基于家用空调电路板过零信号采样的分析与改善

基于家用空调电路板过零信号采样的分析与改善

任小林

中山长虹电器有限公司 中山 528427

摘 要： 过零检测电路可用来判断单相交流电源的频率、电压反相点（即过零点）。目前该电路主要应用于带有PG无级调速电机的电控系统中，为系统调节电机的转速提供依据。本文对3个不同品牌的家用空调电路板过零信号采样进析了电路和波形的分析， 并对过零信号电路设计提出改进的方法，希望能给家用电器的从业设计人员在电路板设计提供帮助。

关键词： 家用空调器；过零信号采样；电源畸变；驱动PG电机 ；可靠性

1 引言

家用空调器室内机，一般使用交流PG电机，用于室内机吹风。其室内机电路板上的过零检测电路可用来判断单相交流电源的频率、电压反相点（即过零点）。目前该电路主要应用于带有PG无级调速电机的电控系统中，为系统调节电机的转速提供依据。所以电路板设计的过零采样信号的质量好决，直接决定了电路板驱动PG电机运作的可靠性。目前家用空调器在全球各个国家和地区中已广泛使用，但各个使用地区当地的供电质量各不样同，如在一些经济落后或使用发电机供电的地区，其电网供电的电源中一般含有大量的畸变波形，这些畸变波形的存在会严得影响过零信号采样的准确性，常会造成过零信号丢失、电控板误报风扇电机故障等现象，影响了空调产品使用的可靠性。本文针对3个不同品牌的家用空调电路板过零信号采样进析了电路和波形的分析， 并对过零信号电路设计提出改进的方法，希望能给家用电器的从业设计人员在电路板设计提供参考。

2空调电路板过零信号采样电路简介

过零检测电路可用来判断单相交流电源的频率、电压反相点（即过零点）。目前该电路主要应用于带有PG无级调速电机的电控系统中，为系统调节电机的转速提供依据。空调产品常用的过零检知电路设计方案有两种：一种是线性变压器方案；另外一种是开关电源方案。一、线性变压器方案，电路通常设计使用一个工频变压器，过零检测电路对交流电源进行采样的物理点，然后变压器绕组的输出电压经二极管整流，并经电阻限流后驱动三极管，三极管的发射极接单片机的过零检测端。二、开关电源方案：电路原理为现行使用在强电过零检测电路，提供5V电源。该电路可以实现对AC强电进行过零点的检测。由于L和N为AC 220V的正选波，大部分电压加在功率电阻上后，小部分电压加在双向光耦上。正选波为正向时，光耦为正极;反向时,光耦为正极。光耦的正向导通时，光耦发送一个零点电压，完成每次的过零采样，控制芯片通过对信号的采集即可基本判断出AC过零点。若L和N采样电压频率为F，则经光耦处理后的电压频率为2F。

3 空调常用两种开关电源方案过零信号的采样

空调室内机中的PG调速塑封电机，为单相异步电容运转电动机。为了满足空调正常的运转，达到制冷、制热能力的平衡，所以必须保证室内风机的转速满足系统的要求，并保持转速的稳定。为达到以上目的，可采用可控硅（或固态继电器）调压调速的方法来调节风机的转速。为了保证所调电压满足转速要求，则必须检出电源的零点和测出风机的转速，故在实际电路中，还需使用了过零检测电路来检出电源的零点．使用风机转速检测电路来检测转速，再通过调节可控硅导通角来使风机转速达到系统要求。

本文针对2个不同品牌的家用空调电路板过零信号采样进析了电路分析和输出的采样波形进行了测量。图1为A品牌的家用空调电路板全波原理图，从电路分析可知：火线信号通过R119降压，再通过IC18(双向光偶)发光二极管端，与零线形成回路，全波过零信号经过光偶隔离后，在低压端提取出全波过零信号，再经三极管Q13整形放大后送入单片机过零检测引脚。此 A品牌的过零采样电路在使用示波器测量下，220V电压下采样信号输出高电平电压为5.12V,高电平脉宽为10.6MS。图2为B品牌的家用空调电路板半波电路原理图，从电路分析可知：零线为正的半波信号通过R57-R59降压后，通过IC54(单向光偶)到达开关电源强电地，再从开关电源强电地经二极管D51流入火线，形成电流回路。半波信号经过IC54隔离后，在低压端提取出半波过零信号，再经三极管Q5整形放大后送入单片机过零检测引脚。此 B品牌的过零采样电路在使用示波器测量下，220V电压下采样信号输出高电平电压为5.12V,高电平脉宽为10.6MS。

图1 A品牌的采样电路 图2 B品牌的采样电路

4 对采样电路波形的分析与设计改善

对比上述2个不同品牌的家用空调电路板过零信号输出的波形，A品牌输出高电平脉宽的时间为680US（微秒），其电路取样点是在火、零线之间，通过双向光偶取全波过零信号。B品牌输出高电平脉宽的时间为10.6MS（毫秒），其电路取样点在零线与开关电源强电地之间，取半波信号。当其面对电源中存在的畸变波形时，因输出的脉宽时间越大，过零信号的采样越稳定可靠，空调产品就不会出现过零信号丢失、电控板误报等现象。上述2个不同品牌中，B品牌输出的脉宽时间的最大，故B品牌的过零信号采样电路要优于A电路。平时整改时，可参考B品牌的过零信号电机设计方法，往输出的脉宽时间大的方向，来进行设计改善。

5结束语

如何保证空调产品在含有较多的畸变波形、及电源电压不稳定的供电电网中，仍然能够正常运行工作，是各空调企业重点研究的关键技术课题。较好的过零信号采样电路设计，能避免出现过零信号丢失、电控板误报等不良影响。本文对几种的家用空调电路板过零信号采样进析了电路和波形的分析， 并对过零信号电路设计提出改进的方法，希望能给家用电器的从业设计人员在电路板设计提供参考。

参考文献

[1] 张财志, 高祖昌 等三相电源过零信号检测及相序自适应的研究与实现.国外电子元器件.2008 . 

作者简介：任小林，男，1976年，电气自动化工程师职称，主要从事家用空调的设计和技术管理。