隨著商用空調技術的不斷進步，特別是變頻空調技術的發展，商用空調（3HP以上空調機組）的設計要求也在不斷提升。近年來，永磁同步壓縮機技術的進步使得壓縮機單機功率顯著增加，促使空調系統的變頻化設計從家用空調向更大功率的三相380V戶用中央空調和商用空調系統擴展。本文以10HP商用空調的壓縮機逆變器為研究對象，提出了一種新的硬件電路設計方案，并驗證了其在提高系統可靠性和簡化散熱設計方面的優勢。

逆變器硬件電路設計

在變頻商用空調中，三相兩電平逆變結構是主流設計。對于小功率家用變頻空調（3HP以下，單相220V輸入），通常采用集成功率IGBT與驅動芯片的IPM進行設計。然而，隨著壓縮機技術的發展，商用空調壓縮機的單機最大功率已從10HP、12HP發展到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模塊成為更優的選擇，其標稱電流能力從25A到100A，適應不同功率段的統一平臺化設計需求，且成本更具優勢。

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

IGBT模塊外圍采樣電路設計

電流采樣電路設計

由于空調壓縮機內部的高溫和腐蝕性環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。電動機相電流的有效檢測是提高控制性能的重要環節。常見的三種電流采樣方式包括：

線電流采樣：無需重構，但成本最高。

橋臂電流采樣：復雜度中等，易于重構，成本適中，但不適合智能功率模塊IPM的應用場合。

負母線單電阻電流采樣：成本最低，但時序復雜，重構困難。

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

電壓采樣電路設計

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

新方案的驗證與測試

本文提出的逆變器硬件電路設計方案采用了英飛凌公司的IGBT模塊FP35R12KT4和磁隔離型驅動IC搭建逆變電路，并與實際的商用空調軟件系統進行了聯機測試。試驗結果表明，新的驅動電路不僅提高了系統的可靠性，還具有更大的結溫余量，簡化了散熱設計。此外，采用IGBT模塊的主逆變方案為空調廠家應對壓縮機單機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計的優勢。如需FP35R12KT4等產品規格書、樣片測試、采購、BOM配單等需求，請加客服微信：13310830171。

應用前景與總結

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

總之，通過引入先進的IGBT模塊和優化的電路設計，本文提出的方案為空調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系統的整體性能，還能簡化散熱設計，降低生產成本，推動商用空調行業的進一步發展。未來，隨著技術的不斷進步，類似的創新設計將在更多領域得到廣泛應用。