隨著商用空調(diào)技術(shù)的不斷進(jìn)步，特別是變頻空調(diào)技術(shù)的發(fā)展，商用空調(diào)（3HP以上空調(diào)機(jī)組）的設(shè)計要求也在不斷提升。近年來，永磁同步壓縮機(jī)技術(shù)的進(jìn)步使得壓縮機(jī)單機(jī)功率顯著增加，促使空調(diào)系統(tǒng)的變頻化設(shè)計從家用空調(diào)向更大功率的三相380V戶用中央空調(diào)和商用空調(diào)系統(tǒng)擴(kuò)展。本文以10HP商用空調(diào)的壓縮機(jī)逆變器為研究對象，提出了一種新的硬件電路設(shè)計方案，并驗證了其在提高系統(tǒng)可靠性和簡化散熱設(shè)計方面的優(yōu)勢。

逆變器硬件電路設(shè)計

在變頻商用空調(diào)中，三相兩電平逆變結(jié)構(gòu)是主流設(shè)計。對于小功率家用變頻空調(diào)（3HP以下，單相220V輸入），通常采用集成功率IGBT與驅(qū)動芯片的IPM進(jìn)行設(shè)計。然而，隨著壓縮機(jī)技術(shù)的發(fā)展，商用空調(diào)壓縮機(jī)的單機(jī)最大功率已從10HP、12HP發(fā)展到16HP、22HP，逆變器額定輸出電流也從之前的20A提升至35A甚至50A。市場上可供選擇的IPM已經(jīng)非常有限且價格昂貴，因此集成三相整流橋與逆變橋的IGBT模塊成為更優(yōu)的選擇，其標(biāo)稱電流能力從25A到100A，適應(yīng)不同功率段的統(tǒng)一平臺化設(shè)計需求，且成本更具優(yōu)勢。

為了防止電源接通瞬間的浪涌電流對整流部分的沖擊，本設(shè)計采用了直流母線預(yù)充電電路。熱敏電阻在上電瞬間對電容充電電流進(jìn)行限制，當(dāng)電容組端電壓達(dá)到母線電壓90%后，將預(yù)充電支路旁路掉。

IGBT模塊外圍采樣電路設(shè)計

電流采樣電路設(shè)計

由于空調(diào)壓縮機(jī)內(nèi)部的高溫和腐蝕性環(huán)境無法安裝位置傳感器，逆變器需要采用無位置傳感器的控制方法。電動機(jī)相電流的有效檢測是提高控制性能的重要環(huán)節(jié)。常見的三種電流采樣方式包括：

線電流采樣：無需重構(gòu)，但成本最高。

橋臂電流采樣：復(fù)雜度中等，易于重構(gòu)，成本適中，但不適合智能功率模塊IPM的應(yīng)用場合。

負(fù)母線單電阻電流采樣：成本最低，但時序復(fù)雜，重構(gòu)困難。

在實際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)成本的限制，單電阻采樣方式越來越受歡迎。為了適應(yīng)不同控制策略的控制板聯(lián)合調(diào)試需求，本設(shè)計在硬件電路上同時配置了線電流采樣和負(fù)母線電流采樣的霍爾傳感器元件。

電壓采樣電路設(shè)計

在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，通常需要進(jìn)行母線過欠壓保護(hù)。可以采用簡單的電阻分壓電路以及差分方式進(jìn)行電壓信號的采樣，以防止干擾。差分采樣能夠有效提高信號的抗干擾能力，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

新方案的驗證與測試

本文提出的逆變器硬件電路設(shè)計方案采用了英飛凌公司的IGBT模塊FP35R12KT4和磁隔離型驅(qū)動IC搭建逆變電路，并與實際的商用空調(diào)軟件系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)機(jī)測試。試驗結(jié)果表明，新的驅(qū)動電路不僅提高了系統(tǒng)的可靠性，還具有更大的結(jié)溫余量，簡化了散熱設(shè)計。此外，采用IGBT模塊的主逆變方案為空調(diào)廠家應(yīng)對壓縮機(jī)單機(jī)功率的提升提供了更大的靈活度，保持了硬件電路平臺化設(shè)計的優(yōu)勢。如需FP35R12KT4等產(chǎn)品規(guī)格書、樣片測試、采購、BOM配單等需求，請加客服微信：13310830171。

應(yīng)用前景與總結(jié)

隨著商用空調(diào)系統(tǒng)功率段的提升，對逆變器硬件電路設(shè)計提出了更高的要求與挑戰(zhàn)。本文提出的新型逆變器硬件電路設(shè)計方案，通過采用IGBT模塊和優(yōu)化的電流電壓采樣電路，有效提升了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。該方案不僅適用于10HP商用空調(diào)的壓縮機(jī)逆變器，也為其他大功率商用空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計提供了參考和借鑒。

總之，通過引入先進(jìn)的IGBT模塊和優(yōu)化的電路設(shè)計，本文提出的方案為空調(diào)制造商提供了一個高效、可靠的解決方案。這不僅有助于提升商用空調(diào)系統(tǒng)的整體性能，還能簡化散熱設(shè)計，降低生產(chǎn)成本，推動商用空調(diào)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，類似的創(chuàng)新設(shè)計將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。