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传感器:让中央空调更节能环保,精确测量温湿度、压力和电流

2023/12/28

受益于人民生活水平提升带来的对生活、居住环境舒适度要求的提升,我国的中央空调市场保持着较为稳定的增长。要实现中央空调的各种功能,就需要具有高精度检测能力的温湿度、压力、电流传感器。作为高性能、高可靠性模拟及混合信号芯片公司,纳芯微为中央空调的应用提供丰富的传感器和模拟IC解决方案。


中央空调的发展趋势和新的要求

据统计,在2023上半年我国中央空调销量中,多联机系统占有率约为51%,继续位居市场第一。多联机系统之所以受到市场青睐,主要是其安装成本较低,使用比较灵活,能效也非常高。为此,一些精装修住宅也开始标配这种空调。

商用中央空调采用一拖多架构,由一个室外机带动多个室内机,每个室内机都有对应的线控器,通过反馈的温度、湿度等信息,可以自动调节出风口、风量以及制冷、制热功率等,以保持舒适的室内温度。

多联机技术的发展趋势主要体现在两个方向,一是节能降噪,室外机甚至室内机都有变频能力,通过提高频率来降低噪声,同时实现低待机功耗。二是提高舒适度,绿色环保,比如满足风量、温湿度控制的特定要求;同时减少冷煤泄露对自然环境的破坏,保证空调的使用效果。

  • 纳芯微的传感器产品恰恰可以满足上述趋势要求。这些产品包括符合舒适度和绿色环保要求的温湿度传感器、压力传感器,确保室外机正常运行的磁电流传感器等,另外还有各种模拟IC产品。


纳芯微为中央空调应用提供全面的传感器解决方案

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温湿度传感器用来检测环境温湿度,以控制出风口风量,平衡环境湿度,从而提高舒适度。

NSHT30是一款尺寸非常小、精度非常高的温湿度传感器,采用2.5mm×2.5mm小型封装(LGA、DFN可选)。MCU通过传感器的I²C接口读取温湿度数据,温湿度测量为-40℃~125℃;湿度范围为0~100%,基本上可以覆盖所有的温度和湿度范围。

NSHT30的优势首先是响应时间,采集温度时间仅为2s,湿度为6s。其精度也高于其他市场同类产品,出厂前的芯片校准可以保证很高的精度要求;在0~50℃条件下,NSHT30的误差可以控制在±0.3℃(典型值);在50%相对湿度条件下,可以将误差控制在±3%,满足空调的精度要求。


压力传感器通常置于室外机或冷媒传输管上,用来检测冷煤泄露和冷媒压力,在保证空调使用效果的同时实现环保功能。

NSPAS3是一款集成式绝对压力传感器,用于空调的冷媒泄漏压力检测。其工作温度为-40℃~130℃,内部集成了温度补偿电路,可以在0~85℃范围内实现±1%的控制精度,-40℃至全温度范围控制精度为±1.5%。

NSPAS3兼容10kPa~400kPa压力测试范围,可以检测冷媒泄漏压力。该产品待机功耗低于3mA,响应时间在0.8ms以内。此外,该芯片封装涂有防腐蚀果冻胶,可以防止一些腐蚀性气体损坏芯片封装。


NSC2860x是一个电容型压力变送器信号处理专用芯片(ASIC)方案。它可以检测空调压缩机中的冷媒压力(3~5MPa)。该芯片集成了各种PGA、ADC、MCU和各种接口等数字元件,集成度非常高,可将监测到的压力转换成数字信号由MCU进行处理。NSC2860x还集成了4~20mA回路电源,可以实现较远距离的传输,以满足冷媒系统中压力传感器和MCU主控板通信距离的需求。


磁电流传感器一般放在室外机中,主要用来监测室外机的电流,比如PFC电流或空调压缩机电机的相电流等,通过采集系统电流信号实现跟踪反馈,以确保系统正常运行。

NSM2019是一款集成式霍尔电流传感器,主要用来检测空调的电机电流或PFC电流,MCU通过VOUT引脚读取电流值。其内部集成了基准电压和OC(过流保护),省掉了一些比较器或运放等外围器件。该产品的量程覆盖20A~200A,可以满足商用空调几千瓦到一百千瓦的功率需求。

NSM2019的精度可达±2%,而且能够保证全温度范围精度。其隔离耐压高达5000V,爬电距离达到8.2毫米,另可承受20kA浪涌电流。其输入带宽高达320K,能够满足电流检测的带宽要求。由于内阻比较小,芯片的发热量也比较小。


应用于中央空调里的其他模拟IC解决方案

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除了传感器之外,纳芯微还有很多模拟IC产品解决方案。其中,室外机是模拟IC用量最大的部分。室外机的拓扑决定了220V市电需要经过PFC整流到约400VDC,然后为两个电机的母线电压供电。电机通过IGBT或IPM直接驱动,驱动IGBT的MCU一般放在低压端,因此需要使用隔离驱动使电机转动,所以需要很多隔离驱动产品,同时还要监测电流电压,PLC也需要采集电压和电流,所以还要用到运放产品。

室外机和室内机的通信需要通过485或CAN总线,由于两者一般都不共地,所以还需要一些隔离接口。纳芯微提供从高压转成低压为MCU供电的数字隔离器产品。其供电通常采用反激式电源将高压转为低压,再由DC-DC转成5V,然后通过LDO转成 3.3V,为其他芯片供电。


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