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看圖學習變頻空調器電控系統維修
來源:本站整理  作者:佚名  2015-09-06 05:30:44



    第六節 功率模塊
    功率模塊是變頻空調器電控系統中較重要的器件之一,也是故障率較高的一個器件,屬于電控系統特殊器件之一,本應歸納到本章第5節,但由于知識點較多,因此單設一節進行詳細說明。
    一、基礎知識
    1.作用
    功率模塊可以簡單地看作是電壓轉換器。室外機主板CPU輸出6路信號,經功率模塊內部驅動電路放大后控制IGBT開關管的導通與截止,將直流300V電壓轉換成與頻率成正比的模擬三相交流電(交流30~220V、頻率15~120Hz),驅動壓縮機運行。
    三相交流電壓越高,壓縮機轉速及輸出功率(即制冷效果)也越高;反之,三相交流電壓越低,壓縮機轉速及輸出功率(即制冷效果)也就越低。三相交流電壓的高低由室外機CPU輸出的6路信號決定。
    2.功率模塊實物外觀
    嚴格意義的功率模塊如圖1-67所示,它是一種智能模塊,將IGBT連同驅動電路和多種保護電路封裝在同一模塊內,從而簡化了設計,提高了穩定性。功率模塊只有固定在外圍電路的控制基板上,才能組成模塊板組件。

    3.功率模塊組成
    在實際應用中,功率模塊通常與控制基板組合在一起。如三菱一種型號為PM20CTM60的功率模塊,與帶開關電源功能的控制基板組合,如圖1-68所示,即組成帶開關電源功能的功率模塊板組件。

    本書所稱的“模塊”,就是由功率模塊和控制基板組合而成的模塊板組件。
    4.固定位置
由于模塊工作時產生很高的熱量,因此設有面積較大的鋁制散熱片,并固定在上面,中間有絕緣墊片(實物如圖1-69所示),設計在室外機電控盒里側,室外風扇運行時帶走鋁制散熱片表面的熱量,間接為模塊散熱。

    二、輸入與輸出電路
    圖1-70(a)所示為模塊輸入與輸出電路的方框圖,圖1-70(b)所示為實物圖。

    說明:直流300V供電回路中,在實物圖上未顯示PTC電阻、室外機主控繼電器及濾波電感等元器件。
    1.輸入部分
    ①P、N:由濾波電容提供直流300V電壓,為模塊內部開關管供電,其中P端外接濾波電容正極,內接上橋3個IGBT開關管的集電極;N端外接濾波電容負極,內接下橋3個IGBT開關管的發射極。
    ②15V:由開關電源提供,為模塊內部控制電路供電。
    ③6路驅動信號:由室外機CPU提供,經模塊內部控制電路放大后,按順序驅動6個IGBT開關管的導通與截止。
    2.輸出部分
    ①U、V、W:上橋IGBT與下橋IGBT的中點,輸出與頻率成正比的模擬三相交流電,驅動壓縮機運行。
    ②FO(保護信號):當模塊內部控制電路檢測到過熱、過流、短路、15V電壓低4種故障時,輸出保護信號至室外機CPU。

    三、常見模塊形式及特點
    國產變頻空調器從問世到現在大約有10年的時間,在此期間出現了許多新改進的機型。模塊作為重要部件,也從最初只有模塊的功能,到集成CPU控制電路,再到目前常見的模塊控制電路一體化,經歷了很多技術上的改變。
    1.只具有功率模塊功能的模塊
    實物如圖1-71所示,代表有海信KFR-4001 GWBP、海信KFR-3 501 GWBP等機型,此類模塊多見于早期的交流變頻空調器。

    使用光耦傳遞6路驅動信號,直流15V電壓由室外機主板提供(分為單路15V供電和4路15V供電兩種)。模塊的常見型號為三菱PM20CTM060,可以稱其為第二代模塊,其最大負載電流20A P最高工作電壓600V,設有鋁制散熱片,目前己經停止生產。
    2.帶開關電源的模塊
    實物如圖1-72所示,代表有海信KFR-2601 GWBP、美的KFR-26GWBPY R等機型,此類模塊多見于早期的交流變頻空調器,在只有功率模塊功能的模塊板基礎上改進而來。

    該類模塊的模塊板增加了開關電源電路,次級輸出4路直流15V和1路直流12V兩種電壓:直流15V電壓直接供給模塊內部控制電路;直流12V電壓輸出至室外機主板7805穩壓塊,為室外機主板供電,室外機主板則不再設計開關電源電路。
    模塊的常見型號同樣為三菱PM20CTMO60,由于此類模塊已停止生產,而市場上還存在大量使用此類模塊的變頻空調器,為供應配件,目前有改進的模塊作為配件出現,如使用東芝或三洋的模塊,東芝型號為IPMPIG20J503L。
    3.集成CPU控制電路的模塊
    實物如圖1-73所示,代表有海信KFR-26GW/11BP等機型,此類模塊多見于目前生產的交流變頻空調器或直流變頻空調器。

    該類模塊的模塊板集成CPU控制電路,室外機電控系統的弱信號控制電路均在模塊板上處理和運行。室外機主板只是提供模塊板所必需的直流15V(模塊內部控制電路供電)、5V(室外機CPU和弱信號電路供電)電壓,以及傳遞通信信號、驅動繼電器等功能。
    該類模塊的生產廠家有三菱、三洋、飛兆等,可以稱其為第三代模塊,與使用三菱PM20CTM060系列的模塊相比,有著本質區別:一是6路信號為直接驅動,中間不再需要光耦,這也為集成CPU提供了必要的條件;二是成本較低,通常為非鋁制散熱片;三是模塊內部控制電路使用單電源直流15V供電;四是內部可以集成電流檢測電阻元件,與外圍元器件電路即可組成電流檢測電路。
    4.控制電路和模塊一體化的模塊
    實物如圖1-74所示,代表有美的KFR-35GWBP2DNIY H(3)、三菱重工KFR-35GW/AIBP等機型,此類模塊多見于目前生產的交流變頻空調器、直流變頻空調器及全直流變頻空調器,也是目前比較常見的一種類型,在集成CPU控制電路模塊的基礎上改進而來。
    模塊、室外CPU控制電路、弱信號處理電路、開關電源電路、濾波電容、硅橋、通信電路、PFC電路、繼電器驅動電路等,也就是說室外機電控系統的所有電路均集成在一塊電路板上,只需配上傳感器、濾波電感等少量外圍元器件即可以組成室外機電控系統。
    該模塊的生產廠家有三菱、三洋、飛兆等,可以稱其為第四代模塊,是目前最常見的控制類型,由于所有電路均集成在一塊電路板上,因此在出現故障后維修時也最簡單。
    四、分類
    根據CPU輸出6路驅動信號至模塊內部控制電路的過程,模塊可分為使用光耦耦合與直接驅動兩種。
    1.6路信號使用光耦耦合的模塊特點
    該類模塊的實物外觀如圖1-71和圖1-72所示。
    ①通常用于早期生產的交流變頻空調器。
    ②CPU輸出的6路信號經光耦耦合至模塊內部控制電路,模塊輸出的保護信號也是經光耦耦合至CPU,即CPU電路與模塊內部電路相互隔離。
    ③模塊與CPU控制電路通常設計在兩塊電路板上,使用排線連接。
    ④模塊內部控制電路使用的直流15V電壓通常為4路供電。
    ⑤模塊通常與開關電源電路設計在一塊電路板上。
    2. 6路信號直接驅動的模塊特點
    該類模塊的實物外觀如圖1-73和圖1-74所示。

    ①通常用于目前生產的交流變頻空調器或直流變頻空調器。
    ②CPU輸出的6路信號直接送至模塊內部控制電路,中間無光耦。
    ③模塊通常與CPU控制電路集成到一塊電路板上面。
    ④模塊內部控制電路使用的直流15V電壓通常為單路供電。
    ⑤體積更小,智能化程度更高,成本更低,且不易損壞(指模塊內部IGBT開關管不易損壞)。
    ⑥模塊內部集成電流檢測電路或外置模塊電流檢測電阻,只需外圍電路放大信號,即可輸送至CPU電流檢測引腳。

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