CN111829151B - 空调器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种空调器，包括室内侧供电端和线控侧用电端；室内侧供电端包括：供电电路，其包括具有第一内阻的差模电感，且供电电路提供大于20V的供电电压；第一通讯回路，其分别与供电电路和通讯线连接；线控侧用电端包括：负载电路，其由供电电压供电；第二通讯回路，其分别与负载电路和通讯线连接；通讯线上设置有具有第二内阻的共模电感，空调器根据供电电压、线控侧所需电压、流经线控侧的线控侧电流、第一内阻、第二内阻和通讯线的通讯线内阻配置差模电感的电感量，其中线控侧电流配置为大于150mA。本发明用于提高通讯回路带负载能力。

Description

空调器

技术领域

本发明涉及空调器通讯技术领域，具体涉及具有大功率Homebus通讯回路的空调器。

背景技术

目前，中央空调系统中室内机与室外机及线控器之间相互通讯基本采用HBS通讯协议，其具有传输无极性、传输距离长以及抗干扰性强等优点。现有通过HBS总线上的通讯信号和供电信号合二为一，且线控器基板和室内机控制器主板之间采用两线制的连接方式。

现有中央空调（日立、大金、东芝等），室内机和线控器之间通讯的距离最长能到500m，最大通讯电流为150mA。参考图1，其示出现有技术中线控侧和室内侧之间通讯及供电的连接示意图，其中线控器基板和空调基板（即，室内机控制器主板）之间的通讯及供电方式采用两线制连接。在图1中，空调基板的供电端Vin和基板通讯回路之间具有差模电感L1，在空调基板与线控器基板之间的通讯线路上具有共模电感L3。

在发展初期，线控器一般都是黑白屏、功能单一，耗电量也不大（不超过150mA）。随着智能语音线控器和大屏彩色线控器的逐渐普及，智能语音彩屏线控器消耗电力多，采用原来的供电系统已不能满足此需求。

为解决如上技术问题，市面上有些大屏彩色线控器采用比原来多两根供电线的方法来解决此问题，但是这种方法设计复杂、且可靠性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空调器，提高通讯回路带负载能力，便于智能语音线控器和/或大屏彩色线控器的使用。

为了解决上述技术问题，本发明提出如下技术方案予以解决：

本申请涉及一种空调器，包括室内侧供电端和线控侧用电端；

所述室内侧供电端包括：

供电电路，其包括具有第一内阻的差模电感，且所述供电电路提供大于20V的供电电压；

第一通讯回路，其分别与所述供电电路和通讯线连接；

所述线控侧用电端包括：

负载电路，其由所述供电电压供电；

第二通讯回路，其分别与所述负载电路和所述通讯线连接；

其中所述通讯线上设置有具有第二内阻的共模电感，所述空调器根据所述供电电压、线控侧所需电压、流经线控侧的线控侧电流、第一内阻、第二内阻和所述通讯线的通讯线内阻配置所述差模电感的电感量，其中所述线控侧电流配置为大于150mA。

在本申请的一些实施例中，所述空调器根据所述供电电压、线控侧所需电压、流经线控侧的线控侧电流、和所述通讯线内阻配置所述第一内阻和第二内阻。

在本申请的一些实施例中，所述空调器被配置为：

所述线控侧所需电压与所述供电电压之间的传递函数能够简化为具有两个单极点响应的传递函数。

在本申请的一些实施例中，所述差模电感的电感量能够通过

计算得到，其中

为第一内阻、第二内阻、通讯线内阻以及线控侧内阻之和，

为阻尼因子且小于等于0.707，且fc是所述空调器的整个通讯回路的工作频率衰减-24dB的转折频率。

在本申请的一些实施例中，所述第一通讯回路中的通讯模块和所述第二通讯回路中的通讯模块分别采用MM1192通讯芯片，对应地，所述转折频率为1.211KHz。

在本申请的一些实施例中，所述空调器根据所计算的差模电感的电感量、所述第一内阻和所述第二内阻，调试配置所述第一内阻和第二内阻的大小。

在本申请的一些实施例中，所述差模电感的磁芯选择Z11硅钢片。

本实施例的空调器，通过设计通讯回路上的差模电感和共模电感，实现供电电压大于20V的电压输入以及线控侧大于150mA的大电流的供应，提高线控器侧带负载能力，有助于智能语音线控器和/或大屏彩色线控器的接入使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简要介绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为现有技术中空调器中线控侧与室内侧之间的通讯/供电连接示意图；

图2为图1示出的空调器实施例中的部分简化电路图；

图3为本发明空调器实施例中通讯回路的简化电路图，其中该通讯回路不考虑电感内阻及通讯线内阻；

图4为本发明空调器实施例中通讯回路的简化电路图，其中该通讯回路考虑电感内阻及通讯线内阻；

图5为本发明空调器实施例中差模电感的电感直流偏置特性曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

参考图1和图2，介绍现有技术中空调器中通讯回路的带载能力。

在现有空调器中，通讯回路上通讯信号和供电回路上的供电信号在同一线路上进行传输并且采用两线制通讯。

参见图1，线控器侧的电源由室内侧进行供电，因此，室内侧称为供电端，线控侧称为用电端。

空调器的通讯协议采用Homebus通讯协议，通过Homebus通讯线进行通讯信号及供电信号的传输，Homebus通讯线包括通讯线A和通讯线B。

室内侧供电端包括供电电路和第一通讯回路。

供电电路包括供电电压Vin和位于供电线路或通讯线路上的差模电感L1，其中差模电感L1分为两个部分：一部分是差模电感L1的电感量，一部分是差模电感L1的内阻r1。

第一通讯回路为Homebus通讯回路，其分别与供电电路和通讯线连接，用于将室内侧的通讯信号及供电信号发送至线控侧基板，并且接收来自线控侧基板所发送的通讯信号及供电信号。

在本申请中，Homebus通讯回路中的通信模块采用MM1192通讯芯片实现。

线控侧用电端包括负载电路和第二通讯回路。

负载电路由线控侧所需电压Vout供电，其中Vout由供电电压Vin提供。

第二通讯回路为Homebus通讯回路，其分别与负载电路和通讯线连接，用于将线控侧的通讯信号及供电信号发送至室内侧基板，并且接收来自室内侧基板所发送的通讯信号及供电信号。

在Homebus通讯线上设置有共模电感L3，共模电感L3分为两个部分：一部分是共模电感L3的电感量，一部分是共模电感L3的内阻。

共模电感L3具有共模电感线圈La和Lb，这两个线圈绕在同一铁芯上，匝数和相位都相同(绕制反向)。这样，当电路中的正常电流流经共模电感L3时，电流在同相位绕制的电感线圈中产生反向的磁场而相互抵消，此时正常信号电流主要受线圈内阻的影响(和少量因漏感造成的阻尼)。

因此，在本申请中，主要关注共模电感L3的内阻对电流的影响。

参见图2，其示出现有空调器中通讯回路的简化电路。

在现有空调系统中，L1表示差模电感L1，差模电感L1中一个绕组的内阻r1为2.45Ω，共模电感L3中一个绕组的内阻r2为4.3Ω，且现有通讯及供电线长度最长为600m，其中每100m长度的内阻为3.4Ω，则通讯线内阻r_通=3.4*2*6Ω。

室内侧基板的供电电压Vin一般设计成15.6V，线控侧电压Vout为8V，这样线控侧电流I根据Vout=Vin-I(2.45*2Ω+4.3*2Ω+3.4*2*6Ω)，计算得I=140mA。

此电流I=140mA为目前线控器能正常工作的最大电流。

为了提高线控器侧的线控侧电流I，需要重新设计差模电感L1的电感量、内阻r1及共模电感L3的内阻r2。

确定差模电感L1及共模电感L3的内阻

空调器根据供电电压Vin、线控侧所需电压Vout、线控侧电流I以及通讯线的通讯线内阻r_通配置差模电感L1的内阻r1和共模电感L3的内阻r2之和，从而可以配置内阻r1和内阻r2。

在本申请中，供电电压Vin提供的电压可以大于20V。

在图1所述的现有空调器系统的基础上，将线控侧电流I增加至例如0.4A，且线控侧所需电压Vout（即，8V）以及通讯线（仍保持600m）内阻r_通（即，3.4*2*6Ω）保持不变，可以获得差模电感L1的内阻r1及共模电感L3的内阻r2之和，从而可以获取内阻r1和内阻r2。

由于线控侧电流I从原来的140m增加到0.4A，可以假设将其内阻减小一倍，即，将差模电感L1的内阻r1从2.45*2Ω降低为2.45Ω，且将共模电感L3的内阻r2从4.3*2Ω降低为4.3Ω。

这样，在线控侧电流I=0.4A、Vout=8V、r1=2.45Ω以及r2=4.3Ω下，计算Vout=Vin-I(2.45Ω+4.3Ω+3.4*2*6Ω)，即8V=Vin-0.4A*47.55Ω，计算得Vin=27V。

供电电压Vout、线控侧电流I、内阻r1和内阻r2彼此相关联，在配置其中至少一个参数时，剩余参数都是受影响的。

确定差模电感L1的电感量

在本申请中，空调器根据线控侧所需电压Vout、线控侧电流I、内阻r1、内阻r2和通讯线内阻r_通配置差模电感L1的电感量L'。

参考图3，其示出了通讯信号利用通讯回路进行信号传输时的简化图。

在图3中，R表示线控侧负载电阻，C表示两线制通讯线之间的分布电容，L表示电感（电感L的内阻以及通讯线上的通讯线内阻在此没有计算在内）。

根据图3示出电路图，该通讯回路的传递函数可以表示为

，其中

，

。

该传递函数产生的响应为双极点响应，其中f₀为工作频率，Q值表示电路的品质因数。

可以根据该传递函数绘制对应的关于增益的增益波特图以及关于相位的相位波特图，从增益波特图上看，在大于f₀之后，出现增益衰减，增益按-40dB/10倍频程下降，从相位波特图上看，相位根据Q值的不同有不同的变化率，相位随Q值变化交陡峭。

若将图3示出的电路图应用在现有空调器系统上，由于通讯回路中的通信模块采用MM1192通讯芯片，因此，工作频率f₀为19.2KHz，线控侧负载内阻R1=Vout/I=8V/0.14A=57Ω，L值一般为几十毫亨。此时可以得知，Q会很大。

在空调器通讯系统设计通讯电感（即，差模电感L1和差模电感L3）时，通讯电感的品质因数Q不能太大（如下有介绍），因此，考虑到图3电路图中的电感L的内阻以及通讯线上的通讯线内阻，使供电电压Vin和线控侧所需电压Vout之间的传递函数的响应由图3中示出的双极点响应转换为两个单极点响应，其对应的品质因数Q就会降低，这正好符合通讯回路中对差模电感L1（其包括差模电感L1的电感量和内阻r1）和共模电感L3（其主要关心其内阻r2）的设计。具体说明参考下文。

由此，将图3中示出的具有双极点响应的电路转换为图4中示出的具有两个单极点响应的电路。

根据图4示出电路图，该通讯回路的传递函数可以表示为：

，其中

，

。

该传递函数产生的响应为双极点响应，其中f₀为工作频率，Q值表示电路的品质因数，R1为差模电感L1的第一内阻r1、共模电感L3的第二内阻r2、通讯线内阻r_通以及线控器内阻r线合成的量，R2为线控侧负载电阻，L为差模电感L1的电感量L，C表示两线制通讯线之间的分布电容。

可以根据该传递函数绘制对应的关于增益的波特图以及关于相位的相位波特图，从增益波特图上看，在工作频率f₀前后会出现转折点，首先增益按-20dB/10倍频程下降，再按照-40dB/10倍频程下降；从相位波特图上看，相位根据Q值的不同有不同的变化率，相位随Q值变化的变化的程度缓于根据图3中电路的传递函数对应的相位变化。

需要通过计算出差模电感L1的电感量L'后验证该电路中的品质因数Q的大小。

根据如下公式理论计算差模电感L1的电感量L'：

，其中

，

为阻尼因子且小于等于0.707，且f_c是整个通讯回路的工作频率衰减-24dB的转折频率。

在本通讯回路中，第一通讯回路中的通讯模块和第二通讯回路中的通讯模块均采用MM1192通讯芯片，其所通信的工作频率为19.2KHz，在该工作频率衰减-24dB的转折频率f_c可以按如下公式计算：-24dB=40lg（f_c/f₀）。

推知，

，

，计算得到f_c=1.211KHz。

如上所述，R_L=r1+r2+r_通+r_线=2.45Ω+4.3Ω+3.4*2*6Ω+20Ω=67.55Ω，其中r_线可以通过如下计算：r_线=Vout/I=8V/0.4A=20Ω。

这样，

，计算得到L'=12.56mH，其为L'为差模电感L1的电感量的理论值。

由于通讯回路后端没有真正的电容，而只有分布电容C，且一般分布电容C=47μF。因此，为了加大滤波效果，实际电感的电感量比理论电感量大约3倍数以上，即，差模电感L1的实际电感量L_实=3*L'=3*12.56mH=37.68mH。

由此，根据

可以计算

，品质因数Q较小，能够满足本申请中通讯电感的通讯稳定要求（如下具体描述）。

如上所计算的，差模电感L1的电感量为37.68mH，内阻（即内阻r1）为2.45Ω，共模电感L3的内阻（即内阻r2）为4.3Ω。

理论计算的值，在实际设计差模电感L1和共模电感L2时还需要根据实际通讯情况进行调整。

电感的设计主要考虑两点：1.磁芯的抗饱和能力；2、品质因数Q。

传统的电感磁芯的材质是铁氧体，抗饱和能力为0.35特斯拉。在本申请中，差模电感L1的磁芯选择Z11硅钢片，其抗饱和能力为1.6特斯拉，为传统的3倍以上。

考虑到通讯频率的带宽，在本申请中，采用MM1192通讯芯片的通讯频率为19.2KHz，而例如在室内侧基板或线控侧基板处合成的频率为9.6KHz，所以在9.6KHz~19.2KHz的频段之间若能保持通讯稳定，品质因数Q建议小于3,，这与如上理论计算的2.386相符。

电感的一个核心关键指标是电感直流偏置特性曲线，其表示电感量随偏置电流变化的衰减情况。

在制作差模电感L1和共模电感L3的过程中，在四轮中通过选择不同磁芯、不同电感值以及（在通讯频率20KHz下）不同的偏置电流，对电感进行测试。

其中在第一轮中，电感采用EI30铁氧体PC40磁芯；第二轮中，电感采用锰锌R10磁芯；第三轮中，电感采用Z11硅钢片磁芯；第四轮中，电感采用Z11硅钢片磁芯。

测试结果如下表。

从表中可以看出，第一轮至第三轮，偏置电流从0.1A变化至0.4A时，电感量衰减较严重，且在测试过程中发现：在第一轮中，0.3A时通讯不良，且品质因数高达104；在第二轮中，0.2A时通讯不良，且品质因数高达68.7；在第三轮中，0.4A时通讯不良，品质因数为2.20；在第四轮中，0.1A~0.4A通讯都较好，且品质因数为3.60。

因此，选择第四轮测试时用的电感作为差模电感L1所设计的最终电感。

针对与差模电感L1的参数需要说明如下。

由于差模电感L1的内阻之前设定为2.45Ω，共模电感L3的内阻之前设定为4.3Ω，因此，在实际测试过程中，根据差模电感L1的电感量来确定其内阻以及共模电感L3的内阻，其中确定后的内阻之和基本等于2.45Ω+4.3Ω=6.75Ω。

所以在差模电感L1的电感量选择40mH，接近于37.68mH时，通过测试可以设计其内阻为6Ω，且磁芯选择Z11硅钢片。

共模电感L3的电感量选择10mH，内阻选择为0.45Ω，且磁芯选择锰锌R10K。

此时，差模电感L1的内阻和共模电感L3的内阻之和为6Ω+0.45Ω=6.45Ω，接近于6.75Ω，因此，满足差模电感L1的电感量以及内阻设计要求。

当然，经过测试，共模电感L3的电感量也可以为其他数值，因为共模电感L3的电感量大小基本不影响正常通讯信号的电流。

需要说明的是，即使共模电感L3的电感量有变化，但需要保证差模电感L1的内阻和共模电感L3的内阻之和基本等于6.75Ω。

参考图5，其示出最终设计的差模电感L1的电感直流偏置特性曲线。

从图5中可以看出，在0.1A~0.4A之间差模电感L1的电感量基本没有衰减，且在0.4A时差模电感L1的电感量基本为40mH，此特性曲线也说明了本申请中差模电感L1设计的可靠性，且能够实现通讯电路的大电流，例如如上所述的0.4A，有助于加大线控侧的负载量，便于带载语音线控器和/或大屏彩色线控器，从而提升用户使用体验。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种空调器，其特征在于，包括室内侧供电端和线控侧用电端；

所述室内侧供电端包括：

供电电路，其包括具有第一内阻r1的差模电感，且所述供电电路提供大于20V的供电电压Vin；

第一通讯回路，其分别与所述供电电路和通讯线连接；

所述线控侧用电端包括：

负载电路，其由所述供电电压Vin供电；

第二通讯回路，其分别与所述负载电路和所述通讯线连接；

其中所述通讯线上设置有具有第二内阻r1的共模电感，所述空调器根据所述供电电压Vin、线控侧所需电压Vout、流经线控侧的线控侧电流I、第一内阻r1、第二内阻r2和所述通讯线的通讯线内阻r_通配置所述差模电感的电感量L'，其中所述线控侧电流配置I为大于150mA；

配置所述差模电感的电感量L'具体如下：

获取线控器内阻r_线：r_线=Vout/I；

根据

计算L，其中

=r1+r2+r_通+r_线，

为阻尼因子且小于等于0.707，且f_c是所述空调器的整个通讯回路的工作频率衰减-24dB的转折频率；

所述电感量L'=3*L；

其中r1+r2之和以及r_通分别是定值。

2.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述空调器根据所述供电电压Vin、线控侧所需电压Vout、流经线控侧的线控侧电流I、和所述通讯线内阻配置r_通所述第一内阻r1和第二内阻r2；

根据所述电感量L'，确定所述第一内阻r1;

根据r1+r2之和，以及所述第一内阻r1，确定所述第二内阻r2。

3.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述空调器被配置为：

所述线控侧所需电压Vout与所述供电电压Vin之间的传递函数能够表示为具有两个单极点响应的传递函数：

，其中

，

；

其中f₀为所述工作频率，Q值表示电路的品质因数，R1=R_L，L=L'，C为预设值；

所述Q值用于验证所述差模电感的通讯稳定性。

4.根据权利要求1所述的空调器，其特征在于，所述第一通讯回路中的通讯模块和所述第二通讯回路中的通讯模块分别采用MM1192通讯芯片，对应地，所述转折频率为1.211KHz。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的空调器，其特征在于，所述差模电感的磁芯选择Z11硅钢片。

Images