海信直流变频空调系列典型机主要有KFR-35GW/76ZBP、KFR-6GW/76ZBP、KFR-35GW/77VZBP、KFR-60LW/27ZBP等,它们的电路结构基本相同,都是由内机电路外机电路、通信电路、变频压缩机控制和保护等电路组成。

       本文以这几款空调电路,并结合KFR-60LW/27ZBP直流变频空调为例,对海信典型直流变频空调压缩机运转频率升、降调整控制电路和保护电路的工作原理进行分析,并介绍相应故障代码及故障检修方法。

一、压缩机运转驱动控制电路

       完整的变频压缩机运转频率调整、控制电路由温度检测、室外机CPU(微处理器)、压缩机驱动模块IPM、压缩机转子磁极位置检测及过流、过压、过热等保护电路单元组成。本机室外机温度检测电路如图1所示,IPM驱动模块及保护电路如图2所示。

1.温度检测电路及升、降频运转控制

       温度检测电路分为室外环境温度检测、室外盘管温度检测和压缩机排气口温度检测三组,温度传感器RT3(外环温)、RT4(外盘管)、RT5(排气口)和其他空调一样,均采用NTC(负温度系数)热敏电阻,但它们的电阻参数不同;RT3、RT4的标称电阻值(259C时的电阻值)为5.3k,RT5的标称电阻值为58Ω。NTC温度传感器的电阻值随感测到的温度不同而变化,检测到的温度越高电阻值越小,温度越低电阻值越大。

       使用500型指针万用表R X 1k挡测量的几个温点电阻如表1所示,可供修理时参考。

       室外环温、盘管和排气温度检测电路基本相同,但排气温度传感器及取样分压电阻略有差别。CN13~CN15 为连接器接插件,R65、R69、R71为信号分压精密电阻(土1%),CE7~CE9为低频滤波电容,C13、C16、C19为高频消噪扰电容,三路温度检测信号分别送入室外机CPU芯片(IC01的⑦-⑨脚)。为了防止高频干扰,在5V电源增加了C20.L09、C52组成的π形高频滤波器,以环境温度检测过程为例,当室外温度升高时,温度传感器RT3的电阻值减小,与R71对5V电源电压分压,并经CE7、C13滤波后由⑦脚送入IC01,IC01将该信号电压与存储器EPROM( IC02/24C01A)内预先固化的温度数据进行比较后,对室外风机和变频压缩机实施转速调整和控制。正常时, IC01⑦~⑨脚温度检测信号电压如表2所示。

排气温度检测电路的主要作用有二:
      一是压缩机排气温度过热时控制压缩机降频运转。当排气温度过高,且>X4°C(x为局部温度符号,下同)时,温度传感器RT5电阻值变小,与R65分压后使IC01⑨脚信号电压升高,IC01将该电压与存储器IC02内预存的不同排气温度的电压数据进行比较后,对压缩机的转速进行降频控制,压缩机排气温度与降频运转速率的关系如表3所示。


      在降频期间,室外风机继续运转。压缩机降频运转后,若其排气温度降到不足X4°C时,IC01将解除对压缩机的降频控制。压缩机降频运转后,若排气温度仍≥X1°C且维持20s,则IC01发出停止压缩机运转的指令,使压缩机停转,而且室外机电路板上LED1~LED3三个指示灯显示故障代码(“灭一闪一亮”),同时利用通信电路告知室内机微处理器,由其控制室内机显示屏显示压缩机排气过热故障代码(“13"),提示进入排气过热保护状态,进入排气过热保护后,若压缩机排气温度下降到X7°C以下时,IC01将解除压缩机排气过热停机保护控制。
      二是压缩机排气温度过热时控制压缩机禁止升频运转。当压缩机排气温度过热降频运转时,若排气温度降到不足100°C后或正常运行时压缩机的排气温度达到X5°C时,被IC01识别后,进入压缩机禁止升频控制状态。进入禁止升频状态后,压缩机维持当前的运转频率,根据情况可以降频,但不能升频,室内、外风机继续运转。压缩机进入禁止升频状态后,若压缩机排气温度降到X6°C以下,则IC01会解除对压缩机的排气过热禁止升频控制。
2.变频压缩机驱动模块IPM

      该空调变频压缩机驱动模块IPM01的型号是STK621-041 ,其内部由6只IGBT型功率管及其驱动电路、自举电耗、保护电路等组成。各引脚功能如表4所示。

      IPM01供电电源有两组:第一组是由室内机对交流市电整流滤波后产生的+300V直流电压,经接插件CN007、CN006加至IPM01的①②脚。作为模块内部6只IGBT功率管的主电源;第二组为+15V电源,该电源有5个供电支路:一加至IPM01的②、②脚为其内部驱动电路供电;二通过R121、R124、D169~D171、CE12~CE14、C83~C85与IPM01内部电路构成自举电路,为IPM01内的上半桥臂的驱动电路供电;三为双向限幅器D161~D168和+15V电源检测分压电阻R147、R104、R105、R109、R130供电;四为四运放IC08供电;五为双运放IC15供电。

      IPM01的工作原理:室外机微处理器IC01的25~30脚输出三路上桥臂和三路下桥臂驱动信号加至IPM01的13、18脚,这样U、V、W三组上、下桥臂驱动信号经内部电路放大、整形处理后,就可以驱动6只IGBT管构成上、下桥臂功率管轮流工作在开关状态,放大后从IPM01的②、⑤、⑧脚输出相位差120°的脉冲电压,加至高频压缩机的U、V、W端子上,驱动压缩机运转。

      变频压缩机的转速采用无级调整模式,当需要提高压缩机电机转速时,IC01输出为PWM信号占空比增大,经IPM01放大驱动后,加到压缩机电机供电端的电压增大,使电机转速提高。若ICO1输出的PWM驱动信号占空比减小,则压缩机电机转速下降。IC01输出的PWM调速信号又受温度调节信号和温度传感器产生的温度检测信号控制。在压缩机运行状态下,室外机微处理器IC01的③~⑤脚外接的指示灯LED1~LED3指示了变频压缩机的运行频率受限的原因,如表5所示。

二、保护电路
1.压缩机顶部过热保护
为了防止压缩机过热损坏,室外机电路设置了以双金属片型保护器和微处理器IC01为核心的压缩机顶部(外壳)过热保护电路(见图1所示)。
     双金属片保护器HK又称蝶型保护开关,当压缩机顶部温度正常时,热保护器HK内部触点是闭合的,5V电压经HK、CN16、LED为IC02②脚提供高电平信号,此时发光二极管LED发光,表示压缩机顶部温度正常;当压缩机因制冷系统异常导致其外壳过热时,热保护器HK内部触点闪跳断开,LED失电熄灭,IC01②脚被R66下拉为低电平,室外机电路板上LED1~LED3和室内机显示屏显示压缩机顶部过热故障代码(见表6所示),提示压缩机进入顶部过热保护状态。压维机停转后,顶部温度会慢慢下降,当下降到热保护器HK的复位温度时,HK内双金属片变形使触点闪跳闭合,压缩机恢复正常工作,顶部过热保护动作解除。

2、压缩机排气温度过高保护

       前已述及,当压缩机排气温度超过设定温度时,微处理器ICO1会使压缩机降频运转。在压缩机降频运转后,若排气温度仍≥X1°C并且维持20s以上时,IC01会控制压缩机停止运转,以保护压缩机不因过热而损坏。在进入保护停机状态时,室内、外机均会显示压缩机排气温度过高保护故障代码。

3.室外机温度检测信号异常保护

       室外机温度检测电路包括:(1)室外环境温度;(2)室外盘管温度;(3 )压缩机排气温度。只要三个温度传感器RT3、RT4、RT5或其对应的接插器、分压电阻或滤波电容不良,导致IC01⑦-⑨脚输入信号电压异常时,压缩机就会被停转进入保护状态,根据检测项目不同,室内、外机就显示不同的温度检测信号异常的故障代码。

4.15V电源供电异常保护

        为防止15V电源供电异常给模块IPM01及其外围电路带来危害,电路设置了15V 电源供电异常保护电路。15V电压由R147、R104、R105、R109、R130分压取样和D167、D168双向限幅后,经C38滤波和R44限制加至IC01⑥脚输入的信号电压在允许范围,压缩机组可正常运转。

         当15V电压上升或降低超过允许范围时,IC01⑥脚输入的信号电压增高或降低并超出正常值,由IC01识别后,停止25~30脚输出PWM驱动信号,压缩机停转,并进入保护状态,同时室内、外机显示15V电压失常的故障代码。

5.压缩机缺相保护

         为了保证压缩机直流无刷电机的平稳运行,需要对转子磁极位置进行精确检测,并用电子开关(功率管)切换不同绕组的供电方式,以获得持续向前的动力。压缩机运转时,安装在它内部的位置传感器(霍尔元件)产生相位信号,即所谓的PG脉冲,PG脉冲信号经R141~R146、R101~R103与R106~R108、R131~R133分压取样后,由R116~R118限流和C651~C653滤波,然后加到电压比较电路IC08的同相输入端⑨、⑤、⑦脚,与反相输入端参考电压比较后,从14、②.①脚输出,再经R110~R112限流后加到IC01①、64、63脚,由IC01识别、判断后,若三相PG信号正常,则压缩机正常工作;若PG信号异常,IC01将停止输出PWM驱动信号,以免压缩机电机损坏,实现压缩机缺相停机保护,并在室内、外机显示相应故障代码。
6.压缩机过流保护
      压缩机电流正常时,电流取样电阻[设置在IPM01模块12脚(内部N)和22脚(内部VSS)之间]上信号电压正常,IPM01的20脚输出高电平,并经R121加至比较器IC15同相输入端③脚,而其反相输入端被R120下拉为低电平,所以①脚输出高电平,经R80送至IC01 10脚,保持压缩机正常工作;一旦压缩机电流过大,经取样、处理后,IPM01 20脚跳变成低电平报警信号,IC15①脚输出翻转为低电平并加至ICO1的10脚,IC01检测此电压信号并确认压缩机过流时,切断IPM01驱动信号,使IPM01和压缩机停止工作,并在室内、外机分别显示压缩机过流保护故障代码。
7.IPM模块异常保护
      变频驱动模块IPM01内部设置有超压、欠压、过流、过热等比较完善的保护电路,模块正常时IPM01的四脚输出高电平,经R8加至IC01⑤脚,不影响微处理器IC01及压缩机正常工作。当模块IPM01内部电路失常、散热片松动、供电异常、压缩机过载等发生时,IPM01的⑨脚便输出低电平报警信号,于是ICO1切断IPMO1驱动信号输出,使压缩机停止工作,并在室内、外机显示IPM01异常故障代码。常见保护动作原因及室内、外机故障代码见表6所示。

三、故障检修实例

        海信直流变频空调具有故障自诊断功能,并且故障代码内容非常丰富:在压缩机运行状态,室外机微处理器IC01③~⑤脚外接的三个发光二极管LED1~LED3将连续指示压缩机的运行频率受限原因(见表5);在压缩机停止运转时,室外机电路板上LED1~LED3用亮(O)灭(●)、闪(⊙ )的不同组合,显示不同故障原因的故障代码;连续按4次传感器切换键,室内机显示屏上会显示以数码形式的故障代码。

        因此根据室内、外机显示的提示代码,结合具体故障现象,对发生的故障原因是不难判断的,下面列举几个故障检修实例。

例1:开机后室内机显示正常,进入制热状态后,室内机出风口温度偏低,压缩机一直处于低速运转,室外机变频板上LED1~LED3的显示状态是“灭、亮、亮”,约3min后,室外、内机均停止工作。

分析检修:连续按4次传感器切换键,室内机面板显示故障代码"16", 与室外机LED1~LED3显示的故障内容(见表5所示)一致,意为“制冷防冻结或制热防过载引起降频或禁止升频”。分析是室外机温度检测电路异常,先检查IC01⑦-⑨脚外围元件及CN13~CN15均正常,怀疑温度传感器RT3~RT5不良。再取下室外环温传感器RT3,和一只温度计一起放入水杯中,向杯中倒入热水或冷水,并在水温稳定在10°C、25°C、30°C、35°C时测得RT3的电阻值依次为9.7k、5.3k、4.4k、3.6k,说明室外环温传感器RT3性能正常,用同样的方法测试室外盘管温度传感器RT4和压缩机排气温度传感器RT5,各温点测得的电阻值基本与表1所列正常值相同,说明室外机的温度检测电路无问题,怀疑室内机环境或盘管温度检测电路工作失常。由于室内机显示的室温与遥控器显示的室温基本一致, 所以先检查室内机盘管温度检测电路。当时的温度为17°C,对应的信号电压为1.94V ,而实测室内机微处理器IC08(ST321)③脚室内盘管温度信号电压为3.88V(此值对应的温度应为65°C-67°C之间)。故IC08误认为室内盘管温,度已超过60°C,因此限制变频压缩机升频运转。拆下室内机盘管温度传感器测量,电阻值为1.32k,远低于当时温度对应的正常值7.7k。换上同规格新的温度传感器后,室外机立即启动运转,三个LED指示灯变成正常的闪烁,过数分钟后室内机出风口开始送风,且温度正常,
故障排例2:开机后室内机显示正常,但不出风,不制冷也不制热,室外机不启动,室外机变频板上LED1~LED3显示状态为“灭、亮、亮”。
分析检修:室外机LED显示的故障代码表示“制冷防冻结或制热防过载引起降频或禁止升频”。这种故障原因较多,但以室外机温度检测电路工作为多见。先检查电路板上300V、15V、12V、5V供电均正常,再检查室外机三个热敏电阻温度传感器,在室外气温为17°C时:室外温度传感器RT3和室外盘管温度传感器RT4的电阻值为7.2k,压缩机排气温度传感器RT5的电阻值为92k,均基本正常;加电后测IC01⑦~⑨脚输入的温度信号电压:外环温⑦脚和室外盘管⑧脚电压约1.91V,排气温度⑨脚电压约0.37V,均基本正常。断电后测CNOO03-CNO05上U.V.W三个变频压缩机引脚间的直流电阻值,均为1.4Ω,也正常。怀疑室外机电路板或IPMO1变频模块有故障,加电后按紧急启动按钮(室内机微处理器IC08⑤脚外接开关)强制启动,此时室内、外机均启动,室外机变频板上LED1~LED3显示状态为“闪、灭、闪",约过2min左右外机停止工作。此LED故障代码含义是“压缩机缺相保护”,分析是室外机电路板或变频模块IPM01有问题。但从外观检查未见异常,检查U、V、W各相取样电路,发现W相取样分压电阻R141( 182k/0.25W)一引脚虚焊。补焊后开机试验,故障排除。
例3:压缩机运转时间过短,转动10min~20min就停转,室外机变频板上三个指示灯显示状态是“灭、亮、闪”,查询室内机显示压缩机过热保护代码“15”。
分析检修:变频压缩机顶部过热保护停机故障原因很多,先测量室外机微处理器IC01②脚电压为0V,观看指示灯LED(见图1所示)熄灭,检查过热保护开关HK已断开保护,过热保护电路正常。检查室外风机及其驱动控制电路未见异常,手摸压缩机外壳非常热,分析是制冷循环系统存在制冷剂泄漏或堵塞故障。该空调是新安装的,管路加长,仔细检查管路完好无被压扁的痕迹,节流元件及换向四通阀也均无焊堵,用肥皂水检漏亦未见异常。最后发现管路截止阀只打开二分之一左右,将截止阀完全打开后试机,空调运行恢复正常,运行数天再未发生工作时间短和热保护停机故障。
例4:压缩机不启动,室外机变频板上LED1~LED3状态是“灭、亮、灭”,查询室内机显示为IPM模块异常保护代码“5”。
分析检修:先检查变频模块IPM01  10,12脚电压为308V,21、22脚间电压为15V,说明模块两组电源供电正常。再测IPMO1 19脚模块保护信号电压,模块工作正常时19脚被R7上拉为4.8V信号电压,实测19脚电压为0.26V,说明已输出低电平保护报警信号,该保护信号一般是IPM01模块本身超压、欠压过流过热等引起的。IPMO1内部装有6只大功率IGBT管,为防止它们过热损坏模块,其外壳装有较大面积的铝散热片。经检查发现
该散热片已松脱,因而造成模块散热不良而保护停机。松开固定螺丝,取下散热片,将IPMO1和散热片两接触面脏物清除干净,用酒精棉球擦洗晾干后,在接触面涂上少许导热硅胶,并重新安装,固定牢靠后,通电试机,IPMO1的19脚电压报警信号消失,电压上升到4.85V, 变频压缩机正常启动工作,故障排除。
例5:压缩机工作过程中突然停转,室外机变频板上三只LED发光管的状态是“闪、灭、亮”,查询室内机显示为压缩机过流保护故障代码“8”。
分析检修:变频压缩机过流保护停机的主要原因有:变频驱动模块IPM01工作失常、室外风机通风不畅、压缩机绕组短路或漏电、过流保护电路不良室外机微处理器IC01不良等,手摸压缩机外壳温度无过热感,用钳形表测变频压缩机U、V.W相电流,均在铭牌给出的额定电流范围。测IPM01的20脚电压为高电平(高电平为正常,低电平为压缩机过流报警信号),但室外机微处理器IC01 10脚输入的却是0.18V低电平过热报警信号,说明过流保护信号处理电路工作失常。该过流信号以双运放IC15为核心组成,依次检查其外围元件D173、R80、R119~R121、C95、C96及相关印刷线路铜箔等均未发现问题。检查放大器IC15,发现无论其同相输入端③脚输入高电平还是低电平,①脚始终输出4.7V高电平,说明此放大器损坏。IC15的型号为LM358,其内部含有两个功能相同的放大器,经测试⑤~⑦脚内闲置的放大器完好,因此可不用整体更换IC15,可用⑤~⑦脚内放大器代换③~①脚内损坏的放大器。替代方法是:用小刀将IC15①~③脚与外电路连接的印刷线路铜箔割断,将①~③脚原外接元件通过细绝缘导线-- 对应移焊到⑦~⑤脚上。焊接完毕,检查无误后通电试机,压缩机正常启动工作,故障排除。