家用直流变频空调技术培训（下）

5.1 压缩机各组件及相应部件-泵体组件


5.2 压缩机各组件及相应部件-泵体动画



5.3压缩机各组件及相应部件-气缸



5.3压缩机各组件及相应部件-气缸


5.4压缩机各组件及相应部件-曲轴
曲轴形状
曲轴分大小轴和相同轴径两种。
曲轴材料
曲轴有灰铸铁和球墨铸铁。
趋势
目前有向大小轴及球墨铸铁发展的趋势。


5.4压缩机各组件及相应部件-曲轴

关键尺寸
长轴径：影响挠度
短轴径：影响挠度
偏心径：影响滚子厚度
偏心量：影响泵体利用率
表面处理：硫化、磷化、精研磨。



5.5压缩机各组件及相应部件-上、下法兰


5.6压缩机各组件及相应部件-滚子\滑片\消音器



5.7压缩机各组件及相应部件-分液器

1. 分液器的用途　　　
  ①把从蒸发器返回到压缩机的冷媒分离成气体和液体，仅使气体回到压缩机。
②使分液器中的润滑油回到压缩机。
注：如果能保证蒸发器出口的冷媒总是气体的状态，也可以取消掉气液分离器。

2.分液器的容量
    ①　制冷・制热两用　以最大冷媒充注量（加上施工现场的追加量）的状态，除霜运转的除霜前、除霜中和除霜后在气液分离器中积留的冷媒不超过气液分离器出口管末端为容量。　
②　制冷用　　　　  以最大冷媒充注量的状态，在蒸发器空气吸入侧的过滤网的污损被假设为最大状态（重叠着3张过滤网）的条件下进行制冷低温运转，在气液分离器中积留的冷媒不超过气液分离器出口管的末端为容量。

在无法用①、②确认时，可用下面的公式进行容量计算。（单位 ｋｇ 根据经验）　　
气液分离器的有效容量　÷　最大冷媒充注量　　≧　0.6
最大冷媒充注量＝出厂时的冷媒充注量＋最长配管时的冷媒追加量

5.7压缩机各组件及相应部件-分液器

3.分液器的回油孔径
分液器基本上是把从蒸发器返回到压缩机的冷媒分离成气体和液体，仅使气体回到压缩机。但是被分离下来积留的液体冷媒中会溶有油，因此有必要使油回到压缩机，保证压缩机内的油量及给涡旋部的供油。
为了回油，分液器的出口管是设计成通到气液分离器底部的弯曲形状，再在弯曲部分的侧面设计一个回油孔，使溶着油的液体冷媒回到压缩机。
回油孔选择过大，回油会变好，但是液体冷媒的回流也会变多，从而导致油被稀释（油的润滑作用降低）涡旋部会异常磨耗，压缩机就可能出现故障。
回油孔选择过小，回到压缩机的液体冷媒会减少，但是回油也会减少了，压缩机内就会供油不足，由于涡旋部的供油不足，就会出现异常磨耗，从而导致压缩机出现故障。
因此，回油孔径要保证压缩机内的油量且要抑制液体冷媒的回流使之达到油稀释的规定以下，有必要设计合适的孔径。

分液器的孔径是否合适，可以通过测定在各运转条件下的压缩机底部的温度（油的温度）和蒸发温度的差是否达到了下列的值来判断。
压缩机底部的温度　―　蒸发温度　≧１２℃
   分液器的孔径是否合适，还可以通过在分液器及压缩机上装一个可以看到液面、油面的视液镜，在除霜运转及关机后的初始运转时可以看到压缩机的油面来判断。
在压缩机的油面比规定的低，气分液器的液面很高时，需要追加回油孔（直径1.0）使这部分混着油的冷媒液体回到压缩机。这个回油孔的追加要总是能保证油面。
   加大下面的回油孔径的方法是有的，但是因为在液面较低时总是冷媒液体回量很多，压缩机的油被稀释，SUNISO4GS、SAY-56T的润滑油在制热低温条件下产生两相分离，下部油浓度低的冷媒、上部油浓度高的冷媒液体积留着，所以为增加压缩机的信赖度，需要追加多个（油浓度的冷媒的位置）回油孔（直径1.0）来保证压缩机的油面。
A  气液分离器的回油孔径（<10HP）　Ф1.0～Ф2.0
B  在A范围内压缩机的油面得不到保证时　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
5HP  1.2Ф　+　1.0Ф（必要时追加）
10HP 1.5Ф　+　1.0Ф（必要时追加）

5.8压缩机各组件及相应部件-润滑油

压缩机主要有脂类油、醚类油以及矿物油等，不同油类的特性如下：


润滑油在各类制冷压缩机中起着十分重要的作用，主要体现在以下几个方面：

润滑作用。通过润滑油的注入减少了压缩机各运动副之间的摩擦和磨损，使得压缩机能耗降低，效率提高。
降低温度。摩擦产生的热量使零件温度升高，若温度升高太大，润滑油的粘度会降到允许的范围以外，破坏油膜的承载能力，甚至在零件的局部高温区油会炭化，影响零件的正常运动。有些零件受热后体积膨胀，严重的情况下运动副会卡住。冷冻机油在压缩机中不断循环，因此也不断带走了制冷压缩机工作过程中产生的大量热量，使机械保持较低温度，从而提高制冷机的机械效率和使用可靠性。
密封作用。冷冻机油还用于轴封及气缸和活塞间起密封作用，提高轴封和活塞环的密封性能，防止制冷剂泄漏。
用作能量调节机构的动力。有些制冷压缩机机中，利用冷冻机油的油压作为能量调节机械的动力，对制冷剂的制冷量进行自动或手动调节。

为了保证制冷循环系统的正常运行，润滑油必须满足以下性能要求：优良的与制冷剂共存时候的热稳定性、有极好的与制冷剂的互溶性、良好的润滑性、优良的低温流动性、无蜡状物絮状分离、不含水和机械杂质、有优良的绝缘性。 

6.旋转式压缩机常用电机


单相异步电机：定子绕组通单相交流电产生脉振磁动势，气隙中脉振磁动势分解为正负序磁动势切割转子导条，使转子导条产生感应电动势和电流，两磁势相互作用产生旋转转矩，使转子旋转；
三相异步电机：定子绕组通三相交流电产生旋转磁势，气隙中旋转磁势切割转子导条，使转子导条产生感应电动势和电流，两磁势相互作用产生旋转转矩，使转子旋转；
直流无刷电机：定子铁芯上安放有多相绕组，转子上有永磁体，利用定子绕组的反电动势作为转子磁钢的位置信号，各相绕组依次导通，定子绕组电流产生磁场和转子永磁体产生磁场相互作用产生旋转转矩，使转子旋转；无刷电机根据转速设定，调节占空比，进而调节绕组电压，调节转速，实现调速；
永磁同步电机：原理上同直流无刷电机，只是气隙磁密波形、电机反电势波形，以及驱动控制方法不同而已。

7.1直流无刷电机与直流电机区别


7.2直流无刷电机与永磁同步电机区别



7.3电机开发的方向


8.1过载保护器（定频）

内置过载保护器:内置过载保护器在密封压缩机的里面，可以直接感应到压缩机的温度和压力，对压缩机内温度反映很灵敏、直接，但坏了不能更换 .

外置过载保护器 :在压缩机壳体的外面，一般在压缩机上盖上面，长时间暴露在空气中，容易损坏和生锈，但外置的损坏后能够更换，外置式过载保护器是通过感应压缩机壳体上的温度使过载保护器动作，实现它的温度特性 .


8.2过载保护器（定频）结构和工作原理

过载保护器一般是由接线柱、发热丝、触点、双金属片、动片和外壳组成，其最重要的零件是双金属片，保护器就是根据双金属片跳开和闭合来起保护作用。保护器里面还充满有惰性气体－氦气，主要是起灭弧和导热的作用。一般空调在正常工况下工作时，过载保护器不会动作，此时双金属片处于闭合状态，保护器在不动作的时候，只是作为一个导线，起导通的作用。


8.3热保护器（变频）结构和工作原理

热保护器内部结构图如附图所示
其与过载保护器的区别有如下两点：
热保护器内部流通的为弱电，过载保护器内部流通的为强电
热保护器只受温度影响，与电流无关；过载保护器为温度与电流相配合的。


工作原理：
      当感温双金属片5感应到温度超过设定温度后，就会断开，控制器就会断电，压缩机停机；
      当感温双金属片5感应到温度低于设定温度，就会重新接通，控制器恢复通电，压缩机重新启动。

9.1直流变频压缩机的常见问题





9.2直流变频压缩机的常见问题-形成原因

滚动转子式压缩机使用中常见故障及分析
滚动转子式压缩机在出厂前试验及检验合格后，在给客户生产及消费者使用中仍然会出现很多问题，造成不良的主要问题如下：

制冷剂充注量
当系统内充有过量的制冷剂时，将稀释润滑油而粘度降低，使压缩机的磨损部件如滚子，气缸，曲轴，滑片不能得到有效的润滑，使其磨损加剧；另外还会形成液击，对压缩机泵体产生致命的损坏。此种情况经常出现在一拖多等空调中。
制冷剂充注量不足或系统中冷媒泄漏，电机散热不能被流动冷媒及时带走，如果是外置保护器，此时将不能及时保护，造成电机工作在高温下而影响寿命。
换热器表面脏以及安装位置通风不良
蒸发器表面脏将使制冷系统的制冷能力降低及压缩机在高压缩比下运行，这直接影响压缩机的使用寿命。
冷凝器表面脏以及安装位置通风不佳，会使系统负荷增大，电机绕阻高温烧毁。

系统内的水分和不凝性气体
当空调系统及压缩机的润滑油中水分超标时，在系统运行的高温条件下，压缩机的零部件就会出现镀铜现象，而且在毛细管或膨胀阀的位置会出现冰堵，影响压缩机的正常运行。
不凝性气体的产生主要是没有完全抽真空和从低压侧泄漏。在安装和维修时没有净化整个制冷系统,其后果是使得整个制冷系统效率下降，系统压力增大。
压缩机开停过快
由于异常原因，比如空调在低电压下使用，冷媒泄漏，异常负荷等，压缩机过载保护器频繁动作，使压缩机开停过快，润滑油就会被抽出压缩机并且无法回到压缩机中，压缩机的可靠性就会受到极大影响。
生产过程失误
误用润滑油，误用制冷剂，误用过载保护器，以及生产中接错线均会对压缩机的可靠性产生较大影响。
上述介绍了压缩机在使用过程中出现的诸多问题，这些问题有时会同时发生。只有在设计、生产中采取相应的措施，找到问题的根本所在，才能真正的避开问题，防患于未然。

直流变频控制原理篇

一、变频空调的控制系统
二、直流变频压缩机驱动的基本原理
三、变频控制系统的实现

一、变频空调的控制系统

变频空调系统的控制组件
室外温度补偿与温度控制模块
压缩机驱动模块
风机驱动模块
电子膨胀阀控制模块
变频控制流程

变频空调系统的控制组件


室外温度补偿与温度控制模块



压缩机驱动模块

1.控制目标：
     使压缩机的转速达到由温度控制模块输出的转速给定值。
2.控制过程中伴随的问题： 
    震动问题
    噪音问题
    过热问题
3.实现方式

风机驱动模块


二.风机控制目标：
     达到给定转速提高换热效率
三.控制过程中伴随的问题： 
     震动问题
     噪音问题
     过热问题
四.实现方式：
     原理与压缩机驱动相同
     驱动板位于风机壳体内
     驱动板位于风机壳体外

电子膨胀阀控制模块

控制冷媒流过阀体的截面积大小；
执行机构为一步进电机；
开环控制；


变频控制流程



二、直流变频压缩机驱动的基本原理

主要的直流变频技术
方波（120度）控制原理
正弦波（180度）控制原理
方波控制与正弦波控制的对比

直流变频技术

直流变频技术主要有两种：一种是方波直流变频技术，也就是120°变频技术，另一种是正弦波直流变频技术，也就是180°变频技术。两种直流变频技术适用于不同的压缩机电机，一般来说，反电势为方波的压缩机电机就适合用方波直流变频技术来驱动，而反电势为正弦波的压缩机电机就适合用正弦波直流变频技术来驱动。
总的来说，正弦波直流变频技术的控制精度更高，可以使压缩机电机的运转效率更高，因此采用正弦波技术的变频空调在同样条件下可以得到更高的能效比。但是这种技术的运算量很大，对控制芯片的要求比较高。
    直流变频空调其关键在于采用了无刷直流电机作为压缩机，无刷直流电机与普通的交流电机的最大区别在于其转子是由稀土材料的永磁钢构成，定子采用集中绕组，简单地说来，就是把普通直流电机由永磁铁组成的定子变成转子，把普通直流电机需要换向器和电刷提供电源的线圈绕组转子变成定子。这样，就可以省掉普通直流电机所必须的电刷，而且其调速性能与普通的直流电动机相似，所以把这种电机称为无刷直流电机。无刷直流电机既克服了传统的直流电机的一些缺陷，如电磁干扰、噪声、电火花、可靠性差、寿命短，又具有交流电机所不具有的一些优点，如运行效率高、调速性能好、无涡流损失。所以，直流变频空调相对与交流变频空调而言，具有更大的节能优势。 


直流变频控制根据压缩机电机电流波形的不同可分方波控制（120度矩形波）、广角控制和正弦波控制（180度正弦波），其中正弦波直流变频控制技术是2002年才刚刚投入市场的最新变频技术，与方波变频技术相比具有效率高、控制电机运行平稳、噪音低的优点。

直流变频控制的分类



 方波控制原理

方波变频控制的控制原理

检测电机不导通电流相的反电动势过零点，延迟30度导通该相，并以此为依据，对其他相进行换相控制。方波变频每次只有两相导通，每相导通120度，压缩机定子产生的磁势每60度变化一次，转矩波动大。 


三相逆变原理及旋转磁场的产生




要使电机正确换相，必须测量电周期中的绝对位置。对于常规通电，每个电周期需要六次等距换相。这通常是通过三个霍尔效应开关或光电码盘来实现的。并不需要连续的位置信息，只要检测所需换相情况即可。上图给出了三个传感器的输出和每相的相应反电动势（BEMF）电压波形。
要通过监测电机的某项特性来检测转子位置，显然该特性必须随位置发生变化。此外，理想的情况是该特性能在电周期中建立唯一的位置，这将增强无传感器技术的鲁棒性。相磁通链随着位置的变化会产生转矩，这种效应可以从BEMF和磁阻两方面进行考虑，这两者不但随电流变化，而且随位置变化。

BEMF过零检测技术的说明

过零检测技术适用于速度接近零时不需要闭环操作的多种应用。
假设速度大于零，则每个电周期中某相的BEMF为零的位置只有两个，可以通过下图中所示通过过零点时BEMF的斜率来区分这些位置。每一段对应电周期中的一个60°部分（共有六个相等的60°部分）。
换相发生在每一段的边界处。因此，需要检测段的边界。
BEMF 过零点和需要换相的位置之间有30°的偏移，必须对其进行补偿，以确保电机平稳高效运转。


在任一时刻只有两相是通电的，且流经这两相的电流方向相反，左上图说明了W相用于BEMF 检测时的情况。
当U相内流经正向电流（定义为流向星型连接中心点的电流）、V相内流经负向电流时，Q1和Q6将受到控制，这与右上图中的段1对应。假设通电相的两端总是对称地分别连接到DC电源的两个端点上，则星型连接中心点的电压总是½ VDC，与加在这两个通电相绕组上的电压极性无关.但是，只有在每相的R、L 和BEMF都相同，且每相的开关和二极管压降都相等的情况下，星型连接中心点的电压值才为½ VDC。假设现在的情况就是这样，因此BEMF 过零点将被偏置为½ VDC。

以最简单的形式，BEMF 过零检测方法可以通过以下方式实现：
· 通过分压器和A/D 转换器来监测所有三相的端电压和VDC，并在相应的时间段内检测相BEMF 何时经过½VDC。
· 上述方法也可通过硬件实现，即通过分压器对三相的端电压和VDC分别进行采样，并将采样值送入比较器的比较端口，得到的过零点的时刻即为某相BEMF经过½VDC 的时刻。
· 使用一个可用的定时器测量60°（即两次过零点之间）的时间。将这个值除以2，然后加载到另一个定时器中，这样就可以取消正确换相所需的隐含30°补偿。

控制时序及实现方法



BLDC控制系统的DSP实现

正弦波控制原理

正弦波变频控制的控制原理

正弦波变频的变频模块采用SVPWM调制方法，三相导通，每相导通180度，压缩机定子产生的磁势是连续的正弦磁势，转矩波动小，但控制复杂。 


SVPWM正弦直流变频波形



各种通电模式的电压、电流波形


不同控制方法的比较



正弦波与方波控制的对比



三、变频控制系统的实现

变频空调控制系统总体框图
整流与功率因数校正电路
通讯电路
风扇电机控制电路

变频空调控制总体框图



室内电路与普通空调基本相同，仅增加与外机通讯电路，通过信号线“S”，按一定的通讯规则与室外机实现通讯。
室外电路一般分为三部分：室外主控部分、室外电源电路部分、IPM变频模块组件。电源电路部分完成交流电的滤波、保护、整流、功率因数调整，为变频模块提供稳定的直流电源。主控部分执行温度、电流、电压、压机过载保护、模块保护的检测；压机、风机的控制；与室内机进行通讯；计算六相驱动信号，控制变频模块。变频模块组件输入310V直流电压，并接受主控部分的控制信号驱动，为压缩机提供运转电源。 

2、整流与功率因数校正电路（PFC） 

介绍几个相关概念
理想情况下，电网中电压和电流都是正弦信号：
    u=Usinωt      i=Isin(ωt +Φ)
通常情况下，电网电压是由发电机所决定的，而电网的电流是由负载决定的。某些非线性或具有时变性的负载会从电网中吸取非正弦电流。
虽然这些波形是非正弦的，但仍然是与电网电压同频率的周期信号，即i(t)=i(t+T)
因此可以进行傅立叶分解：i(t)=∑In sin(ωnt +Φn)
    其中i1(t)=I1 sin(ω1t +Φ1)被称为基波成分，
    其余的部分被称为谐波成分。

功率因数的定义

PF ＝ 有功功率/视在功率
         ＝  URI1cosΦ/URIR = (I1/IR)×cosΦ 
          =  γ×cosΦ
    其中:UR和IR分别为电网电压和负载电流的有效值。
         I1是基波电流的有效值，Φ是相位角。

 γ   ：失真系数，即基波电流相对值
   cosΦ：相移系数
    功率因数可以表示成失真系数和相移系数的乘积。

问题的提出

消费者电气产品负载阻抗的形式：
  电阻性负载
  电容性负载
  电感性负载

电阻性负载：消耗功率，从而产生发光、发声或发热等能源转换。
纯电容性或纯电感性负载：只会储存能量，并不会造成能量的消耗

电能消耗的瞬时功率是电压和电流的乘积，
可以把波形图上每一个V和I的值相乘得到另一正弦波P。


纯电阻性负载功率P的波形都是在横轴的上方变化，
在一个周期内，电源在负载上所做的功W是功率P在一个周期内与横轴所围绕的面积，即W =∫0TPdt，
这个面积都是正相的，由此可知加在电阻性负载上的电源是作实功。


对于纯电容性或纯电感性负载，它们的功率变化是在横轴的上下来回振荡，且每90°相位变换一次，其所做的功W为功率P在一个周期内的积分值，即W =∫0TPdt = 0，这是因为正相面积与反相面积相互抵消的缘故。
可见电流做功只是正相时间给负载，但是在反相时间又把功要了回去，所做的功是虚功，因此纯电容性或纯电感性负载都只储存能量而不消耗或转换能量。 

在纯电阻性负载的状况下，它的电压和电流是同相位的，而纯电容性负载，它的电流的相位超前电压90°，纯电感性负载电流的相位则落后电压90°，若负载是电阻性加电容性，视电容大小，电流的相位会超前电压0～90°之间，而若负载是电阻性加电感性，视电感大小，电流的相位会落后电压0～90°之间。
超前或落后的角度称之为相位角。相位角直接影响了负载对能量的消耗和储存的状况。
相位角的余弦值cosΦ介于0～1之间，这个值就是相移系数，它直接影响了电流对负载作实功的状况。

桥式整流滤波电路





二极管只有在正向偏置时才会导通，也就是说只有在交流瞬时电压幅值高于滤波电容器两端直流电压时，整流二极管才会有电流通过。
从图中可以看出，二极管只有在电网电压峰值附近才会导通，所以电流波形呈脉冲状。这种电流含有大量的谐波成分，它的失真系数值很小，所以电路的功率因数非常低，一般仅为0.5～0.7。

功率因数低于1的负载对电网的污染

这类负载对电网的污染可分为：谐波电流和基波无功。
共同危害：
⑴吸收无功电流，增加电网功率，加大电网损耗；
⑵增加电网设备的负担，降低实际可传递的有功功率。

谐波电流是非正弦的畸变电流，对电网的危害更大：
⑴造成电网电压畸变，影响其它设备正常工作；
⑵使变压器等设备损耗加大，温升加大，甚至烧毁；
⑶造成中线电流显著增加，导致中线严重发热，甚至引起火灾；
⑷引起电网谐振，破坏电网的稳定性；
⑸造成电网中继电保护装置的误动作。

限制谐波电流的标准出台

国际电工委员会：IEC 61000-3-2:2001
我国标准化委员会：GB 17625.1-2003
这些标准是强制性标准，所有相关设备都必须满足，其中家用电器属于A类设备。



解决上述问题的办法

解决上述问题的办法：（相移系数1，失真系数1）
    ⑴同相位：使电网电流跟随电网电压，相位角等于0；
    ⑵正弦化：使电流波形尽量接近于正弦波。
这一技术称为：功率因数校正
                          PFC  (Power Factor Correction)
功率因数校正分为两种形式：
    ⑴无源功率因数校正(Passive PFC)
    ⑵有源功率因数校正(Active PFC)

介绍两种实现方案

有源滤波式功率因数校正电路
    Active Filter Power Factor Correction Circuit

部分开关式功率因数校正电路
    Partial Switching Power Factor Correction Circuit

有源滤波式功率因数校正电路的基本结构 



控制目标：控制电路必须能够控制输入电流和输出电压。
    电流环由整流的电网线路电压来调整，因此变换器的输入将呈现电阻性。
    输出电压是通过改变电流可调信号的平均幅度来控制。
    模拟乘法器通过增大整流线路电压和误差放大器的输出，来产生电流可调信号，使电流可调信号跟踪电网电压，具有电网电压的波形，并且可以控制它的平均幅度。 



部分开关式功率因数校正电路的原理 

前面提到了：由于整流二极管的单向导电性，使得电流导通角过小的问题。显然，二极管只有在电网电压峰值附近才会导通，其导通角小于90º，一般仅为70º左右。
目前抑制输入电流产生畸变的主要方法就是采用PFC控制芯片的升压拓扑，使整流二极管的导通角趋于180º，产生与电网电压同相位的正弦电流，此时的PF值接近为1。
事实上，采用有源滤波式PFC升压变换器电路并非功率因数校正的唯一方法。下面所介绍的带非正弦电流的部分开关式功率因数校正电路，就是一种不同于传统有源PFC的解决方案。 

(a)未校正情况下的波形
(b)无源PFC的电流波形
(c)采用部分开关式PFC的电流波形
显然，(c)中电流的导通角明显增大，从而使得这种情况下的功率因数也得到了很大的改善。

带有PFC专用芯片的有源PFC预变换器，可以在桥式整流器的输入端，产生与交流电压同相位的正弦波电流。
事实上，一个与交流电压同相位的非正弦波电流，通过合理控制电流波形上升沿和下降沿的时刻及幅度，同样能使高次谐波的含量符合国家标准的要求，得到较高的功率因数。

控制思想：
对交流输入电压进行过零检测。
当检测到零点后，控制芯片延迟一定的时间输出脉冲信号，触发对开关器件的导通操作，使得电源给电抗器充电。
经过一段时间后，关断开关器件，电抗器续流，以此来增加电流的导通角，改善电源电流的波形，提高电源的功率因数。
根据需要，还可以增加一些过流,过载的检测电路 


部分开关式PFC技术的优点

部分开关式 PFC技术与应用广泛的有源滤波式PFC技术相比，省去了电压波形检测、电压信号检测环路、电流信号检测环路等电路，同时也省去了模拟乘法器等敏感的模拟器件，仅仅增加交流电压过零检测环节。
相比之下，电路更加简单可靠，在长期使用过程中也不会发生参数漂移。
这种电路无须再使用PFC专用芯片，通过单片机或DSP即可实现全部功能，而且所占用的芯片资源很少，仅仅需要：一个定时器、两个I/O口和一个捕捉口（或外部中断口）。
在实际的应用中，例如永磁同步电机（PMSM）的驱动等，都可以将PFC部分软件作为一个控制模块嵌入整个系统软件之中，充分利用现有的芯片资源，从而达到控制成本的目的。 

三种PFC方案之比较



3、逆变电路

变频空调的重要特点是通过改变电源的频率来对压缩机进行调速，逆变电路的作用就是将滤波后的直流电转换成频率可变的三相交流电。
IPM即Intelligent Power Module(智能功率模块)的缩写，它是通过优化设计将IGBT连同其驱动电路和多种保护电路封装在同一模块内，使系统设计者从繁琐的IGBT驱动和保护电路设计中解脱出来，同时提高了系统的可靠性。
  
  智能功率模块IPM = IGBT + 驱动/检测/保护电路

几种常见的IPM模块


IPM内置单元及其功能：

IGBT and FWDi
3 IGBT逆变桥 (6个IGBT/6个FWDi)
LVIC×1
门极驱动、欠电压保护、过流(或过温)保护
HVIC×3或1
门极驱动、欠电压保护、电平转换



IPM的主要特点：
仅内置IGBT/FWDi和LVIC/HVIC芯片，真正实现了硅片级意义上的封装。一方面使其具有高的可靠性，另一方面其生产工艺简单而使生产成本降低，因而模块具有很强的成本优势。
内置HVIC，使得单15V电源供电和无光耦直接驱动成为可能，进一步减少周边器件个数, 降低PCB板设计和加工的总成本。
死区时间减少，可提高控制精度和马达效率。



IPM的内部电路框图





IPM在变频空调中的应用技术

一种观点：变频空调性能的好坏主要决定于软件与制冷系统的匹配(即系统与软件的好坏)，而变频空调的可靠性主要决定于控制器硬件的设计与生产。
如何设计出一种高可靠性的控制PCB板图并合理控制其生产工艺，对变频空调的可靠性来说至关重要，这也是硬件工程师必须完成的工作，此问题在采用单电源逆变模块时显得更加重要。


关于短路保护及旁路电阻(Shunt Resistor)的选择


最大短路(SC) 电流阈值：Isc(max) = 1.7×Ic(rated)
短路(SC)动作参考电平： Vsc(min) = 0.43V,  Vsc(typ)=0.48V,  Vsc(max)=0.53V
旁路电阻(Shunt resistance)选择：Rsh(min) = Vsc(min)／Isc(max)
为了获得较高的电流精度，可选择阻值精度±5%的电阻，这样
                                                      Rsh(typ) = Rsh(min) ×1.05;     Rsh(max) = Rsh(min) ×1.1;
那么，实际的短路(SC) 电流动作值就变为：
   Isc(typ) = Vsc(typ)／Rsh(typ);   Isc(min) =  Vsc(min)／Rsh(max);   Isc(max) =  Vsc(max)／Rsh(min)

关于15V电源及欠压保护

对15V控制电源的要求：电源电压的推荐范围：15V10%（13.5V16.5V）
                对纹波噪音的要求：dv/dt≤ ±1V/us，Vripple≤ 2Vp-p


给模块15V端子加稳压二极管(Zener)



很多模块的损坏原因是IPM内部控制IC的异常运行，而其进一步的主要原因是因电压/电流浪涌导致的控制IC故障。为抑制15V上的浪涌尖峰电压导致模块损坏，推荐给模块15V端子加稳压二极管(24V/1W的Zener)。
保持15V电源电压稳定而干净(少浪涌)对IPM的安全运行至关重要。

PCB设计时布线注意事项



PCB设计注意事项:

 推荐输入控制信号线应尽可能短(2～3cm)；若此线较长，为抗干扰，可在控制信号线上加RC滤波电路（靠近模块端子放置），但应确保IPM的输入电平满足规格要求(Vth(on) >2.6V)。另外，尽量避免控制信号线之间以及与15V电源线之间交叉走线。
 推荐所有电容都尽可能靠近模块端子放置；推荐外部开关电源的15V连接至下臂的15V端子(VN1)上。
 推荐在所有15V端子与其地端子之间加一24V/1W的稳压管，并尽可能靠近模块端子放置。
 推荐旁路电阻尽可能靠近模块N端子放置，其RC滤波电路尽可能靠近模块CIN端子放置，周围的所有走线尽可能短。
 自举电路(上臂15V电源)的地直接取自IPM的输出端子U/V/W，相应的走线应尽可能短；同时应将自举二极管之后的有关电路当做是高压部分来看待进而布线，实际上，在IPM工作过程中其上电压在0V至约300V(直流母线电压)之间波动，因而有关的走线之间的距离要有所保证，需要开槽时就要开槽，推荐在IPM的3个自举电源端子(VUFB/VVFB/VWFB)之间开槽。
 吸收电容施加在直流母线的正/负(P和N1)之间，并尽量靠近模块端子放置。

旁路电阻周围的PCB布线设计



关于吸收电路（Snubber)



电路检测：断电情况下测试U、V、W三相与P、N之间有无短路现象；带电情况下测试U、V、W三相电压是否有某相无输出或三相不平衡的现象。 

4、通讯电路

通讯电路负责室内外之间的数据传输，电路的工作方式为半双工的串行通讯方式。通讯以室内机为主机，正常情况下室内机发送完信号后等待接收，一定时间内没有收到正确信号则再次发送当前信息，若连续三分钟内没有收到任何正确的信号则出错报警。室外机为从机，当室外机未收到正确信号时，就一直等待，不发送信号。
硬件电路为交流电经过二极管半波整流，经电阻限流后，稳压二极管将输出电压稳定在24V，经电容滤波后，为通讯环路提供稳定的24V电压，整个通讯环路的电流约为3mA左右。 
电路检测：首先检测通讯的24V直流电压是否存在，其次检测室内外的光耦是否工作正常。 

5、直流风扇电机 

直流风机工作原理与直流压缩机基本相同，只是PWM电压波形形成电路做在了电机内；Vc为高压直流供电部分提供的直流电源，供风机绕组工作使用，300V左右，由于用户电源电压有高有低，因而Vc实际在200V-375V之间；+15V电压为风机内电路板的工作电源电压；Vsp为风机转速控制信号，室外主控芯片发出的外风机风速控制信号为+5V的脉冲数字信号，经过数字／模拟转换电路，转换成最大电压+15V
的模拟信号，即Vsp，控制电机内电路板以产生PWM电压波形；风速反馈信号为4脉冲或12脉冲/转，脉冲幅值+15V，因主控板芯片工作电压为+5V，因此需在电源板上将其转换成+5V的信号后，才能供给外主控芯片以检测外风机转数。