空调延时保护及实现方法

摘要玉文详细介绍了生调延时保护義采的电路原理：数据采样处五法及实冠步骤、査表数据転过程及 计算方法、以及提高定时精度的方法。攻克了掉电后再来电时室内机无法获得掉电时间长短的关键技 术，使得当室外机断电时间超过给定值时，立即为室外机提供220V交流电，启动空调器工作；当室外 机断电时间低于给定值时，只需再等待一定时间，其等待时间长短为给定值减去已经断电的时间值，

故障状态，特别是当室外机5V电压低到处于某种临界状态

时，此时如果突然对室外机供电，也可能造成室外机MCU

不能可靠复位等不良情况的发生。可见，如果在室外机没有 完全断电的情况下，室内机继续给室外机供电，则可能造成 空调器因为假故障等不能正常工作的情况发生。另外，在采用E2PROM存储空调运行参数、控制参数，

之后，再为室外机提供电源，使室外机尽快正常运转，缩短可能的供电等待时间，既很好地保护了系统 压力平衡，又起到了快速制冷、快速制热的作用。关键词厩调延时保护;逐调延时保护电路;逐调延时保护原理；最爪三蘇 AD转换；剩余电量保护丽一使空调具有掉电自动恢复功能时，在掉电后再来电的时间较

AbstractThis paper introduces in detail the circuit principle, data sampling and processing methods and

短而室外机没有完全放电时，如果此时室内机恢复运转，给 室外机供电，也会出现空调器不能正常工作的情况发生。本文阐述的关键技术就是通过算法解决上述问题，通

implementation steps of air-conditioning delay protection technology, the process of establishing and calculating table-looking data, and the methods of improving timing accuracy. It overcomes the key

technology that the indoor unit cannot get the power-off time when the outdoor unit power-off time

exceeds the given value, so that when the outdoor unit power-off time exceeds the given value, it immediately provides 220V AC for the outdoor unit and starts the work of the air conditioner; when the outdoor unit power-ofl time is lower than the given value, it only needs to wait for a certain time.

过室内单片机计算出室外机的停电/断电时间，使室外机等 够足够的停机时间后，立即给室外机通电，达到快速制冷、

After subtracting the time value of power off from the given value, the power supply is provided for the outdoor unit, which can make the outdoor unit run normally as soon as possible and shorten the

制热的目的。同时，减小等待供电的等待时间误差，提高定

possible waiting time for power supply. Il not only protects the pressure balance of the system, but

时精度。also plays the role of rapid refrigeration and heating.Keywords__________________________________________________________________

Air conditioning delay protection; Air conditioning delay protection circuit; Air conditioning delay protection principle; Least square method; AD conversion; Residual power protection method2空调延迟保护方法2.1传统保护方法解决此类问题的传统方法是：采用硬件电路配合电池 供电的方式，维持MCU的正常运行叫但产品成木会提高。

文献“I采用继电器等其他硬件电路来实现，在空调上由于 成本等原因，也不现实。文献山采用的电路成本较低，但是，

没有考虑到停电再来电的时间小于3分钟的情况，由于此时

I引言

家用空调器，为了保护压缩机，压缩机停机后，必须等

仍然要再等3分钟，压缩机实际停机时间大于3分钟，方案不

是最优。而采用纯软件室来实现的方案，如内机通电后，通

待•定的时间，才能再次启动压缩机运转，以便保护制冷、 制热系统的压力平衡叭特别是对于变频空调器，通过室内

过室内MCU定时器定时，当定时时间超过给定的等待时间 后，才给室外机供电，这-方法存在的问题是，当室内机首 次上电时，或者空调器断电时间足够长时，应该立即对室外

机控制室外机的通电及断电，由于室外机带有容量较大的整

流用电容器，当窣外机断电后，室外机MCU在较长的-段 机供电，控制空调器正常运转，但室内机无法判断室外机断 电的时间长短，无法满足设计要求，必须另外设计•种保护 方法改变目前保护方法的不足。时间内由于电容器储存的电蜀没有通过放电回路充分释放，

MCU还能继续工作,但此时IIU-5V直流电电压不足,宅外Articles论文2.2用剩余电量保护方法采用电容器的充放电特性，当室内机电控通电后，利用

5V电源通过充电回路对电容充电，而当掉电后，电容通过放 电回路放电，采样电容器两端的剩余电量、剩余电丿玉，就可 以粗略的计算出断电时间，从而可以根据断电时间同给定的 室外机延时保护时间对比，当室外机断电时间超过给定值

时，立即为室外机提供220V交流电；当室外机断电时间低于 给定值时，只需再等待 定时间，其等待时间长短为给定值 减去已经断电的时间值，Z后，再为室外机提供电源。使室

外机尽快正常运转，缩短可能的供电等待时间。3调延时保护软硬件方案3.1电路原理如图1所示，室内机MCU模数转换端口即AD端口同

AD,相连。I•.电后，室内机MCU通过检测此端口的8位电压 模数转换AD值，用此AD值公查询事先计算好的I〜AD实测

关系表，找出断电后再来电时的时间间隔AT,当AT超过为 室外机供电的启动时间T启动时，立即给室外机通电，当AT

小于启动时间“側时，应该继续等待（口矿Z\\T）时间后，才 能为室外机供电。3.2实现方法3.2.1设计原理由图1可见，当MCU 电时，5V电床通过电阻凡、二极 管6向电容器C。充电，其充电公式为：式中：/为时间，耳为充电时间常数，—&）・c（）=：（）.3秒，r, 为电容器C（）两段的电压。'丫4［内机断电后，5V电府肖失。电

爪通过电阻&放电，其放电公式为：I匕=5•八 （2）其中：（为时间,r：为放电时间常数，r：=RrG=66秒，匕 为电容器C“两段的电圧•因此：齐=5•『訂匕对应的8位AD 理论值为：I理论= 225・e卞 （3）图2所示为图1中电路参数计算获得的电容C。两端的电

压充电和放电曲线示意图，可见充电时间非常短，放电时间 很长，断电后，再来电时，根据电容G）两端的剩余电压对应

的AD数值，可以初步判断获得断电时间。3.2.2理想实验及其实验结论按照⑶式计算出时间从0秒开始的一系列仞联数据,

建'7：时间时间与AD值即t〜AD关系表，调试好程序后，写入65I Articles论文家电系统控制技术专题压同掉电时间的关系，由于利用仿真器仿真时，不能对仿真

MCU及目标板直接断电，否则，仿真器不能工作。同样，也 不可''同时”一边对仿真器复位，另一边同时对充电电路上

电，因为不能模拟真实的环境，造成因上电、复位时间的不 一致，造成测试误差。因此，可按照如下所述方法测试断电

时间同AD实测值之间的实验数据，建立时间与AD实测即

I〜AD实测关系表，以此作为计算断电后再来电时的时间间

66隔AT的基准。实验采集以n秒为时间间隔的A\"端口的AD采样值，-般n=l〜5,其方法是：编程实现上电后AD采样、AD显示。AD采样只进行一

MCU ROM中，联机测试时，测试断电时间以及室外机等待 次，转换完成后就停止AD转换，并且使其AD模数转换值可 的通电时间，发现误差较大，怀疑实际值同理论值有偏差。以在显示屏上显示出来；为此，改进仿真环境，在电阻心与二极管之间加一 利用仿真器调试完成AD采样、显示程序后，将目标程 开关，首先将开关闭合10秒，让C。上冲满电，然后断开开关， 序写入MCU的ROM中；立即计时，测试掉电时间对应的AD值，建立新的实测的时

脱离仿真器环境，测试目标板，通电足够的时间（由图

间与AD值即t〜AD关系表，之后将目标程序写入MCU,重 2所示，可以充电10秒认为已经充满电）后断电，当断电时

新联机测试，发现仍然有较大的定时误差。间到达某个时间后，立即通电，观察此时显示屏显示的AD

由于电容C。两端的剩余电压为匕时的充电方程由（4）

数值；式确定：用秒表记录断电时间，记下断电时间和与之对应的AD 匕=岭+（5—岭）（4）实测值关系，便于最终建立时间t〜AD实测关系表。3.2.4提高定时精度方法图3表明，当剩余电压匕不同时，电容两端的电压随时

上述建立的时间t〜AD实测关系表，是以n秒为时间间

间的变化不同，图3中的三条曲线，曲线1代表$=2V,曲线2 隔的AD采样值，此时定时精度只能达到n秒,为了提高定时

代表备IV,曲线3代表冶0V,由图3可见，曲线1比曲线2、曲

精度，可以测试出采样间隔为1秒的AD数据，但工作量太 线3幅度更高,充电更快接近目标值5V。大。为此，特以如下的方法计算出并创建以秒为断电时间间 经过反复试验，周密分析，发现MCU从上电，到完成电 隔对应的时间t〜AD实测关系表：容C。两端电压的AD釆样，需要一定的时间，首先是MCU复

由式（2）可得：位时间，之后是MCU初始化和AD转换等操作，会造成上电

tAD = 225・F （5）到首次AD转换完成的时间延迟，假设这个延迟时间是100 微秒，从图4可见，假设当C。两端的剩余电压是2V时为室外

机通电，经过100微秒后，C。两端的电压己经从2V上升到

3.4V左右,上升幅度为1.4V,如果当C（）两端的剩余电压是IV

可见放电时间常数卩为时间/的函数，为了简便起见，设

时为室外机通电，则经过同样的100微秒后，C。两端的电压

耳为/的一次函数，令：已经从IV上升到2.9V左右，上升幅度为1.9V,由于10（）微秒 r2=a（｝+a^t （7）这个单片机完成首次AD采样的时间延迟造成了两种剩余电

对前面测试的以n秒为吋间间隔的AD采样值，采用最

压条件下,MCU首次获得的AD数值对应的充电幅度不同，

小二乘法5可求出公式 ⑺中的心和％这样，每个时间对 造成理论和实际值偏压较大，造成较大的定时误差。实际应 应•个耳，可由公式（5）计算岀从n秒开始的每秒对应的AD

用时，必须考虑并正确处理这个时间延时造成的定时误差。实测值。时间为0〜n秒的数据可以釆用公式（3）计算值出 3.2.3时间与AD实测关系表建立方法来，因为此时断电时间短，理论值与实际值相差不大，可以 为了解决上述问题，必须找到真实环境下的G剩余电

忽略，建立定时精度高的时间I〜AD实测关系，供MCU查询

Articles论文使用。«1以5秒时间间NI对应的AD采样值时间523410219601520365102201872530354045501244 l~AD实测关系表便川方法为了计算出室外机的掉电(断电或者叫做停电)时间，

AD值1757591163808515185811419013295时间AD值557097100691151097772MCU须按下述步骤完成：(1) 上电后，MCU检测AD：.端口剩余电压模数转换

AT>60 (柜机为90秒，挂机为60秒)后，立即为室外机通 AD值，放入ad寄存器中；电，启动空调器工作；当时，则等待60-AT (柜机为

(2) 查t〜AD实测关系表，时间△「从0开始，代 90-AT)秒后，再启动空调器。实验反复证明，定时精度很 表t〜AD实测关系表中从0开始的位置关系；高，误差接近1秒。(3) 根据△!；,读数据，将读取数据放入寄存器a中；(4) 如果a>ad,则加1,跳转到⑶执行程序；如果

6结论aWad,则跳转到⑸处执行程序；长期以來，由于室内机无法获知断电时间，空调设计 (5) 当I〜AD实测关系表为1秒时间间隔的关系表

时，如果是双芯片方案，都是上电后(包括首次上电)，室内

时，则为室内机断电的时间间隔值AT,当t〜AD实测 机定时3分钟后，才给室外机通电；如果是单芯片方案，也要 关系表为n秒时间间隔的关系表时，△「则需扩大n倍，才

等3分钟后，才能启动压缩机工作。目的是为了保护压缩机，

是室内机(同样也是室外机)断电的时间间隔值AT,即

保护系统压力平衡。但是，这势必造成开机时制冷、制热速 AT=n*AT|O将AT同设定的室外机供电时间T启动比较，满

度慢。后来，为了进一步提高制冷、制热速度，特别将挂机的

足ATMT启动时，立即给家外机供电，如启动时，应 3分钟的等待时间改为1分钟(柜机则改了90秒)，但也不能 该继续等待(T启动-AT)时间后，才能为室外机供电。完全解决诸如首次上电以及掉电、断电时间超过给定等待

时间的问题。采用空调延时保护技术后，解决了长期以来困

5实验结果扰空调器设计的瓶颈，攻克了掉电后再来电时室内机无法

5.1理论实测数据图表对比获得掉电时间长短的关键技术，使得当室外机掉电(断电)

硬件电路见图1，ADm连接到MCU的输入端口。首先采 时间超过给定值时，立即为室外机提供220V交流电：当室外

样间隔为5秒的掉电时间AD数据，分别采样5秒、10秒、15

机断电时间低于给定值时，只需再等待一定时间，其等待时 秒……90秒、95秒、100秒的AD数据如表1所示。间长短为给定值减去己经断电的时间值，之后，再为室外机 这样可以通过掉电后再来电时，采样AD数据，获取掉 提供电源。使室外机尽快正常运转，缩短可能的供电等待时

电时间。通过最小二乘法之数据拟合的方法求出公式(7)时

间，既很好的保护了系统压力平衡，又起到了快速制冷、快 间常数近似的公式：速制热的作用，定时精度高，设计非常理想实用，目前已在我

r2=61.81774+0」459952・f (8)公司多个型号的180°变频挂机、变频柜机等产品上使用，效 结合公式(8)和公式(5),获得以秒为单位的AD数

果很理想，产品已大批量投放市场。据，如图5中曲线1所示。图5中曲线2代表按照公式⑶计算

的时间t〜AD关系表。对比可见，当时间超过35秒后，同样

的停电时间时间，AD采样值不同，理论计算的AD值(曲线

参考文献2)比实测的AD值(曲线1)要低，原因是MCU上电后，完成

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电。掉电时间短时，由于G)放电时间也短，C。上的电压变化

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当求出掉电时间为AT秒后，控制程序据此判读：如果电工电能新技术.2018, 38(9)： 67-73.67