变频空调用新型高性能开关电源的设计

变频空调用新型高性能开关电源的设计

邵瑞添

（广东美的制冷设备有限公司广东佛山528300）

摘要：如今，变频空调器的应用范围十分广泛，许多家庭都在使用这种空调器，为了更好的应用变频空调器，为空调售后维修打下坚实的基础，需要对变频空调器单中控制电路的基本工作原理进行细致的分析，以求全部掌握确保变频空调器的使用更加稳定、可靠。

关键词：开关电源；变频器／空调器；

1变频空调器控制电路基本原理

变频空调器是如今家用空调器的首要选择，它在变频器的支持下，对空调压缩机的实际转速进行调节，初步实现了房间内温度与热量的自动匹配，该空调器具有调温效率高、速度快、适用范围广泛等优势。在变频技术飞速发展的影响下，基于变频技术的空调器也从过去的交流变频转变成更为先进的直流变频，而且控制电路从PWM转变为PAM，所以该空调器无论从器件的应用还是控制系统的研发，都很好的应用了当今主流科学技术。任何一种变频空调器，其内部控制电路的基本原理大致相同，通常由两部分构成，分别为室内机以及室外机，将美的公司生产的T0pswitch变频空调作为主要研究对象，说明其控制电路基本原理。变频空调器控制电路的室内机以及室外机能够实现通信，而且由两个不同的单片机进行控制。控制电路主要由主板、电源、开关系统以及压缩机构成，控制操作的唯一对象就是空调机中压缩机，相比之下，变频空调所使用的电源是可以进行频率调节的，所以具有更好的节能效果、舒适度、传感控制精度。在该空调的压缩机中，主要运用交流的异步电动机和永磁体结构电动机；智能板块运用六封装或者是七封装类型的GTO等器件，并在此基础上将电路中的驱动进行集成；电源模块将交流电进行整流形成直流电，然后在提供至IPM等模块，再通过逆变，将三相交流电直接提供至空调压缩机当中；在控制电路中，最为重要的两个部分就是室内版与室外板，由两块单片机分别控制，在科技发展的进程中，控制元器件都可以使用DSP对各种指令机反馈的信息进行处理，提高了控制电路的准确度与可靠性，由于这项特质，故有许多人将变频空调称作数字空调。室外机主要负责三相交流电的细化控制，进而获取六封装条件下PWM等器件的通断控制情况，并且还可以对室内、冷凝器、排气系统的温度进行检测，确保系统中保护、处理以及通信功能可以有效实现。

2TOP232各引脚的功能描述

2.1漏极引脚(D)：高压功率MOSFET漏极引脚的输出；通过内部的开关式高压电流源提供启动偏置电流；漏极电流的内部流限检测点。多功能引脚(M)：过压(0V)，欠压(uV)，降低DCMAX的馈、流限外部设定、远程通／断和同步的输入引脚。连接源极引脚则取消此引脚所有功能，使T0pswitch—FX以简单的三端模式工作。控制引脚(c)：用于占空比控制的误差放大器和反馈电流的输入脚；与内部并联稳压器相连接，提供正常工作时的内部偏置电流；也用作电源旁路和自动重启动／补偿电容的连接点。源极引脚(s)：与高压功率回路连接的M0sFET源极引脚的输出；初级控制电路的公共点和参考点。频率引脚(F)(仅限Y封装)：选择开关频率的输入引脚。如果连接源极引脚为130kHz，连接控制引脚为65kHz。P和G封装只能以130kHz开关频率工作。在变频空调器中，要求空调器对交流电网波动的适应性要高，而且空调器控制板所用的电源种类多，如用于压缩机变频控制的智能功率模块一般情况下需要相互隔离的4个控制电源，加上室外机电脑控制板也需要一个独立的电源，总共5个电源，对于这样的系统，采用ToP232构成的开关电源，既可满足省去体积庞大的工频电源变压器，降低成本，又能保证电源系统对电网的适应性强。如果采用最近两年市场上新推出的单电源源极(引脚)供电的集成功率器件，象日本三洋公司的STl(系列，则只需要两个电源，一个供给功率模块用电，一个供给室外机电脑控制板。尽管所需电源数量减少，但对电源的稳定性、可靠性指标要求却丝毫没有降低。下面就是利用TDP232构成的麓够提供两路稳定电压的开关电源实例。

2.2现在我们就T0p232的内部结构框图和实际由它构成的开关电源电路图来说明一下工作原理：启动时，直流高压通过开关变压器的初级线圈加到漏极引脚上，M0sHⅡ最初关断，通过连接在漏极和控制脚之间的内部高压开关电流源对控制脚上的电容El充电。当控制脚电压VC接近5．8V时，控制电路被激活并开始软启动。在10ms左右的时间内．软启动电路使M0sFET的占空比从零逐渐上升到最大值。在软启动结束时，如果没有外部反馈／电源电流流人控制引脚，则高压电流源关断，控制脚开始根据控制电路消耗电源电流的大小放电。如果电源设计没有问题，而且不存在开环或者输出短路等故障时，在控制引脚电压放电到接近4．8V下限电压值(内部电压欠压锁定门限值)之前，反馈环路将闭合，提供控制引脚外部电流。当外部注入的电流对控制脚c充电到5．8V并联稳压器电压时，超过芯片所消耗的电流通过电阻RE分流到源极引脚s。流经RE的电流控制功率M0sFET的占空比，实现闭合环路控制。当出现开环或输出短路等故障而使外部电流无法流人控制脚时，控制脚上的电容E1开始放电，达到4．8V时激活自动重启动而关断MOSFET输出，使控制电路进入低电流的待机模式，高电压电流源再次接通并对外接电容E1充电。内部的滞后电源欠压比较器通过使高压电流源通断来保持Vc值处于典型的4．8—5．8V的区域内。自动重启动电路中有一个除8的计数器，仅在计满8个放电周期信号时才接通输出MOSFET，用以防止输出MOSFET在8个放电充电周期过去之前重新导通此计数器，通过将自动重启动的占空比减到典型值4％来有效地限制1DP232的功耗。自动重启动模式将不断循环工作直到输出电压通过闭合反馈环路重新进人受控状态为止。稳压过程：12V的输出电压通过电阻R8与R9的分压输入到TM31的参考电压端，当输出电压发生变化时，则光耦PclC3104的输人电流发生变化，从而引起光耦PCI的输出电流发生变化，进而直接影响电阻RE上流过的电流，引起功率M0sFET占空比的相应变化，从而达到调节输出稳压的目的。

3用TOP232构成开关电源应注意的其他几个问题

3.1初级箝位和输出反射电压VOR，初级箝位电路限制TOPsWITCH的峰值漏极电压。齐纳箝位所需元件数少，所占电路板面积也较小。为提高效率，箝位齐纳管的电压至少应是输出反射电压的1.5倍，以缩短漏电尖峰的传导时间。

3.2输出二极管,输出二极管的选择通常由峰值反向电压、输出电流和应用的热条件(包括热吸收、空气流通等)来确定。7roPswrrCH的DCMAX较高，只要变压器匝数比恰当，在高达15V的输出电压上可以使用60V肖特基二极管获得更高效率。

总之，变频空调器的出现与应用使家用空调进入了全新的时代，变频空调虽然功能多、效果好，但它的控制电路是非常复杂的，因此，相关技术人员应在实践的过程中不断总结经验，选择简便而有效的方法，使变频空调的应用更加稳定、可靠。

参考文献

[1]肖兰庚,变频空调器微电脑控制电路分析与速修技巧.2016.

[2]张爱.探讨变频空调用新型高性能开关电源的设计.2017.