CN102878651A - 低待机功率的智能变频空调器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子电路技术，具体的说是涉及一种具备低待机功率的智能变频空调器。本发明提出的低待机功率的智能变频空调器，包括主控模块MCU、智能模块、电源模块、空气品质检测电路、变频室内外通信电路和PG电机过零检测电路，其特征在于，还包括连接在MCU和智能模块间的第一开关电路、连接在MCU和空气品质检测电路间的第二开关电路、连接在MCU和变频室内外通信电路间的第三开关电路和连接在MCU和PG电机过零检测电路间的第四开关电路。本发明的有益效果为，极大的减少了电能的消耗，节约了用户的使用成本，同时低的待机功耗，将大大降低控制板的发热，提高产品的可靠性，降低因长期发热导致整机燃烧的安全隐患。本发明尤其适用于智能变频空调器。

Description

低待机功率的智能变频空调器

技术领域

本发明涉及电子电路技术，具体的说是涉及一种具备低待机功率的智能变频空调器。

背景技术

待机功率是指家用电器在用户没有使用的状态下，因用户没有关断交流电源，电器消耗的电功率。据统计，全国一年家用电器在待机状态下的消耗电能，相当于我国东北三省一年家庭使用的电能总量。

目前随着空调变频化、智能化的普及，空调的待机功率直线上升。目前，国内空调待机功率的现状是：一台普通定速空调产品的待机功率在4W左右，一台变频空调的待机功率在6W左右，若加上智能控制的智能模块与传感器，待机功率将再增加3W以上。如图1所示，智能变频空调的待机功率包括了普通空调待机功率加上智能模块待机功率和变频室内外通信电路待机功率，因此，按照传统的电路设计方案，一台智能变频空调的待机功率在9W以上。它比目前我们使用的空调产品的待机功率，将增大1.3倍。而随着家用空调越来越普及，一家往往不止一台空调，现在国内主要是使用定频空调，但变频空调每年以25%的速度增加，按目前的趋势和国外发达国家的经验，保守估计，未来不到5年时间，变频空调的市场占有率将超过90%。同时产品的智能化也是未来的趋势。因此，智能化的变频空调将是未来的主力产品，而目前智能变频空调过高待机功率将导致极大的能源浪费，目前的智能变频空调产品的待机功率已经远远不能达到环保节能的需求。

发明内容

本发明所解决的问题，就是针对现有的智能变频空调待机功率较高的问题，提出一种低待机功率的智能变频空调器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：低待机功率的智能变频空调器，包括主控模块MCU、智能模块、电源模块、空气品质检测电路、变频室内外通信电路和PG电机过零检测电路，其特征在于，还包括第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路和第四开关电路，所述第一开关电路分别与主控模块MCU、智能模块和电源模块连接，所述第二开关电路分别与主控模块MCU、空气品质检测电路和电源模块连接，所述第三开关电路分别与主控模块MCU、变频室内外通信电路和电源模块连接，所述第四开关电路分别与主控模块MCU、PG电机过零检测电路和电源模块连接。

具体的，所述第四开关电路包括第一电阻R31和双向可控硅PC31，所述PG电机过零检测电路包括光耦PC32、第一二极管VD31、第二电阻R32和第三电阻R33，其中，第一电阻R31的一端与主控模块MCU连接、另一端与双向可控硅PC31的1脚连接，第一二极管的负极与双向可控硅的6脚连接、正极与第二电阻R32的一端连接，第二电阻R32的另一端与220Vac交流电的火线连接，光耦PC32的1脚与双向可控硅PC31的4脚连接、2脚与220VAC交流电的零线连接、3脚与主控模块MCU和第三电阻R33的一端连接，第三电阻R33的另一端和双向可控硅的2脚均接地。

具体的，所述第三开关电路包括第四电阻R41、三极管V41和继电器K41，所述变频室内外通信电路包括第二二极管VD41、第五电阻R42、第三二极管VD42、第一电容C41和第二电容C42，其中，第四电阻R41的一端与主控模块MCU连接、另一端与三极管V41的基极连接，三极管V41的集电极与继电器K41的2脚连接、发射极接地，继电器K41的4脚与220Vac交流电的火线连接、3脚与第二二极管VD41的正极连接，第二二极管VD41的负极与第五电阻R42的一端连接，第五电阻R42的另一端分别与第三二极管VD42的负极、第一极性电容C41的正极和第二电容C42的一端连接，第三二极管VD42的正极、第一极性电容C41的负极和第二电容C42的另一端与220Vac交流电的零线连接。

本发明的有益效果为，极大的减少了电能的消耗，节约了用户的使用成本，同时低的待机功耗，将大大降低控制板的发热，提高产品的可靠性，降低因长期发热导致整机燃烧的安全隐患。

附图说明

图1为智能变频空调待机功率组成示意图；

图2为低待机功率的智能变频空调器的逻辑框图；

图3为第四开关电路和PG电机过零检测电路的电路原理图；

图4为第三开关电路和变频室内外通信电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的技术方案：

如图1所示，智能变频空调的待机功率由三部分组成：

1.普通空调产品的待机功率，目前行业都在4W左右；

2.变频机所必须的变频室内外通信电路消耗的功率，目前均在2W左右；

3.智能模块控制部分消耗的电功率与智能功能所必须的传感器需要的电功率，目前均在3W左右。

通过以上分析得出，智能空调按照传统的设计方案进行，产品在待机时，消耗的电功率将达到9W。但空调产品在待机时，以上部分功能可以处于关闭状态，只保留接收遥控信号的电路部分，对用户正常使用一点影响都没有。如在以上的第2和第3项的电路中，可以分别增加一个开关控制电路，当空调处于待机状态时，通过芯片的程序控制，将关断该部分的电路消耗的电功率，实现低功率待机。

目前的空调产品采用PG电机控制，根据交流电机调速原理，必须在电路上增加过零检测电路。传统的过零检测方法是：先将220V交流电源降压，再将交流信号中过零点反馈给弱电电路中，由MCU进行检测来实现。该电路目前在待机时将消耗2W的功率。

在部分定频空调，增加有空气品质检测传感器，用于检测空气中的灰尘、烟雾及VOC（挥发性有机化合物）。该传感器采用半导体原理，需要将器件加热后才能正常工作，这样，工作中的空气品质检测传感器，将消耗1W左右的电功率。

现在的定频空调，待机功率将达到4W。但通过分析以上电路工作原理，可以得出：在空调待机时，部分电路的电源完全可以切断，只保留空调接收开关机信号电路部分工作，这样将大大降低空调的待机功率。在开机时，再将该部分功能的运用电路开启，因此也不会影响空调所有功能的正常使用。

经过以上对智能变频空调的待机时电路功能模块进行分解和工作原理的分析，对比工作时和待机时的逻辑关系，在保证产品工作状态下能正常工作和待机状态下能正常操控的原则，同时又能有效地尽可能地降低待机功率，实现高效待机，将目前待机功率由9W降为1W,本发明采用了一种新的电路控制方案：

如图2所示，本发明所述的低待机功率的智能变频空调器，包括主控模块MCU、智能模块、电源模块、空气品质检测电路、变频室内外通信电路和PG电机过零检测电路、第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路和第四开关电路，其中第一开关电路分别与主控模块MCU、智能模块和电源模块连接，第二开关电路分别与主控模块MCU、空气品质检测电路和电源模块连接，第三开关电路分别与主控模块MCU、变频室内外通信电路和电源模块连接，第四开关电路分别与主控模块MCU、PG电机过零检测电路和电源模块连接。

本发明总的技术方案，整个控制方案的逻辑控制均由主控模块MCU完成。空调在正常工作时，所有的开关电路均处于闭合状态，电路均通电，实现各个模块电路的功能。若空调一旦处于待机状态，主控模块MCU将所有开关电路全部断开，即将所有开关电路中的输入与输出电路断开，从而切断所有输出电路的待机电源，降低产品的待机功率。

具体工作流程如下：

智能模块部分：开机时，智能模块的电源提供途径：由电源模块输出直流+12VDC到第一开关电路，第一开关电路受控于主控模块MCU的K1开信号，将+12VDC电源接通到智能模块部分，供给智能模块，智能模块部分开始工作。但空调待机时，主控模块MCU通过K1发出关信号，第一开关电路处于断开状态，这时，智能模块部分因没有电源，待机功率变为零。若没有该开关控制电路，该部分的待机功率将为3W。因此，本发明中增加该部分的控制电路后，空调在待机状态下，将降低待机功率3W。

空气品质检测电路：空调开机正常工作时，空气品质检测的电源提供途径：由电源模块输出直流+5VDC1到第二开关电路，第二开关电路受控于主控模块MCU的K2开信号，将+5VDC1电源接通到空气品质检测电路，空气品质检测电路正常工作。但空调待机时，主控模块MCU通过K2发出关信号，第二开关电路处于断开状态，这时，空气品质检测部分的电源断开，因没有电源，待机功率变为零。若没有该开关控制电路，该部分的待机功率将为1W。因此，本发明中增加该部分的控制电路后，空调在待机状态下，将降低待机功率1W。

变频室内外通信电路：开机需要控制室外机正常工作时，变频室内外通信电源检测的电源提供途径是：由主控模块MCU通过K3，发出开指令，将第三开关电路接通，第三开关电路闭合后将输入的交流220VAC接通到变频室内外通信电路上，变频室内外通信电路正常工作，室内机可以与室外机进行正常通信。但空调待机时，不需要对空调的室外机进行通信和控制，主控模块MCU通过K3发出关信号，第三开关电路处于断开状态，这时，变频室内外通信电路因失去交流电源220VAC，待机功率变为零。若没有该开关控制电路，该部分的待机功率将为2W。因此，本发明中增加该部分的控制电路后，空调在待机状态下，将降低待机功率2W。

PG电机的过零检测电路：开机时，室内空调的PG电机控制，需要检测输入到PG电机上电压的过零点，以便对电机的相位进行控制，从而通过控制导通角的大小，实现PG电机的转速控制。因此，空调正常工作时，PG电机的过零检测电路就必不可少。该电路需要的待机功率需要为2W。但在待机状态，可以不检测过零信号，该电路完全可以切断，从而降低2W的待机功率。本发明采用的方案是：开机正常工作时，由主控模块MCU通过K4，发出开指令，将第四开关电路接通，第四开关电路闭合后将输入的交流220VAC接通到PG电机的过零检测电路上，实现PG电机的转速控制。但空调待机时，主控模块MCU通过K4发出关信号，第四开关电路处于断开状态，这时，PG电机的过零检测电路因失去交流电源220VAC，待机功率变为零，从而降低待机功率2W

如图3所示，一种具体第四开关电路和PG电机的过零检测电路的具体电路组成为：第四开关电路包括第一电阻R31和双向可控硅PC31，PG电机过零检测电路包括光耦PC32、第一二极管VD31、第二电阻R32和第三电阻R33，其中，第一电阻R31的一端与主控模块MCU连接、另一端与双向可控硅PC31的1脚连接，第一二极管的负极与双向可控硅的6脚连接、正极与第二电阻R32的一端连接，第二电阻R32的另一端与220Vac交流电的火线连接，光耦PC32的1脚与双向可控硅PC31的4脚连接、2脚与220VAC交流电的零线连接、3脚与主控模块MCU和第三电阻R33的一端连接，第三电阻R33的另一端和双向可控硅的2脚均接地。

其具体的工作原理为：空调正常工作时，主控模块MCU的控制脚KPG输出高电平，通过限流电阻第一电阻R31，将驱动电流加在双向可控硅PC31的驱动端1、2脚上，因1-2脚间有驱动电流流过，导致双向可控硅的输出脚4和脚6接通，该部分的电流流向为：MCU的脚KPG→第一电阻R31→双向可控硅PC31的脚1→双向可控硅PC31的脚2→地。

因双向可控硅PC31的脚4和脚6接通，当交流220VAC的火线L为正半周时，220VAC的火线L通过降压电阻第二电阻R32，整流二极管VD31，双向可控硅PC31的第6、第4脚到光耦PC32的驱动脚1和脚2，最后到达220VAC的零线N，该部分电路工作的电流流向是：220V的火线L→降压电阻第二电阻R32→单相整流二极管VD31→双向可控硅PC31的脚6→双向可控硅PC31的脚4→光耦PC32的驱动脚1→光耦PC32的脚2→220VAC的零线N。因光耦PC32的驱动脚1有驱动电流流过，从而使光耦PC32的输出端脚4和脚3接通，MCU将检测到一个高电平的信号。反之，当交流220VAC的负半周时，光耦PC32的驱动脚因没有电流流过，PC32的输出端脚4、脚3断开，输入到MCU的输入脚PGIN就为低，从而实现交流电源220VAC的过零检测。

因该电路正常工作时，交流电220VAC需要第二电阻R32降压到2V才能加在双向可控硅PC31和光耦PC32上，因此消耗在第二电阻R32上的电功率应在2W左右。

当空调待机时，空调的MCU控制脚KPG输出低电平，双向可控硅PC31因没有驱动电流，输出脚6和脚4断开，220VAC电路断开，待机功率就为零。

本方案就是在原来的电路上增加了虚线部分的控制电路，该部分电路在MCU输出脚KPG的控制下，空调正常工作时，PG电机过零检测电路正常工作，与原来未增加虚线部分的控制电路相同。但空调进入待机时，因电机已经不运转了，过零信号也不需要检测，本发明中增加的虚线部分电路在MCU输出脚KPG的控制下，将过零检测电路关断，第二电阻R32上不消耗电能，该部分的待机功率就为零，从而降低空调的待机功率，同时，第二电阻R32未工作，没有发热，产品的可靠性和安全性均得到提高。

该部分电路使用的器件型号或参数参考值为：第一电阻R31(1/6W,4.7KJ)、双向可控硅PC31(MOC3021M)、第一整流二极管VD31(1N4007)、第二电阻R32(3W,20KJ)、光耦PC32(TLP521)、第三电阻R33(1/6W,10KJ)

如图4所示，一种具体的第三开关电路和变频室内外通信电路的具体电路组成为：第三开关电路包括第四电阻R41、三极管V41和继电器K41，变频室内外通信电路包括第二二极管VD41、第五电阻R42、第三二极管VD42、第一电容C41和第二电容C42，其中，第四电阻R41的一端与主控模块MCU连接、另一端与三极管V41的基极连接，三极管V41的集电极与继电器K41的2脚连接、发射极接地，继电器K41的4脚与220Vac交流电的火线连接、3脚与第二二极管VD41的正极连接，第二二极管VD41的负极与第五电阻R42的一端连接，第五电阻R42的另一端分别与第三二极管VD42的负极、第一极性电容C41的正极和第二电容C42的一端连接，第三二极管VD42的正极、第一极性电容C41的负极和第二电容C42的另一端与220Vac交流电的零线连接。

其具体工作原理为：在空调正常工作时，为了实现空调室内机作为主机，对室外的从机进行控制，就必须在空调室内外机间增加通信电路。因现在的变频空调器，室内外机距离较远，要求通信线接线简单、抗干扰能力强，都采用强电通信方式。强电通信要求，在室内外机之间单独增加一组以零线为地线的电源。该电源是将强电220VAC经电阻降压后，得到24VDC作为通信中的通信电源。

在空调正常工作时，需要室内与室外进行通信，通信部分的电源工作过程为：MCU控制输出脚KTX输出高电平，通过限流电阻第四电阻R41，驱动三极管V41导通，继电器K41的触点3和4闭合，通信电源部分正常工作。强电220VAC的火线L，接通到第二二极管VD41的正极，通过半波整流二极管VD41和降压电阻第五电阻R42，得到24VDC的直流电压，稳压二极管VD42起稳压作用，第一电容C41和第二电容C42起滤波的作用。

因该电路正常工作时，交流电220VAC需要第五电阻R42降压到24VDC,因此，该部分电路正常工作时，消耗在电阻R42上的电功率应在2W左右。

在空调待机时，空调的MCU控制脚KTX输出低电平，驱动三极管V41截止，继电器K41的触点3和4断开，通信电源部分强电220VAC的火线L通过继电器K41断开，该部分的待机功率就为零。

本方案是在原来的电路上增加了虚线部分的控制电路。该部分电路在MCU输出脚KTX的控制下，空调正常工作时，需要室内外通信电源，工作过程与原来未增加虚线部分的控制电路相同。但空调进入待机时，因不需要室内外机的通信了，因此该部分的电源就可以不工作。本发明中增加的虚线部分电路就是在MCU输出脚KTX的控制下，空调正常工作时，通信电源部分正常工作，待机时，将通信电源电路关断，第五电阻R42上不消耗电能，该部分的待机功率就为零，从而降低空调的待机功率，同时，第五电阻R42未工作，没有发热，产品的可靠性和安全性均提高了。

该部分电路使用的器件型号或参数参考值：第四电阻R41(1/6W,10KJ)、三极管V41(2SC1815Y)、继电器K41(G4A-1)、第二二极管VD41(1N4007)、第五电阻R42(3W,20KJ)、第三二极管VD42(W05Z24C)、第一电容C41(47uF,50V)、第二电容C42(0.1uF,50V)。

Claims (3)

1.低待机功率的智能变频空调器，包括主控模块MCU、智能模块、电源模块、空气品质检测电路、变频室内外通信电路和PG电机过零检测电路，其特征在于，还包括第一开关电路、第二开关电路、第三开关电路和第四开关电路，所述第一开关电路分别与主控模块MCU、智能模块和电源模块连接，所述第二开关电路分别与主控模块MCU、空气品质检测电路和电源模块连接，所述第三开关电路分别与主控模块MCU、变频室内外通信电路和电源模块连接，所述第四开关电路分别与主控模块MCU、PG电机过零检测电路和电源模块连接。

2.根据权利要求1所述的低待机功率的智能变频空调器，其特征在于，所述第四开关电路包括第一电阻R31和双向可控硅PC31，所述PG电机过零检测电路包括光耦PC32、第一二极管VD31、第二电阻R32和第三电阻R33，其中，第一电阻R31的一端与主控模块MCU连接、另一端与双向可控硅PC31的1脚连接，第一二极管的负极与双向可控硅的6脚连接、正极与第二电阻R32的一端连接，第二电阻R32的另一端与220Vac交流电的火线连接，光耦PC32的1脚与双向可控硅PC31的4脚连接、2脚与220VAC交流电的零线连接、3脚与主控模块MCU和第三电阻R33的一端连接，第三电阻R33的另一端和双向可控硅的2脚均接地。

3.根据权利要求1或2所述的低待机功率的智能变频空调器，其特征在于，所述第三开关电路包括第四电阻R41、三极管V41和继电器K41，所述变频室内外通信电路包括第二二极管VD41、第五电阻R42、第三二极管VD42、第一电容C41和第二电容C42，其中，第四电阻R41的一端与主控模块MCU连接、另一端与三极管V41的基极连接，三极管V41的集电极与继电器K41的2脚连接、发射极接地，继电器K41的4脚与220Vac交流电的火线连接、3脚与第二二极管VD41的正极连接，第二二极管VD41的负极与第五电阻R42的一端连接，第五电阻R42的另一端分别与第三二极管VD42的负极、第一极性电容C41的正极和第二电容C42的一端连接，第三二极管VD42的正极、第一极性电容C41的负极和第二电容C42的另一端与220Vac交流电的零线连接。

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