CN1455193A

CN1455193A - 数字直流变频空调控制器

Info

Publication number: CN1455193A
Application number: CN 02111551
Authority: CN
Inventors: 汪辉; 罗焰明; 华建跃
Original assignee: Shanghai Hitachi Household Appliance Co Ltd
Current assignee: Shanghai Highly Electrical Appliances Co Ltd
Priority date: 2002-04-29
Filing date: 2002-04-29
Publication date: 2003-11-12
Anticipated expiration: 2022-04-29
Also published as: CN1266428C

Abstract

本发明涉及一种数字直流变频空调控制器，其特点是：室内机控制器部件包括：由单片机电路构成且与室外机连接的室内机控制器、遥控器、遥控接收器、室内多路保护电路连接在室内机控制器检测和保护控制输入端，在室内机控制器电机控制两输出端分别设置一光耦隔离驱动电路，以及室内摆叶电机和风扇电机；室外机控制器部件包括：由单片机电路构成且与室内机连接的室外机控制器，与室外机控制器连接的室外多路保护电路、开关电源驱动电路和位置检测电路，连接在室外机控制器输出端的四通阀、室外风扇电机，与开关电源驱动电路输出端连接的功率模块，该功率模块的三输出端与直流变频压缩机连接。由此本发明具有快速制冷/制热能力和无电流冲击启动特点。

Description

数字直流变频空调控制器

技术领域

本发明涉及一种直流变频空调控制系统中的控制器，尤其涉及一种能够实现高性价比空调的数字直流变频空调控制器。

背景技术

现有技术空调控制系统的控制器一般采用定速控制。若空调压缩机采用定速压缩机，系统冷量控制只能采用开关方式控制。用开关方式控制系统冷量时的缺陷是，温度波动较大，噪音大。从国外空调器的发展历程来看，为了追求舒适、高效、节能等性能，空调器由定速向变频过渡。在变频空调中，分为交流、直流两大类，直流变频与交流变频相比，交流异步电机存在铜损、铁损、涡流损等损耗；直流电机的转子是永磁的，它比交流电机的效率高。由此可见，直流压缩机具有高效、过载能力大、控制方便等特点，使之成为变频空调发展的最终趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数字直流变频空调控制器，它能使空调系统具有快速制冷/制热的能力，并且具有舒适性、节能、无电流冲击启动、宁静等特点，从而适合工薪阶层所需。

本发明的目的是这样实现的：

一种数字直流变频空调控制器，用于控制空调系统制冷与制热，该空调控制器包括，互相连接的室内机控制器部件和室外机控制器部件组成，其特点是：

所述的室内机控制器部件包括：一室内机控制器，该室内机控制器由单片机电路构成，它通过其电路内的串行通讯电路与室外机相连接；遥控器通过遥控接收器连接在室内机控制器的输入端；室内多路保护电路连接在室内机控制器检测和保护控制输入端，在室内机控制器电机控制两输出端分别设置一光耦隔离驱动电路，以及由步进电机驱动片驱动的室内摆叶电机和由光耦隔离驱动的室内风扇电机；

所述的室外机控制器部件包括：一室外机控制器，该室外机控制器由单片机电路构成，它通过其电路内的串行通讯电路与室内机相连接；与室外机控制器温度检测保护输入端连接的是室外多路保护电路；与室外机控制器连接的开关电源驱动电路和位置检测电路，连接在室外机控制器四通阀控制输出端的是四通阀、连接在室外机控制器室外风扇电机控制输出端的是室外风扇电机，与开关电源驱动电路输出端连接的是功率模块，该功率模块的三输出端与直流变频压缩机连接。

在上述的数字直流变频空调控制器中，其中，在室内机中，室内风扇电机由室内交流电源供电；室外机中，室外风扇电机、四通阀由交流电源供电，同时交流电源由电源滤波整流，得到220V直流电压，提供开关电源驱动直流变频压缩机用。

在上述的数字直流变频空调控制器中，其中，在所述的室内机控制器部件中，所述的室内多路保护电路包括：室内温度检测电路、盘管温度检测电路、调试板电路、故障显示板电路。

在上述的数字直流变频空调控制器中，其中，在所述的室外机控制器部件中，所述的室外多路保护电路包括：室外环境温度检测、室外盘管温度检测、压缩机排气温度检测、电流检测、母线电压检测。

在上述的数字直流变频空调控制器中，其中，所述的室外机控制器部件中的开关电源驱动电路由开关电源电路、光耦隔离驱动电路、一智能功率模块电路和室外控制板组成。

在上述的数字直流变频空调控制器中，其中，所述的室外机控制器部件中的位置检测电路由星形叠加电路、分压移相电路、积分电路、滤波电路、比较器和箝位电路组成。

在上述的数字直流变频空调控制器中，其中，在所述的室外机控制器和室内机控制器连接端设有一通讯电路，该通讯电路包括，分别连接在室外机控制器和室内机控制器两端的光耦隔离电路，设置在两光耦隔离电路之间的抗干扰电路，其中，电阻R4是分压电路部分，220交流电源经过R4降压，稳压管Z1是稳流电路部分，电容C1是滤波电路部分。

本发明数字直流变频空调控制器，由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1.本发明的控制系统的功能大为增加，包括：温感自动运转(应急运转)功能、制冷运转功能、除湿运转功能、制热运转功能、高效运行功能、定时开/关功能、风速设定功能、自动除霜功能、睡眠运行功能、系统保护功能等；

2.本发明由于采用了直流无刷电机，该直流无刷电机和普通的直流电机一样具有优秀的调速性能；

3.本发明由于采用了直流变频压缩机，该直流变频压缩机比定速压缩机和交流变频压缩机更加高效节能；同时能够减少室外机的振动噪音。

4.本发明由于采用了上述的及时方案，其设计了性价比优越的直流变频空调，它推动空调市场发展，提高人民生活水平。

附图说明

通过以下对本发明数字直流变频空调控制器的一实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是本发明数字直流变频空调控制器中直流变频空调电路控制方框图；

图2是图1中室内控制电路的结构方框图；

图3是图1中室外控制电路的结构方框图；

图4是图1和图3中的开关电源驱动电路的结构方框图；

图5是图1和图3中的位置检测电路的电原理图；

图6是本发明中室内外机控制器之间的通讯电路原理图。

具体实施方式

请参见图1所示，图1是本发明数字直流变频空调控制器中直流变频空调电路控制方框图。本发明，数字直流变频空调控制器，用于控制空调系统制冷与制热，该数字直流变频空调控制器包括，互相连接的室内机控制器部件100和室外机控制器部件200组成。数字直流变频空调控制器的基本框架是：以室内机为主导，室内机根据摇控器设定的数据，判定运转状态，调整室内机风扇电机转速和风向的同时，并根据室内温度和设定温度的温差、运转模式等确定压缩机的转速，并向室外机发送数据，控制室外机的运转；室外机根据室内机传来的信号，驱动各种调节器对运转状态进行转换，从而达到最佳的能力控制。

请结合图1参见图2所示，图2是图1中室内控制电路的结构方框图。本发明数字直流交频空调控制器中的室内机控制器部件100必须完成相应的控制功能，同时处理人机交流问题，它具有测量室内回风温度和盘管温度、接收并处理遥控器发出的信号、结合系统的状态控制系统包括自动运行、制冷、除湿、制热四种运行，并控制风机运行、设定压缩机转速，进行系统保护。为此，室内机控制器部件100由室内机控制器110，遥控器120、遥控接收器130、室内多路保护电路140等部件组成。其中，室内机控制器110，该室内机控制器110由单片机电路构成，在本实施例中，室内机控制器110的控制芯片采用MOTOROLA的单片机，室内机控制器110通过其电路内的串行通讯电路与室外机相连接；遥控器120通过遥控接收器130连接在室内机控制器110的输入端；在室内机控制器110电机控制两输出端分别设置一光耦隔离驱动电路150，步进电机驱动片155驱动室内摆叶电机160、光耦隔离驱动室内风扇电机170；室内多路保护电路140连接在室内机控制器110检测和保护控制输入端，该室内多路保护电路140包括：室内温度检测电路、盘管温度检测电路、调试板电路、故障显示板电路。

请结合图1和图2参见图3所示，图3是图1中室外控制电路的结构方框图。室外机控制器部件200根据室内机控制部件200的指令，控制空调器室外部分的运行，具有对压缩机260进行驱动控制、对风机180的运行、四通阀270的控制、以及室外多路保护电路220等功能，并能够独立进行特殊状态运行和保护运行，包括除霜运行、欠电压保护运行、过负荷保护运行、过电流保护、压缩机过温保护运行、传感器保护、室内风机堵转保护、通信出错保护、瞬时断电保护。为此，室外机控制器部件200由室外机控制器210、室外多路保护电路220、开关电源驱动电路230、功率模块240、位置检测电路250等部件组成。其中，室外机控制器210由DSP(Digital Signal Processor数字信号处理器)电路构成，用于控制空调器室外部分的运行，然而要进行各种运算，处理各种数据，通过各种算法及控制规律，协调空调室外机工作，室外机控制器210的控制芯片是实现各种控制策略和算法的载体，在本实施例中，为了保证空调系统可靠、高效地运行，室外机控制器210的控制芯片选用了Texas Instrucments的TSM320F24X系列及新推出的TMS320F240X系列中专门针对三相电机控制的DSP芯片；此DSP具有很高的总线频率：40Mhz，运算速度快，能快速进行各种数据处理。内部具有独特的流水线结构，其程序总线和数据总线相分开，能同时对程序空间和数据空间进行操作，这种优越的总线结构也进一步提高了数据处理速度，能适应实时系统控制快速要求。室外机控制器210它通过其电路内的串行通讯电路与室内机控制器110相连接，其输入端与位置检测电路250相连接，其输出端与开关电源驱动电路230连接，以及在四通阀控制输出端与四通阀270连接，在室外风扇电机控制输出端的与室外风扇电机280连接；室外多路保护电路220连接在室外机控制器210温度检测保护输入端，包括：室外环境温度检测221、室外盘管温度检测222、压缩机排气温度检测223、电流检测224、母线电压检测225室外环境温度检测221、室外盘管温度检测222、压缩机排气温度检测223、电流检测224、母线电压检测225；开关电源驱动电路230，连接在室外机控制器210压缩机输出端，与开关电源驱动电路230输出端连接的是功率模块240，该功率模块240的三输出端与直流变频压缩机260连接。

请参见图1所示，在直流变频空调电路中还包括一电源滤波整流190，在室内机中，室内风扇电机由室内交流电源供电。室外机中，室外风扇电机、四通阀、除霜阀由交流电源供电，同时交流电源由电源滤波整流190，得到220V直流电压，提供开关电源驱动及直流变频压缩机用。

请结合图1和图3参见图4所示，图4是图1和图3室外机控制器部件200中的开关电源驱动电路的结构方框图。所述的开关电源驱动电路230由开关电源电路231、光耦隔离驱动电路232、一智能功率模块电路233和室外控制板234组成；其中，开关电源电路231的输入端与交流电源连接，用于将市电的交流电源变换成所需的各直流电压至室外控制板234；光耦隔离驱动电路232输入端与开关电源电路231的输出端连接，而智能功率模块电路233的输入端与光耦隔离驱动电路232的输出端连接，其输出端与直流变频电机连接，用于控制对三相直流无刷电机的功率驱动。

请结合图1和图3参见图5所示，图5是图1和图3室外机控制器部件200中的位置检测电路的电原理图。所述的位置检测电路250由星形叠加电路、分压移相电路、积分电路、滤波电路、比较器和箝位电路组成。其中，由电阻R47、R48、R49组成的星形叠加电路、由电阻R29-R37和电容C21-C27组成的分压移相电路、由电阻R38、R39、R40和电容C17、C18、C19组成的积分电路、由电阻R42-R46和电容C14-C16组成的滤波电路、由型号为LM339组成的比较器、以及由二极管D13-D16组成的箝位电路；该位置检测电路从端口检测直流无刷电机的感应电压，利用感应反电势过零点检测电机换相的位置，通过检测电路产生三相位置信号(A、B、C)，提供系统正确的电机换相时序。在实际使用中，关键要确定电路参数，调整位置信号换相点的延迟时间，使切换时冲击电流尽量减少，由此改善位置检测电路的稳定性、可靠性、一致性，就能提高压缩机驱动系统的效率。

请结合图1参见与6所示，空调正常的运行时，室内外的控制器110和210必须相互了解系统的各种工作状态，为此要进行一些数据交流，图6便是本发明中室内外机控制器之间的通讯电路原理图。由于室外到室内的通讯距离较长，如果直接将通讯线连接起来，两根导线会与电源的L、N并行，由此会进入许多通干扰源，动力线上的电磁干扰会影响信号的正确传输，为此，在室外机控制器210和室内机控制器110两端分别连接有光耦隔离电路；在本实施例中，采用三线通信，两根电源线，其中一根兼作通信线，另加一根通信线，220交流电源经过R4降压、Z1稳流、C1滤波，形成24V的电压，通讯电源采用24V，比较高的电源有利于消除干扰；室内外通信采用电力耦合异步双工通信方式，采用电流驱动，利用光耦器件与控制电路的5V电源隔离；当室内机控制光耦IC3的发光二极管通断，室外机控制光耦IC2的发光二极管通断，作为通讯数据发送口，而室外机控制光耦IC1和室内机控制光耦IC4的光敏三极管作为通讯接受口；电流环的方式能有效滤调电压电刺，电源隔离保证了控制电路不受外部信号干扰。

本发明数字直流变频空调控制器由于采用了上述技术方案，它还具有以下优点和积极效果：

1.压缩机转速得到控制。室外压缩机转速控制是一个十分关键的问题，由于本发明采用速度闭环控制，通过DSP计算位置信号的时间间隔，得到压缩机的当前的转速值，然后采取相应的实时控制方法，实时控制压缩机的转速，因此比例和积分系数相配合，可以较好地控制系统的动态、稳态特性。

2.不停机除霜功能。在制热时，空调的室外蒸发器处于连续低温状态，容易结霜，从而使系统的换热性减低，为了系统有比较高的COP，控制系统必须有除霜功能，本发明除霜由室外机判定并进入除霜运转模式，室外机进行除霜并向室内机发送出除霜信号，室内机向室外机发送室内环境温度、室内盘管温度，室外机根据室内、室外状态判断是否进入除霜，除霜时，打开除霜阀，压缩机高速运行，除霜完毕后，释放除霜继电器。本发明使用了除霜阀后，在除霜期间，不切换空调的制冷/制热运行模式，使房间室内温度下降比较少，明显增加了空调的舒适性。

3.具有室外系统保护功能。本发明控制器系统的保护功能有室外盘管过热/过冷、压缩机排气温度保护、电流保护、过/欠电压保护、模块过电流等，从而保证控制器的长期无故障运行。

4.具有较好的室外机的电源。本发明设计了开关电源模块，与线性稳压电源相比，具有功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等特点，它整合了位置检测所需用的电源及反电动势的检测端口，使用十分方便。

5.具有压缩机位置信号的检测功能。本发明由于设计了位置检测电路，采用了采用位置闭环控制，从而将变频空调系统最关键的直流压缩机驱动得到控制，提高压缩机驱动系统的效率。

6.控制室内风机。本发明选用PG电机风扇，其转速可设定为高速、中速、低速和自动四种状态，室内控制器根据系统的特性匹配相应的转速；并且，室内风机采用可控硅单相调速电机，该电机为贯流风机，从而可实现无级调速。

7.实现了室内温度控制。本发明根据室内温度、目标温度及温度变化，控制压缩机的转速及其它执行结构的动作，使直流变频空调运行在高效、节能的工作状态下，系统的能效比(COP)维持在比较高的水平；室内控制算法采用PID模糊温控方法，自动寻求温控转速平衡点；在起动过程中，首先在3000rpm稳定运行3分钟，制冷系统的压力从建立过渡到比较平衡的阶段，然后压缩机高转运行，达到快速制冷、制热的目的；在稳定运行阶段，采用PID模糊算法，使压缩机的转速平稳，降低室外机的振动、噪音，同时使房间的温度波动范围比较小，其温度控制精＜0.6。

8.改善室外机和室内机的通讯方式。本发明在室外机和室内机设计了通讯电路，排除干扰源，改善了数据交流。

9.具有室内系统保护功能。本发明在室内控制器中采用了多重保护，包括：室内室外传感器损坏、室内盘管温度过冷、过热、室内风机堵转、室内外通讯故障等，使保护运行实现不停机保护的控制原则。

综上所述，本发明数字直流变频空调控制器的控制系统具有完善的控制和保护功能；同时，它采用了直流无刷电机的直流变频压缩机，减少了振动噪音，比定速压缩机和交流变频压缩机更加高效节能，本发明设计了性价比优越的直流变频空调，它推动空调市场发展，提高人民生活水平，因此极为实用。

Claims

1.一种数字直流变频空调控制器，用于控制空调系统制冷与制热，该空调控制器包括，互相连接的室内机控制器部件(100)和室外机控制器部件(200)组成，其特征在于：

所述的室内机控制器部件(100)包括：一室内机控制器(110)，该室内机控制器(110)由单片机电路构成，它通过其电路内的串行通讯电路与室外机相连接；遥控器(120)通过遥控接收器(130)连接在室内机控制器(110)的输入端；室内多路保护电路(140)连接在室内机控制器(110)检测和保护控制输入端，在室内机控制器(110)电机控制两输出端分别设置一光耦隔离驱动电路(150)，以及由步进电机驱动片(155)驱动的室内摆叶电机(160)和由光耦隔离驱动的室内风扇电机(170)；

所述的室外机控制器部件(200)包括：一室外机控制器(210)，该室外机控制器(210)由单片机电路构成，它通过其电路内的串行通讯电路与室内机相连接；与室外机控制器(210)温度检测保护输入端连接的是室外多路保护电路(220)；与室外机控制器(210)连接的开关电源驱动电路(230)和位置检测电路(250)，连接在室外机控制器(210)四通阀控制输出端的是四通阀(270)、连接在室外机控制器(210)室外风扇电机控制输出端的是室外风扇电机(280)，与开关电源驱动电路(230)输出端连接的是功率模块(240)，该功率模块(240)的三输出端与直流变频压缩机(260)连接。

2.如权利要求1所述的数字直流变频空调控制器，其特征在于：在室内机中，室内风扇电机由室内交流电源供电；室外机中，室外风扇电机、四通阀由交流电源供电，同时交流电源由电源滤波整流(190)，得到220V直流电压，提供开关电源驱动直流变频压缩机用。

3.如权利要求1所述的数字直流变频空调控制器，其特征在于：在所述的室内机控制器部件(100)中，所述的室内多路保护电路(140)包括：室内温度检测电路(141)、盘管温度检测电路(142)、调试板电路(143)、故障显示板电路(144)。

4.如权利要求1所述的数字直流变频空调控制器，其特征在于：在所述的室外机控制器部件(200)中，所述的室外多路保护电路(220)包括：室外环境温度检测(221)、室外盘管温度检测(222)、压缩机排气温度检测(223)、电流检测(224)、母线电压检测(225)。

5.如权利要求1所述的数字直流变频空调控制器，其特征在于：所述的室外机控制器部件(200)中的开关电源驱动电路(230)由开关电源电路(231)、光耦隔离驱动电路(232)、一智能功率模块电路(233)和室外控制板(234)组成。

6.如权利要求1所述的数字直流变频空调控制器，其特征在于：所述的室外机控制器部件(200)中的位置检测电路(250)由星形叠加电路、分压移相电路、积分电路、滤波电路、比较器和箝位电路组成。

7.如权利要求1所述的数字直流变频空调控制器，其特征在于：在所述的室外机控制器(210)和室内机控制器(110)连接端设有一通讯电路，该通讯电路包括，分别连接在室外机控制器(210)和室内机控制器(110)两端的光耦隔离电路，设置在两光耦隔离电路之间的抗干扰电路，其中，电阻R4是分压电路部分，220交流电源经过R4降压，稳压管Z1是稳流电路部分，电容C1是滤波电路部分。