CN104110763B - 一种空调器室内机及其交流过电压检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调器控制领域，尤其涉及一种空调器、室内机及其交流过电压检测装置。本发明实施例提供的交流过电压检测装置，包括与输入的交流电源相接的输入电压转换模块、光耦和MCU检测处理模块，通过MCU芯片的I/O管脚获取所述光耦传输的电压信号，根据该电压信号形成的矩形波的周期T判断当前输入的交流电源电压是否过高：当周期T小于预设的电压周期阈值t时，确定当前输入的交流电源电压过高，并控制停止给空调器室外机供电。整个电路的组成结构简单，成本低廉，通过MCU芯片的普通I/O管脚即可检测，不需要依靠A/D检测口，很大程度上降低了对MCU芯片的A/D口资源要求，有利于大规模地推广和应用。

Description

一种空调器室内机及其交流过电压检测装置

技术领域

本发明属于空调器控制领域，尤其涉及一种空调器室内机及其交流过电压检测装置。

背景技术

现有的空调器中，室内机一般都没有电压检测功能，而室外机的供电一般也是由室内机控制；当外部输入的交流电源电压过高时，容易导致室外机的压缩机驱动模块和风机驱动模块等器件损坏，甚至压缩机本身和风机本身都会造成损坏。为了避免出现这些现象，需要在室内机增加过电压检测装置：当外部输入的交流电源电压过高的时候，就不再给室外机供电，并且显示板提示过电压故障，控制空调器停止运行。

当前交流过电压检测的方法主要有以下几种：一种方法是采用线性变压器把交流电压转换为直流电压，然后通过MCU芯片的AD检测口检测当前转换后的直流电压值，根据采样的AD值确定当前输入的交流电压，再根据该电压值判断是否需要过电压保护。该方案需要增加一个线性变压器，而且还占用了MCU芯片的AD端口；实际上，当前空调器的MCU芯片需要采样许多传感器温度，不可避免的需要占用MCU芯片的AD口，而MCU芯片的AD口资源又比较紧张；另外由于采用了线性变压器，一是线性变压器本身的成本比较高，二是线性变压器的体积比较大，造成PCB板的设计比较困难，也给装配过程带来了困难。

另外一种交流过电压检测的控制思路是先增加一个整流电路，把交流电压转换为直流电压，然后经过一组分压电路，把较高的电压分压为低电压后，接到MCU芯片的AD口上，再通过MCU芯片的AD采样确定当前输入的交流电压值，再根据该电压值判断是否需要交流过电压保护，具体结构如图1所示。这种方法也同样存在MCU芯片AD口资源紧张的问题，而且采用AD端口采样的方式都需要一个参考电压Vref作为基准，如果该基准电压Vref不稳定、发生改变的话，会造成AD口输入的电控采样电压不准，进而对通过程序判断AD口的输入电压存在误差而影响精确度，从而导致交流电压检测装置切断室外机电源的实际值不准确，从而存在安全隐患。另外一个缺点是该电路无论是采用先整流再降压处理、或者先降压再整流，处理过程都比较麻烦，且都需要增加一个整流电路，结构也相对复杂。

另一方面，在如图1所示的的交流过电压检测电路中，输入的交流高电压与MCU芯片使用的低电压没有隔离、易造成强电信号串入弱电信号中、烧坏各种器件和发生触电事故的隐患，安全性比较差。所以公开号为CN200920252216.1的专利文献公开了一种带隔离的过电压检测控制方法，但是该方案的电压信号传输单元需要与非门的施密特触发器、反相驱动器、三极管以及继电器等器件，结构复杂，安装更加不方便，而且也不易于实现。

发明内容

本发明的目的首先在于提供的一种空调器室内机的交流过电压检测装置，旨在解决现有空调器室内机的交流过电压检测装置结构复杂、成本较高、并且会室内机内部资源紧张的技术问题。

本发明首先采用的技术方案为：

一种空调器室内机的交流过电压检测装置，包括：

输入电压转换模块，连接在输入的交流电源的火线L和零线N之间，将输入电压转化后传输给后续电路模块；

光耦，连接在所述输入电压转换模块的输出端，将输入的电压信号传输给MCU检测模块；

MCU检测处理模块，通过MCU芯片的I/O管脚获取所述光耦传输的电压信号，根据该电压信号形成的矩形波的周期T判断当前输入的交流电源电压是否过高：当该电压信号的周期T小于预设的电压周期阈值t时，确定当前输入的交流电源电压过高，并控制停止给空调器室外机供电。并且，所述电压周期阈值t大于输入交流电源的周期T1的四分之一，并且小于交流电源的周期T1。

第二方面，本发明的目的在于提供一种空调器室内机，该种室内机内置了上述的交流过电压检测装置，当外部输入的交流电源电压过高的时候，MCU芯片可以停止给室外机的供电，并且在显示板上提示过电压故障。

第三方面，本发明的目的还在于提供一种空调器，该空调器包括室内机和室外机，所述室内机为上述内置了特定交流过电压检测装置的室内机，当外部输入的交流电源电压过高的时候，室内机内的MCU芯片可以停止给室外机的供电，并且在显示板上提示过电压故障。

根据本发明提供的空调器室内机及其交流过电压检测装置，在当前空调器室内机的基础上增加一种交流过电压检测装置，该电路的工作原理主要是当输入的交流电源电压变化时，所产生的矩形波的周期是不一样的，从而根据MCU检测处理模块检测到的矩形波周期的大小、判断当前输入的交流电源的峰值电压是否大于阈值：当检测到输入的电压信号的周期小于预设的电压周期 阈值时，确定当前输入的交流电源电压过高，并控制停止给空调器室外机供电，达到过电压保护的效果。

整个电路的组成结构简单，成本低廉，并且通过MCU芯片的普通I/O管脚即可检测，不需要依靠A/D检测口，很大程度上降低了对MCU芯片的A/D口资源要求；因为不采用AD采样的方式检测交流过电压，所以不存在由于交流输入电压变化而引起参考电压变化造成所检测的交流电压误差的缺点。进一步采用了双向光耦隔离的方法，解决了以往交流电压检测不具备隔离效果的缺点，而且还不需要安装施密特触发器、反相驱动器等器件，结构简单，容易安装，成本也较低。在实际生产和使用过程中，根据空调器的种类、型号和使用环境等不同参数更改电压阈值也是易于实现的，有利于大规模地推广和应用。

附图说明

图1是现有的一种交流过电压检测电路结构示意图；

图2是本发明提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的结构框图；

图3是本发明第一实施例提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的结构图；

图4是图3所示的MCU芯片的I/O管脚在输入的交流电源电压不同时获取的矩形波示意图。

图5是本发明第二实施例提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的结构图；

图6是图5所示的MCU芯片的I/O管脚在输入的交流电源电压不同时获取的矩形波示意图；

图7是本发明第三实施例提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的 结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的空调器室内机的交流过电压检测装置，组成结构简单，成本低廉，并且通过MCU芯片的普通I/O管脚即可检测，降低了对MCU芯片的A/D口资源要求。并且，在实际生产和使用过程中，根据空调器的种类、型号和使用环境等不同参数设定电压阈值也是易于实现的，有利于大规模地推广和应用。

图2即示出了本发明提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的结构框图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

一种空调器室内机的交流过电压检测装置，包括：输入电压转换模块100、光耦200和MCU检测处理模块300；

其中，输入电压转换模块100连接在输入的交流电源的火线L和零线N之间，将输入的交流电压转化后传输给光耦200；

光耦200接输入电压转换模块100的输出端，将输入的电压信号隔离、转化后，形成矩形波传输给MCU检测模块300；

MCU检测处理模块300则通过MCU芯片的一个I/O管脚接收、获取光耦200传输的电压信号，MCU芯片再根据该电压信号形成的矩形波的周期T判断当前输入的交流电源电压是否过高：当该电压信号形成的矩形波的周期T小于预设的电压周期阈值t时，确定当前输入的交流电源电压过高，并控制停 止给空调器室外机供电。

在具体实现过程中，预设的电压周期阈值t的大小与空调器使用环境下的市电或工用供电系统输入电源的周期T1有关，作为优选，预设的电压周期阈值t的取值一般要在输入电源周期T1的1/4到输入电源的周期T1之间。以家用空调器为例，市电供电系统输入电源的频率为50HZ，故其周期T1为20ms，则电压周期阈值t可以设定为5ms到20ms之间的任何值。

下面通过几个具体实施例来对该交流过电压检测装置的构成和工作原理进行说明。图3、图5和图7分别是本发明第一、第二和第三实施例提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的结构图；为了便于说明，都仅示出了与实施例本身相关的部分。

参见图3，输入电压转换模块100包括电阻R1、电阻R2和稳压二极管D1；电阻R1的第一端接交流电源的火线L，电阻R1的第二端同时接稳压二极管D1的阳极和电阻R2的第一端，电阻R2的第二端接交流电源的零线N，稳压二极管D1的阴极接光耦200LED侧的第一输入端口1；光耦200LED侧的第二输入端口2也接交流电源的零线N，光耦200输出端的集电极端口4接直流电压VCC，光耦200输出端的发射极端口3接MCU检测处理模块300中MCU芯片的一个I/O管脚；同时，光耦200输出端的发射极端口3通过一电阻R4接地。

本实施例提供的交流过电压检测装置在具体应用中，可以通过调整输入电压转换模块100中的元器件的参数来确定输入电压的阈值U，即通过调整电阻R1的阻值r1、电阻R2的阻值r2或者稳压二极管D1的稳压值V来改变电压阀值U的大小，其具体计算公式为U=(V+0.7)*(r1+r2)/r2。

举个例子，假定图3中稳压二极管D1的稳压值V=24V，电阻R1的阻值 r1=100K欧姆，电阻R2的阻值r2=7.5k欧姆，以及电阻R4的阻值r4=10k欧姆，则电压阀值U的大小为U=(V+0.7)*(r1+r2)/r2=（24+0.7）*（100+7.5）/7.5=354V，并且预先将电压周期阈值t设定为16ms。

在具体工作过程中，当输入的交流电源的峰值电压U1小于354V的时候：在输入的交流电源的正半周期内，光耦200能够导通；在输入的交流电源的负半周期内，光耦200不能够导通，此时输入MCU芯片I/O管脚的电压的矩形波如图4b所示（图4a为输入的交流电源的波形示意图），并且此时输入MCU芯片I/O管脚的矩形波的周期T=20ms，此时矩形波的周期T大于周期阀值t（t=16ms），所以判断此时的输入电压正常，空调器可以正常工作。当输入的交流电源峰值电压大于354V的时候，在输入电源的正半周期和负半周期，光耦200都能够导通，此时输入MCU芯片I/O管脚的电压的矩形波如图4c所示；并且，输入的电源电压越大，矩形波的周期T就越小。此时，矩形波周期T约为12ms，小于周期阀值t，因此判断当前输入的交流电源电压过高，由MCU芯片控制切断室外机的供电，空调器停止运行，从而起到保护室外机、防止室外机电路板元器件和各个负载损坏的作用。进一步地，还可以设置播报过电压故障的功能，并且在显示板上显示故障信息，以提醒用户获取空调器的工作状态。

图5是本发明第二实施例提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的结构图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示：

本实施例与第一实施例的不同之处仅在于改变了光耦200与MCU检测处理模块300的连接方式。具体来说，光耦200输出端的集电极端口4接MCU芯片的I/O管脚，同时，光耦200输出端的集电极端口4通过一电阻R5接直流电压VCC，光耦200输出端的发射极端口3接地；其他器件的连接方式与 第一实施例提供的交流过电压检测装置结构保持不变，同样能够检测出输入的交流电源电压是否过高。

在具体实现时，假设采用该第二实施例提供的交流过电压检测装置的空调器的交流输入电源为100V的电压，输入电源的频率也为50HZ。假定图5中稳压二极管D1的稳压值V=24V，电阻R1的阻值r1=77K欧姆，电阻R2的阻值r2=14k欧姆，以及电阻R5的阻值r5=10k欧姆。

则电压阀值U的大小为U=(V+0.7)*(r1+r2)/r2=（24+0.7）*（100+7.5）/7.5=354V，并且预先将电压周期阈值t设定为16ms。由于光耦200与MCU检测处理模块300的连接方式改变，所以MCU芯片I/O端口检测到的矩形波的波形也会不一样，根据上述参数设置，本第二实施例所采用的交流过电压检测装置判断过电压的阀值U=(V+0.7)*(r1+r2)/r2=（24+0.7）*（77+14）/14=160.5V，同时也可以将电压周期阈值t设定为16ms。

在具体工作过程中，当输入的交流电源的峰值电压U1小于160.5V的时候：在输入的交流电源的正半周期内，光耦200能够导通；在输入的交流电源的负半周期内，光耦200不能够导通，此时输入MCU芯片I/O管脚的电压的矩形波如图6b所示（图6a为输入的交流电源的波形示意图），并且此时输入MCU芯片I/O管脚的矩形波的周期T=20ms，此时矩形波的周期T大于周期阀值t（t=16ms），所以判断此时的输入电压正常，空调器可以正常工作。当输入的交流电源峰值电压大于160.5V的时候，在输入电源的正半周期和负半周期，光耦200都能够导通，此时输入MCU芯片I/O管脚的电压的矩形波如图6c所示；并且，输入的电源电压越大，矩形波的周期T就越小。此时，矩形波周期T约为12ms，小于周期阀值t，因此判断当前输入的交流电源电压过高，由MCU芯片控制切断室外机的供电，空调器停止运行，从而起到保护室外机、防止室外机电路板元器件和各个负载损坏的作用。同样的，还可进一步设置播报过电压故障的功能，并且在显示板上显示故障信息，以提醒用户获取空调器的工作状态。

图7是本发明第三实施例提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的结构图。为了便于说明，也仅示出了与本实施例相关的部分，

本第三实施例提供的交流过电压检测装置，与第一实施例提供的结构更类似。作为优选实施例，为了提高本发明提供的空调器室内机的交流过电压检测装置的可靠性，提高抗干扰性，防止误触发，特别增加了一些抗干扰结构。如图7所示：在第一实施例的基础上，增加一个电阻R3并联在双向光耦的LED两个端口，即将电阻R3接在稳压二极管D1的阴极与交流电源的零线N之间；增加一个电阻R6，电阻R6的两端分别接在MCU芯片的I/O管脚和光耦200输出端的发射极端口3；增加一个电容C1，接在MCU芯片的I/O管脚与地之间，主要用途滤除杂波、提高整个检测装置的抗干扰能力。而其他过电压检测的工作方法、原理与第一实施例类似，在此就不再赘述。

本发明实施例还提供一种空调器室内机，该种室内机内置了上述的交流过电压检测装置，当外部输入的交流电源电压过高的时候，MCU芯片可以停止给室外机的供电，并且在显示板上提示过电压故障。

最后，本发明实施例还提供一种空调器，该空调器包括室内机和室外机，所述室内机为上述内置了特定交流过电压检测装置的室内机，当外部输入的交流电源电压过高的时候，室内机内的MCU芯片可以停止给室外机的供电，并且在显示板上提示过电压故障。

根据本发明提供的空调器室内机及其交流过电压检测装置，在当前空调器室内机的基础上增加一种交流过电压检测装置，该电路的工作原理主要是当 输入的交流电源电压变化时，所产生的矩形波的周期是不一样的，从而根据MCU检测处理模块检测到的矩形波周期的大小、判断当前输入的交流电源的峰值电压是否大于阈值：当检测到输入的电压信号的周期小于预设的电压周期阈值时，确定当前输入的交流电源电压过高，并控制停止给空调器室外机供电，达到过电压保护的效果。整个电路的组成结构简单，成本低廉，并且通过MCU芯片的普通I/O管脚即可检测，不需要依靠A/D检测口，很大程度上降低了对MCU芯片的A/D口资源要求。因为不采用AD采样的方式检测交流过电压，所以不存在由于交流输入电压变化而引起参考电压变化造成所检测的交流电压误差的缺点。进一步采用了双向光耦隔离的方法，解决了以往交流电压检测不具备隔离效果的缺点，而且还不需要安装施密特触发器、反相驱动器等器件，结构简单，容易安装，成本也较低。在实际生产和使用过程中，根据空调器的种类、型号和使用环境等不同参数更改电压阈值也是易于实现的，有利于大规模地推广和应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种空调器室内机的交流过电压检测装置，其特征在于，所述交流过电压检测装置包括：

输入电压转换模块，连接在输入的交流电源的火线L和零线N之间，将输入电压转化后传输给后续电路模块；

光耦，连接在所述输入电压转换模块的输出端，将输入的电压信号传输给MCU检测模块；

MCU检测处理模块，通过MCU芯片的I/O管脚获取所述光耦传输的电压信号，根据该电压信号形成的矩形波的周期T判断当前输入的交流电源电压是否过高：当该电压信号形成的矩形波的周期T小于预设的电压周期阈值t时，确定当前输入的交流电源电压过高，并控制停止给空调器室外机供电。

2.如权利要求1所述的空调器室内机的交流过电压检测装置，其特征在于：所述电压周期阈值t大于输入交流电源的周期T1的四分之一，并且小于交流电源的周期T1。

3.如权利要求1所述的空调器室内机的交流过电压检测装置，其特征在于：所述输入电压转换模块包括电阻R1、电阻R2和稳压二极管D1；

所述电阻R1的第一端接交流电源的火线L，所述电阻R1的第二端同时接所述稳压二极管D1的阳极和所述电阻R2的第一端，所述电阻R2的第二端接交流电源的零线N，所述稳压二极管D1的阴极接所述光耦LED侧的第一输入端口。

4.如权利要求3所述的空调器室内机的交流过电压检测装置，其特征在于：所述输入电压转换模块还包括电阻R3；

所述电阻R3接在所述稳压二极管D1的阴极与交流电源的零线N之间。

5.如权利要求3或4所述的空调器室内机的交流过电压检测装置，其特征在于：

所述光耦LED侧的第二输入端口接交流电源的零线N，所述光耦输出端的集电极端口接直流电压VCC，所述光耦输出端的发射极端口接所述MCU芯片的I/O管脚；同时，所述光耦输出端的发射极端口通过一电阻R4接地。

6.如权利要求3或4所述的空调器室内机的交流过电压检测装置，其特征在于：

所述光耦LED侧的第二输入端口接交流电源的零线N；所述光耦输出端的集电极端口接所述MCU芯片的I/O管脚，同时，所述光耦输出端的集电极端口通过一电阻R5接直流电压VCC，所述光耦输出端的发射极端口接地。

7.如权利要求4所述的空调器室内机的交流过电压检测装置，其特征在于：

所述光耦LED侧的第二输入端口接交流电源的零线N，所述光耦输出端的集电极端口接直流电压VCC，所述光耦输出端的发射极端口通过一电阻R6接所述MCU芯片的I/O管脚；同时，所述光耦输出端的发射极端口通过一电阻R7接地，所述MCU芯片的I/O管脚通过一电容C1接地。

8.一种空调器室内机，其特征在于，所述室内机包括如权利要求1-7任一项所述的交流过电压检测装置。

9.一种空调器，包括室内机和室外机，其特征在于，所述室内机为如权利要求8所述的室内机。