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01/10 09:22
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如今,空调算是每个家庭夏日必备的消暑电器之一。市面上的空调品牌琳琅满目,就国内而言,格力作为空调的龙头企业,质量过硬、可靠有保障。所以今天botiantang将拆解一款格力的立式空调,看看到底内部是怎样的电路方案?又是如何来保证空调的高品质?

拆解

拆解过程可以参考视频,本文就不多赘述了,像这类成熟可靠的大家电产品,拆解非常方便。主要来看看拆解的后的内部硬件电路方案。

拆解完可以看到,内部主要包含两块 电路板。简单区分一下,小的一块暂时称作主控制板;而大的一块则命名为电源和驱动板。

分别来看下主控制板和电源/驱动板的电路。

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主控制板的PCB板一半都涂有三防漆,所以芯片上的丝印不是太清楚,但是根据硬件布局和接口信息,也能大概判断出都是些什么功能的芯片。

首先中间这颗为主控,采用LQFP封装微控制器,旁边有EEPROM器件作为存储空调的一些固件信息。并且通过板载的显示接口和触摸接口可以推断出另外两颗芯片分别是显示驱动芯片以及触摸驱动芯片。板载的蜂鸣器通常作为遥控器控制或者按键操作时的声音反馈。

主控板另外一侧有两颗达林顿驱动IC,也叫作复合晶体管阵列,这是干什么用的呢?从电路布局来看,主要用于驱动空调的结构摆动部件。可能很多人有疑问,为何不用直接用MCU驱动?单纯的MCU驱动可能会出现问题,比如驱动能力不够,电平信号不兼容等,而采用达林顿驱动IC,由于这些工作电压高,工作电流大,并且还能在5V工作电压下与TTL和CMOS电路直接相连,可以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数据。所以非常有必要。

另外主控制板上还搭载WiFi模块。目前国内物联网技术发展迅速,家里的电器基本上都带有 无线模块实现智能联网,所以空调上也不例外,这样你既可以用遥控器控制,同样也可以通过手机APP连接操作,非常方便。无线模块是通过旁边专门的稳压器实现供电。至于主控制板背面,基本没器件。

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接下来再来看下电源/驱动板。细看一下才发现,虽然笔者把它叫作电源和驱动板,但显然它的功能不止如此,这块板子上同样有控制电路。并且微控制器上同样涂有三防漆,旁边同样带有一颗EEPROM。微控制器同样通过单独的稳压器供电。

另外,这块板子上同样采用了达林顿驱动IC实现空调上下扫风等功能的电机驱动

而在空调的强电部分,可以看到几个大个的继电器作为控制空调压缩机、外风机、电辅热等功能的开关

而在电机的驱动部分。除了一颗用于反激式AC/DC转换器电源控制器。电机驱动电路有专门的微控制器控制,配合3颗Pi的器件(BRD1163C)实现电机的驱动。

电机驱动部分可以细看下,比较有意思。如上图所示,首先电路设计相当简洁,周围没有太多的元器件,另外也没看到PCB板做大量的散热处理。究其原因还是跟这3颗Pi的器件(BRD1163C)有关。一开始笔者以为这3颗就是单纯的MOSFET。但是查了下资料才发现Pi官方给它们定义了一个专业的名词叫BridgeSwitch。

一了解就发现不止于MOSFET的功能,可以参考下面这张实现电机驱动的简单原理图概览。内部集成两颗600V  N沟道功率FREDFET,实现半桥的驱动。当然这只是一相的驱动,三相电机驱动需要3颗,也就是实际拆解出来后看到的电路设计。

其实这边还有一个特别的地方,驱动电路并没有在电机内部,为什么呢?众所周知,电机内部是封闭的,长期工作内部温度较高,加上驱动模块是功率模块,工作时也会产生大量的热,那这些对电机内部的元器件寿命及可靠性都有非常大的影响。而这里将电机驱动电路放在外面(即内机控制板上),可以大大降低电机内部的温升,从而提高了电机的可靠性以及寿命,并且还能降低电机成本。

一开始我也提到这个PCB板上没有做大量的散热处理。原因还是归功于这颗BridgeSwitch器件(BRD1163C)的特性,高达98%的效率。加上分布式的设计,热量分配到3个封装上,根本无需散热片,同样也能节省一定的成本。

此外,这颗BridgeSwitch(BRD1163C)还具备相当丰富的特性,可以参考下图总结。

值得一提的是,有关电机驱动的EMI问题,这颗BridgeSwitch器件(BRD1163C)也较好的控制了。我们都知道电机是产生EMI干扰的主要源头,加上电机的三相输入线较长,EMI并不好处理。由于BridgeSwitch内部集成的功率器件的体 二极管的反向恢复极软以及BridgeSwitch对其功率器件的电压变化斜率加以控制,使得此电机驱动的EMI特性非常的好。

另外,这颗BridgeSwitch还有一个很厉害的特性,可以自供电而无需辅助电源给其供电,这就大大提高了可靠性,也就是说辅助电源即便工作不正常并不会导致BridgeSwitch的损坏。

其它特性本文就不一一例举说明了。总之这颗BridgeSwitch器件的功能特性相当丰富。想要具体了解具体的可以参考Pi的官方规格书(BRD1163C),以及众多的参考设计资料,相信对想要了解这颗BridgeSwitch器件的工程师都会有非常大的帮助。

小结

以上就是整个格力空调内部硬件的电路方案,你觉得如何呢?就笔者看下来,单纯从器件方案来说国产芯和国外芯都有,而在可靠性要求比较高的功率器件方面,国外半导体芯片所占的比重较多。尤其是电机驱动方案中,3颗Pi的BridgeSwitch器件(BRD1163C)所实现的驱动方案相当亮眼。由于内部集成了丰富的功能,不仅使电路设计简洁,并且依托于它的高效率,无需使用外部散热片,而且将电机驱动电路放到了外面的内机控制板上,避免了EMI的干扰,所以无论是器件本身还是电路设计方案,都值得借鉴。

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Power Integrations, Inc.是一家专注于高压电源管理及控制领域的高性能电子元器件及电源方案的供应商,总部位于美国硅谷。

Power Integrations, Inc.是一家专注于高压电源管理及控制领域的高性能电子元器件及电源方案的供应商,总部位于美国硅谷。收起

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