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发表于 2012-11-11 11:38:03 | 显示全部楼层 |阅读模式

变频空调变频摸板电路分析
新科KFR-32GWA/BP变频功率模板
江阴职业技术教育中心校 李 朋  + S% d: X! Z# B: s
编者按:随着家用空调的普及,空调维修成为目前的维修热点和维修利润的赚取点,其中的变频空调对于维修人员来说是最为困惑的。本文借新科KFR-32GWA/BP变频空调的变频功率模板,对“三菱”智能变频模块“PM20CTM060”的使用进行分析,揭开变频输出电路的神秘面纱,增加你的维修信心。
变频空调采用的是当代比较先进的变频应用技术,变频空调的压缩机转速由CPU控制可根据工作环境和人工设定进行调速,从而改变制冷量,满足人们对空气调节的主观要求。变频空调具有启动电流小,适应电压范围宽,快速制冷和制热,低温制热能力强,噪音低,性能稳定,可靠性高,寿命长,使用舒适,控制智能人性化等特点。
变频电路有交流变频和直流变频两种形式。( k4 i& y2 S$ k' b2 \
  两种变频输出的不同主要是CPU控制变频功率模块的六个功率管导通的个数、相位和脉宽的差异,将直流电经过变频功率模块,交流变频输出频率可变的三相交流电,直流变频输出频率可变的脉动直流电。! z* C& |7 o0 P1 d9 f
  交流变频压缩机的电机是一般的三相异步交流电机,直流变频压缩机的电机是直流无刷永磁转子电机。
变频功率模块又称智能电源晶体管,简称IPM,呈厚膜一体封装。
2 P: s/ c4 v. ]' N! E本文重点介绍交流变频空调的输出电路,常见的变频功率电路有三种。
/ J+ R  \: Z* ^: C0 ~. z1 W
一种是使用单独的IPM,如图1所示,IPM有11个端子,直接焊在室外控制主版上;一种是IPM和变频电路做成的一体化电路板,整个组合电路用聚脂封装,和控制主板之间用通讯端口控制,是无法维修的;一种是采用IPM和驱动电路或电源电路组合的变频功率模板,IPM有21个端子,控制元件可见,可以维修,和控制主板有信号线连接。
新科KFR-32GWA/BP变频功率电路板如图2所示,属于第三种。- a: f* V0 d, v: T5 R0 q  w; U: }
IPM焊在电路的背面,如图3所示。
MrHkxrXEpLDl_i9TB50JxqjEh.jpg
M8Sjv nKtczl_RTrYE8WXQaMP.jpg
同板的相关电路主要有开关电源和变频驱动电路,重要元件在如图4所示的元件分布图上标出,虚线为板反面的IPM,在正面有端子焊出。数字1∽7为光藕,数字8为保护三极管。电路板为双面板结构,即两面都有铜箔,在分析和检修时要注意。
4、元件分布图
NNSqvP631rK8zQ==_9sSgJNs6KXTm.bmp
一.IPM简介
端子介绍
/ ]- d1 c, N0 ^+ C5 v/ Z. A  L) ?
IPM的外型及端子排列如图5所示。: p7 K4 M8 O" X( ^1 L2 H. u; T
内部结构如图6所示。  M: \+ Q2 K; g1 `3 J" t
原理简图如图7所示。
IPM为塑料厚膜封装,两旁的孔为散热片固定螺丝孔,一边排列15个端子,另一边为5个接线柱。
* {" l2 W# n4 z( f3 U6 N! \# ?
Vfo端为IPM保护信号输出, IPM主要有直流过流、模块过热两种保护。
YP接线柱为直流300V电源的“+”极;
N接线柱为直流300V电源的“-”极,和模块的N端子相通;
) t( i0 b, i- n5 p7 |
接线柱U、V、W接压缩机,接线柱U、V、W在厚膜内分别和另一面的U、V、W端子相通。
根据图7可看出:
H端子U和u、V和v、W和w构成上臂三个触发回路;
L1 U端子N和x、N和y、N和z构成下臂三个触发回路;
U: M端子E和N为下臂触发电路工作电源;
# {: V* `& Y, V3 [
端子Eu和U,Ev和V,Ew和W分别为上臂触发电路的三个工作电源回路
5、模块
NcSjv k=_kqG0viPQmgGH.bmp
6、内部结构
NsTasr 94bm5_ZXrccAyWKxJ6.jpg
2.工作过程
CPU控制6个触发端子u、v、w、x、y、z使IPM的上臂和下臂的六个功率管按照“三相六拍”的正弦规律导通和截止,在输出端U、V、W产生近似标准的三相正弦交流电,使变频三相压缩机运转。
“三相六拍”的触发信号由CPU控制,根据检测的参数CPU可以改变输出交流电的频率,从而可以使压缩机的运转速度变化。实际测量可以通过输出三相交流电压的大小判断转速,电压升高,速度变快;电压降低,速度变慢。
p开机伊始IPM输出40V左右三相交流启动电压,使压缩机低频启动,减小启动电流和避免对电网造成冲击。
l启动之后1分钟左右,提速进入一个过渡阶段,交流电压为100V左右。
9 R$ T3 l; u" z1 H6 ]
之后根据设定温度进入变频控制阶段,最大输出电压可达到交流200V。
7、简图
N7zyzbw=_ND3qeaSNxcbh.bmp
二.开关电源
IPM要正常工作,除了输入直流300V电源外,每个功率单元电路还必须由开关电源提供直流+15V的工作电压和触发电压。
- |+ }+ d/ y( l! T( }' S! `
开关电源的原理如图8所示,IPM和开关电源做在一块电路板上。3 s6 H3 _; t' y
开关管组件为IC11,为中功率三极管状。/ B9 a3 I. C" G# Y
开关电源控制为分立组件聚酯封装的IC8,内部为双回路控制。端子5、6为一个独立的次级电源回路,电压为+12V,控制稳压输出。其余端子为初级电源回路,起振荡和调节作用。端子8为电源端,和300V直流相接,端子1为振荡正反馈输入,工作表现值为+12V,端子2为开关脉冲输出,工作表现值为+6V。
仔细分析电路,再参照图7可以发现以下几个特殊点:
9 U0 E- s* q5 b: v3 Y$ d. j4 J% Q/ z
1.+12V电源和公共端(冷地)构成回路,用于稳压控制取样和主板电路供电。
.Eu电源和U端构成单独的回路,控制信号u的触发。
.Ev电源和V端构成单独的回路,控制信号v的触发。
Ew电源和U端构成单独的回路,控制信号w的触发。
.E电源和直流热地N构成回路,控制信号x、y、z的触发,因为x、y、z三信号共用直流热地N
OL qudi159S0_FFyZcb3Ic4da.bmp
三.主板电源
w空调室外主板的工作电源有开关电源提供,主板所需的+12V和+5V电源电路如图9所示。
+12V主要为室外上电功率继电器(使室外供电不再经过PTC而是直通)、外风机控制继电器、四通阀控制继电器提供电源。
U8 Y+5V主要为室外CPU提供工作电压。
; P3 G  M, U1 ^( L  G/ }% c% a
因此,只有变频功率电路板的开关电源工作正常,才能使室外机的控制正常工作,才能维系内、外机之间的CPU通讯正常。
四.上臂触发及驱动
三相六拍”触发电路的上臂三个功率管电路是三个独立的回路,所以开关电源有三个次级绕组提供电源。我们分析其中的一个电路即可知道其余两路的工作原理。
E如图10所示为上臂输出U相电压的工作电路。图下标注元件为对应的V和W相的元件,输出的后两组电压为V和W相工作所需控制信号。
V3 GIC2为CPU控制的光藕,使压缩机的回路和主板的回路隔离。CPU触发信号经光藕IC2驱动,输出触发信号到IPM的触发端u和端子U构成回路。
Eu电压接入IPM的功率管单元电路作为电源,和端子U构成回路。
, V( Y5 x$ ]6 ?' q
这个电源回路的公共端U就是变频交流输出的U相电压。
MTDJz7HbtKW3og==_kPFcrC3SCBEi.bmp
六.触发信号/ w/ E% `+ i$ R* W- c  q& V  Y) T
变频功率板通过插头CN1和室外控制板相连,如图12所示。
端子1为IPM板保护信号输出,端子2、3从IPM板输出直流+12V和+5V到室外控制板,端子4为公共“-”极。
d端子5~10为“三相六拍”触发信号,由控制板到IPM板。
/ \( P9 b$ Q- j) q" }5 s
光藕IC2~IC7为“三相六拍”触发信号的驱动元件。
七.IPM保护
IPM模块本身具有直流过流和过热保护信号输出,其原理如图13所示。
IPM模块内部保护电路是和内部下臂构成一个回路的,电源使用下臂的触发驱动电源E。
9 _5 x4 X0 j- v3 `& P. X3 H
保护信号要传送给CPU,所以要经过光藕IC9隔离及Q1驱动,通过插头CN1的端子(1)输出到主板。
   a保护过程分析如下:
正常状态下,IPM内部保护三极管为截止状态,光藕IC9处于截止,三极管Q1处于微导通状态,电压输出为+4.3V。
v由于PN电压过高、压缩机堵转或其他原因等使IPM输出电流过大,以及散热不良、连续工作时间过长等使IPM过热等,IPM内部保护三极管由截止变为导通,光藕IC9处于导通,三极管Q1基极为低电压,Q1截止,发射极输出低电压保护信号。
12、驱动信号
MTLHbav0MW6xQ==_fajznHfcX3DT.bmp
13、保护
MTOxo7uk_JkwmIWw9eJDO.bmp
八.控制原理0 `  b1 Y$ v8 ]
空调开机,室外机通过PTC得到室内来的220V交流电,若变频功率膜板正常,开关电源输出+5V到外机CPU使之工作,和内机CPU建立内、外机之间的通讯,外机得电功率继电器吸和,使外机电源不再通过PTC,如图14所示。
6 三分钟后,外机CPU输出“三相六拍”触发信号和外风机运转信号,压缩机和外风机运转。外机CPU通过外机板的检流线圈建立压缩机运转反馈信号,若压缩机不能正常启动运转,则运转反馈信号异常,1分钟后CPU停止输出变频信号,外风机运转30秒后停止。
* ~+ N) m# F7 H( }+ c2 |! s& T
IPM过流或过热时,Vfo端输出信号到外机CPU,停机保护。
九.驱动过程简介
2 J7 d) x: m  e! k$ ]9 f
空调正常工作,外机CPU输出变频控制信号。
以变频过程的一部分输出为简介对象,比如是u、y、z三个信号同时到达,则通过插头CN1接入变频功率膜板。
N如图12的光藕IC2、IC6、IC7同时工作发光。
- ~4 [7 W! C1 |" Z/ ?# }
如图10的光藕IC2三极管导通,形成触发信号uU,加到图7的uU工作端,U相上臂功率管导通。
如图11的光藕IC6、IC7导通,形成触发信号yN、zN,加到图7的yN、zN,V、W相下臂两个功率管导通。
/ A- H, B+ v" @6 P: E  g
三个功率管导通,使PN直流电源经过压缩机UV、UW绕组形成电流,则压缩机得电。
CPU输出“三相六拍”触发信号,使功率管轮流导通,则可在压缩机的三相绕组形成三相交流电流,压缩机运转。

14、PTC通路
MTRQVEPNqMK3_zKVVDvq7Ps1J.bmp
十.维修指导
E0 H1.IPM好坏测量
* j( f- P5 x/ ?2 _8 O$ _( X
判断的依据有图7所示的原理图可知。- _' p! g7 Y, c( f
电源端P、N由于有两个串联续流二极管的存在,满足单向导电的特性。PN向为截止,阻值约为400K(MF47表×1K),NP向为导通,阻值约为7K。
d输出端U、V、W和P、N的测量,由于每个功率管有一个续流二极管,所以也满足单向导电的特性。正向阻UP、NU值约为5.5K,反向阻值PU、UN约为500K,另外对应的两臂同样满足。
H输出端U、V、W三者之间约为绝缘,相互之间正反向阻值约为1000K。
, @) I) w7 k9 d& q) H0 s# P1 d. D; ^
2.开关电源IC8各端子# _1 H( z! T$ ^8 ]- ]9 A/ z4 z$ Q' j
端子5、6独立,其余端子有公共端。P、N为参考时分别用红、黑表笔测量阻值,用MF47表1K档位。2 N1 G' M4 r# h' g
端子2 D9 ^2 S3 \9 Q3 Q: M
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电压(V)
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+6; _2 p! S+ I" I9 v  h" b+ t/ f
+67 R+ [2 c+ N  I- u, X
独立+12V
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  Y% w. p2 ~/ s. m6 T7 R9 ?% l% L
3.开关电源IC11的端子2 f8 Z, _( ]0 }( D
驱动端子2的电压为+6V,端子3电压也为+6V。P、N为参考时分别用红、黑表笔测量阻值,用MF47表1K档位。0 C" U5 i! J, b" e  `+ |
端子
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6
4.插头CN1各端子
开机后,压缩机运转前变频触发六个端子电压为+5V,压缩机工作后的30秒内电压为+4.5V。
变频触发六个端子对地的正反向电阻分别为30K和∞。
保护端子的正常状态电压为+4.3V。
5.IPM的触发电压
压缩机工作后的30秒内,IPM的六个触发电压的大小为+0.4V,即是驱动光藕输出的电压指示值,驱动光藕发光端输入电压为+0.55V。
6.保护端子
正常状态下,IPM的电压为+15V。P、N为参考时分别用红、黑表笔测量阻值,用MF47表1K档位。

评分

参与人数 3 +1 社币 +1 金币 +34 +12 收起 理由
北疆冰雪 + 1 + 1 + 12 + 12 很给力!
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发表于 2012-11-11 14:43:20 | 显示全部楼层
楼主好资料,分享有功!
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发表于 2012-11-11 15:42:40 | 显示全部楼层
如果没有记错的话,这篇文章在几年前“家电维修”杂志上刊登过。
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发表于 2012-11-11 15:45:04 | 显示全部楼层
“家电维修”2005年合订本。大众版第277页
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发表于 2012-11-11 15:49:16 | 显示全部楼层
本人所在地就是新科空调的产地,只是今非昔比了。。。
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发表于 2012-11-11 16:02:59 | 显示全部楼层
不错。感谢分享..........
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发表于 2012-11-12 13:16:48 | 显示全部楼层
谢谢分享好资料,学习一下
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 楼主| 发表于 2012-11-12 16:11:42 | 显示全部楼层
不是我的原著,看到别人的文章写得不错,奉献给大家而已。。。。。。。。。。

点评

客气客气,有好资料和大家分享就已经很不错了  发表于 2012-11-13 10:56
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发表于 2012-11-13 10:55:23 | 显示全部楼层
楼主好资料分享了
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发表于 2017-10-21 21:43:44 | 显示全部楼层

楼主好资料分享了---------
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