運算放大器也稱為運放，在格力變頻空調中主要起到對微弱信號的放大作用，用于更好地實現(xiàn)控制與保護。本文以格力變頻空調為載體，介紹運算放大器的典型應用，以便輻射其他變頻空調品牌的電路設計變頻板 檢修等。

0、前言
變頻空調的普及率越來越高，尤其是目前生產的家用系列空調基本上采用變頻控制方式，隨著安裝、使用環(huán)境、器件質量等諸多因素的影響下，變頻空調故障率也相對較高，尤其是外機的變頻板。
外機變頻板驅動負載較多，如，直流變頻壓縮機、外風機、電子膨脹閥等，為了實現(xiàn)良好的控制與保護，在電路當中設置了由運算放大器等組成的控制電路，通過功能電路的設計，可以實現(xiàn)對壓縮機相電流檢測、轉子位置信息檢測等，由于運算放大器組成的電路相對較復雜，很多空調維修從業(yè)者對該電路理解還是有一定困難，筆者通過對格力掛式變頻空調關于運算放大器典型應用電路進行總結，以求讀者能快速入門和提高查排變頻空調電路故障的能力。
1、運算放大器的識別

運算放大器封裝形式有雙列直插(DIP)封裝、單列直插(SIP)封裝、貼片(DMP、SOP、SSOP、MSOP)封裝，如圖1所示;在格力變頻空調中常用的有雙運算放大器和四運算放大器，雙運算放大器指內部含有兩個運算放大器，如圖2所示;四運放其內部有四個運算放大器，如圖3所示。運算放大器工作需要有電源，在變頻空調中為了優(yōu)化板子設計以及降***造成本，一般采用單電源供電，常見有+3.3V、+5V、+15V;運算放大器有同相輸入端(+)、反相輸入端( - )和輸出端( out)。

運算放大器的內部電路基本框圖如圖4所示。運算放大器屬于低功耗器件，由于內部采用差分輸入、放大，具有輸入阻抗高，工作電流小等特點，所以有輸入“虛短”和輸出'虛斷'的特性，也就是兩輸入端基本處于等電位的輸入“虛短”狀態(tài)，以及運放輸入阻抗高，基本不吃電流，所以輸入與輸出端等同于“虛斷”特性。

2、運算放大器在變頻空調中的常見形式
運算放大器在變頻空調電路中常見有三種應用形式，分別為同相放大器、反相放大器、差分放大器。在格力變頻空調中常用的運算放大器型號有UPC844G、OPA4374、LM2904、TS2274。
例如，OPA4374是內含四個運算放大器，其工作電壓單電源為2.3V~5.5V ，帶寬達到6.5MHz，具有低功耗，性價比高的特點;LM2904內含兩個運算放大器，其工作電壓單電源為3V~36V，帶寬1.2MHz;TS2274也是內含兩個運算放大器，其工作電壓單電源為2.7V~5.5V，帶寬6.5MHz，主要應用在2020年后格力新款變頻空調中。
2.1同相放大器

由同相端輸入信號，反相端接反饋網絡，信號被放大后從輸出端輸出。如圖5所示，當R2=R1//RF時，其輸出端電壓公式如下:

以LM2904運算放大器為例，選擇+15V單電源供電，當R2=1.8k，R1=2k，RF=20k，且同相輸入端電壓Ui為0.5V時，通過計算放大后輸出電壓如下(通過仿真計算輸出也是5.5V，如圖6所示):

從仿真數(shù)據(jù)可以看出，同相輸入端為0.5V，反相端也為0.5V，而輸出端是5.5V，說明該運算放大器處于放大狀態(tài)時，同相與反相輸入端基本同電位，工程中稱為“虛短"狀態(tài)。
如果改變RF或R1阻值就會改變該運放的放大倍數(shù)，例如，把RF改為10k，則U。值如下:

如圖7所示，通過仿真也是輸出3.0V電壓。

2.2反相放大器
由反相端輸入信號，同相端經電阻接地，反相端接反饋網絡，信號被放大后從輸出端輸出。如圖8所示，當R2=R1//RF時，其輸出端電壓如下:

以LM2904運放為例，單電源+15V供電，各電阻阻值如圖9所示，當反相輸入端輸入-0.5V電壓時，其輸出電壓如下:

通過仿真計算也是輸出5.0V。如果改變RF或R1阻值就會改變放大倍數(shù)與輸出結果，與同相放大器方法雷同，此處不再舉例推演。
2.3差分放大器
由同相和反相端輸入信號，反相端接反饋網絡，信號被差分放大后從輸出端輸出。如圖10所示，當R1=R2，RF=R3時，其輸出端電壓如下:

同樣以LM2904運放為例，單電源+15V供電，各電阻阻值如圖11所示，當在同相端輸入1.0V，反向端輸入0.5V時，輸出端電壓如下:

通過仿真計算也是輸出5.0V。如果改變RF或R1阻值就會改變放大倍數(shù)與輸出結果，此處也不再舉例，讀者自行分析、計算。
3、運算放大器在格力變頻空調中的典型應用
在格力變頻空調中，運算放大器主要是對一些微弱信號進行放大處理，這樣易被CPU識別，以實現(xiàn)良好的控制與提高其穩(wěn)定性。為了便于分析，筆者對格力變頻空調冷靜王II(2代)機子的相電流、壓縮機轉子位置信息電路進行繪制，方便讀者學習。圖12是基于外機板上電待機時的數(shù)據(jù)(與基于相電流輸出5A時的數(shù)據(jù)略有不同，如圖12標注)。

3.1運算放大器在格力變頻空調壓縮機轉子位置檢測電路中的應用
(1)電壓跟隨器在格力變頻空調冷靜王I(2代)中的應用
在電路中，通過三顆0.015Ω無感水泥電阻(如圖6所示)，采集的壓縮機相電流得到的電壓比較低，為了提高其穩(wěn)定性，往往采用運算放大器做成1:1(電壓跟隨)放大器的方式，如圖13所示。+3.3V通過R601與R602分壓得到1.65V，送到OPA4374運放的同相輸入端( 10腳)，由于運放的反相輸入端(9腳)與輸出端(8腳)連接在一起，因此構成電壓跟隨器，所以輸出也是1.65V， 通過這種形式有效提高了輸出帶載能力。

(2)運算放大器在格力變頻空調冷靜王I(2代)壓縮機轉子位置檢測電路中的應用
外機板上電處于待機狀態(tài)時，A點接IPM模塊的無感水泥電阻上端，如圖14、 圖15所示，用于采集相電流波形，獲取壓縮機轉子位置信息等，此處僅列舉其中一路進行分析，由于上電后處于待機狀態(tài)時沒有壓縮機驅動電流，等同于A點接地，為了方便仿真A點直接接地處理。

電壓跟隨器輸出的1.65V通過電阻R609接到運放OPA4374的同相輸入端(12腳)，該腳的電壓被電阻R609與R604通過對1.65V分壓，12腳電壓為:

輸出端經反饋電阻R614接到反相輸入端，通過上面學習得知該運放處于同相放大狀態(tài)，因此，14腳輸出電壓為此電壓計算數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)一樣(如圖14所示):

在實際檢修中，外機板上電處于待機狀態(tài)時，測量OPA4374運放的14腳如果為1.65V，說明位置檢測電路沒問題，同理，另外兩路輸出端1、7腳也應該是1.65V，否則要重點檢查該電路。
如果機子處于正常運行時，如其運行時IPM 模塊驅動的相電流為5A時，以A相為例，這樣在IPM模塊A相的無感水泥電阻R302上產生的壓降為5AX0.015Ω=0.075V，如圖16所示，由于0.075V太小，其相電流波形很難被CPU的12腳捕捉，造成無法判斷轉子位置信息，此時就會報H5或啟動異常故障，因此需通過運放OPA4374放大5.5倍后從14腳輸出1.99V電壓，這樣CPU的12腳就容易識別，提高了控制的可靠性。

3.2運算放大器在格力變頻空調整機過流保護電路中的應用
當外機板上電處于“待機”狀態(tài)時，流過直流母線的電流很小幾乎不計(如圖17、 圖18所示)，此時“D"點等同于接地， LM2904運放同相輸入端電壓來自3.3V，通過電阻R525.R217分壓得到，經同相放大7倍后輸出3.3V電壓送到外機CPU的30腳，以判斷是否過流;流過母線電流越大，運放7腳輸出電壓越低，一旦檢測到流過母線電流大于20A時，即D點電壓為-0.3V時(如圖19所示，LM2904運放7腳輸出低至約1.5V，CPU識別并控制進入過流保護狀態(tài)，報E5故障碼。

4、檢修案例
例1:一臺格力掛式變頻空調U雅II上電開機，壓縮機短暫運轉振動很大，報H5故障碼。

分析檢修:該外機板是二修板，前維修師傅已更換了模塊和三路自舉電容，故障依舊，轉至我處時為了安全起見對開關電源、IPM模塊、直流外風機驅動模塊全部測量檢查無問題后，接檢測儀上電開機，開始壓縮機能運轉但振動很大，一會后停轉并報H5故障(如圖20所示)，其余一切正常。

上電后在待機下測量開關電源、三路自舉、模塊電壓正常，測量模塊的CIN(15腳)為低電平，F(xiàn)O為高電平也正常。測量運放U601 (OPA4374)的1、7、14腳電壓時，1、7腳電壓為1.65V正常(參考圖14)，而14腳電壓為0.5V，開始以為該運放外圍的電阻變質導致異常，脫焊電阻一端，查遍外圍電阻沒有發(fā)現(xiàn)問題，當測量U601的14腳對地電阻時，發(fā)現(xiàn)阻值僅有302左右，明顯有短路現(xiàn)象。更換U601后故障排除，上電后再測1、7、14腳電壓均為1.65V。從本例可見由于OPA4374內部為四個運放，其中之一異常都會導致故障，因此，在檢修中要注意排查，事倍功半。
例2: 一臺格力掛式變頻空調冷靜王II上電開機，壓縮機不運轉，報H5故障碼。分析檢修:外機板已拆，接上檢測儀開機，直流外風機運轉，壓縮機無反應，一會后報H5，如圖20所示。測量開關電源各路輸出電壓正常，測量IPM模塊供電三路自舉電壓、CIN、FO電壓都正常，測量U601的1、7、14腳電壓為1.65V正常，斷電、放電后測量模塊6路PWM控制輸入以及U、V、W輸出對地電阻也正常，維修陷入困境。
突然想到如果CPU采集不到壓縮機轉子位置信息就無法準確輸出6路驅動PWM，這樣壓縮機也不運轉，對U601的1、7、14至CPU的14、13、12腳的元件、線路檢查，見圖12，發(fā)現(xiàn)R619阻值為3.5MΩ，大于正常的2.2kΩ，由于該電阻問題使三路位置信息有一路沒檢測到，所以CPU未能發(fā)出6路驅動脈沖，壓縮機不工作，并報H5故障碼，將R619更換為2.2k電阻后，故障排除。
5、結論
運算放大器在變頻空調中應用時，首先，要區(qū)分是同相放大、反相放大還是差分放大，知曉其內部基本框架與計算公式，這樣就算遇到不同品牌的變頻空調板，涉及到運算放大器部分的電路檢修，都能夠進行技術遷移，實現(xiàn)速查快修;其次，要關注運算放大器本身以及周邊器件，尤其受使用環(huán)境、溫濕度以及年限的影響，貼片電阻阻值異常(阻值變大居多)導致故障是目前常見問題;最后，善于使用萬用表等開展電壓、電阻量測，通過關鍵數(shù)據(jù)快速查排。