基于單片機電動空調壓縮機控制器低功耗節能設計

胡 超

（廣東美的制冷設備有限公司，廣東 佛山528311）

0 前言

空調系統的能耗在現實生活中是一個不可忽視的問題。 因此，研究設計低能耗空調系統對于節能來說非常重要。空調壓縮機控制器是空調系統中的一個重要組成部分。采用基于單片機控制的電動空調壓縮機控制器是一種有效的低功耗節能手段。 電動空調壓縮機是由電機、電子控制單元和壓縮機等組成,壓縮機由電機驅動,電子控制單元控制電機的運轉。永磁無刷直流電機因為性能優良等特點在諸多行業備受重視,尤其在節能方面具有巨大優勢。 無刷直流電機在空調壓縮機中采用變頻等技術，很大程度上降低了噪音和損耗，從而達到節能的目的。 采用基于單片機控制的控制器節能效果明顯，具有廣泛發展前景。

1 電動空調壓縮機工作過程

壓縮機是電動空調系統中一個非常重要的部件，它為空調系統的正常工作提供了保障。空調壓縮機在空調系統中主要用來壓縮驅動制冷劑。 空調壓縮機的工作過程有蒸發和冷凝過程，壓縮機把制冷劑壓縮后進行冷卻，同時通過散熱片向空氣中散熱，制冷劑也發生形態變化，壓力也同時升高。 制冷劑隨后被送到到蒸發器中，壓力下降。 此時散熱片吸收空氣中大量的熱量。 經過這樣一個循環過程，空調壓縮機不斷工作，就不斷把熱量散發到空氣中，從而進行調節氣溫的工作。電動空調壓縮機一般都采用電機驅動，而且現在空調壓縮機的電機多采用無刷直流電機進行驅動。 無刷直流電動機，是一種用電子換向的小功率直流電動機。這種電動機的特點是結構簡單，運行可靠，工作效率高。 無刷直流電動機中采用的是自控式逆變器，它的輸出頻率不是獨立調節的，而是受安裝在同步電動機軸上的轉子位置檢測器控制。 這也是電動空調壓縮機的具體工作方式。電動空調壓縮機主要通過單片機控制器進行相關的控制和調節，對空調系統的一些設定參數進行控制，并進一步控制電動空調的低功耗和節能效果。

2 控制器低功耗節能設計途徑

控制器是控制電動空調的的主要部件。要想使空調的功耗低從而達到節能的目的，必須對控制器進行全面的設計，主要包括硬件設計和軟件設計兩大部分。硬件和軟件的雙重設計和結合使低功耗成為常態，并為節能提供了保障。

2.1 單片機的合理選擇

單片機在現代生活和工業中的電子產品中廣泛應用。 單片機實質上是一種微控制器， 它主要功能是將多種處理器以及接口等通過相應的芯片集成而成。 與其它普通的微處理器相比較的話，單片機的最大優點就是不用外接其它的硬件，從而節約了制造成本。 單片機有很多顯著的特點，比如單片機的結構比較簡易、方便用戶使用，可通過模塊化進行編程；單片機可靠性很強，可以連續進行長時間的工作。 此外，單片機本身需要的電壓較低，因而能耗也比較低。 單片機本身可以做成小規模產品，便于使用者攜帶。 可以說單片機的功能是十分強大的，能夠滿足現實中很多實際需求。 單片機應用在電動空調的壓縮機控制時需要進行相應的匹配和合理選擇。 只有這樣才能充分發揮單片機的優勢，進而達到節能的目的。 整個空調壓縮機系統的控制器要采用合適的單片機，以期滿足需要的供電電壓等相關要求。 單片機具體在空調待機不需要正常工作時進行控制，降低空調能耗，從而節約電能。 在空調其它工作狀態下時單片機再進行對應的控制。 單片機作為一個核心部件，它性能的優劣直接關系到空調的工作效率以及低功耗的實現甚至減小能源消耗等，所以在進行單片機的選擇時要合理、規范而有效。

2.2 電路的全面統籌

空調系統作為一個系統的整體，缺少不了電路的設計。 而空調壓縮機控制系統的電路設計也非常復雜，電路的設計包括主控電源電路設計、低功耗電源電路設計以及模式切換電路設計等相關設計，必須全面統籌進行合理有效的設計。 在主控電源電路的設計環節，多采用雙路供電工作方式，并采取電子開關轉換方式實現相應工作模式的切換。主控電源根據電機工作模式的需要，進行相應電壓的供應，以提高電源轉換效率。 在低功耗電源電路設計環節，電源可采用低功耗直流電-直流電，從而滿足相應的電壓和電流的要求。兩路電源都可以產生相應的電壓給單片機供電，當單片機進行工作模式的轉換時，電子開關能夠切換到要使用的電源。 在設計電子開關時，依據控制器的輸入電流和輸入電壓來進行選擇，同時考慮到散熱體積、散熱效果和成本，選擇合適的晶體管來作為電子開關的材料。空調系統的工作模式其實可以分為兩大類，就是低功耗模式以及其它功耗工作模式，根據實際需求，單片機需要在這兩大類工作模式之間進行相應的切換，因此必須設計相應的模式切換電路。其中喚醒電路是模式切換電路的一種有效方式。 使用者可以通過調節外部信號來控制控制器中的相應程序。控制器通過外部速度信號以及不同占空比來調節電機的轉速，并同時調節相應的電壓和電流在一定范圍內變化。 總而言之，電路的設計在空調系統中是一個十分重要的設計環節，需要根據實際情況和設計目標做好各電路的設計以及各電路之間的全面統籌協調，從而提高工作效率，達到低功耗和節能的效果。

2.3 控制軟件的編程

任何一個電子產品的成功運行，除了在硬件上進行相應的保證和升級，軟件的設計和編程也非常重要。 必須對硬件進行相應的軟件控制才能使硬件正常甚至高效工作。控制軟件在編程的時候可以采用模塊化的編程方式，從而控制電機的待機、起動、停止、低功耗等工作模式。 控制軟件除了使空調進行相應模式的工作之外，使空調進行安全的正常工作也十分重要。 因此在控制軟件的編程環節，也需要針對現實生活中常見的安全問題進行合理有效編程。比如要避免在空調剛通電時出現過壓、過載、過流、過溫等情況，從而保證空調系統起動正常。因此在軟件編程的時候要考慮到各種保護機制，防止在系統工作的時候產生故障影響安全。 控制軟件的編程也可以降低空調系統的功耗。其中在編程的時候采取限流降速的方法來降低功耗。也就是控制軟件根據使用者的具體需要，限制壓縮機的工作電流，并且可以調整相應的限流值。 如果壓縮機的電流超過了限制的電流，控制器會則根據之前設定好的程序來降低電機轉速，減少能耗，從而實現節能。通過軟件的編程，可以根據實際情況，使控制器執行相應的程序，從而控制電機的運行，使空調系統在待機等環節實現低功耗，從而達到節能的目的。

3 結語

采用單片機來進行電動空調壓縮機的控制是一種有效的低功耗節能方式。本研究在空調系統節能的必要性以及壓縮機工作過程的背景下，具體提出了三種控制器低功耗節能設計措施。 要合理選擇單片機，進行相應工作模式的控制和切換。要全面統籌電路，在主控電源電路設計、低功耗電源電路設計以及模式切換電路做好設計和協調。 軟件在控制時編程環節要考慮實際情況， 并要保障空調系統的安全問題。 這些措施的實施都為空調系統的低功耗和節能提供了有效思路和合理建議。

［1］朱勇.基于DSP 的集成式無刷直流電動機驅動控制系統的研究[D].廣州：廣東工業大學,2014.

［2］孫民,李聲晉.一種基于dsPIc3F040ll 的空調壓縮機用無刷直流電動機控制器設計[J].微電機,2008.