CN103197699B - 直流无刷电机空调系统控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直流无刷电机空调系统控制电路，包括微控制器U4、室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路、室外直流电机固定转速与可调转速切换电路、室内电机调速电压切断电路、室外电机调速电压切断电路和温度检测电路；室外直流风扇电机转速控制电路包括第一电路单元和第二电路单元；直流无刷电机空调系统控制电路的电路板分为室外控制板和室内控制板；室外控制板和室内控制板之间通过插接件CN2和插接件CN4相连接。本发明的直流无刷电机空调系统控制电路，具有能对室内外风扇电机任意调速控制，取得更好的制热效果、还能对室外电机固定转速控制和闭环调速控制进行任意搭配以提高产品开发的便利性等优点。

Description

直流无刷电机空调系统控制电路

技术领域

本发明涉及一种直流无刷电机空调系统控制电路。

背景技术

定速空调的制热能力及交流电机的噪声问题一直困扰着业内的技术人员，使定速空调器的使用状况不尽如人意。已有的定速空调器，其室内、室外风扇电机大多采用交流感应电机，且室外电机多为一档转速控制，虽然在220V、50Hz的额定电源下能有一个稳定的转速，但随着电压的变化，其转速也将出现大范围的波动，导致电网电压高时，室外电机噪音过大；而在电网电压低时，室外电机转速过低，散热效果差。少数高能效定速空调器风机虽然采用了直流无刷电机，但往往仅室外风扇电机采用直流无刷电机，且其控制极为简单，仅给直流电机提供一个固定的驱动电压。致使普通定速空调器制热效果及交流电机的电磁声一直难以解决，即使上述采用直流无刷电机的高能效定速空调也仅仅是在定速空调的整体能效上有所提升，而在制热效果、特别是高、低温制热效果方面不尽如人意，高温制热情况下，由于采用了开启外风机的方法控制系统负荷，致使制热量波动很大，制热效果不理想，且电能浪费极大。低温制热情况下，由于外风机采用一档转速，不能变换转速，导致普通定速空调器的低温制热效果较差，结霜较多，有效制热时间短。这种情况极大地影响了空调的使用效果，特别是冬季的使用效果。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种直流无刷电机空调系统控制电路，以对室内外风扇电机任意调速控制、取得更好的制热效果。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

直流无刷电机空调系统控制电路，其结构特点是，包括微控制器U4、室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路、室外直流电机固定转速与可调转速切换电路、室内电机调速电压切断电路、室外电机调速电压切断电路和温度检测电路；所述室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路和温度检测电路均与所述微控制器相连接；所述室内电机调速电压切断电路与所述室内直流风扇电机转速控制电路相连接，所述室外电机调速电压切断电路和室外直流电机固定转速与可调转速切换电路均与所述室外直流风扇电机转速控制电路相连接；

所述室外直流风扇电机转速控制电路包括第一电路单元和第二电路单元，所述第一电路单元包括插接件CN2，所述第二电路单元包括插接件CN4；

所述直流无刷电机空调系统控制电路的电路板分为室外控制板和室内控制板；所述微控制器U4、室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路的第一电路单元、室内电机调速电压切断电路和温度检测电路设置于所述室内控制板上，所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元、室外直流电机固定转速与可调转速切换电路和室外电机调速电压切断电路设置于所述室外控制板上；所述室外控制板和室内控制板之间通过插接件CN2和插接件CN4相连接。

本发明的直流无刷电机空调系统控制电路的结构特点也在于：

所述室内直流风扇电机转速控制电路包括电阻R1～R6、电容EC1～EC2、电容C1、反相器U3、光电耦合器U1、光电耦合器U2和稳压管Z1；所述微控制器U4的PWM输出端口依次通过反相器U3和电阻R4与光电耦合器U1的输入端相连接，所述光电耦合器U1的一个输出端通过电阻R3连接+15V电源，所述光电耦合器U1的另一个输出端连接在室内直流风扇电机的转速调节Vsp1口，所述电容C1、电容EC1、电阻R1和稳压管Z1之间相并联连接后的一个连接端连接在室内直流风扇电机的转速调节Vsp1口与光电耦合器U1之间，所述电容C1、电容EC1、电阻R1和稳压管Z1之间相并联连接后的另一个连接端接地；所述室内直流风扇电机的转速反馈口FG1与所述光电耦合器U2的一个输入端相连接，所述光电耦合器U2的另一个输入端通过电阻R2连接+15V电源；所述光电耦合器U2的一个输出端通过电阻R5与微控制器U4相连接；所述电阻R6和电容EC2相并联连接后的一端连接在电阻R5与微控制器U4之间，所述电阻R6和电容EC2相并联连接后的另一端接地。

所述室外直流风扇电机转速控制电路的第一电路单元还包括光电耦合器U5、光电耦合器U6、电阻R7～R9、反相器U3和电容EC3；所述光电耦合器U5的输出端与所述插接件CN2的端子Vsp相连接，所述光电耦合器U5的输入端依次通过电阻R7和反相器U3连接在微控制器U4的PWM输出端口上；所述光电耦合器U6的两个输入端分别与所述插接件CN2的端子FG和端子OUT-相连接，所述光电耦合器U6的输出端通过电阻R8与微控制器U4相连接；所述电阻R9和电容EC3相并联连接后的一端连接在电阻R8与微控制器U4之间，所述电阻R9和电容EC3相并联连接后的另一端接地；

所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元还包括电阻R11～R16、电容EC4、电容C2、光电耦合器U7、光电耦合器U8和稳压管Z2，所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元通过插接件CN3与所述室外直流风扇电机MOTOR2相连接；所述插接件CN4的端子Vsp通过电阻R16与光电耦合器U7的输入端相连接，所述光电耦合器U7的一个输出端通过电阻R14连接+15V电源，所述光电耦合器U7的另一个输出端连接在室外直流风扇电机的转速调节Vsp2口；所述电容C2、电容EC4、电阻R11和稳压管Z2之间相并联连接后的一个连接端连接在室外直流风扇电机的转速调节Vsp2口与光电耦合器U7的引脚3的输出端之间，所述电容C2、电容EC4、电阻R11和稳压管Z2之间相并联连接后的另一个连接端接地；所述室外直流风扇电机的转速反馈口FG2通过电阻R13与光电耦合器U8的一个输入端相连接，所述光电耦合器U8的另一个输入端连接+15V电源；所述电阻R12的一端连接+15V电源，所述电阻R12的另一端连接在所述室外直流风扇电机的转速反馈口FG2与所述电阻R13之间；所述光电耦合器U8的一个输出端通过电阻R15连接+15V电源，所述光电耦合器U8的另一个输出端与所述插接件CN4的端子FG相连接。

所述插接件CN3还包括端子Vdm2和端子GND2；所述端子Vdm2依次通过二极管D1和熔断器F1与+310V电源相连接，所述端子GND2依次通过发光二极管LED1和电阻R10与+310V电源相连接。

所述室外直流电机固定转速与可调转速切换电路包括固定分压电路和固定分压分断电路；所述固定分压电路包括电阻R17、可调电阻ZW1、电容EC6和PNP型三极管Q1；所述固定分压分断电路包括光电耦合器U9；所述三极管Q1通过电阻R17连接+15V电源，该+15V电源和三极管Q1基极间并联一个电解电容EC5；所述可调电阻ZW1和电容EC6并联连接后的一端连接在电阻R17和三极管Q1之间，所述可调电阻ZW1和电容EC6并联连接后的另一端接地。

所述室内电机调速电压切断电路包括第一分压整形电路、第一直流电压检测电路和Vsp1电压切断电路；第一分压整形电路由电阻R21、电阻R22和电容EC8组成；第一直流电压检测电路包括稳压管Z3、电阻R23和三极管Q2；Vsp1电压切断电路包括电阻R24～R26、开关三极管Q3，其中开关三极管Q3作为Vsp1电压切断电路的执行元件。

所述室外电机调速电压切断电路包括第二分压整形电路、第二直流电压检测电路和Vsp2电压切断电路；第二分压整形电路由电阻R27、电阻R28和电容EC9组成；第二直流电压检测电路包括稳压管Z4、电阻R29和三极管Q4；Vsp2电压切断电路包括电阻R30～R32、开关三极管Q5，其中开关三极管Q5作为Vsp2电压切断电路的执行元件。

所述温度检测电路包括热敏电阻RT1、分压电阻R33和整流电容EC10；所述热敏电阻RT1的一端连接+5V电源，所述热敏电阻RT1的另一端连接微控制器U4；所述分压电阻R33和整流电容EC10相并联连接后的一端连接在所述热敏电阻RT1和微控制器U4之间，所述分压电阻R33和整流电容EC10相并联连接后的另一端接地。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1)本发明的直流无刷电机空调系统控制电路，由于对室内、室外风扇电机均采用了直流无刷电机，且设置了转速控制电路，通过闭环控制，使电机转速控制稳定且不受电压影响，噪声小；高温制热、低温制热工况下，空调器的制热效果更好。

2)本发明的直流无刷电机空调系统控制电路，对室外直流无刷电机设置了固定转速与可调转速切换电路装置，基于这一电路结构，本发明可分离为两块控制板：一块室内控制板和一块室外控制板，当系统只需要室外电机采用直流电机且仅需一个固定转速时，在原来的控制系统上，再增加这样一块室外控制板即可，无需对原控制系统作任何改变，且由于室外电机固定分压电阻采用了可调电阻ZW1，使其可适用于任何转速要求的系统。而当对这样的室外控制板加上本发明中的室内控制板及相应连线后，即可对室外电机进行闭环转速控制。由于本发明室外电机控制电路的固定转速和可调转速可随意切换，又可在闭环转速控制回路损坏时，室外风机继续正常工作。解决了普通定速空调器一个系统要求对应一种新电机的困境，使得此发明的控制电路的适用性和可组合性大大加强，大大缩短产品开发周期。

3)本发明的直流无刷电机空调系统控制电路，由于在固定分压电路中设置了电解电容EC5和电机调速电压Vsp2切断电路，使Vsp2电压后于电机Vdm2和Vcc2电压施加，先于电机Vdm2和Vcc2电压切断，解决了普通空调直流电机控制电路简单，电机易损坏的弊病。

4)本发明的直流无刷电机空调系统控制电路，噪音低、制热效果好，工作稳定可靠，极有利于产品市场的拓宽。

5)本发明的直流无刷电机空调系统控制电路，不改变已有定速空调器的系统结构，通过控制电路的适当调整即可实现，易于实施。

本发明的直流无刷电机空调系统控制电路，采用了直流无刷电机的定速空调器，该空调器能有效提高系统的能效比(EER)及性能系数(COP)，减少换热器铜铝材料的使用；避免交流感应风扇电机的电磁声，去除电压对电机转速、对性能的影响；能对室内外风扇电机任意调速控制，取得更好的制热效果；还能对室外电机固定转速控制和闭环调速控制进行任意搭配，提高产品开发的便利性。

附图说明

图1为本发明的直流无刷电机空调系统的结构示意图。

图2为本发明的室内直流风扇电机转速控制电路原理图。

图3为本发明的室外直流风扇电机转速控制电路原理图A(第一电路单元)。

图4为本发明的室外直流风扇电机转速控制电路原理图B(第二电路单元)。

图5为本发明的室外直流电机固定转速与可调转速切换电路原理图。

图6为本发明的室内电机调速电压Vsp1切断电路原理图。

图7为本发明的室外电机调速电压Vsp2切断电路原理图。

图8为本发明的室内盘管温度检测电路原理图。

图9为本发明的整体控制电路原理图。

图10为本发明的室外电机温度-转速关系的转换图表。

图1～图10中标号：1压缩机，2室外机换热器，3轴流风扇，4室内机换热器，5第一毛细管，6贯流风扇，7四通阀，8电热器，9气液分离器，10单向阀，11第一截止阀，12第二截止阀，13第二毛细管。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图9，直流无刷电机空调系统控制电路，包括微控制器U4、室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路、室外直流电机固定转速与可调转速切换电路、室内电机调速电压切断电路、室外电机调速电压切断电路和温度检测电路；所述室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路和温度检测电路均与所述微控制器相连接；所述室内电机调速电压切断电路与所述室内直流风扇电机转速控制电路相连接，所述室外电机调速电压切断电路和室外直流电机固定转速与可调转速切换电路均与所述室外直流风扇电机转速控制电路相连接；

所述室外直流风扇电机转速控制电路包括第一电路单元和第二电路单元，所述第一电路单元包括插接件CN2，所述第二电路单元包括插接件CN4；

所述直流无刷电机空调系统控制电路的电路板分为室外控制板和室内控制板；所述微控制器U4、室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路的第一电路单元、室内电机调速电压切断电路和温度检测电路设置于所述室内控制板上，所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元、室外直流电机固定转速与可调转速切换电路和室外电机调速电压切断电路设置于所述室外控制板上；所述室外控制板和室内控制板之间通过插接件CN2和插接件CN4相连接。

直流无刷电机空调系统包括室内机、室外机及本发明的控制电路，室内机和室外机的示意图见图1所示。所述室内机包括室内机换热器4、电热器8和贯流风扇6；所述室内机换热器4的一端连接有第一截止阀11，所述室内机换热器4的另一端与第二截止阀12相连接；

所述室外机包括室外机换热器2、压缩机1、轴流风扇3、第一毛细管5、四通阀7、气液分离器9和单向阀10；所述压缩机1与所述四通阀7的第一端口相连接，所述四通阀7的第二端口与所述第一截止阀11相连接，所述四通阀7的第三端口与所述气液分离器9相连接，所述四通阀7的第四端口与所述室外机换热器2的一端相连接，所述室外机换热器2的另一端与所述第一毛细管5的一端相连接，所述第一毛细管5的另一端与所述单向阀10的一端相连接，所述单向阀10的另一端与所述第二截止阀12相连接；所述室外机换热器2的一侧设置有轴流风扇3；所述贯流风扇6的电机和所述轴流风扇3的电机均为无刷直流电机；所述室内机的贯流风扇6的电机和所述室外机的轴流风扇3的电机分别由两块控制板控制。

所述室外机还包括第二毛细管13；所述单向阀10与第二毛细管13相并联连接。如图1是本实用新型的一种应用直流无刷电机的空调系统，由室内机、室外机、制冷系统以及相应的控制电路构成。制冷时，制冷系统内的低压、低温制冷剂蒸汽被压缩机1吸入，经压缩为高压、高温的过热蒸汽后排至室外机换热器2；同时室外侧风扇3吸入的室外空气流经室外机换热器2，带走制冷剂放出的热量，使高压、高温的制冷剂蒸汽凝结为高压液体。高压液体经过第一毛细管5降压降温流入室内机换热器4，并在相应的低压下蒸发，吸取周围热量；同时室内侧风扇6使室内空气不断进入室内机换热器4的肋片间进行热交换，并将放热后的变冷的气体送向室内。如此，室内外空气不断循环流动，达到降低温度的目的。制热时，利用制冷系统的压缩冷凝热来加热室内空气的，低压、低温制冷剂液体在蒸发器内蒸发吸热，而高温高压制冷剂气体在冷凝器内放热冷凝。热泵制热时通过四通阀7来改变制冷剂的循环方向，使原来制冷工作时作为蒸发器的室内机换热器变成制热时的冷凝器，原来制冷工作时作为冷凝器的室外机换热器变成制热时的蒸发器，这样制冷系统在室外吸热，室内放热，实现制热的目的。电热器8用于作为辅助加热装置。

室内、室外风机均采用直流无刷电机，分别由两块控制板控制，通过闭环控制，使电机转速控制稳定且不受电压影响，噪声小；高温制热、低温制热工况下，空调器的制热效果更好。室外电机采用单独的控制电路，使得室外电机的固定转速和可调转速可随意切换，又可在闭环转速控制回路损坏时，室外风机继续正常工作。

如图9为本发明的控制电路的整体电路图，图9的电路图是综合了图2～图8的整体电路图，该控制电路的电路板分离为两块控制板：一块室内控制板和一块室外控制板。对室内、室外风扇电机均采用直流无刷电机，且设置了转速控制电路。当系统只需要室外电机采用直流电机且仅需一个固定转速时，在原来的控制系统上，再增加这样一块室外控制板即可，无需对原控制系统作任何改变，且由于室外电机固定分压电阻采用了可调电阻ZW1，使其可适用于任何转速要求的系统。而当对这样的室外控制板加上本发明中的室内控制板及相应连线后，即可对室外电机进行闭环转速控制。由于本发明室外电机控制电路的固定转速和可调转速可随意切换，又可在闭环转速控制回路损坏时，室外风机继续正常工作。解决了普通定速空调器一个系统要求对应一种新电机的困境，使得此发明的控制电路的适用性和可组合性大大加强，大大缩短产品开发周期，提高制热效果和工作稳定性及可靠性。

所述室内直流风扇电机转速控制电路包括电阻R1～R6、电容EC1～EC2、电容C1、反相器U3、光电耦合器U1、光电耦合器U2和稳压管Z1；所述微控制器U4的PWM输出端口依次通过反相器U3和电阻R4与光电耦合器U1的输入端相连接，所述光电耦合器U1的一个输出端通过电阻R3连接+15V电源，所述光电耦合器U1的另一个输出端连接在室内直流风扇电机的转速调节Vsp1口，所述电容C1、电容EC1、电阻R1和稳压管Z1之间相并联连接后的一个连接端连接在室内直流风扇电机的转速调节Vsp1口与光电耦合器U1之间，所述电容C1、电容EC1、电阻R1和稳压管Z1之间相并联连接后的另一个连接端接地；所述室内直流风扇电机的转速反馈口FG1与所述光电耦合器U2的一个输入端相连接，所述光电耦合器U2的另一个输入端通过电阻R2连接+15V电源；所述光电耦合器U2的一个输出端通过电阻R5与微控制器U4相连接；所述电阻R6和电容EC2相并联连接后的一端连接在电阻R5与微控制器U4之间，所述电阻R6和电容EC2相并联连接后的另一端接地。所述室内直流风扇电机MOTOR1和所述室内直流风扇电机转速控制电路之间通过插接件CN1相连接，所述CN1上包括有Vdm1、GND1、Vcc1、Vsp1和FG1等连接端子。

如图2所示，室内直流风扇电机转速控制电路，由转速反馈电路及电机驱动电路构成。转速反馈电路由电阻R2、R5、R6、光电耦合器U2和电容EC2等元件组成。电机驱动电路包括R1、R3、R4、光电耦合器U1、电容EC1、电容C1、反相器U3和稳压管Z1等元件组成。

所述转速反馈电路以室内直流风扇电机的内置霍尔元件作为电机转速检测信号，通过室内直流风扇电机的插接件CN1的FG1口采样至光电耦合器U2输入端，经光电耦合器U2输出，经由电阻R5、R6、电容EC2组成信号整形电路输入到微控制器U4。以反相器U3和光电耦合器U1作为控制电机转速的执行元件。微控制器U4根据检测到的转速信号，实时调节输出至反相器U3的脉冲信号频率。光电耦合器U1输出的脉冲再经由电阻R1、电容EC1、C1组成的信号整形电路，形成平稳的电机驱动电压Vsp1，施加在室内电机MOTOR1上。

微控制器U4的PWM输出端口先输出一个小占空比的PWM脉冲波形，经过反相器U3，通过光电耦合器U1输出，电阻R1、电容EC1、C1整形滤波后形成一定幅值的直流电压加到室内电机MOTOR1的转速调节Vsp1口，并在Vsp1口设置稳压管Z1以防止Vsp1电压过高损坏电机。当室内风扇电机运转后，电机内置的霍尔元件HALL输出12个脉冲/转，送入转速反馈口FG1，再经光电耦合器U2隔离输出，由电阻R5、R6、电容EC2整形为方波，送入微控制器U4外部中断口，微控制器U4对送入的脉冲进行计数，从而实现对风速的测量。并与微控制器U4内部设定的相应转速的脉冲数进行比较，调整PWM波的占空比。通过占空比的改变可以控制Vsp1口的电压值，从而控制室内电机MOTOR1的转速。

所述室外直流风扇电机转速控制电路的第一电路单元还包括光电耦合器U5、光电耦合器U6、电阻R7～R9、反相器U3和电容EC3；所述光电耦合器U5的输出端与所述插接件CN2的端子Vsp相连接，所述光电耦合器U5的输入端依次通过电阻R7和反相器U3连接在微控制器U4的PWM输出端口上；所述光电耦合器U6的两个输入端分别与所述插接件CN2的端子FG和端子OUT-相连接，所述光电耦合器U6的输出端通过电阻R8与微控制器U4相连接；所述电阻R9和电容EC3相并联连接后的一端连接在电阻R8与微控制器U4之间，所述电阻R9和电容EC3相并联连接后的另一端接地；

所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元还包括电阻R11～R16、电容EC4、电容C2、光电耦合器U7、光电耦合器U8和稳压管Z2，所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元通过插接件CN3与所述室外直流风扇电机MOTOR2相连接；所述插接件CN4的端子Vsp通过电阻R16与光电耦合器U7的输入端相连接，所述光电耦合器U7的一个输出端通过电阻R14连接+15V电源，所述光电耦合器U7的另一个输出端连接在室外直流风扇电机的转速调节Vsp2口；所述电容C2、电容EC4、电阻R11和稳压管Z2之间相并联连接后的一个连接端连接在室外直流风扇电机的转速调节Vsp2口与光电耦合器U7的引脚3的输出端之间，所述电容C2、电容EC4、电阻R11和稳压管Z2之间相并联连接后的另一个连接端接地；所述室外直流风扇电机的转速反馈口FG2通过电阻R13与光电耦合器U8的一个输入端相连接，所述光电耦合器U8的另一个输入端连接+15V电源；所述电阻R12的一端连接+15V电源，所述电阻R12的另一端连接在所述室外直流风扇电机的转速反馈口FG2与所述电阻R13之间；所述光电耦合器U8的一个输出端通过电阻R15连接+15V电源，所述光电耦合器U8的另一个输出端与所述插接件CN4的端子FG相连接。

如图3、图4分别为室外直流风扇电机转速控制电路的两个电路单元，这两个电路单元共同构成了室外电机转速控制电路，其基本控制原理和上述室内直流风扇电机转速控制电路的基本原理相同，电路结构也相似。为了使本发明获得更好的适用性，而将室外电机控制电路分成室内(即第一电路单元，图3所示)、室外(即第二电路单元，图4所示)两部分，两个电路单元的插接件的相应端子通过导线连接后，即可实现电路的连通。

所述第一电路单元的插接件CN2和所述第二电路单元包括插接件CN4均包括4个端子：Vsp、FG、OUT-和IN-。将这两个插接件的相同名称的端子通过导线相连接，即可将接插件CN2和CN4相连接，从而可将室外控制板和室内控制板相连接。室外直流风扇电机转速控制电路，以可隔离输入输出端的光电耦合器U6、U8作为室外电机转速信号的采样元件，以可隔离输入输出端的光电耦合器U5、U7作为控制室外电机MOTOR2的转速的执行器件。

所述插接件CN3还包括端子Vdm2和端子GND2；所述端子Vdm2依次通过二极管D1和熔断器F1与+310V电源相连接，所述端子GND2依次通过发光二极管LED1和电阻R10与+310V电源相连接。通过发光二极管LED1可显示室外电机MOTOR2是否接通电源，通过熔断器F1对室外电机MOTOR2实施保护。

所述室外直流电机固定转速与可调转速切换电路包括固定分压电路和固定分压分断电路；所述固定分压电路包括电阻R17、可调电阻ZW1、电容EC6和PNP型三极管Q1；所述固定分压分断电路包括光电耦合器U9；所述三极管Q1通过电阻R17连接+15V电源，该+15V电源和三极管Q1基极间并联一个电解电容EC5；所述可调电阻ZW1和电容EC6并联连接后的一端连接在电阻R17和三极管Q1之间，所述可调电阻ZW1和电容EC6并联连接后的另一端接地。

图5为室外直流电机固定转速与可调转速切换电路，由固定分压电路和固定分压分断电路构成。所述固定分压电路由电阻R17、可调电阻ZW1、电容EC6、PNP型三极管Q1组成；以光电耦合器U9作为固定分压分断电路的执行元件。在+15V电源端和三极管Q1基极间并联一个电解电容EC5，使得在接通电源时，使固定分压电路输出的电机驱动电压缓慢施加在室外电机MOTOR2上，以避免损坏电机。

所述室内电机调速电压切断电路包括第一分压整形电路、第一直流电压检测电路和Vsp1电压切断电路；第一分压整形电路由电阻R21、电阻R22和电容EC8组成；第一直流电压检测电路包括稳压管Z3、电阻R23和三极管Q2；Vsp1电压切断电路包括电阻R24～R26、开关三极管Q3，其中开关三极管Q3作为Vsp1电压切断电路的执行元件。

图6为室内电机MOTOR1调速电压Vsp1切断电路，由电阻R21、R22和电容EC8组成第一分压整形电路，经由稳压管Z3、三极管Q2作为+310V电压检测元件。以开关三极管Q3作为Vsp1电压切断电路的执行元件。突遇断电时，在电机MOTOR1的Vdm1和Vcc1电压切断前，先切断Vsp1电压，以保护室内直流电机MOTOR1不被损坏。

所述室外电机调速电压切断电路包括第二分压整形电路、第二直流电压检测电路和Vsp2电压切断电路；第二分压整形电路由电阻R27、电阻R28和电容EC9组成；第二直流电压检测电路包括稳压管Z4、电阻R29和三极管Q4；Vsp2电压切断电路包括电阻R30～R32、开关三极管Q5，其中开关三极管Q5作为Vsp2电压切断电路的执行元件。

图7为室外电机MOTOR2调速电压Vsp2切断电路，其基本控制原理同室内直流风扇电机转速控制电路。经由稳压管Z4、三极管Q4作为+310V电压检测元件。以开关三极管Q5作为Vsp2电压切断电路的执行元件。突遇断电时，在室外电机MOTOR2的Vdm2和Vcc2电压切断前，先切断Vsp2电压，以保护室外直流电机MOTOR2不被损坏。

所述温度检测电路包括热敏电阻RT1、分压电阻R33和整流电容EC10；所述热敏电阻RT1的一端连接+5V电源，所述热敏电阻RT1的另一端连接微控制器U4；所述分压电阻R33和整流电容EC10相并联连接后的一端连接在所述热敏电阻RT1和微控制器U4之间，所述分压电阻R33和整流电容EC10相并联连接后的另一端接地。

图8为温度检测电路，设置室内机蒸发器的盘管温度传感器RT1，以所述盘管温度传感器RT1的温度检测信号作为室外电机不同转速档的转换控制信号。

图2和图6构成了完整的室内电机MOTOR1控制电路，图2中的A节点和图6中的A节点相连接。当空调正常运行中，突遇断电的情况时，由于开关电源的特性，室内电机MOTOR1的Vcc1电压以及微控制器U4的Vc电压均会保持几秒才会消失，而室内电机MOTOR1的Vdm1电压会缓慢下降，在这几秒内，由于Vdm1的下降导致室内电机MOTOR1的转速下降，从而使微控制器U4检测到室内电机MOTOR1的反馈的脉冲数减少，微控制器U4会加大输出PWM波的占空比，致使Vsp1电压升高，不正常的工作状态极有可能导致直流电机MOTOR1内部的驱动模块损坏。而通过设置电机MOTOR1调速电压Vsp1切断电路，可有效解决此问题。当Vdm1电压+310V正常时，电阻R21、R22和电容EC8组成分压整形电路，使得稳压管Z3、三极管Q2导通，三极管Q3截止，不影响Vsp1电压,不影响电机的正常工作。而在断电，当+310V电压下降到一定程度时，电阻R22上分得的电压低于稳压管Z3的稳压值时，三极管Q2截止，三极管Q3饱和导通，在电机MOTOR1的Vcc1电压以及微控制器U4的Vc电压失电前，Vsp1口电压因三极管Q3饱和导通，电压下降至0V，从而保证直流电机MOTOR1不被损坏。

图3、图4、图5、图7构成了完整的室外电机MOTOR2的控制电路，其中室外控制板的供电通过室内控制板的外风机信号控制继电器控制，以方便与普通电控板对接。图3中的CN2与图4中的CN4有相对应的端子，将相对应的端子相连接后可将两部分电路图连接在一起，图中两个节点B相连接，三个节点C相连接，构成完整的电路图，如图9所示。

当室外控制板上电后，在室内控制板的接插件CN2和室外控制板上的接插件CN4未连接时，则+15V电压经由电阻R17、可调电阻ZW1、电容EC6组成的分压电路输出电压至PNP型三极管Q1的射极，三极管Q1的基极通过电阻R18、R19和电容EC7接地，PN结正偏，三极管Q1导通，分压电路分得的电压加到室外电机MOTOR2的Vsp2口，使电机MOTOR2按一固定转速运转。+15V通过电阻R18、R19对电容EC5缓慢充电，使得三极管Q1慢慢导通，施加到Vsp2口的电压缓慢增加，从而使电机MOTOR2缓慢匀速起动，电容EC5的设置，使Vsp2电压后于电机MOTOR2的Vdm2和Vcc2电压施加，符合直流电机的控制要求，可有效保护直流电机MOTOR2不被损坏。可调电阻ZW1的设置，可使本发明的室外控制板适应任一系统要求的转速，而不必重新设计控制板及电机。

当室内控制板的接插件CN2和室外控制板上的接插件CN4连接接通后，微控制器U4的PWM口输出的PWM脉冲波形，经过反相器U3、R7连接至光电耦合器U5的第2脚(图3所示)，光耦U5第3脚输出经R16连接至U9(图5所示)第1脚，从U9第3脚输出，给电容EC7充电，使得三极管Q1的基极电压高于发射极电压，PN结反偏，三极管Q1截止，切断了室外电机MOTOR2的Vsp2固定分压电路。

同时，微控制器U4的PWM口输出的PWM脉冲波形，经过反相器U3、R7连接至光电耦合器U5的第2脚(图3所示)，光耦U5第3脚输出经R16连接至U7(图4所示)第1脚，从U7第3脚输出，电阻R11、电容EC4、C2(图4所示)整形滤波后形成一定幅值的直流电压加到室外电机MOTOR2的转速调节Vsp2口，并在Vsp2口设置稳压管Z2以防止Vsp2电压过高损坏电机，当室外风扇电机MOTOR2运转后，电机MOTOR2内置的霍尔元件HALL输出12个脉冲/转，送入转速反馈口FG2，再经光电耦合器U8(图4所示)、U6(图3所示)隔离输出，由电阻R8、R9、电容EC3(图3所示)整形为方波，送入微控制器U4外部中断口，微控制器U4对送入的脉冲进行计数，进行室外风扇电机MOTOR2的转速的测量，从而实现对室外风扇的风速的测量。将室外风扇电机MOTOR2的转速与微控制器U4内部设定的相应转速的脉冲数进行比较，调整PWM波的占空比。通过占空比的改变可以控制Vsp2口的电压值，从而控制室外风扇电机MOTOR2的转速。图7所示，电机调速电压Vsp2切断电路，断电时，在电机的Vdm2和Vcc2电压切断前，先切断Vsp2电压，以保护直流电机MOTOR2不被损坏。

根据图8所示，通过在室内机换热器上设置盘管温度传感器，5V电压通过NTC热敏电阻和R33分压，EC10整形、稳压，将NTC热敏电阻RT1阻值的变化转换为电压变化，输出直流电压信号到微控制器U4的AD口。微控制器U4通过对此电压的AD转换、采集来感知室内换热器温度的变化，空调制热情况下，当换热器温度变化时，根据图10的温度-转速转换关系表，对室外电机的转速进行控制。当温度上升时，大于等于T3时，室外风机转速下调一档，至SP3，大于等于T5时，室外风机转速再下调一档，至SP2，大于等于T6时，室外风机转速调至SP1；当温度下降时，小于T4时，室外风机转速上调一档，至SP2，小于T2时，室外风机转速再上调一档，至SP3，小于T1时，室外风机转速调至SP4。

在温度上升过程中，如果大于等于T7时，为防止压缩机因高负荷“跳机”，则关断室外控制板的供电，一旦关断室外控制板的供电后，为给系统负荷一个下降的时间，则需控制温度下降至小于等于T1时，再让室外控制板重新得电，重复上述的风速控制过程。

具体实施中，还可以再设置更档位室外电机转速，依据温度变化，在低温制热时，提升转速，在高温制时，降低转速。达到提升低温制热时的总有效制热时间，提升高温制热时的制热量的目的。

在分体壁挂式空调器KFRd-32GW/051-N1、KFRd-32GW/052-N1、KFRd-32GW/053-N1、KFRd-32GW/054-N1(1级能效，EER＝3.6)机型上进行实验时，室内显示分别采用LED模块、LED灯两种显示方式。根据实验，制冷系统使用原先的KFRd-32GW/054-E1(2级能效，EER＝3.4)系统，未作改变。正常工作时，室外电机MOTOR2转速设置在820转/分钟，室内风机MOTOR1、室外风机MOTOR2均采用直流无刷电机，采用室内、室外两块控制板，室外控制板通过室内控制板的外风机控制继电器供电，室外电机MOTOR2通过室内控制板进行闭环控制，为防止闭环控制线路损坏后，空调不能正常工作，调整好固定分压电路中的可调电阻ZW1，达到一定的Vsp2电压，使固定转速为820转/分钟。

制热过程中，当温度上升时，大于等于44℃时，室外风机转速下调一档，至720转/分钟；大于等于46℃时，室外风机MOTOR2转速再下调一档，至500转/分钟；大于等于46℃时，室外风机MOTOR2转速调至300转/分钟；当温度下降时，小于45℃时，室外风机MOTOR2转速上调一档，至500转/分钟；小于43℃时，室外风机MOTOR2转速再上调一档，至700转/分钟；小于41℃时，室外风机MOTOR2转速调至820转/分钟。

在温度上升过程中，如果大于等于50℃时，为防止压缩机因高负荷“跳机”，则关断室外控制板的供电，一旦关断室外控制板的供电后，为给系统负荷一个下降的时间，则需控制温度下降至小于等于41℃时，再让室外控制板重新得电，重复上述的风速控制过程。

试验证明，在原KFRd-32GW/054-E1系统的基础上，直接将能效比EER提升到3.6以上，且将最大制热量由原先的平均制热量3200W(制热高负荷时，外风机频繁启停，造成制热量波动)提高到了4600W。高温制热时的COP由原先大幅提高了冬季制热性能及环境适应性。产品成本与未采用直流电机的KFRd-32GW/05-N1机型成本相当，但减小了外机的体积，减少了铜、铝等用量，在包装、运输成本、噪音、性能方面均有着很大改善。市场推广，效果良好。

如上所述，结合附图说明了本发明一种应用直流无刷电机的控制电路及其控制方法，但是本发明不能被本说明书中记载的实例和附图限定，本领域的一般技术人员在本发明的技术思想保护范围内可以提出多种变形例。

Claims (6)

1.直流无刷电机空调系统控制电路，其特征是，包括微控制器U4、室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路、室外直流电机固定转速与可调转速切换电路、室内电机调速电压切断电路、室外电机调速电压切断电路和温度检测电路；所述室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路和温度检测电路均与所述微控制器相连接；所述室内电机调速电压切断电路与所述室内直流风扇电机转速控制电路相连接，所述室外电机调速电压切断电路和室外直流电机固定转速与可调转速切换电路均与所述室外直流风扇电机转速控制电路相连接；

所述室外直流风扇电机转速控制电路包括第一电路单元和第二电路单元，所述第一电路单元包括插接件CN2，所述第二电路单元包括插接件CN4；

所述直流无刷电机空调系统控制电路的电路板分为室外控制板和室内控制板；所述微控制器U4、室内直流风扇电机转速控制电路、室外直流风扇电机转速控制电路的第一电路单元、室内电机调速电压切断电路和温度检测电路设置于所述室内控制板上，所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元、室外直流电机固定转速与可调转速切换电路和室外电机调速电压切断电路设置于所述室外控制板上；所述室外控制板和室内控制板之间通过插接件CN2和插接件CN4相连接；

所述室内直流风扇电机转速控制电路包括电阻R1～R6、电容EC1～EC2、电容C1、反相器U3、光电耦合器U1、光电耦合器U2和稳压管Z1；所述微控制器U4的PWM输出端口依次通过反相器U3和电阻R4与光电耦合器U1的输入端相连接，所述光电耦合器U1的一个输出端通过电阻R3连接+15V电源，所述光电耦合器U1的另一个输出端连接在室内直流风扇电机的转速调节Vsp1口，所述电容C1、电容EC1、电阻R1和稳压管Z1之间相并联连接后的一个连接端连接在室内直流风扇电机的转速调节Vsp1口与光电耦合器U1之间，所述电容C1、电容EC1、电阻R1和稳压管Z1之间相并联连接后的另一个连接端接地；所述室内直流风扇电机的转速反馈口FG1与所述光电耦合器U2的一个输入端相连接，所述光电耦合器U2的另一个输入端通过电阻R2连接+15V电源；所述光电耦合器U2的一个输出端通过电阻R5与微控制器U4相连接；所述电阻R6和电容EC2相并联连接后的一端连接在电阻R5与微控制器U4之间，所述电阻R6和电容EC2相并联连接后的另一端接地；

所述温度检测电路包括热敏电阻RT1、分压电阻R33和整流电容EC10；所述热敏电阻RT1的一端连接+5V电源，所述热敏电阻RT1的另一端连接微控制器U4；所述分压电阻R33和整流电容EC10相并联连接后的一端连接在所述热敏电阻RT1和微控制器U4之间，所述分压电阻R33和整流电容EC10相并联连接后的另一端接地。

2.根据权利要求1所述的直流无刷电机空调系统控制电路，其特征是，所述室外直流风扇电机转速控制电路的第一电路单元还包括光电耦合器U5、光电耦合器U6、电阻R7～R9、反相器U3和电容EC3；

所述光电耦合器U5的引脚3的输出端与所述插接件CN2的端子Vsp相连接，所述光电耦合器U5的引脚2的输入端依次通过电阻R7和反相器U3连接在微控制器U4的PWM输出端口上；

所述光电耦合器U6的两个输入端分别与所述插接件CN2的端子FG和端子OUT-相连接，所述光电耦合器U6的引脚3的输出端通过电阻R8与微控制器U4相连接；所述电阻R9和电容EC3相并联连接后的一端连接在电阻R8与微控制器U4之间，所述电阻R9和电容EC3相并联连接后的另一端接地；

所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元还包括电阻R11～R16、电容EC4、电容C2、光电耦合器U7、光电耦合器U8和稳压管Z2，所述室外直流风扇电机转速控制电路的第二电路单元通过插接件CN3与所述室外直流风扇电机MOTOR2相连接；所述插接件CN4的端子Vsp通过电阻R16与光电耦合器U7的引脚1的输入端相连接，所述光电耦合器U7的一个输出端通过电阻R14连接+15V电源，所述光电耦合器U7的另一个输出端连接在室外直流风扇电机的转速调节Vsp2口；所述电容C2、电容EC4、电阻R11和稳压管Z2之间相并联连接后的一个连接端连接在室外直流风扇电机的转速调节Vsp2口与光电耦合器U7的引脚3的输出端之间，所述电容C2、电容EC4、电阻R11和稳压管Z2之间相并联连接后的另一个连接端接地；所述室外直流风扇电机的转速反馈口FG2通过电阻R13与光电耦合器U8的一个输入端相连接，所述光电耦合器U8的另一个输入端连接+15V电源；所述电阻R12的一端连接+15V电源，所述电阻R12的另一端连接在所述室外直流风扇电机的转速反馈口FG2与所述电阻R13之间；所述光电耦合器U8的一个输出端通过电阻R15连接+15V电源，所述光电耦合器U8的另一个输出端与所述插接件CN4的端子FG相连接。

3.根据权利要求2所述的直流无刷电机空调系统控制电路，其特征是，所述插接件CN3还包括端子Vdm2和端子GND2；所述端子Vdm2依次通过二极管D1和熔断器F1与+310V电源相连接，所述端子GND2依次通过发光二极管LED1和电阻R10与+310V电源相连接。

4.根据权利要求1所述的直流无刷电机空调系统控制电路，其特征是，所述室外直流电机固定转速与可调转速切换电路包括固定分压电路和固定分压分断电路；所述固定分压电路包括电阻R17、可调电阻ZW1、电容EC6和PNP型三极管Q1；所述固定分压分断电路包括光电耦合器U9；所述三极管Q1的发射极通过电阻R17连接+15V电源，该+15V电源和三极管Q1基极间并联一个电解电容EC5；所述可调电阻ZW1和电容EC6并联连接后的一端连接在电阻R17和三极管Q1的发射极之间，所述可调电阻ZW1和电容EC6并联连接后的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的直流无刷电机空调系统控制电路，其特征是，所述室内电机调速电压切断电路包括第一分压整形电路、第一直流电压检测电路和Vsp1电压切断电路；第一分压整形电路由电阻R21、电阻R22和电容EC8组成；第一直流电压检测电路包括稳压管Z3、电阻R23和三极管Q2；Vsp1电压切断电路包括电阻R24～R26、开关三极管Q3，其中开关三极管Q3作为Vsp1电压切断电路的执行元件。

6.根据权利要求1所述的直流无刷电机空调系统控制电路，其特征是，所述室外电机调速电压切断电路包括第二分压整形电路、第二直流电压检测电路和Vsp2电压切断电路；第二分压整形电路由电阻R27、电阻R28和电容EC9组成；第二直流电压检测电路包括稳压管Z4、电阻R29和三极管Q4；Vsp2电压切断电路包括电阻R30～R32、开关三极管Q5，其中开关三极管Q5作为Vsp2电压切断电路的执行元件。