美的内部资料-开关门控制电路设计指引

开关门控制电路设计指引（发布日期：2008-10-14）1范围本标准对开关门控制电路的电路原理，各器件的参数计算选择，相关技术要求和实际使用中的有关问题进行了阐述。

本标准适用于美的家用空调国内事业部的开关门控制电路的设计。

2定义开关门：又称滑动门，主要指安装于空调室内机正面出风口上按固定轨迹进行运动的门，在空调正常工作时，该门将下滑到出风口下方，在空调处于关机或待机状态时，上滑到出风口的位置上，关闭出风口，防止灰尘等杂物通过出风口进行空调内机内部。

3总述开关门控制电路主要是由驱动控制电路和门位置检测电路两部分组成，驱动控制电路按主芯片的指令要求驱动电机运转带动滑动门上下运动，检测电路始终检测门在运动过程中的位置，当门到达指定位置后，检测电路的检测电压或电平出现跳变，主芯片检测到该跳变后，停止电机运转。

滑动门齿条杆两端的某个位置存在着两个约10mm长的挡条，挡条主要用来隔断光电开关输入端发射到输出端之间的红外光，强制让输出端产生电平跳变。

4电路原理4.1门位置检测电路一（单A/D口模拟量检测）4.1.1电路原理图图1 门位置光电开关模拟量检测电路原理图4.1.2工作原理简介滑动门齿条杆在门电机的带动下在出风框内部作上下运动，齿条杆上的挡条也同样作上下运动，滑动门在空调工作过程上，不外乎三种状态：完全打开、完全关闭和上下运行。

下面具体阐述三种状态下光电开关检测电路的工作原理：第一种状态：完全打开。

当门由关闭打开时，齿条杆上的上挡条由出风框顶部向下滑行并停在D301光电开关上，D301输出端由导通跳变为截至状态，此过程中齿条杆上的下挡条则朝下（远离D302的方向）滑行，D302光电开关始终处于正常导通状态，此时右边分压电路实际上可以等效图2电路，通过计算可以算出此时主芯片检测的到电压值Ui=20KΩ*5V/30KΩ=3.33V,主芯片检测到该电压值后，立即停止滑动门电机的驱动，此时门已呈完全打开状态。

图2 门完全打开状态等效电路第二种状态：完全关闭。

当门由打开状态关闭时，齿条杆上的下挡条由出风框底部向上滑行并停在D302光电开关上，D302输出端由导通跳变为截至状态，此过程中齿条杆上的上挡条则朝上（远离D301的方向）滑行，D301光电开关始终处于正常导通状态，此时右边分压电路实际上可以等效图3电路，通过计算可以算出此时主芯片检测的到电压值Ui=5.1KΩ*5V/15.1KΩ=1.69V，主芯片检测到该电压值后，立即停止滑动门电机的驱动，此时门已呈完全关闭状态。

图3 门完全关闭状态等效电路第三种状态：上下运行。

门在上下运行过程中，齿条杆上的上下两个挡条均位于光电开关D301、D302之外，D301和D302处于完全导通状态，此时右边分压电路实际上可以等效图4电路，R12与R10并联后（阻值为4.06KΩ）再与R9对5V进行分压，通过计算可以算出此时主芯片检测的到电压值Ui=4.06KΩ*5V/14.06KΩ=1.44V，因此当芯片检测到该电压值时，主芯片认为门正处于上下滑行中，并始终保持门驱动电机运转，直到主芯片检测到上述另外两个电压值为止。

4 门上下运行状态等效电路由于齿条杆上的两挡条是分布在杆两头的，故在滑动门工作过程中不会存在两个光电开关同时被挡条挡住的情况出现。

齿条杆的长度及挡条在齿条杆上的具体位置、光电开关在室内机上的安装位置均由结构工程师在结构设计时进行确定，两挡条之间的垂直间距就是门的上下滑动行程。

4.1.3各器件作用光电开关板通过四针线组与主控板的插座对插。

D301、D302光电开关为一种U型器件，由输入端和输出端组成，输入端内部实际为一个红外发光二极管，正常工作时其正向压降一般为1.2~1.5V，输出端内部实际为一个光敏三极管，其基极由光电子控制。

在光电开关中间没有隔离物时，输入端二极管产生的红外光射向输出端的光敏三极管，使三极管导通，当光电开关中间出现隔离物时，输出端的三极管由于接收不到红外光而被截止。

R301、R302为光电开关输入端的限流电阻。

R9、R10、R12为检测电路的分压电阻；R8为检测信号对主芯片口的限流电阻。

C301和C4为电路的退耦电容，提高电路的抗干扰性，其中C301在实际设计时可以不焊接。

4.1.4各器件的选型D301、D302光电开关为检测电路的关键器件，在选型设计方面主要注意两个方面：尺寸及密封性。

考虑到器件的通用性及标准化，光电开关目前只有一种尺寸，两端为6mm*4.5mm，突出部分的高度为10mm。

密封性方面，主要是指光电开关发射端及接收端都不得出现开窗，光电开关引脚伸出面也需要进行密封，不得出现过大的缝隙。

光电开关密封设计主要是考虑到整机工作过程中，光电开关上一般都会凝聚较多的冷凝水及水蒸汽，这些冷凝水会对对光电开关内部的红外二极管及光敏三极管的正常工作产生隐患，甚至会损坏他们。

早期使用的光电开关在结构密封性方面没有作要求，在今年的E2/ E3/E新产品长运实验过程中，由于出现了较多的开关门故障，经对故障进行分析总结后，才提出密封性要求的。

由于全密封的要求，接收端接收面采用了整体的透红外光材料，考虑到在整机上挡条尺寸及其它不确定因素的影响，为保证接收的准确性，现要求光电开关接收端顶部、外围及接收面下部均加贴耐高低温防起翘的镀铝遮光膜。

光电开关尺寸及密封性要求，具体见下图：3.70,5?325172113,481332,546发射接收CE此三个平面上的接收、发射及元件安装窗口均要求密封接受管所在的外壳四周及顶部均加贴耐高低温、防翘起镀铝遮光膜。

与发射管相对的面上开6*7.5mm的接收窗口。

7,5反射膜图5 光电开关尺寸及全密封要求示意图R301、R302可选择220欧或270欧电阻，一般建议其工作电流为15-20mA ，电流过大会影响发光管的寿命，过小会使红外光强度不够，使接收端光敏三极管不能正常导通，在该输入电流值下，光电开关输出端压降应小于0.6V 。

R9、R10、R12分别选择10K 、20K 、5.1K ，其精度为1%；考虑到滑动门在打开、关闭及上下运行时主芯片采样端口上采样电压的最大分散性，R9、R10、R12分压电阻的阻值不建议选择其它值。

C301和C4分别采用104电容。

4.1.5 其它设计注意事项由于光电开关的宽度尺寸为6mm ，故在设计挡条时，建议挡条的配套宽度尺寸大于等于10mm ，另外，挡条的颜色必须采用黑色，其它颜色均不能有效阻隔红外光；建议光电开关板增加密封罩，以提高整体防潮性。

4.2 门位置检测电路二（双I/O 口数字量检测）4.2.1 电路原理图图6 门位置光电开关数字量检测电路原理图该电路为双I/O口数字量检测电路，与单A/D口模拟量检测电路的工作原理基本相同，不同点在于主芯片检测端口检测到的电压值不同。

当门由关闭状态完全打开时，DOOR_OPEN端口由低电平跳变为高电平，而DOOR_CLOSE端口始终保持为低电平。

当门由打开状态完全关闭时，DOOR_ CLOSE端口由低电平跳变为高电平，而DOOR_ OPEN端口始终保持为低电平。

当门处于上下运行过程中时，DOOR_ OPEN和DOOR_ CLOSE均始终保持为低电平。

4.2.2各器件的作用R301、R302电阻及D301、D302光电开关器件作用同上（可参照5.1.3）。

R8、R9、R10、R12均为限流用。

C301、C4和C32为退耦电容。

4.2.3各器件的选型R301、R302电阻及D301、D302光电开关器件选型同上（可参照5.1.4）。

R9、R12可采用5%精度的10K电阻，R8、R10可采用5%精度的2K电阻。

C301、C4和C32均为104电容。

4.3两种检测电路的优缺点单A/D口模拟量：优点：主芯片只需要一个A/D口；缺点：分压电阻阻值选择要求较高，若选择不当会造成电压值分散不开，不利于程序的判断，同时模拟量电压值对外界干扰非常敏感，故对电路的抗干扰措施要求较高。

双I/O口数字量：优点：使用双I/O口检测，开和关的位置各对应一个I/O口，主芯片不需要检测具体电压值，仅需判断电平的突变即可，外界干扰对检测结果的影响较模拟量小。

程序处理较容易，检测结果准确。

缺点：需要占用主芯片两个I/O口。

理论上，上述两种检测电路均能实现门位置的判断功能，但考虑到可能存在的各种外界干扰因素的影响，设计时要求使用双I/O口数字量检测电路。

对于新产品，在前期的方案设计时必须按数字量检测电路来规划主芯片的I/O口。

4.4门电机驱动电路4.4.1电路原理图图7 门电机驱动电路原理图4.4.2电路工作原理当主芯片接收到开机的指令时，就会检测门的位置，如果滑动门处于关闭或半关闭状态，则主芯片执行打开滑动门的操作，给2003的DOOR_ ON端口一个高电平， RL14继电器动作，门驱动电机工作，将滑动门打开；相反，当主芯片需要关闭门时，则给2003的DOOR_ OFF端口一个高电平， RL16继电器动作，门驱动电机工作，将滑动门关闭。

4.4.3各器件的作用IC6 2003为继电器驱动电路，驱用于驱动RL14和RL16继电器。

RL14和RL16继电器，用于驱动门电机。

C18电容为2003电源退耦电容，C30为电机扭矩增补电容，防止电机在外力作用下扭矩反相。

4.4.4各器件的选型IC6 选用ULN2003A即可，普通的2003。

RL14和RL16继电器，选用250VAC/5A继电器即可。

C18选用通用的104电容。

C30选用124/400VAC或104/450VAC电容，容值具体依据门驱动电机的扭矩大小所定（一般通过实验来确定），但电容的耐压值不宜选用275VAC，在实验室测得在滑动门开关过程中，电容两端承受的电压值达到了375VAC左右，故电容的耐压建议为400VAC以上。

4.4.5驱动电路设计注意事项如果主芯片在执行关门操作过程中接收到开机信号，或在执行开门过程中接收到关机信号，那么开门与关门两个动作是紧连在一起的，因此软件在处理此类操作时，必须对“DOOR_ON”和“DOOR_OFF”两个信号作延时错开处理的话，主要原因在于继电器触点释放需要时间（一般在几个ms之内），无错开处理的两信号连接处会出现开门和关门两个继电器同时导通的短暂过程。

这个时候，C30电容内存储的电能就会直接流过RL14和RL16的接触点，形成很大冲击电流（一般来说可达80A以上），这个冲击能量对5A继电器的触点来说非常大，因此极有可能损坏触点，造成触点粘连，并使两个继电器同时导通，滑动门电机无法正常动作，最终出现“E9故障”。

一般来说两个继电器的控制信号错开时间为1S，具体参见4.6门电机控制过程软件处理方法。

4.5门位置检测电路软件处理方法4.5.1门位置检测电路一（单A/D口模拟量检测）软件处理方法由于光电开关导通后，光电三极管输出端存在一定的导通电压，在读取检测端口电压值的时候，这个电压必须考虑进去，否则检测在一开始就已经存在人为的误差。