海信KFR-2801GW/Bp变频空调室外机控制电路分析与故障维修

        海信KFR-2801GW/Bp变频空调室外机控制电路由电源电路、温度检测电路、室外风扇电机驱动电路、压缩机驱动电路等构成，方框图如图5-3所示，电路原理图如图5-4所示。提示：海信 KFR-2801GW/Bp、KFR-2701GW/Bp、 KFR-2826GW/Bp、 KFR-2866GW/Bp、KFR-3001GW/Bp、KFR-3066GW/Bp、 KFR-3201GW/Bp、 KFR-3216GW/Bp 、KFR-3266GW/Bp、KFR-35GW/Bp、KFR-3501GW/Bp、KFR-3502GW/Bp、KFR-3602GW/Bp、KFR-4001GW/Bp、KFR-4501GW/Bp等变频空调器与KFR-2801GW/Bp、KFR-3601GW/Bp变频空调器的工作原理基本相同，所以维修这些型号的变频空调器时可参考本文内容。

1.室外微处理器的引脚功能

        该机室外机电路板以微处理器U02为核心构成，所以它的引脚功能是分析室外机电路板工作原理和故障检修的基础。室外微处理器U02的引脚功能如表5-2所示。

2.供电电路

          如图5-4所示，300V供电电路由限流电阻PTC、桥式整流堆和滤波电容(图中未画出)构成。市电电压通过PTC限流后，再经电流互感器CTO1的初级绕组分两路输出: 一路通过熔断器FU1为室外风扇电机、四通阀的继电器供电;另一路通过CNO4、CNO5 送到300V供电电路，经整流堆、滤波电容整流滤波产生300V电压。300V电压通过CN02、CN07和互感线圈L01返回到室外电路板，一路经熔断 器F02、FO3为开关电源供电，另一路通过熔断器FU2和CN01、CN11为IPM供电(图中未画出)。
3.限流电阻及其控制电路
        该机的限流电阻及控制电路是由正温度系数热敏电阻PTC和室外微处理器U02、继电器RY01、驱动块U01 (TD62003AP) 电路构成的PTC控制电路。在300V供电电路的滤波电容充电初期，PTC对其产生的冲击电流进行抑制，以免大冲击电流导致整流堆、熔断器等元器件过流损坏。当滤波电容充电结束后，U02的21脚输出的高电平控制信号经R66限流，再经U01①、16脚内的非门倒相放大后，为继电器RY01的线圈提供导通电流，使RY01内的触点吸合，将限流电阻PTC短接，减小了300V供电电路的内阻，提高了工作效率。
4. 开关电源
        如图5-4所示，室外机采用分立元器件构成的并联型自激式开关电源为室外微处理器、IPM的驱动电路供电。
(1)功率变换
        连接器CN02、CNO7输入的300V左右直流电压经电感LO1和熔断器F02输入后，一路通过连接器CN11、CNO1输出，为IPM供电;另一路通过熔断器F01送到开关电源。该电压第一路经LEDO1和R18构成回路使LEDO1发光，表明开关电源已输入300V供电电压:第二路通过开关变压器TO2的初级绕组(5-7绕组)为开关管Q01供电:第三路通过启动电阻R13、R14限流，利用稳压管ZD02和R19稳压获得启动电压。该电压经R22加到O01的b极，为Q01提供启动电流，使Q01启动导通。开关管Q01导通后，它的c极电流使S-7绕组产生⑤脚正、⑦脚负的电动势，正反馈绕组(10-11绕组)感应出10脚正、11脚负的脉冲电压。该电压经C18、R20、R22、 Q01的be结构成正反馈回路，使Q01因正反馈雪崩过程迅速进入饱和导通状态，它的c极电流不再增大，因电感中的电流不能突变，于是5-7绕组产生反相电动势，致使10-11绕组相应产生反相电动势。该电动势通过C18、R20使O01迅速进入截止状态。Q01截止后，T02 存储的能量通过次级绕组开始输出。随着T02存储的能量释放到一定的时候，T02各个绕组产生反相电动势，于是10-11绕组产生的脉冲电压经C18、R20再次使Q01进入饱和导通状态，形成自激振荡。
         开关电源工作后，开关变压器T02次级绕组输出的电压经整流、滤波后产生多种直流电压。其中，12-13 绕组输出的脉冲电压通过D21整流、C34滤波产生15V电压，15-16 绕组输出的脉冲电压通过D20整流、C31滤波产生15V电压，18-19绕组输出的脉冲电压通过D19整流、C27滤波产生-15V电压，21-22绕组输出的脉冲电压通过D18整流、C23滤波产生15V电压，1-2 绕组输出的脉冲电压通过D17整流、C28 滤波产生12V电压。12V 电压不仅为继电器、驱动块等负载供电，而且通过U04稳压输出5V电压，为微处理器U02供电。
         由于开关管Q01的负载开关变压器TO2是感性元件，所以Q01截止瞬间，T02的5-7绕组会在Q01的c极上产生较高的脉冲电压，该脉冲电压的尖峰值较大，容易导致Q01过压损坏。为了避免这种危害，在5-7绕组两端并联的DI3、R27、CO9组成尖峰脉冲吸收回路。该电路在Q01截止瞬间将尖峰脉冲有效地吸收，从而避免了Q01过压损坏。
      (2)稳压控制
       当市电电压升高或负载变轻，引起开关变压器T02各个绕组产生的脉冲电压升高时，10-11 绕组升高的脉冲电压经DI2整流、滤波电容CI7滤波获得的取样电压(负压)相应升高，使稳压管zD02击穿导通加强，为开关管Q01的b极提供负电压，Q01 提前截止，致使001导通时间缩短，TO2存储的能量下降，开关电源输出电压下降到正常值，实现稳压控制。反之，稳压控制过程相反。
5.微处理器基本工作条件电路
       微处理器正常工作需具备5V供电、复位、时钟振荡正常这3个基本条件。
       (1) 5V供电
       插好空调器的电源线，待室外机电源电路工作后，由其输出的5V电压经C26滤波后加到微处理器U02的供电端64脚，为U02供电。
       (2)复位
       该机的复位电路以微处理器U02和复位芯片U03 (MC34064) 为核心构成。开机瞬间，5V电源电压在滤波电容的作用下逐渐升高。当该电压低于4.6V 时，U03 的输出端①脚输出低电平电压，该电压经c20、C22滤波，加到U02的29脚，使U02内的存储器、寄存器等电路清零复位。随着sV电源电压的逐渐升高，当其超过4.6V后，U03 的①脚输出高电平电压，加到U02的29脚后，UO2内部电路复位结束，开始工作。正常工作后，U02 的29脚电位几乎与供电相同。
        (3)时钟振荡
        微处理器U02得到供电后，它内部的振荡器与30、31脚外接的晶振RS01通过振荡产生16MHz的时钟信号。该信号经分频后协调各部位的工作，并作为U02输出各种控制信号的基准脉冲源。
6. 存储器电路
        由于变频空调器不仅k要存储与温度相对应的电压数据，还要存储室外风扇转速、故障代码、压缩机F/V控制等信息，所以需要设置电可擦可编程只读存储器(EPROM) U05。下面以调整室外风扇电机转速为例进行介绍。
        微处理器U02通过片选信号CS、数据线SISO和时钟线SCK从存储器U05内读取数据后，改变其风扇电机端子输出的控制信号，为电机不同端子供电，就可以实现电机转速的调整。
7.室外风扇电机电路
         如图5-4所示，室外风扇电机电路由微处理器U02、驱动块U01 (TD62003AP)、 风扇电机及其供电继电器RY02、RY04，以及室外温度传感器、室外盘管温度传感器等元器件构成。
         (1)制热期间
        当室外温度高于24°C时，室外温度传感器的阻值较小，5V 电压通过L02、室外温度传感器、R59分压后产生较大的电压。该电压通过C36滤波，再通过R62限流和CAO1内的一个电容滤波后，为U02的56脚输入的电压较大，U02 将该电压数据与存储器U05内存储的电压温度数据进行比较后，识别出室外温度高于24°C，发出室外风扇电机低速运转的指令。此时，微处理器U02的①、②脚输出的控制信号为高电平。①脚输出的高电平控制信号通过UO1内的非门倒相放大后，使继电器RYO4的线圈有导通电流，RY04 内的动触点与常开触点接通，为继电器RYO2内的右侧动触点供电: U02 的②脚输出的高电平通过U01内的倒相放大后使RY02的线圈有导通电流，RY02 的动触点接通常开触点，于是220V市电电压通过RY04、RY02、CN08的⑤脚加到室外风扇电机的低速绕组L上，室外风扇电机工作在低速运转状态。
        当室外温度高于10°C，但低于15°C时，室外温度传感器的阻值增大，使U02的国脚输入的电压减小，U02将该电压数据与U05内存储的电压/温度数据进行比较后，识别出室外温度高于10C，但低于15°C， 发出室外风扇电机中速运转的指令。此时，U02的①脚输出低电平控制信号，②脚输出高电平控制信号。如上所述，②脚输出高电平控制信号时RY02内的动触点与常开触点接通，而U02的①脚输出的低电平信号通过U01内的非门倒相放大后，切断继电器RY04的线圈导通回路，它的动触点与常闭触点接通，于是220V市电电压通过RY04、RY02和CN08的④脚加到室外风扇电机的中速绕组M上，室外风扇电机工作在中速运转状态。
        当室外温度低于10°C时，室外温度传感器的阻值继续增大，使U02的56脚输入的电压进一步减小，U02将该电压数据与U05内存储的电压温度数据进行比较后，识别出室外温度低于10C，发出室外风扇电机高速运转的指令。此时，U02的①脚输出的控制信号为高电平，②脚输出的控制信号为低电平。如上所述，①脚输出高电平控制信号时RY04的动触点与常开触点接通，②脚输出低电平控制信号时RY02内的动触点与常闭触点接通，于是220V市电电压通过RY04、RYO2、CN08的③脚加到室外风扇电机的高速绕组H上，室外风扇电机工作在高速运转状态。
    (2)制冷期间
         制冷期间，室外风扇电机的转速不仅受室外温度传感器的控制，而且受室外盘管温度传感器的控制。该机在室外温度高于28°C时，室外风扇电机的转速受室外温度传感器的控制;当室外温度低于28°C时，室外风扇电机的转速受室外盘管温度传感器的控制。
      1)室外温度高于28°C
        当室外温度高于28°C时，室外温度传感器的阻值较小，5V 电压通过L02、 室外温度传感器、R59 分压后产生的电压较大。该电压通过C36滤波，再通过R62限流，CA01内的一个电容滤波后，为U02的56脚输入的电压较大，U02将该电压数据与存储器U05内存储的电压/温度数据进行比较后，识别出室外温度高于28°C， 发出室外风扇电机高速运转的指令，如上所述，为电机的H端子供电，从而使室外风扇电机工作在高速运转状态。
       2)室外温度低于28°C
        室外温度低于28°C时，室外风扇电机的转速受室外盘管温度的控制。若室外盘管的温度低于35°C时为低速;若温度高于35°C，但低于40°C时为中速;若温度高于40°C时为高速。下面以室外盘管温度低于35°C为例进行介绍。当室外盘管温度低于35°C时，室外盘管温度传感器的阻值相对较大，5V电压通过L02、室外盘管温度传感器、R39分压后产生的电压较小。该电压通过C30滤波，再通过RS4限流，CA01内的一个电容滤波后，为U02的57脚输入的电压较小，U02将该电压数据与存储器U05内存储的电压/温度数据进行比较后，识别出室外盘管温度低于35C，发出室外风扇电机低速运转的指令，如上所述，为电机的L端子供电，从而使室外风扇电机工作在低速运转状态。
8.市电电压检测电路
        该机为了防止市电电压过高给电源电路、功率模块、压缩机等器件带来危害，设置了由室外微处理器U02、电压互感器TO1、整流管D08~D11、电阻R26和R28等构成的市电电压检测电路，如图5-4所示。
        市电电压通过电压互感器T01检测后，输出与市电电压成正比的交流电压。该电压作为取样电压通过DO8~DI11桥式整流、C10滤波产生直流电压，再通过电阻R26、R28限压，利用R33限流，经CAO1内的一个电容滤波后，加到微处理器U02的62脚。当62脚输入的电压过高或过低，u02判断市电过压或欠压，输出控制信号使该机停止工作，进入市电异常保护状态，并通过指示灯显示故障代码。
        D14是钳位二极管，它的作用是防止微处理器U02的62脚输入的电压超过5.4V，以免市电电压升高等原因导致U02过压损坏。
9.市电有无检测电路
         如图5-4所示，该机的市电有无检测电路(市电瞬间断电检测电路)由光电耦合器PC03、二极管D06以及电阻R24、R10、 RI1 构成。市电电压通过R10、RI1限流，再通过CO7滤波后，加到光电耦合器PC03的发光管两端，为发光管提供工作电压。当市电电压为正半周时，PCO3内的发光管有导通电流流过而发光，使它内部的光敏管受光照后导通，致使U02的25脚输入低电平控制信号:当市电电压为负半周时，PCO3内的发光管没有导通电流而熄灭，使它内部的光敏管截止，致使U02的25脚输入高电平控制信号。这样，U02的25脚就会输入交流检测信号，也就是市电过零检测信号。u02通过对25脚输入的信号进行检测，就可以识别出室外机有无市电输入。
10. 压缩机电流检测电路
        如图5-4所示，为了防止压缩机过流损坏，该机设置了以电流互感器CTO1、整流管D01~D04为核心构成的电流检测电路。
        一根电源线穿过CT01的磁芯，这样cT01就可以对压缩机的运行电流进行检测。CTO1的次级绕组感应出与电流成正比的交流电压，该电压经D1~D04桥式整流产生脉动直流电压，再通过RI3、RI7、R16取样获得与回路电流成正比的取样电压。取样电压通过R1S、D107降压，再通过CI4滤波产生直流取样电压，利用R32限流， CAO1内的一个电容滤波后，加到微处理器U02的61脚。当压缩机电流正常时，CTO1 次级绕组输出的电流在正常范围，经整流、滤波后使u02的61脚输入的电压正常，U02将该电压与存储器U05内存储的数据比较后，判断压缩机运行电流正常，输出控制信号使压缩机正常工作。当压缩机运行电流超过设定值后，cTO1次级绕组输出的电流增大，经整流、滤波后使U02的61脚输入的电压升高，u02将该电压与存储器U05内存储的压缩机过流数据比较后，判断压缩机过流，则输出控制信号使压缩机停止工作，以免压缩机过流损坏，实现压缩机过流保护。
        提示：该机的室外机通电初期， 徽处理器U02 61脚电压为1.12V左右;当电路 工作稳定后，61脚电压几乎为0。
        若U02的61脚无电压输入，被U02检测后，它会控制该机停止工作，并通过指示灯显示无负载故障代码:若61脚输入的电压过大，被U02检测后，它会控制该机停止工作，并通过指示灯显示负载过流故障代码。
三、通信电路
        该机的通信电路由市电供电系统、室内微处理器IC08、室外微处理器U02和光电耦合器ICO1、IC02、PC01、PC02等元器件构成，如图5-5所示。

1.市电
        电压通过R10、R07、R04 限流，再通过D04半波整流，利用24V稳压管ZD01稳压产生24V电压。该电压通过cO1、CO3滤波后，为光电耦合器IC02内的光敏管供电。
2. 工作原理
        (1)室内发送、室外接收
        室内发送、室外接收期间，室外微处理器U02的40脚输出低电平控制信号，室内微处理器ICO8的⑨脚输出数据信号(脉冲信号)。U02的40脚的电位为低电平，使光电耦合器PC02内的发光管开始发光，PC02 内的光敏管受光照后开始导通。同时，IC08的⑨脚输出的脉冲信号加到光电耦合器IC02的②脚，通过IC02进行光电耦合后，从它的e极输出脉冲电压。该电压通过RO3、D01、RO1、RO2、TH01、R06、DO5 加到PC02的④脚。由于PC02导通，所以它的④脚输入的数据信号从它的③脚输出，再通过PC01的耦合，数据信号从PCO1的④脚输出后，通过R23加到U02的49脚，从而完成室内发送、室外接收控制。
         (2)室外发送、室内接收
         室外发送、室内接收期间，室内微处理器IC08的⑨脚输出低电平控制信号，室外微处理器U02的40脚输出脉冲信号。IC08的⑨脚电位为低电平时，光电耦合器IC02内的发光管开始发光，IC02内的光敏管受光照后开始导通，从它③脚输出的电压加到IC01的①脚，为IC01内的发光管供电。同时， U02的40脚输出的数据信号通过光电耦合器PCO2的耦合，从PCO2的④脚输出，再通过DO5、RO6、 THO1、R02、RO1、 D01加到IC01的②脚，经ICO1耦合后，从它④脚输出的脉冲信号加到IC08的⑧脚，也就完成了室外发送、室内接收控制。
         提示:只有通信电路正常，室内徽处理器和室外徽处理器进行数据传输后，整机才能工作，否则会进入通信异常保护状态，同时显示屏显示通信异常的故障代码。
四、压缩机电机驱动电路
        该机的压缩机电机驱动电路由室外微处理器U02、IPM、 压缩机等构成，如图5-6所示。

1. IPM的构成与引脚功能
        功率模块PM20CTM060内部由6只IGBT型功率管及其驱动电路、保护电路、自举电源等构成，它的引脚功能如表5-3所示。

2.IPM的工作原理
       连接器CNO2的①、②、④、⑤、⑦、⑧、10、11脚输入4路15V电压。这些电压不仅加到功率模块PM20CTM060的供电端上，为它内部的驱动电路供电，而且通过电阻R01~R07为光电耦合器PC01~PC07内的光敏管供电。同时由连接器CNO7、CN06输入的300V电压加到PM20CTM060的16、17脚上，为它内部的功率管供电。
       连接器CNO1的④~⑥脚输入3路上桥臂驱动信号，⑦~⑨脚输入3路下桥臂驱动信号。其中，上桥臂驱动信号经光电耦合器PC02~PC04耦合后，致使光敏管的e极输出被隔离的驱动信号，这3路信号加到模块PM20CTM060的WN、VN、UN端子上，通过模块内的w、V、U三相上桥臂驱动电路放大后，就可以驱动3个IGBT构成的上桥臂功率管工作在脉冲状态。同样，下桥臂驱动信号通过PC04~PC06隔离放大，加到模块的WP、VP、UP端子上，通过模块内的W、V、U三相下桥臂驱动电路放大后，就可以驱动3个IGBT构成的下桥臂功率管工作在脉冲状态。这样，通过对驱动信号的控制，就可以使功率模块PM20CTM060输出3路分别相差120*的脉冲电压，驱动电机运转。
3. 保护电路
          功率模块PM20CTMO60内设置了过流、欠压、过热、短路保护电路。一旦发生欠压、过流、过热等故障，模块内部的保护电路动作，不仅切断模块输入的驱动信号，使模块停止工作，而且从15脚输出保护信号。该信号通过光电耦合器PCO1耦合传输，再通过连接器CN01/CN18的①脚输出到室外电路板。该信号通过R51限流、C25 滤波后，加到微处理器U02的39脚。被U02识别后，控制该机停止工作，并通过指示灯显示故障代码，表明该机进入IPM异常的保护状态。
五、制冷、制热控制电路
         该机的制冷、制热控制电路由温度传感器、室内微处理器IC08、室外微处理器U02、存储器、功率模块PM20CTM060、压缩机、四通阀及其供电继电器RY03、风扇电机及其供电电路等元器件构成。电路如图5-2、图5-4所示。风扇电机电路在前面已作介绍，这里不再介绍。
1. 制冷控制
        当室内温度高于设置的温度时，CN20 外接的室温传感器( 热敏电阻)的阻值减小，5V电压通过该电阻与R26取样后产生的电压增大，再通过CAO1内的一个电容滤波，为微处理器IC08的23脚提供的电压升高。IC08 将该电压数据与存储器ICO6内部固化的不同温度的电压数据比较后，识别出室内温度，确定空调器需要进入制冷状态。此时，它的37脚输出室内风扇电机驱动信号，使室内风扇电机运转，同时通过通信电路向室外微处理器U02发出制冷指令。U02接到制冷指令后，第一路通过①、②脚输出室外风扇电机的供电信号，使室外风扇电机运转;第二路通过22脚输出低电平控制电压，该电压经驱动块U01(TD62003AP)②脚内的非门倒相放大后，使它的15脚电位为高电平，不能为继电器RY03的线圈提供电流，RY03内的触点释放，不能为四通阀的线圈供电，四通阀使系统工作在制冷状态，即室内热交换器用作蒸发器，而室外热交换器用作冷凝器;第三路通过33~38脚输出驱动脉冲，该脉冲通过IPM放大后，驱动压缩机运转，开始制冷。随着压缩机和各个风扇电机的不断运行，室内的温度开始下降。室温传感器的阻值随室温下降而阻值增大，为ICO8的23脚提供的电压逐渐减小，IC08识别出室内温度逐渐下降，通过通信电路将该信息提供给室外徵处理器U02，于是U02的33~38脚输出的驱动信号的占空比减小，使IPM输出的驱动脉冲的占空比减小，压缩机降频运转。当温度达到要求后，室温传感器将检测的结果送给ICO8， IC08判断出室温达到制冷要求，不仅使室内风扇电机停转，而且通过通信电路告诉U02，U02 输出停机信号，切断室外风扇电机的供电回路，使它停止运转，而且使压缩机停转，制冷工作结束，进入保温状态。随着保温时间的延长，室内的温度逐渐升高，使室温传感器的阻值逐渐减小，为IC08 23脚提供的电压再次增大，重复以上过程，空调器再次工作，进入下一轮的制冷工作状态。
2.制热控制
        制热控制与制冷控制基本相同，不同点主要有两个:一是室内微处理器ICO8通过检测23脚电压，识别出室内温度，于是IC08通过通信电路告知室外微处理器U02需要进入制热状态，并延时一段时间后，输出控制信号使室内风扇电机旋转，以免吹冷风，延时时间受室内盘管温度传感器的控制;二是U02接收到制热的指令后，通过22脚输出高电平控制电压，该电压通过驱动块U01②脚内的非门倒相放大后，使它的15脚电位为低电平，为继电器RY03的线圈提供电流，使RY03内的触点吸合，为四通阀的线圈供电，四通阀使系统工作在制热状态，即室内热交换器用作冷凝器，而室外热交换器用作蒸发器。

        关于该机的室内机电路分析，请参考《海信KFR-2801GW/Bp变频空调室内机控制电路分析与故障维修》一文。