美的智弧空调各模块电路原理分析

1、滤波电路

室外机接线排上的火线，经过保险丝，FUSET1， 再经过电感线圈L1，到达PTC1这个电阻的左端经过PTC1这个热敏电阻，到达整流桥的AC的一一个输入端，室外机接线排的零线，通过电感，又通过互感线圈L1到达整流桥AC的另外一个输入端CPU得电以后，如果空调没有故障，发出指令控制RY1这个继电器闭合，短路PTC1， PTC1这个电阻就失去作用。FUSET1为延时保险丝，可以防止电控器的长时间过流或短路，同时，又可在输入电压过高时，与ZR1压敏防爆电阻一起保护后续电路免受高压冲击而损坏。ZR2， DSA1共同组成防雷击保护电路。CX1、 L1、Gx2组成有效的电磁干扰滤波器，该滤波器有双向作用，即能吸收电网对电控器的干扰，也能阻止电控器本身的谐波进入电网。

2、整流和PFC电路

整流， PFC电路的作用就是把交流的220V的变成DC+310V左右的直流电，为IPM模块和开关电源提供直流电压;过欠保护电路的作用:实时的检测，直流侧电压的高低，当电压过高或者过低时，停止空调工作，以保护空调的安全，由于室外机电路板开关电源器件的存在，电路中的电流相对于供电电压的相位发生畸变，造成电路中的谐波电流的成分变大，功率因数降低。PFC电路的主要的作用就是降低谐波成分提高功率因数，使空调电控系统能够满足国家的有关认证。

这里简单的给大家介绍一下PFC电路的工作原理，简单的说就是控制Q1这个场效应管一会导通， 一会截止，当压缩机的频率比较高的时候(此时压缩机的功率比较大) ，场效应管01导通的时间就比较长， AC220的交流电经过R这个整流桥，由电抗经过场效应管01到地，电能就储存在电抗里面，当场效应管Q1截止的时候，电抗的电能经过D1这个二极管给C0203， C0202这2个电解电容充电， P点的电压就比较高了。

当压缩机的频率比较低的时候(此时压缩机的功率比较小，场效应管01导通的时间就比较短， AG220的交流电经过BR这个整流桥，由电抗经过场效应管01到地，电能就储存在电抗里面(由于场效应管导通的时间比较短，电抗储存的电能就比较小)当场效应管Q1截止的时候，电抗的电能经过D1这个二极管给C0203， C0202这2个电解电容充电。有的朋友会问了，在PFC这个电路中，为什么接一个IC13(IR4427) 这个芯片?在这款空调中用的CPU的工作电压是3.3V的，这个CPU输出的高电平是+3.3V，这个电压是不能直接驱动01这个场效应管导通的，IR4427这个芯片简单的说就是把小信号放大成一个大的信号的一个芯片;它里面有两个功能一样的通道(A， B)， CPU的第37号引脚输出的控制信号(高电平是+3.3v) ，由IR4427这个芯片的2， 4输入，由5， 7输出放大后的信号(高电平是+15v) ，来驱动场效应管导通和断开。有示波器的朋友可以测一下IR4427的2脚是一一个脉冲宽度不断变化的脉冲调制波。

3、母线检测电路

母线保护电路的作用:实时的检测直流侧电压的高低，当电压过高或者过低时，停止空调工作，以保护空调的安全，该电路的原理图如下。

P点的电压经过R31和R129分压之后，加到主芯片U1的第9号引脚，主芯片(U1)9号引脚电压的高低和P点的直流电压高低成正比，P点的电压越高， 9脚的电压就越高，反之就越低。该电路有问题会报P1故障(电压过高或者过低) ，你比如电阻R31开路，CPU的9号引脚得不到电压，空调就报P1。

4、PFC过流保护电路

当空调开始工作的时候，在R151这个电阻的，上端PFC这一点就会产生一个负的压降，假如整机的电流为10A时，根据欧姆定律(U=R=10X0. 02=0. 2V) ，在PFC这一点应该产生一个(-0. 2V)的电压如下图:

PFC这点电压和A点的电压相互叠加(A点的电压是由R44， R93， R101这3个电阻分压得到的) ，在IC14:B这个比较器的5脚产生-一个+1. 51 628V的比较电压;比较器6脚的电压为+1.32838V (该电压是有R44， R93， R101这3个电阻分压的得到的)，由于比较器的正极的电压大于负极(6脚)的电压，比较器的7脚就会输出一个高电平。

比较器(IC14) 7脚输出的高电平加到比较器的3脚，由于比较器的3脚的电压大于2脚的电压2脚的电压是有R46， R52这2个电阻分压得到，故比较器的1脚输出高电平到CPU的第13号引脚。

5、过流保护电路

过流保护电路的作用:实时的监测空调的总电流，当电流过大时自动的停机，从而保护空调。

该部分的原理图如下:当空调开始工作的时候，在R151这个电阻的，上端PFC这一点就会产生一个负的压降，整机的电流越大该点的电压就越高，PFC这个电压经过IC106B这个放大器放大以后加到CPU的第24号引脚，电流越大该点的电压就越高.

IC106B这个放大器是反相输入接法，放大倍数为Uo=- (R138/R135) Upfc。

6、交流电压检测电路

交流电压检测电路的作用:实时的监测空调输入电压(也就是用户家的电压)，当电压过大或者过小的时候自动停机，从而保护空调。该部分的原理图如下:

交流AC220的电压经过R125， R119两个限流电阻分别加到1C106A运放的2， 3脚，经过运放把信号缩小(该电路的放大倍数为U0=R146//R132/R125(N1-L1)， 由于R132 和R146并联的为6. 06369K，这个值要小于R125 这个电阻，所以这个电路实际上是把信号缩小了)经过R131 这个限流电阻加到CPU 的18脚， CPU得到这个信号，经过内部运算，就会得到用户家的电压。

7、温度采集电路

（1）室外温度采集电路

随温度变化的室外机温度传感器T3 (负温度系数的热敏电阻R25=10k) ，经过E23滤波，R77 的限流，R78的分压，加到芯片的U1的第14脚，芯片根据14脚的电压的不同就可以知道此时室外温度。

（2）室外盘管温度采集电路

随温度变化的室外机盘管温度传感器T4 (负温度系数的热敏电阻R25=10k)，经过E9滤波，R17的限流，R90的分压，加到芯片的U1的第12脚，芯片根据12 脚的电压的不同就可以知道此时室外盘管温度。

（3）室外排气温度采集电路

随温度变化的室外机盘管温度传感器TP (负温度系数的热敏电阻R25=50k) ，经过E22滤波，R71 的限流，R73 的分压，加到芯片的U1的第15 脚，芯片根据15脚的电压的不同就可以知道此时室外盘管温度。

8、输出电路

（1）继电器电路

PTC电阻即正温度系数热敏电阻，阻值随温度上升而上升，它与室外机控继电器触点并联(RY1)室外机初次通电，主控继电器(RY1)因无工作电压触点断开，交流220V电压通阻经过PFC电路对滤波电容充电， PTC1电阻通过电流时由于温度上升阻值也逐渐变大，从而限制充电电流，防止由于电流过大造成空调器插头与插座间打火在室外机供电正常后，主芯片的20号引脚输出高电平，经过反相驱动器(102)从芯片10输出低电平，+12V的直流电经过RY1的线圈到芯片(U102)的10，控制主控继电器(RY1)触点吸合， PTC电阻便不起作用。

（2）四通阀电路

主芯片(1)的64脚输出高电平，经过反向驱动器(U102)在相应的12脚输出低电平，控制RY2继电器闭合，四通阀开始工作。

（3）风机控制电路

主芯片(U1)的44脚输出高电平，经过反向驱动器(U102)在相应的1 4脚输出低电平，控制RY3继电器闭合，室外风机得电开始工作;C7是风机启动电容， R16和C28组成保护电路。

9、开关电源电路

（1）什么是开关电源

开关电源就是通过控制电路中开关管进行导通与截止。将直流电转化为高频的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一-组或多组电压，这就是开关电源。

（2）开关电源的工作原理

a、交流电源输入经整流滤波成直流;

b、通过高频PWM (脉冲宽度调制)信号控制开关管，将那个直流加到开关变压器初级上;

c、 开关变压器次级感应出高频电压，经整流滤波供给负载;

d、输出部分通过一定的电路反馈给控制电路，控制PWM占空比，以达到稳定输出的目的。

（3） STR-A6061H 简介

STR-A6000系列产品是用于开关电源的电源IC，该芯片内部包含功率MOSFET 和电流模式型PWM控制器。待机功率通过PWM操作之间的自动切换来实现在轻负载条件下正常工作和突发振荡。产 品实现了具有少量外部元件的高性价比电源系统。

（4）STR-A6061H的封装

（5）STR-A6061H引脚

S/OCP脚:MOSFET的源极/过电流保护。在实际的应用中s/OCP端子通过一个电阻连接到GND，通过检测该电阻的压降来检测芯片内部MOSFET管的电流当该脚的电压大于或者等0.89V的时候，芯片就停止工作。
BR脚:芯片的过欠压保护引脚，美的该款空调的这个引脚直接接地，该功能没有用。
GND脚:芯片的接地引脚。
FB/OLP脚:反馈控制脚/过载保护脚。FB脚电压超过8. 1V持续60mS，芯片进入过负载保护，芯片停止工作，从而减轻MOSFET及输出二极管应力，过载状态解除后，保护自动解除并恢复到正常状态。
CC/OVP脚:该脚是芯片的供电引脚和输出过压保护输入引脚。

（6）开关电源工作原理

如上图所示，220V的交流电经过整流，PFC 电路EO203， E0202 滤波以后产生的+350V左右的直流电，由A6061 的第7-8 脚输入，A6061在内部电路控制下向该芯片5脚外接电容E8充电，当A6061这个芯片5脚外接的电容E8电压达到+18V左右时，芯片内部控制电路产生脉宽调制信号并驱动MOSFET管工作，当A6061 这个芯片5脚外接的电容E8电压达到+18V左右时，该芯片的内部控制电路不在给E8 这个电容充电，变压器4-5 产生的交流电经过D122 整流，给电容E8充电。

变压器9-10脚输出的交流电经过D8整流C8，E3滤波以后得到+15V的直流电。供后面的IPM 模块和PFC 驱动芯片用。

变压器6-7脚输出的交流电经过D9整流E6，E19滤波以后得到+12V的直流电。+12V的直流电压经过IC10(T5403)这个芯片的2脚输入，由芯片的5脚输出+3.3V的直流电供CPU用。

+12V的直流电经过R91，R99 电阻分压后，获得取样电压后，将与IC11 中的2. 5V基准电压进行比较并输出误差电压，然后通过光耦改变A6061 的第4号引脚电流的大小，该引脚电流在再通过A6061芯片内部的电路改变驱动MOSFET管占空比大小来调节输出电压+12V的大小，使其保持不变。

电路中设计了阻断二极管7电容C32、 电阻R39组成的缓冲保护网络，该网络在正常工作时， D7.上的损耗很小，漏磁能量主要申R39承担;而在启动或过载时，D7即会限制内部MOSFET的漏极电压，以使其总是处于700V 以下。

10、内外机通讯电路

在实际的变频空调器维修当中，通讯故障是一种常见的电路故障，当这一-部分电路出现问题时， 空调器的各种控制指令无法在室内机和室外机之间传送，空调就会保护，该款空调就会在室内机的显示屏显示故障“E1"。通信电路的原理图如下:

（1）室内机和室外机通信的简介

变频空调器一般采用单通道半双工异步串行通讯方式，室内机与室外机之间通过以二进制编码形式组成的数据组进行各种数据信号的传递，下面以国内某一款变频空调器为例，给大家看-一下，室内机给室外机发送什么数据，室外机有给室内机发送了那些数据。室内机和室外机间的通讯数据都是由16个字节组成，每个字节由一组8位二进制编码构成，进行通讯时，先发送一个开始码的字节，然后依次发送第1~16字节数据信息，最后发送一个结束码字节，至此完成一次通讯。每组通讯数据的内容如下表:

第四字节至第十五字节代表的内容如下:

（2）室内机和室外机通信的原理图分析

大家看到上面的数据那么多，就晕乎了，其实那，单片机最终会把这些数据转换成1和0这个数值发送给对方，1对应的就是高电平(如果是+5V的单片机，高电平就是+5V;+3.3V的单片机，高电平就是+3. 3V;低电平是oV) ;由于空调室内机与室外机的安装的距离比较远，室内和室外机的2个芯片的供电电压都不是很高，如果两个芯片之间的通信直接相连的话，电压衰减的很厉害，有时候室内机发送的数据，外机无法识别，因此必须提高通信电路中的电压，以增强通信信号的强度，该款空调的通信电压设计的是24V，由室内机产生;看一下这个电压是如何产生的:

室内机交流220V经D250 半波整流， R527， R528分压、限流，R259分流后，在经过稳压二极管ZD250 稳压，再经E250滤波后，在A点得到一个稳定一24V 的直流电，为通信的环路提供稳定电压。D250半波整流， E250平滑滤波，R527，R528电阻分压、限流，R259 电阻分流，ZD250 是24V的稳压二极管。

该款空调的通信的机制是这 个样子的，首先由室内机向室外机发送通信信号，经过室内机和室外机的连接线到达外机，过一段时间就会把外机的一些数据通过信号线传达给室内机，这样双方就建立了友好的通信:当连续的一段时间，室内机发出的信号，室外机没有给它回应，侧产生通信故障，空调停机保护，在室内机的显示屏显示故障代码"E1”。其实那，单片机芯片最终会把这些数据转换成1和o这个数值发送给对方，1对应的就是高电平(如果是+5V的单片机，高电平就是+5V; +3. 3V的单片机，高电平就是+3. 3V;低电平是0V)。

下面我们看一下室内机如何给室外机发送一个数值 1 (世就是我们说的高电平):当通信处于室内发送、室外接收时，室外主芯片的第26号引脚输出高电平，室外发送光耦1C4始终导通，室内主芯片的21号引脚发送高电平“1”，室内发送光耦1C251导通，整个通信环路中就有电流流过，外机1C2 光耦就导通，室外机主芯片的第25号引脚就得到了一个高电平1。

室内机如何给室外机发送个个数值0 (也就是我们说的低电平) :当通信处于室内发送、室外接收时，室外主芯片的第26号引脚输出高电平，室外发送光耦IC4 始终导通，室内主芯片的21号引脚发送低电平“0”，室内发送光耦10251 截止，整个通信环路中就没有电流流过，室外机IC2 这个光耦就截止了，室外机主芯片的第25号引脚就得到了一个低电平0。

室外机如何给室内机发送一个数值 1 (也就是我们说的高电平）：当通信处于室外发送、室内机接收时，室内机主芯片的第21号引脚输出高电平，室内机发送光耦IC251 始终导通，室外机主芯片的26号引脚发送高电平“1”，室外机发送光耦IC4导通，整个通信环路中就有电流流过，室内机1C250这个光耦就导通，室内机主芯片的第20 号引脚就得到了一个高电平1。

室外机如何给室外机发送一个数值0 (也就是我们说的低电平) :当通信处于室外发送、室内机接收时，室内机主芯片的第21号引脚输出高电平，室内机发送光耦IC251 始终导通，室外机主芯片的26号引脚发送低电平“0”，室外机发送光耦IC4截止，整个通信环路中就没有电流流过，室内机1C250这个光耦就截止了，室内机主芯片的第20号引脚就得到了-个低电平0。

通信电路中主要元器件的作用

电阻R257， R258是分压限流电阻，电阻R257、R258要根据稳压管ZD250的工作电流范围来选择，电阻选取时还要考虑电阻的耐压，因电阻直接接在高压端，电阻耐压要高于300V。ZD250这个稳压二极管，负责把电压稳定在24V; R259是分压电阻。电阻R251、 R1起分流作用，保护光耦不被大电流损坏，但其阻值不能漂移，如果电阻值变的过小会使电阻分流过大，光耦输入电流过小，影响光耦的开关速度或开通不完全。如果电阻值变的过大会使电阻分流过小，光耦流过的电流过大，烧掉光耦。

R252和R5是限流电阻，为防止电流过大烧坏1C4，1C251这2个光耦。为保证足够大的驱动电流驱动光耦，在内外机信号发射端增加Q2， 0250两个三极管进行驱动。

光耦102， IC4， 1C250， 1C251 起隔离作用，防止通信环路中的大电流、高电压串入芯片内部，损坏芯片，RB为限流电阻、D6， D251防止N、L反接导致其它元器件损坏，C3， C44.、C1， C251高频滤波。

11、IPM模块和压缩机位置检测电路

IPM模块电路的作用就是将+310V左右的直流电，逆变成频率可变的电，从IPM 模块的U， V， W输出到压缩机，来控制压缩机的转速，从而来达到快速制冷和制热的目的;压缩机位置检测电路，通过实时检测压缩机转子的位置，把这个位置信息实时的告诉CPU， CPU根据这个位置，发出6路的驱动信号，控制压缩机连续的运行。

（1） IPM模块的简介

该款空调采用的是飞兆半导体公司推出了新一代的智能功率模块FNA41560B2， 该IPM模块具备以下几个方面的优点:

1) 内含驱动电路，保证1GBT出色的/卓越的/优异的/杰出的驱动条件;

2)内含过电流保护(OC) 、短路保护(SC) ;

3)内含驱动电源欠压保护(UV) ;

4)内含低损耗IGBT 和续流二极管;

5)信号输入端兼容3. 3/5VCMOS/LSTTL电平;

6)宽的输入电压范围;

7)内含过热保护;

8)内含故障输出(FO)，向外部输出故障信号，消下桥臂0C、UV保护动作时，通过向控制智能功率模块的微处理器输出故障信号，实现系统保护。

9)内置NTC热敏电阻，用于检测IPM 模块的温度。

（2）IPM模块内部结构与引脚定义

IPM模块的第12， 13， 14， 18， 19， 20是IPM 6路控制引脚输入，主芯片U1的50， 53， 55， 51， 54， 56输出的六路控制PWM信号，经过电阻限流，电容滤波以后，由IPM模块的12， 13， 14， 18， 19， 20这个六个引脚进入模块的内部，IPM模块内部由6只IGBT 构成的具有上下桥臂的三相桥式电路，根据主芯片U1送来的驱动信号按顺序和时序轮流导通，实行对直流电压进行斩波，调制成压缩机运转所需的电源，再经IPM模块的4，5，6 (U、V、W)这三个输出端输出，加到压缩机电动机端子上，使压缩机按照设定要求，进行变频调速。

IPM模块的16， 17这两个引脚是模块的电源引脚，开关电源输出的+15V的电压经过E25滤波加到这2个引脚上。

IPM模块自身具有短路，过流、过热、欠压保护等功能，-旦IPM 有短路，过流、过热、欠压这些情况时自身实行保护，则通过IPM 模块的第11 号引脚输出一个低电平保护信号给主芯片U1的34号引脚，主芯片收到这个故障信息后，U1停止6路控制信号输出，从而保护IPM 模块的安全;保护信号的波形如下:

IPM模块的第10号引脚(CSC)是IPM 模块硬件保护引脚，当该引脚的电压大于0. 5V的时候，IPM 就停止工作。在IPI模块下桥臂三个发射集接了一个很小的无感电阻RS302，当某一个电桥臂导通时，就会在电阻.上得到一个反应该相电流的一个正比例系数的电压值，电流越大改点的电压值就越高，当某一相的电流大于25A时，根据欧姆定律，该点的电压就大于0.5V，该点的电压经过R59加到IPM 的10脚，IPM 就停止工作。

IPM模块的21， 22; 23，24; 25， 26这个6个引脚外面接的是3组自举电路，电压自举，就是利用电路自身产生比输入电压更高的电压，其原理就是利用电容两端电压瞬间不能突变的特点，来改变某一点的瞬时电压。

（3）VF0保护电路

当压缩机的相电流在10A时，会在NST 这一定点上产生一个+0.2V的压降(根据欧姆定律U=IR=1 OXRS302=10xO.02=0. 2V) ， NST这点电压和A点的电压相互叠加(A点的电压是有R128，R123， R148 这3个电阻分压得到的)，在IC12:A 这个比较器的2脚产生一个+1.14V的比较电压;比较器IC12:A 3脚的电压为+1.27V (该电压是有R128， R123， R148 这3个电阻分压的得到的)，由于比较器IC12:A 的正极的电压大于负极的电压，IC12:A比较器的1脚就会输出一个高电平。

比较器(IC12:A) 1脚输出的高电平加到比较器的5脚(IC12:B)，由于比较器(IC12:B)的6脚的电压小于5脚的电压(6 脚的电压是有R57， R58这2个电阻分压得到)，故比较器的7脚输出高电平，D21这个二极管截止，对VF0这个保护信号不会产生影响。

当压缩机的电流由于某种原因导致电流过大(比如压机卡缸，IPM模块短路等等)，电流增加到25A时，会在NST这-定点上产生一个+0.5V的压降(根据欧姆定律U=IR=1 0XRS302=25x0.02=0. 5V) ， NST这点电压和A点的电压相互叠加(A点的电压是有R128，R123， R148 这3个电阻分压得到的)，在IC12:A这个比较器的2脚产生一个+1. 40V的比较电压;比较器3脚的电压为+1.298V(该电压是有R128，R123，R148这3个电阻分压的得到的)，由于比较器的正极的电压小于负极的电压，IC12:A比较器的1脚就会输出一个低电平。

比较器(IC12:A) 1脚输出的低电平加到比较器的5脚(IC12:B)，由于比较器(IC12:B)的6脚的电压大于5脚的电压(6脚的电压是有R57/ R58这2个电阻分压得到)，故比较器的7脚输出低电平，D21 这个二极管导通，模块的VFO这个引脚就输出一个低电平，CPU 的第34 号引脚接收一个低电平，CPU就停止6路控制信号输出，保护空调的安全。

（4）IPM温度检测电路

内置NTC 热敏电阻，用于检测IPM 模块的温度。随温度变化IPM 温度传感器，经过E34 滤波，R122 的限流，R158 的分压，加到芯片的U1的第22 脚，芯片根据22脚的电压的不同就可以知道此时IPM 模块温度。IPM 温度传感器的温度值如下:

（5）压缩机位置检测电路

由于该空调采用的压缩机是直流的电机，CPU 需要实时的掌握压缩机转子的位置，如果说检测不到压缩机转子的位置，CPU就没有办法送控制信息给IPM 模块，压缩机就没有办法运转，会报故障P4，该电路图如下:

该空调设计的是单电阻位置检测，在模块的7，8，9这3个电阻的公共点上接了一个采集电阻RS302， 在空调正常工作的时候，在RS302 的电阻上就会产生一个随时间变化的电压，电压的波形如下:

大家可以看一下上图，在RS302这个电阻上采集到的电压有正有负，位置检测电路采用的运算放大器是单电压供电的，不能对负半轴的信号进行放大，所以得加一一个正的偏值电压把它“抬上来”，偏值电压产生电路图如下:

+3. 3V的直流电经过R19， R4 这2个电阻分压，得到+1.65V的电压经过R20 这个电阻限流以后，加到IC18A这个运算放大器的第3号引脚，这个电压经过IC18A 这个1:1的放大以后，经过R13这个电阻，和RS302 .上产生的压降进行叠加以后加到IC18: B这个运算放大器的5脚，经过这个放大器把信号放大以后经过限流电阻R21加到CPU 的11号引脚，CPU得到这个信息后，经过内部运算处理，就可以得到压缩机转子的位置。