Merak空調控制板不制冷機理分析

王 歡 邱明奎 陳亞亮 鐘錦昌

(廣州地鐵集團有限公司運營事業總部運營一中心, 510308, 廣州//第一作者， 工程師)

列車空調控制板是空調系統的核心部件。近年來，廣州地鐵8號線A2型車空調控制板故障逐漸增多，主要表現在空調不制冷。通過對空調控制板內部構造及控制原理的深入分析，以及對控制板電子元器件的檢測，查找最小元器件故障，采取更換元器件方法解決控制板故障，節約了備件采購成本。

1 空調故障統計分析

本文對2014年1月至2016年12月間廣州地

鐵8號線A2型車空調系統故障進行統計分析，如圖1～3所示。2014年1月至2016年12月，廣州地鐵8號線A2型車空調系統故障總計為805次，故障總數呈現前兩年逐年上升最近一年下降趨勢。主要原因為采用新的檢修模式使得檢修更為細致、合理，故前期檢修過程中發現的故障有所增加，隨著檢修的更加到位，后期故障有所減少。

圖1 空調系統故障總數對比

圖2 空調系統故障走勢

圖3 空調系統故障分類占比統計

從圖3可知，A2型車空調系統故障以空調控制板故障、空調機組冷卻回路壓力故障、供風調節器故障為主。其中:空調控制板故障占比最大，為28%；冷卻回路壓力故障占比次之，為24%。空調控制板故障主要表現為悶熱不制冷，冷卻回路壓力故障主要為制冷劑不足。

2 空調控制板溫度控制原理分析

2.1 空調環境溫度采集

廣州地鐵8號線A2型車每個空調機組有4個傳感器，分別為送風口溫度傳感器(2個)、回風溫度傳感器(1個)、新風溫度傳感器(1個)。4個電流型溫度傳感器均為熱電阻溫度傳感器，傳感器信號經過采樣電阻及調理電路后輸入到控制板芯片中采樣。溫度采集電路如圖4所示。

圖4 溫度采集電路

以送風口溫度U1-1為例，傳感器信號經過控制板公母插頭X13-8C及P2-16C，該電路為溫度采樣所需調理電路，即P2-16C為電流輸入口，通過電容C54進行濾波處理，穩定輸入電流信號，并通過電阻R48濾除部分高頻信號。X13-18a及P2-16e為溫度采集負極。在外界無電流輸入時，由于R56(3.9 kΩ)和R48(0)電阻分壓，U22-9的端口電壓為1.49 V；當外部輸入電流增大時，通過U22-9的輸入電壓將增大，由此可以推算出其輸入電流的大小，從而將電流信號轉換為所需測量的溫度信號。

2.2 穩壓電源模塊電路分析

控制板首先由110 V電源電路(見圖5)經變壓器及電流型反激式開關電源SG1526，將電源轉換為+12 V及+5 V直流電壓。控制板溫度信號采集電源為高精度+5 V，由芯片LT1121轉換而成。

LT1121為+5V轉高精度+5V的低壓差線性穩壓器(見圖6)。其中:1腳為電源輸出引腳，8腳為電源輸入引腳，SHDN為芯片掉電模式控制腳(低電平有效)，2腳為電源反饋調節引腳。該電路的具體功能為：通過外部輸入的+V2經過穩壓電路輸出+5V_VCC高精度電源。

2.3 溫度信號模塊電路分析

由溫度傳感器采集到的溫度信號經U22-9后進行濾波，通過芯片MC14051B通道選擇輸出不同溫度。

圖5 110V電源電路

MC14051B為模擬多路復用器，是以數字控制的模擬開關。其控制引腳見表1。其中，INH為片選引腳，A/B/C為通道選擇，X0～X3為溫度選擇。當CPU給出低電平時，光耦導通，MC14051B通過CPU控制U3、U4、U5開斷，輸出不同的三位二進制碼，選擇不同引腳接通。

圖6 穩壓電路

表1 MC14051B芯片控制引腳

空調控制板正常工作時，芯片MC14051B的A、B、C控制腳的電平如圖7。通過監測得出，A、B、C三個控制腳的周期為3 s,電平依次為000、100、010、110、001，共5組數據，每組控制數據采集0.6 s。5組數據中，前4組數據依次控制采集芯片MC14051B的X0、X1、X2、X3腳數據，對應采集空調機組的4個溫度傳感器數據；第5組數據為空位。

圖7 MC14051B電平波形

圖8所示為溫度信號模塊電路，MC14051B接收端按照一定的時間頻率，將多路電壓信號通過時間分頻器轉換為多路不等周期時鐘輸出信號，作為后端多路選擇器的控制信號。后端運用光耦HCPL7800及高速隔離放大器LMC6482AIM分別對多路選擇器的控制信號和采樣電壓模擬信號進行隔離保護。此電壓信號經過U22-16進入空調控制板CPU，CPU根據采集到的溫度調整制冷模式，實現空調系統的自動調節功能。

圖8 溫度信號模塊電路

3 空調控制板不制冷原因分析

廣州地鐵8號線A2型車空調控制板故障時，會運用測試臺對其進行檢測。檢測發現，空調控制板故障導致不制冷時，用空調軟件檢測，會報“ACC fault”故障。

根據空調溫度采集原理以及對故障板件的檢測維修，發現由空調控制板導致的不制冷故障通常為低壓差線性穩壓器LT1121或光耦 HCPL7800失效。

3.1 低壓差線性穩壓器LT1121失效分析

LT1121芯片的主要作用是輸出穩定電壓，但在測量不制冷空調控制板的LT1121芯片時，發現輸入端有電壓，輸出端無電壓。因此，穩壓電路失效，將導致空調控制板不制冷。

3.2 光耦HCPL7800失效分析

光耦是由發光元器件及接收器件封裝在一起組成。在光耦輸入端施加一定電信號，發光元件發出可見光或紅外線，接收器件接收光照后產生光電流，經輸出端輸出，實現“電-光-電”的轉換。光耦通過光進行輸入端和輸出端的耦合，具有單向傳輸、抗電磁干擾、響應速度快、無觸點接觸,以及輸入、輸出端之間高度電絕緣的特點。

將空調控制板溫度采集輸入點接入不同阻值的電阻，即輸入不同電壓，輸出不同溫度。用示波器檢測光耦輸出端，通過波形判斷光耦是否失效。

正常情況下，光耦輸入不同電壓時，光耦輸出端是4條不同的輸出波形(見圖9)。檢測不制冷的空調控制板時，若光耦故障，輸入不同的電壓，輸出均為一條直線(見圖10)。因此，光耦失效，將采集不到實際溫度值，從而導致空調控制板不制冷。

4 結語

本文對廣州地鐵A2型車Merak空調不制冷故障進行探討，對由空調控制板元器件失效導致的不制冷原理進行深入分析，以便通過更換失效的最小元器件恢復板件控制功能，節約備件采購成本。同時，也為同類控制板件的疑難攻關拓寬思路。

圖9 正常光耦輸出

圖10 異常光耦輸出