摘要:本文为凌讯微电子电机驱动/家电专题文章,详解永磁变频压缩机驱动器AC‑DC‑AC三相电压源型逆变、IPM/IGBT三相桥驱动永磁同步压缩机电控系统拓扑,覆盖FOC磁场定向矢量控制、无传感器转子位置观测与多重保护,面向中央空调、空气能热泵、工业变频空压机、冷库冷链、恒温恒湿机组、车载热泵等场景,提供高压SJ/SiC MOS、低压LV MOS、光耦与整流桥器件选型清单,为变频压缩机驱动与恒温恒压调速方案设计、器件选型提供参考。
产品概述:压缩机变频控制器属于电机矢量驱动电能变换装置,主回路采用AC‑DC‑AC电压源型三相逆变拓扑。工频交流电输入后,经整流桥、母线电容得到高压直流,再由IPM/IGBT三相逆变桥输出频率、电压连续可调的三相交流电,驱动永磁同步压缩机电机。主控采用FOC磁场定向矢量控制算法,实时调节压缩机转速,实现排气量无级调节、恒温恒压控制。整机包含EMI输入滤波、三相整流单元、母线储能电容、三相逆变功率模块、输出滤波、电流电压采样、位置检测、隔离驱动、主控单元、人机交互、散热系统;具备过流、过压、欠压、过热、压缩机堵转、冷媒缺失保护,广泛用于空调、热泵、冷水机组、空压机。
基础电气规格(3HP永磁变频压缩机驱动器示例)
拓扑工作原理:工频交流电经过EMI滤波送入三相整流桥转换为高压直流,母线电解电容平滑直流电压;主控MCU运行FOC矢量控制算法,根据温度/压力目标转速,生成六路SVPWM脉冲信号,经过隔离驱动电路送入IPM智能功率模块;IPM内部六颗IGBT开关管高速通断,将高压直流逆变为幅值、频率可调的三相正弦电压输出,驱动永磁压缩机电机旋转;采样电阻/霍尔传感器实时采集三相定子电流,送入主控进行转子位置观测,完成电流环‑速度环双闭环控制;系统同时监测母线电压、散热器温度、压缩机壳体温度;一旦触发过流、过热、失步故障,主控立即封锁PWM输出,压缩机停机保护。
1、中央空调变频压缩机驱动场景
2、空气能热泵热水机组控制场景
3、工业变频空压机压力调节场景
4、冷库、冷链制冷机组控制场景
5、商用除湿机、恒温恒湿机组场景
6、车载制冷、移动热泵设备场景
下表为永磁变频压缩机驱动器推荐功率器件:高压半桥SJ/HV/SiC MOS、低压半桥LV MOS、光耦及整流桥,适配IPM/IGBT三相逆变驱动与FOC矢量调速方案选型。
| 应用位置 | 类型 | 型号 | 规格 | 封装 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 高压半桥 | SJ MOS | LC65R040B | 35mR/650V | TO247 | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SJ MOS | LC60R130F | 130mR/650V | TO220F | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SJ MOS | LC65R600F | 520mR/650V | TO220F | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SJ MOS | LC65R600D | 520mR/650V | TO252 | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | HV MOS | CS10N65A2 | 460mR/650V | TO220F | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | HV MOS | CS30N65A6 | 255mR/650V | TO247 | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SiC MOS | LSC380M65D | 360mR/650V | TO252 | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SiC MOS | LSC040M65B | 35mR/650V | TO247 | 半桥开关管 |
| 低压半桥 | LV MOS | LG120N085AG | 4.2mR/120V | PDFN5*6 | 半桥开关管 |
| 低压半桥 | LV MOS | LG50N15AD | 15.6mR/150V | TO252 | 半桥开关管 |
| 低压半桥 | LV MOS | LT80N04AG | 5.5mR/40V | PDFN5*6 | 半桥/Vbus开关管 |
| 低压半桥 | LV MOS | LG160N06AD | 2.2mR/60V | TO252 | 半桥开关管 |
| 高压隔离 | 光耦 | EL357/3516 | C档 | SOP-4 | 过零采集/可控硅隔离驱动 |
| 前级整流 | 整流桥 | GBP510 | 5A/1000V | GBP | 整流桥 |
| 前级整流 | 整流桥 | MSB30B | 3A/1KV | UMSB | 整流桥 |
| 前级整流 | 整流桥 | KBP810 | 8A/1000V | KBP | 整流桥 |
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Q1:永磁压缩机为何采用变频矢量驱动?
A:FOC矢量控制可平滑调节压缩机转速,实现无级调温调压、软启动,显著降低能耗与启停冲击,恒温控制更精准。
Q2:压缩机驱动功率器件如何选型?
A:高压逆变侧选650V SJ/HV/SiC MOS或IPM模块,低压辅助侧选LV MOS,按母线电压与额定电流留足裕量,兼顾损耗与散热。
Q3:变频压缩机如何防止失步与堵转?
A:通过三相电流采样与转子位置观测实时判稳,母线过压欠压、堵转、失步、冷媒低压等故障触发时立即封锁PWM,保护压缩机。
本文为凌讯微电子【电机驱动/家电】专题技术文章。如需了解家电变频与压缩机驱动方案,可浏览网站BLDC无刷电机驱动、家电开关电源选型指南,也可查看【电源类】、【电池类(BMS)】栏目其他选型资料。
来源:广东凌讯微电子
编辑:技术部