【分享】英飞凌商用空调压缩机逆变器的新设计

随着商用空调技术的不断进步，特别是变频空调技术的发展，商用空调（3HP以上空调机组）的设计要求也在不断提升。近年来，永磁同步压缩机技术的进步使得压缩机单机功率显著增加，促使空调系统的变频化设计从家用空调向更大功率的三相380V户用中央空调和商用空调系统扩展。本文以10HP商用空调的压缩机逆变器为研究对象，提出了一种新的硬件电路设计方案，并验证了其在提高系统可靠性和简化散热设计方面的优势。

逆变器硬件电路设计

在变频商用空调中，三相两电平逆变结构是主流设计。对于小功率家用变频空调（3HP以下，单相220V输入），通常采用集成功率IGBT与驱动芯片的IPM进行设计。然而，随着压缩机技术的发展，商用空调压缩机的单机最大功率已从10HP、12HP发展到16HP、22HP，逆变器额定输出电流也从之前的20A提升至35A甚至50A。市场上可供选择的IPM已经非常有限且价格昂贵，因此集成三相整流桥与逆变桥的IGBT模块成为更优的选择，其标称电流能力从25A到100A，适应不同功率段的统一平台化设计需求，且成本更具优势。

为了防止电源接通瞬间的浪涌电流对整流部分的冲击，本设计采用了直流母线预充电电路。热敏电阻在上电瞬间对电容充电电流进行限制，当电容组端电压达到母线电压90%后，将预充电支路旁路掉。

IGBT模块外围采样电路设计

电流采样电路设计

由于空调压缩机内部的高温和腐蚀性环境无法安装位置传感器，逆变器需要采用无位置传感器的控制方法。电动机相电流的有效检测是提高控制性能的重要环节。常见的三种电流采样方式包括：

线电流采样：无需重构，但成本最高。

桥臂电流采样：复杂度中等，易于重构，成本适中，但不适合智能功率模块IPM的应用场合。

负母线单电阻电流采样：成本最低，但时序复杂，重构困难。

在实际应用中，由于系统成本的限制，单电阻采样方式越来越受欢迎。为了适应不同控制策略的控制板联合调试需求，本设计在硬件电路上同时配置了线电流采样和负母线电流采样的霍尔传感器元件。

电压采样电路设计

在空调系统设计中，通常需要进行母线过欠压保护。可以采用简单的电阻分压电路以及差分方式进行电压信号的采样，以防止干扰。差分采样能够有效提高信号的抗干扰能力，确保系统的稳定运行。

新方案的验证与测试

本文提出的逆变器硬件电路设计方案采用了英飞凌公司的IGBT模块FP35R12KT4和磁隔离型驱动IC搭建逆变电路，并与实际的商用空调软件系统进行了联机测试。试验结果表明，新的驱动电路不仅提高了系统的可靠性，还具有更大的结温余量，简化了散热设计。此外，采用IGBT模块的主逆变方案为空调厂家应对压缩机单机功率的提升提供了更大的灵活度，保持了硬件电路平台化设计的优势。如需FP35R12KT4等产品规格书、样片测试、采购、BOM配单等需求，请加客服微信：13310830171。

应用前景与总结

随着商用空调系统功率段的提升，对逆变器硬件电路设计提出了更高的要求与挑战。本文提出的新型逆变器硬件电路设计方案，通过采用IGBT模块和优化的电流电压采样电路，有效提升了系统的可靠性和灵活性。该方案不仅适用于10HP商用空调的压缩机逆变器，也为其他大功率商用空调系统的设计提供了参考和借鉴。

总之，通过引入先进的IGBT模块和优化的电路设计，本文提出的方案为空调制造商提供了一个高效、可靠的解决方案。这不仅有助于提升商用空调系统的整体性能，还能简化散热设计，降低生产成本，推动商用空调行业的进一步发展。未来，随着技术的不断进步，类似的创新设计将在更多领域得到广泛应用。