CN211402531U - 一种基于空调系统的电网电压检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于空调系统的电网电压检测电路，包括空调系统的外机板和内机板，其特征在于：电网电压检测电路设置在外机板中，所述外机板包括整流模块、开关电源模块、电压检测模块、外机主控单元和485通讯模块，整流模块的输入端连接电网电压VAC、输出端连接开关电源模块的输入端，开关电源模块具有高频变压器，形成直流‑交流变压及降压回路，开关电源模块的输出端连接外机主控单元的电源输入端，电压检测模块的信号输入端连接开关电源模块的高频变压器次级绕组并进行电压采样、形成低压电压取样回路，电压检测模块的信号输出端连接外机主控单元的一个信号输入端，形成低压取样式电网电压检测回路。具有额定指标要求低、价格低廉等特点。

Description

一种基于空调系统的电网电压检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种基于空调系统的电网电压检测电路，适用于空调设备的检测安装。属于家电设备技术领域。

背景技术

实际应用中，电力电子系统或家用电器产品，一般需要对电网电压进行检测，并以检测的结果为参考进行相应的控制或处理。比如晶闸管系统的触发需要参考电网电压确定触发延迟时间，两个或两个以上电网并网需保证各个电网相位一致，空调系统、变频直流电机、交流电机等驱动器需要对电网电压检测，从而实现过压保护、欠压保护等功能。而检测的目的是使得控制或处理与电网保持某种同步，这种对电网电压的检测也称为同步检测。因为同步检测很重要，错误的检测可能导致电源短路或电压过高造成严重的事故，不够精确的检测则会导致系统性能下降。

现有技术中，常用的电网电压检测电路一般都是通过2-3只几百K欧的限流电阻直接接到高压比如+VBUS上，再经过分压得到低压后接到控制电路上。这种检测电路虽然可以实现电网电压的检测，但是由于电网电压没有经过降压变换，因此接触高压的电阻需具备高耐压和高额定功率特性(比如电阻压>＝400V，电阻额定功率>＝0.75W)，存检测电路器件额定指标要求高、价格高和电路整体成本大等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的，是为了解决现有电网电压检测电路存在检测电路器件额定指标要求高、价格高和电路整体成本大等问题，提供一种基于空调系统的电网电压检测电路。具有检测电路器件额定指标要求低、价格低廉和电路整体成本小等实质性特点和进步。

本实用新型的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于空调系统的电网电压检测电路，包括空调系统的外机板和内机板，外机板控制室外机，内机板控制室内机；其结构特点在于：电网电压检测电路设置在外机板中，所述外机板包括整流模块、开关电源模块、电压检测模块、外机主控单元和485通讯模块，整流模块的输入端连接电网电压VAC、输出端连接开关电源模块的输入端，开关电源模块具有高频变压器、以将高压直流变为低压交流，形成直流-交流变压及降压回路，开关电源模块的输出端连接外机主控单元的电源输入端，电压检测模块的信号输入端连接开关电源模块的高频变压器次级绕组并进行电压采样、形成低压电压取样回路，电压检测模块的信号输出端连接外机主控单元的一个信号输入端，形成低压取样式电网电压检测回路。

本实用新型的目的还可以通过采取如下技术方案达到：

进一步地，在整流模块输出端与开关电源模块输入端的连接处设有功率因数校正模块，以提高功率因数、减小无功电流、减小线路损耗和改善电网供电质量；功率因数校正模块由电抗器、IGBT管、驱动芯片、电流采样电阻及运放芯片组成。

进一步地，整流模块包括整流桥、电解电容和热敏电阻，交流电网电压220Vac通过整流模块整流后得到+310V直流电压；开关电源模块由高频变压器T1、开关芯片IC1、肖特基二极管D1-D8、光耦IC2、基准电压芯片U1、电解电容EC3-EC7、电容C1-C6、电容CY1、电阻R1-R24和线性稳压管R组成，以把+310V直流电压转换成低压交流后再转换成+15V、+12V、+3.3V电压。

进一步地，电压检测模块由整流二极管D9、贴片电阻Ra-Re、贴片电容C0组成，以将低压交流取样信号转换成低压直流信号输送到外机主控单元的单片机芯片处理。

进一步地，所述外机板还包括压缩机驱动模块和外直流风机，外机主控单元主为单片机芯片TMS320，负责外机板的控制以及各路信号处理,通过RS485通讯模块与内机板进行相互通讯，实现指令的发送与接收；RS485通讯模块由通讯芯片、光耦、电阻、电容、三极管组成隔离型通讯电路，以提高电路的抗干扰性及稳定性。

进一步地，压缩机驱动模块为变频压缩机驱动模块，由IPM集成模块、电压比较器芯片、运算放大器芯片组成，以将整流模块的+310V直流电压逆变成三相交流380V电压驱动压缩机工作。

进一步地，所述内机板包括内机主控单元、温度检测模块、开关检测模块、电加热模块、线控器和RS485通讯单元、四通阀模块、电子膨胀阀、内直流风机；内机主控单元的I/O端口通过RS485通讯模块与外机主控单元的I/O端口连接。

进一步地，所述线控器包括显示板，该显示板构成机交换界面，以显示空调系统中的温度值、风速大小、压缩机和风机的工作状态、时间信息，及通过按键输入设置风速大小或定时功能；通过RS485通讯单元发送指令到内机板，内机板再发送指令到外机板，驱动压缩机的工作。

进一步地，开关检测模块的主要检测器件是温度传感器、随着温度的变化温度传感器将不同的电平信号输入到内机板的内机主控单元8；开关检测模块10分为高压开关、低压开关检测，是空调系统里的压力计检测。

进一步地，内机主控单元由单片机芯片STM32F030及其外围元件组成。

进一步地，电加热模块主要器件是继电器、控制空调系统的暖风功能。

本实用新型具有如下实质性特点和进步：

1、本实用新型由于在外机板中设置电网电压检测电路，所述外机板包括整流模块、开关电源模块、电压检测模块、外机主控单元和485通讯模块，整流模块的输入端连接电网电压VAC、输出端连接开关电源模块的输入端，开关电源模块具有高频变压器、以将高压直流变为低压交流，形成直流-交流变压及降压回路，开关电源模块的输出端连接外机主控单元的电源输入端，电压检测模块的信号输入端连接开关电源模块的高频变压器次级绕组并进行电压采样、形成低压电压取样回路，电压检测模块的信号输出端连接外机主控单元的一个信号输入端，形成低压取样式电网电压检测回路；因此能够解决现有电网电压检测电路存在检测电路器件额定指标要求高、价格高和电路整体成本大等问题，具有检测电路器件额定指标要求低、价格低廉和电路整体成本小等实质性特点和进步。

2、本实用新型具备现有空调系统电网电压检测不具备的电网电压降压处理后的再进行电压检测的电路，确保将高压降压处理后再进行检测的安全性。

附图说明

图1为本实用新型一个具体实施案例的电路框图。

图2为本实用新型一个具体实施案例的电路图。

具体实施方式

具体实施例1：

参照图1至图2，本实施例包括空调系统的外机板和内机板，外机板控制室外机，内机板控制室内机；电网电压检测电路设置在外机板中，所述外机板包括整流模块1、开关电源模块2、电压检测模块3、外机主控单元4和485通讯模块5，整流模块1的输入端连接电网电压VAC、输出端连接开关电源模块2的输入端，开关电源模块2具有高频变压器、以将高压直流变为低压交流，形成直流-交流变压及降压回路，开关电源模块2的输出端连接外机主控单元4的电源输入端，电压检测模块3的信号输入端连接开关电源模块2的高频变压器次级绕组并进行电压采样、形成低压电压取样回路，电压检测模块3的信号输出端连接外机主控单元4的一个信号输入端，形成低压取样式电网电压检测回路。

本实施例中：

在整流模块1输出端与开关电源模块2输入端的连接处设有功率因数校正模块13，以提高功率因数、减小无功电流、减小线路损耗和改善电网供电质量；功率因数校正模块13由电抗器、IGBT管、驱动芯片、电流采样电阻及运放芯片(图中未画出)组成。本实施例中功率因数校正模块13涉及的电子元件：驱动芯片可以采用常规技术的驱动芯片，运放芯片可以采用常规技术的运算放大器芯片，IGBT管可以采用常规技术的IGBT管，各电子元件之间的连接可以采用常规技术的连接方式，构成常用的功率因数校正电路。

参照图2，整流模块1包括整流桥、电解电容和热敏电阻(图中未画出)，交流电网电压220Vac通过整流模块整流后得到+310V直流电压；本实施例可以采用常规技术的交流-直流整流电路。开关电源模块2由高频变压器T1、开关芯片IC1、肖特基二极管D1-D8、光耦IC2、基准电压芯片U1、电解电容EC3-EC7、电容C1-C6、电容CY1、电阻R1-R24和线性稳压管R组成，以把+310V直流电压转换成低压交流后再转换成+15V、+12V、+3.3V电压。本实施例中，高频变压器T1可以采用常规技术的高频变压器，开关芯片IC1可以采用常规技术的开关芯片，光耦IC2可以采用常规技术的光耦芯片，基准电压芯片U1可以采用常规技术3.3V输出电压芯片。

电压检测模块3由整流二极管D9、贴片电阻Ra-Re、贴片电容C0组成，以将低压交流取样信号转换成低压直流信号输送到外机主控单元4的单片机芯片处理。

所述外机板还包括压缩机驱动模块6和外直流风机7，外机主控单元4为单片机芯片TMS320，负责外机板的控制以及各路信号处理,通过RS485通讯模块5与内机板进行相互通讯，实现指令的发送与接收；RS485通讯模块5由常规RS485通讯芯片、常规光耦、电阻、电容、三极管组成隔离型通讯电路，以提高电路的抗干扰性及稳定性。

压缩机驱动模块6为变频压缩机驱动结构，由IPM集成模块、电压比较器芯片、运算放大器芯片组成，以将整流模块的+310V直流电压逆变成三相交流380V电压驱动压缩机工作。所述IPM集成模块可以采用常规技术的IPM集成芯片，电压比较器芯片可以采用常规技术的电压比较器芯片，运算放大器芯片可以采用常规技术的运算放大器芯片。

所述内机板包括内机主控单元8、温度检测模块9、开关检测模块10、电加热模块11、线控器12和RS485通讯模块5、四通阀模块13、电子膨胀阀14、内直流风机15；内机主控单元8的I/O端口通过RS485通讯模块5与外机主控单元4的I/O端口连接。温度检测模块9可以采用常规技术的温度检测电路，电加热模块11可以采用常规技术的电加热电路。所述的RS485通讯模块5可以采用常规技术的RS485通讯芯片，四通阀模块13可以采用常规技术的四通阀芯片或电路，电子膨胀阀14可以采用常规技术的电子膨胀阀，内直流风机15可以采用常规技术的直流风机。

所述线控器12包括显示板，该显示板构成机交换界面，以显示空调系统中的温度值、风速大小、压缩机和风机的工作状态、时间信息，及通过按键输入设置风速大小或定时功能；通过RS485通讯单元发送指令到内机板，内机板再发送指令到外机板，驱动压缩机的工作。线控器12可以是常规技术的线控器。

开关检测模块10的主要检测器件是温度传感器、随着温度的变化温度传感器将不同的电平信号输入到内机板的内机主控单元8；开关检测模块10分为高压开关、低压开关检测，是空调系统里的压力计检测。开关检测模块10可以采用常规技术的开关检测电路。

内机主控单元8由单片机芯片STM32F030及其外围元件组成。

电加热模块11主要器件是继电器、发热器，可以由常规技术的继电器、发热器连接构成；继电器的控制输入端连接线控器12的控制信号输出端，继电器的控制信号输出端连接发热器的控制信号输入端，以控制空调系统的暖风功能。

本实施例中，开关电源模块2在电网电压检测过程中有着非常重要的作用，因为此电网电压检测电路是通过开关电源模块中的高频变压器次级绕组处进行电压采样检测。本实施例涉及的开关电源具有如下特点：(1)开关电源为隔离反激式开关电源；(2)开关电源模块需要确保稳定，高频变压器设计可靠，并且漏感尽可能小；(3)开关电源变压器输出电压，经过LDO降压为+3.3V，要求准确且稳定。

本空调系统中的电网电压VAC检测电路的实现方法，电网电压VAC整流得到的直流高压+VBUS，通过开关电源的高频变压器T1将+VBUS变换为低压的交流电压，在次级线圈取样经过二极管Dz整流得到的低压负电压V0，由于V0约有负十几伏，单片机的工作电压为+3.3V，因此需对此负电压V0再做一步处理，用电阻Ra和Rb分压为更低的负电压Vf＝V0*Rb/(Ra+Rb)，然后在这个负电压Vf上加一个+3.3V的电压V1抵消负电压得到一个0V-3.3V的正电压Volt，

即Volt＝Vf+V1＝V0*Rb/(Ra+Rb)+V1；

如果电网电压增大或减小，+VBUS＝√2*VAC也是线性增大或减小，而高频变压器的匝数比是固定的，次级绕组与初级绕组是线性变化的关系，因此检测到的电压Volt是跟随着电网电压的线性变化。单片机系统根据电压Volt的大小来判断电网电压的变化，从而进行相关的控制，比如欠压保护、过压保护等。

本新型电网电压检测电路，是经过系统中的开关电源变压器变换处理后进行检测，即开关电源变压器次级绕组采样检测电网电压。

本实用新型电网电压检测电路，运用在空调系统中，通过系统中开关电源变压器对高压+VBUS降压后，再进行电压检测；经过降压为低压后的检测电路既简单又安全，而且电路成本也很经济。本检测电路适用于各种空调系统中。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例子，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型的原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于空调系统的电网电压检测电路，包括空调系统的外机板和内机板，外机板控制室外机，内机板控制室内机；其特征在于：电网电压检测电路设置在外机板中，所述外机板包括整流模块（1）、开关电源模块（2）、电压检测模块（3）、外机主控单元（4）和485通讯模块（5），整流模块（1）的输入端连接电网电压VAC、输出端连接开关电源模块（2）的输入端，开关电源模块（2）具有高频变压器、以将高压直流变为低压交流，形成直流-交流变压及降压回路，开关电源模块（2）的输出端连接外机主控单元（4）的电源输入端，电压检测模块（3）的信号输入端连接开关电源模块（2）的高频变压器次级绕组并进行电压采样、形成低压电压取样回路，电压检测模块（3）的信号输出端连接外机主控单元（4）的一个信号输入端，形成低压取样式电网电压检测回路。

2.根据权利要求1所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：在整流模块（1）输出端与开关电源模块（2）输入端的连接处设有功率因数校正模块（13），以提高功率因数、减小无功电流、减小线路损耗和改善电网供电质量；功率因数校正模块（13）由电抗器、IGBT管、驱动芯片、电流采样电阻及运放芯片组成。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：整流模块（1）包括整流桥、电解电容和热敏电阻，交流电网电压220Vac通过整流模块（1）整流后得到+310V直流电压；开关电源模块（2）由高频变压器、开关芯片、肖特基二极管、光耦、基准电压芯片和线性稳压管组成，以把+310V直流电压转换成低压交流后再转换成+15V、+12V和+3.3V三路直流低压电压。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：电压检测模块（3）由整流二极管、贴片电阻、贴片电容组成，以将低压交流取样信号转换成低压直流信号输送到外机主控单元（4）处理。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：所述外机板还包括压缩机驱动模块（6）和外直流风机（7），外机主控单元（4）为单片机芯片TMS320，负责外机板的控制以及各路信号处理,通过RS485通讯模块（5）与内机板进行相互通讯，实现指令的发送与接收；RS485通讯模块（5）由通讯芯片、光耦、电阻、电容、三极管组成隔离型通讯电路，以提高电路的抗干扰性及稳定性。

6.根据权利要求5所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：压缩机驱动模块（6）为变频压缩机驱动模块，由 IPM集成模块、电压比较器芯片、运算放大器芯片组成，以将整流模块的+310V直流电压逆变成三相交流380V电压驱动压缩机工作。

7.根据权利要求1或2所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：所述内机板包括内机主控单元（8）、温度检测模块（9）、开关检测模块（10）、电加热模块（11）、线控器（12）和RS485通讯模块（5）、四通阀模块（14）、电子膨胀阀（15）、内直流风机（16）；内机主控单元（8）的I/O端口通过RS485通讯模块（5）与外机主控单元（4）的I/O端口连接。

8.根据权利要求7所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：所述线控器（12）包括显示板，该显示板构成机交换界面，以显示空调系统中的温度值、风速大小、压缩机和风机的工作状态、时间信息，及通过按键输入设置风速大小或定时功能；通过RS485通讯单元发送指令到内机板，内机板再发送指令到外机板，驱动压缩机的工作。

9.根据权利要求7所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：开关检测模块（10）的主要检测器件是温度传感器、随着温度的变化温度传感器将不同的电平信号输入到内机板的内机主控单元（8）；开关检测模块（10）分为高压开关、低压开关检测，是空调系统里的压力计检测。

10.根据权利要求7所述的一种基于空调系统的电网电压检测电路，其特征在于：内机主控单元（8）由单片机芯片STM32F030及其外围元件组成；电加热模块（11）主要器件是继电器、控制空调系统的暖风功能。

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