而有些使用分立元件组成等等。

因此说，熟悉以上各种功能电路，对于从事各种空调器控制电路的维修是非常重要的。

关键是要了解各种电路的功能特点及其工作原理特性，方能真正掌握对各种电路的维修技能。

二、热泵型空调器电路控制系统原理

热泵型空调器的控制电路在控制功能及电路设计上有多种类型，为了尽可能多地概括各种单元电路，这里就几种较为典型的控制电路进行介绍，以便维修人员更多地了解空调器各种控制电路的结构特征、功能特性以及使用不同微控制器组成的各种电路的原理知识。

（一）海信56系列空调器控制系统原理

海信56系列空调器（包括KFR-23GW/56、KFR-23GW/56D等）定频挂壁式热泵型空调器，其控制电路同时用于海信KF-23（25、32、35）GW/56冷风型空调器。

下面以KFR-23GW/56空调器为例对其功能模式和电路原理分别进行介绍。

1、功能模式

1）空调器的工作模式

使用遥控器可将空调器设置为自动、制热、制冷、除湿和空气清新5种工作模式。

自动模式：

①遥控器设定为自动状态开机时，空调器根据室内温度与设定温度的差值自动判定运行方式：

当t室内≥t设定时，制冷运转，当t室内＜t设定时，制热运转；

②运转模式由第一次开机确定，模式一旦确定，若室内温度与设定温度的差不超过3℃，30min内部可转换，若差值超过3℃，可立即转换运转模式；

③用遥控器关机后再启动，以上条件仍有效。

制冷模式：

①压缩机运转后，5min内控温电路控制OFF时，压缩机至少运转5min；

②室内风速按照表4-1进行自动调节；

表4-1制冷模式室内机风速自动调节表

温差方向

t设定-t室内

风速

温差方向

t设定-t室内

风速

↓

0℃

低

↑

0℃

低

1℃

低

1℃

低

2℃

中

2℃

低

3℃

中

3℃

中

4℃

高

4℃

高

≥5℃

高

≥5℃

高

③蒸发器防冻结：

当t室内盘管≤-2℃且持续5min，压缩机、室外风机停止运行。

恢复温度条件为t室内盘管≥7℃。

除湿模式：

①在除湿运行模式下，设定温度由遥控器决定，温度调节范围为16℃~30℃，控制器根据室内温度和设定温度的插值决定运转方式；

②当室内温度高于设定温度2℃以上时，按制冷模式运转；

③当室内温度和设定温度的差小于2℃时，进入除湿运转方式。

除湿运转时，压缩机、室外风机按照开10min、停6min方式循环工作；

④当室内温度低于设定温度1℃，压缩机关机，室内风机处于停机状态。

制热模式：

①空调器运行过程中，由于达到设定温度压缩机停机40s后，室内风机停机，压缩机再次运行时，防冷风功能依然起作用。

风速调节按表4-2进行；

表4-2制热模式室内机风速自动调节表

温差方向

t设定-t室内

风速

温差方向

t设定-t室内

风速

↓

1℃

低

↑

1℃

低

2℃

低

2℃

低

3℃

低

3℃

中

4℃

中

4℃

中

5℃

中

5℃

高

≥6℃

高

≥6℃

高

②压缩机运转后，5min内控制电路控制0FF时，压缩机至少运转5min；

③采用四通阀换向方式除霜：

a）进入除霜条件

条件1：

开机（制热）和每次除霜后，制热连续运行12min为计算起点，盘管温度累计下降5.5℃以上并且盘管温度达到38℃以下。

条件2：

室内盘管温度低于39℃、持续90min以上。

只要满足以上两个条件之一，空调器进入除霜。

b）除霜过程

压缩机、室外风机停机；

→55s后关四通阀；

→5s后压缩机启动；

→除霜（压缩机运兴）最长时间为7min；

→压缩机停，外风机启动；

→55s后开四通阀；

→5s后启动压缩机；

→除霜结束。

④防冷风功能

空调器启动时，室内机不立即启动，当内机盘管温度高于28℃以上，风机以中风启动5s后，以微风运转；当内机盘管温度达到38℃或运转4min以上，风机以设定风速运转，风门叶片处于设定位置。

当内机盘管温度降低至23℃，风门叶片处于位置1，当内机盘管温度降低至18℃以下时，室内风机停机，风门叶片处于位置1。

2）应急开关

应急开关是为了用户在没有遥控器的情况下开关空调器而设置的，其具体控制方案为：

t室内＞26℃时，制冷运行，室内控制温度设定为26℃，室内风速设定为自动；

t室内＜23℃时，制热运行，室内控制温度设定为23℃，室内风速设定为自动；

23℃≤t室内≤26℃时，送风运行，室内风速设定为自动。

另外，维修人员在室温比较低的情况下要回收制冷剂时，可以在空调器关闭的情况下，按应急按钮5s以上，空调器将进入“强制制冷”状态，不考虑室内温度和设定温度。

3）室内机指示灯

电源指示灯——红色，空调器处于开启（待机）状态时此灯亮；

定时指示灯——黄色，空调器处于定时状态时此灯亮；

运行指示灯——绿色，压缩机处于运转状态时此灯亮；

高效指示灯——黄色，遥控器设定空调器处于高效运行状态时此灯亮（高效运行只提高室内风量，不能提高压缩机转速）。

4）保护功能

①热交换器过热保护（制热模式）和防冻结保护（制冷模式）；

②延时启动保护：

再次开机时，压缩机延时3min保护；

③室内风机故障保护：

根据室内风扇电机转子位置信号，若微电脑判定电机处于停止、堵转或异常抖动状态，将切断室内风机的驱动信号，3min后重新启动；若故障在30min内出现4次，空调器关机，显示故障代码，重新通电后才能启动。

④现空调器本身出现故障时，空调器会停止运行（电源灯仍亮）。

这时，维修人员可以在开机状态下按遥控器“传感器切换”键两次，将遥控器设定为遥控器温度传感器测温状态，此时空调器的4个显示灯全部熄灭，然后显示故障内容，若没有故障，显示直接恢复。

具体故障显示见表4-3。

表4-3故障显示表

故障名称

代码编号

发光二极管显示

高效

运行

定时

电源

室内温度传感器故障

1

☆

室内盘管温度传感器故障

2

☆

室内热交换器冻结

3

☆

☆

室内热交换器过热

4

☆

瞬时停电

6

☆

☆

压缩机过电流

7

☆

☆

☆

风机堵转

8

☆

室内机E2PROM故障

13

☆

☆

☆

2、电路原理

KFR-23GW/56空调器控制电路原理图、室内机电气接线图和室外机电气接线图分别见图4-19、图4-20和图4-21。

图4-19海信KFR-23GW/56空调器控制电路原理图

图4-19海信KFR-23GW/56空调器控制电路原理图

图4-20海信KFR-23GW/56室内机电气接线图

图4-21海信KFR-23GW/56室外机电气接线图

海信KFR-23GW/56空调器控制系统单元电路分析：

1）电源电路

电源电路由变压器、整流桥、稳压器及滤波电路构成，具体电路见图4-22。

图4-22电源电路原理图

交流220V电源经变压器T1降压输出12V交流电，经过由D1、D2、D3、D4四只二极管组成的整流电路整流后，经D5二极管检波、C12高频滤波、E1平滑滤波后，得到较