CN200990005Y - 空调起动控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空调起动控制电路，包括：半导体开关器件驱动电路，其内的半导体开关器件，与压缩机的主绕组串接后，与电源构成回路；CPU，与所述半导体开关器件驱动电路相连；起动完成检测电路，与CPU相连；第二电容；所述第一电容和第二电容上设有的电容压差检测电路，该电路与CPU及电源电路相连；过零检测电路，与CPU相连；接触器驱动电路，与CPU相连；其内的接触器设在压缩机的主绕组与电源构成的回路中；继电器及其驱动电路，其内设有的继电器开关，串接所述第二电容，与第一电容并联。采用上述结构的空调起动控制电路，可将空调起动时的冲击电流限制在额定电流的2－3倍。

Description

空调起动控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种空调起动控制电路，具体地说，是一种在空调起动时，降低压缩机起动时的工作电流，同时能够维持起动所需的扭力，使得压缩机起动时冲击电流变小的控制电路。

背景技术

图1为普通空调压缩机的电气结构示意图。如图所示，空调压缩机M的主绕组直接与交流电源Vac构成回路。该回路中设有电源开关K，通常为接触器或大功率继电器。副绕组串联电容C1后，与交流电源Vac构成回路。交流电源Vac可根据不同额定电压的压缩机进行选取。采用上述结构的普通空调，起动和运行时的电流状态如图2所示。图中A1表示的是普通空调起动时的冲击电流，A2表示的是普通空调运行时的额定电流。起动时冲击电流A1的值一般都达到运行时额定电流A2的值的6-8倍，对电网产生冲击和污染：在起动的瞬间，电网电压往往会有短时的下跌，对并联在同一电网上的其他电器产生影响，严重时甚至引起跳闸。这种起动冲击电流不符合诸如澳洲等许多国家对电网的环保要求。

为了实现空调温度调节的平顺，温度波动小，变频空调应运而生。一些空调采用变频技术后，起动时不会有大的冲击电流。也就是说，变频空调技术也解决了空调起动电流大的问题。但变频空调成本高，技术复杂，由于元器件大量增多造成可靠性降低。因此，采用变频技术仅仅用来解决空调起动时冲击电流过大这一技术问题，就显得针对性不强，效果不佳。况且，许多场合并不需要变频功能，在这种情况下为了降低起动冲击电流而使用变频空调会造成功能等方面浪费。且目前市场上，大部分的空调还不具备变频功能，都属于前述直接起动的空调，仍然存在起动冲击电流过大的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种空调起动控制电路，以克服现有的空调起动时冲击电流过大、对电网产生冲击和污染的技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种空调起动控制电路，包括压缩机、第一电容和电源电路，压缩机的副绕组串接第一电容后，与电源构成回路；其特征在于，该控制电路还包括：半导体开关器件驱动电路，其内的半导体开关器件，与压缩机的主绕组串接后，与电源构成回路；CPU，与所述半导体开关器件驱动电路相连；起动完成检测电路，与CPU相连；第二电容；所述第一电容和第二电容上设有的电容压差检测电路，该电路与CPU及电源电路相连；过零检测电路，与CPU相连；接触器驱动电路，与CPU相连；其内的接触器设在压缩机的主绕组与电源构成的回路中；继电器及其驱动电路，其内设有的继电器开关，串接所述第二电容，与第一电容并联；当空调起动时，继电器开关将第二电容与第一电容并联；当起动完成检测电路检测到空调处于运行状态时，继电器将第二电容从整个***中断开。

采用上述空调起动控制电路，在空调起动时，半导体开关器件对加在压缩机上的电压进行斩波，并不断加大导通角，使得加在压缩机上的电压缓慢上升，降低压缩机刚起动时的工作电压，使得压缩机起动时冲击电流变小；同时在起动过程中加大压缩机的起动电容容量，增加压缩机的起动力矩，使压缩机可以更容易的被起动，进一步减小了起动电流。并在空调起动结束后将整个起动附加装置旁路掉，保证空调起动结束后，其电气结构与不安装起动附加装置时是一样的。

所述电源电路包括降压电容、防浪涌电阻以及两个半波整流电路；防浪涌电阻一端经降压电容连接电源的火线，另一端并接第一半波整流电路和第二半波整流电路。本实用新型采用了上述电容降压方式，输出-5V和+24V两路直流，其优点是体积小，成本低，在功率不太大的场合适用。

所述两个半波整流电路中分别包括第一整流二极管和第二整流二极管；所述电源电路还包括一稳压电路，稳压电路的两端分别连接第一整流二极管和第二整流二极管。

所述稳压电路并联一关断保护电路。由于继电器只在起动时工作，其余时间功耗将全部由稳压管承担，造成严重发热，所以本电源电路中还包括一个关断电路，以避免发热并保护稳压管。

所述电源电路经第一半波整流电路输出直流电压至CPU，该电压正极接所述电源的零线。供CPU及***电路供电的5V电路采用正极接零线也就是-5V输出，主要是考虑避开可控硅驱动比较困难的第4象限，减少消耗电流。

接触器驱动电路包括一个双向可控硅，该可控硅经驱动电阻连接CPU，可由CPU直接驱动。

所述可控硅两端并接一个RC电路，可控硅的一端连接接触器，另一端连接电源零线。RC电路能防止外界干扰造成误触发。

所述继电器驱动电路包括一个前触发三极管和一个后触发三极管，后触发三极管的基极经电阻连接前触发三极管的集电极，后触发三极管的集电极连接接触器。首先用高电平驱动前触发三极管导通，前触发三极管再驱动后触发三极管导通，使电压直接加到继电器两端，继电器吸合。

电容压差检测电路包括：取样电阻，一端与第二电容相连；整流二极管和稳压二极管，并接在所述取样电阻的另一端；负电压驱动三极管，其发射极连接电源零线，基极连接二极管；供电三极管，其基极连接整流二极管并经电阻连接负电压驱动三极管的集电极，其集电极连接CPU。该电路通过取样电阻连接第二电容取样，如果带正电压，则通过取样电阻、整流二极管驱动供电三极管导通，输出低电平给CPU；如果带负电，则通过取样电阻、稳压二极管驱动负电压驱动三极管导通，再导致供电三极管导通，也输出低电平给CPU；如果没有压差，则供电三极管、负电压驱动三极管都截止，输出高电平给CPU。

附图说明

图1为普通空调的电气结构示意图；

图2为普通空调运行时的电流状态示意图；

图3为本实用新型的空调运行时的电流状态示意图；

图4为本实用新型的空调起动控制电路的电路框图；

图5为本实用新型的CPU部分电路图；

图6为本实用新型的电源部分电路图；

图7为本实用新型的接触器驱动电路图；

图8为本实用新型的可控硅驱动电路图；

图9为本实用新型的继电器驱动电路图；

图10为本实用新型的过零检测部分电路图；

图11为本实用新型的起动完成检测部分电路图；

图12为本实用新型的第一、第二电容压差检测部分电路图。

具体实施方式

下面根据图3至图12，给出本实用新型的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本实用新型的功能、特点。

图4为本实用新型的空调起动控制电路的电路框图。如图所示，空调起动控制电路包括CPU控制单元、过零检测模块、电源电路、可控硅驱动模块、继电器驱动模块以及接触器驱动模块。空调压缩机M的主绕组r端串接大功率双向可控硅Q后连接电源Vac的零线N，主绕组另一端c端，即与副绕组交接的一端，串接开关K后连接电源Vac的火线L。副绕组s端串接电容C1后连接电源Vac的零线N，电容C2通过继电器J1与电容C1并联在副绕组s端和电源Vac的零线N之间。继电器J1为一只单刀双掷的继电器，其常闭触头NC并联可控硅Q两端，常开触头NO串联在电容C2与电源的零线N之间。

起动过程中，继电器J1的活动触头与常开触头NO连接，电容C2与原起动电容C1并联，增加了起动力矩。可控硅Q在斩波驱动信号的驱动下，对压缩机M的主绕组电压进行斩波，并逐渐加大导通角，加在压缩机M主绕组上的电压也逐渐上升，此时压缩机平稳起动，冲击电流被限制在2-3倍的额定电流之间。电流状态示意如图3所示。B1是被软起动器限制住的起动冲击(浪涌)电流，B2是起动完成后的运行(额定)电流。当压缩机起动后，电流接近额定电流时，说明起动过程基本完成。继电器J1的活动触头打向常闭触头NC，将电容C2断开，同时将可控硅Q旁路。这样可以防可控硅Q发热，使得工艺简单，不需要增设散热器，器件寿命长。否则电流将始终从可控硅流过，将产生无谓热量损耗。

图5为本实用新型的CPU部分电路图。如图所示，本实例采用MICROCHIP的PIC16C505型号芯片U1，其特点是成本低，抗干扰能力强。也可采用其他品牌、型号的单片机芯片。U2为HT7033A低电压复位芯片，进一步加强整套***的抗干扰能力；也可换用其他品牌和型号的看门狗芯片。

图6为本实用新型的电源部分电路图。如图所示，电源电路包括降压电容C6、防浪涌电阻R16以及两个半波整流电路。防浪涌电阻R16一端经降压电容C6连接电源的火线L，另一端并接第一半波整流电路和第二半波整流电路。两个半波整流电路中分别包括整流二极管D1和整流二极管D2。电源电路还包括一由稳压管DZ1、DZ4和DZ6串接组成的稳压电路，稳压电路的两端分别连接整流二极管D1和整流二极管D2。稳压管DZ1稳定-5V电压，稳压管DZ4及稳压管DZ6稳定+24V电压，稳压管DZ4和稳压管DZ6串联使用是为了分担功耗。稳压电路还并联一关断保护电路，该保护电路由三极管Q2、三极管Q5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R23、电阻R24组成，以避免发热并保护稳压管。其中三极管Q2接在-5V回路，当连接的CPU I/O口送出高电平时导通，再驱动三极管Q5导通，将+24V电压钳位到接近0V，电阻R6可抑制三极管Q5导通瞬间的浪涌电流，保护三极管Q5。

本实例用了电容降压方式，输出-5V和+24V两路直流，其优点是体积小，成本低，在功率不太大的场合适用；由于电容降压电路输出电流和电容容量直接成比例关系的特性，所以本实例选用了24V的电压较高的继电器，同样功率下电流较小，可减小降压电容的容量。图中降压电容C6串接了防浪涌电阻R16，经D2、D1两个半波整流电路分别产生正负两路电压。电容C11、电容C12、电容C4是滤波电容。

+24V专供继电器用，供CPU及***电路供电的5V电路采用正极接零线也就是-5V输出，主要是考虑避开可控硅驱动比较困难的第4象限，当然采用正电源并采用合适的驱动参数也是可以的，只是消耗电流大些。

电源也可以采用变压器整流滤波或小功率开关电源，只是成本高些；输出也可以只用一路，继电器共用5V或采用交流继电器直接用市电。

图7为本实用新型的接触器驱动电路图。如图所示，接触器驱动电路包括一个双向可控硅Q3，该可控硅Q3经驱动电阻R20连接CPU。可控硅Q3两端并接一个RC电路，防止外界干扰造成误触发。可控硅Q3的一端连接接触器，另一端连接电源零线N。本实例选用的是ST公司的Z0405MF 4A/600V的双向可控硅，可根据实际接触器大小选择电流不等的可控硅；该可控硅为小功率可控硅，驱动电流只须几毫安，故可由CPU直接驱动，该可控硅开关也可以是继电器或固态继电器。

图8为可控硅驱动电路，可控硅Q1选用ST公司的BTA系列双向大功率可控硅，由于大功率的可控硅需要的驱动电流也较大，需要几十甚至几百毫安，CPU的I/O无法提供如此大的电流，所以增加了三极管Q4用于驱动可控硅；CPU发出的脉冲信号经由Q4驱动可控硅Q1对压缩机主绕组进行斩波；可控硅也可以用专用的隔离驱动光耦来驱动，如MOC302X系列，特别是在采用隔离电源的情况下；可控硅也可以是其它大功率半导体开关器件并配以相应的驱动电路。

图9为本实用新型的继电器驱动电路图。所述继电器驱动电路包括一个前触发三极管Q9和一个后触发三极管Q8，后触发三极管Q8的基极经电阻R4连接前触发三极管Q9的集电极，后触发三极管Q8的集电极连接接触器。

本实施例选用的继电器线包为24V直流。由于CPU工作在另一路5V电源中，无法直接驱动继电器，所以首先用高电平驱动三极管Q9导通，三极管Q9再驱动三极管Q8导通，使24V电直接加到继电器J1两端，继电器J1吸合；二极管D1是继电器J1关断时的反向吸收二极管，保护三极管Q8；继电器可以采用不同电压等级的，配以相应电压的电源即可；也可以是交流的继电器或接触器，采用类似图7的电路用小功率可控硅驱动。

图10为本实用新型的过零检测部分电路图，非常简单，电源每次过零时都会使电阻R13所连的CPU I/O口电平翻转，CPU可据此判定过零时间，从而为斩波时机提供基准；值得注意的是，本实例所用CPU的I/O口内部包括完善的双向二极管钳位保护，如果使用别的型号CPU没有完善保护的话，则必须外接保护二极管；该电路由于判定的门槛电压并非零电压而是CPU I/O口的电平判定标准值，要比零线低2～3V，所以判定上有很小的误差，一般可以忽略不计，也可以采用电压比较器作精确比较，只是成本高些。

图11为本实用新型的起动完成检测部分电路图。当可控硅斩波导通角逐步加大提前，压缩机转速逐步提高，主绕组上有效电压接近全电压时，压缩机的起动就基本结束了，此时可控硅已经处于几乎完全导通状态；也就是说，只要检测可控硅两端电压，也就是r对N零线的电压低于一定值时，就可判定起动完成了。图11的电路采用了较为巧妙的办法，使用了很少的器件就可以同时检测交流电两个方向的电压，其中整流二极管DZ2、DZ3反向串联后，可以对双向电压都进行检测；电阻R14、R15则分别接CPU的I/O口，这两个I/O口工作在一个输出一个输入的状态，每隔半周转换一次，CPU根据过零检测电路所检测到当前所处的正负半周情况来进行转换；电阻R14、R15的阻值也是不同的，这是因为I/O口电平低转高和高转低时判定的门槛电压是不同的；合理选择稳压管电压和几个电阻的阻值使CPU在最恰当的时机控制继电器使第二电容C2断开、可控硅旁路，完成起动；该电路也可以做成两个独立的电压检测电路，分别检测正负半周的电压，只是结构复杂些。

图12为本实用新型的第一、第二电容压差检测部分电路图。电容压差检测电路包括：取样电阻R11，一端与第二电容C2相连。整流二极管DZ5和稳压二极管D4，并接在所述取样电阻R11的另一端。负电压驱动三极管Q6，其发射极连接电源零线N，基极连接稳压二极管D4。供电三极管Q7，其基极连接整流二极管DZ5并经电阻R9连接负电压驱动三极管的集电极，其集电极连接CPU。该电路通过R11连接第二电容取样，如果带正电压，则通过R11、DZ5驱动Q7导通，输出低电平给CPU；如果带负电，则通过R11、D4驱动Q6导通，再导致Q7导通，也输出低电平给CPU；如果没有压差，则Q6、Q7都截止，输出高电平给CPU。也可以用比较器来构成这个压差检测电路，但需要稳定的正负对称电源；鉴于本实例没有采用这样的电源，所以没有用比较器；现在采用的分立元件构成的检测电路，简单可靠，成本低廉。

再次参阅图5至图12，说明各部分电路的连接关系。CPU的芯片U1共有八个引脚。引脚11接电源VCC，引脚18接地。引脚12连接继电器驱动电路的RELAY端，引脚13连接可控硅驱动电路的MAIN端。引脚14连接低电压复位芯片U2。引脚1 5连接过零检测电路1的ZERO端。引脚16、引脚17连接起动完成检测电路3的P-FINISH端和N-FINISH端。

前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本实用新型。对该较佳实施例，本领域内的技术人员在不脱离本实用新型原理的基础上，可以作出各种修改或者变换。例如，半导体开关器件既可以是单个器件，也可以是两个或多个并联并加装均流电阻使用，以适应大功率的机型。继电器既可以是单个器件，也可以是两个或多个并联使用，以适应大功率的机型。继电器即可以是一个一常开、一常闭的继电器，也可以是两个单触点的继电器。所述的继电器即可以是普通机械式继电器，也可以是固态继电器，或者用可控硅、MOSFET、MOSFET等大功率半导体开关器件代替，其实质是可由CPU控制的开关；在大功率场合下也可以是接触器。即凡是依据本实用新型申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。

Claims (9)

1、一种空调起动控制电路，包括压缩机、第一电容和电源电路，压缩机的副绕组串接第一电容后，与电源构成回路；其特征在于，该控制电路还包括：

半导体开关器件驱动电路，其内的半导体开关器件，与压缩机的主绕组串接后，与电源构成回路；

CPU，与所述半导体开关器件驱动电路相连；

起动完成检测电路，与CPU相连；

第二电容；

所述第一电容和第二电容上设有的电容压差检测电路，该电路与CPU及电源电路相连；

过零检测电路，与CPU相连；

接触器驱动电路，与CPU相连；其内的接触器设在压缩机的主绕组与电源构成的回路中；

继电器及其驱动电路，其内设有的继电器开关，串接所述第二电容，与第一电容并联；当空调起动时，继电器开关将第二电容与第一电容并联；当起动完成检测电路检测到空调处于运行状态时，继电器将第二电容从整个***中断开。

2、如权利要求1所述的空调起动控制电路，其特征在于，所述电源电路包括降压电容、防浪涌电阻以及两个半波整流电路；防浪涌电阻一端经降压电容连接电源的火线，另一端并接第一半波整流电路和第二半波整流电路。

3、如权利要求2所述的空调起动控制电路，其特征在于，所述两个半波整流电路中分别包括第一整流二极管和第二整流二极管；所述电源电路还包括一稳压电路，稳压电路的两端分别连接第一整流二极管和第二整流二极管。

4、如权利要求3所述的空调起动控制电路，其特征在于，所述稳压电路并联一关断保护电路。

5、如权利要求2或3或4所述的空调起动控制电路，其特征在于，所述电源电路经第一半波整流电路输出直流电压至CPU，该电压正极接所述电源的零线。

6、如权利要求1所述的空调起动控制电路，其特征在于，接触器驱动电路包括一个双向可控硅，该可控硅经驱动电阻连接CPU。

7、如权利要求6所述的空调起动控制电路，其特征在于，所述可控硅两端并接一个RC电路，可控硅的一端连接接触器，另一端连接电源零线。

8、如权利要求1所述的空调起动控制电路，其特征在于，所述继电器驱动电路包括一个前触发三极管和一个后触发三极管，后触发三极管的基极经电阻连接前触发三极管的集电极，后触发三极管的集电极连接接触器。

9、如权利要求1所述的空调起动控制电路，其特征在于，电容压差检测电路包括：

取样电阻，一端与第二电容相连；

整流二极管和二极管，并接在所述取样电阻的另一端；

负电压驱动三极管，其发射极连接电源零线，基极连接二极管；

供电三极管，其基极连接整流二极管并经电阻连接负电压驱动三极管的集电极，其集电极连接CPU。

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