第六节 功率模块
    功率模块是变频空调器电控系统中较重要的器件之一，也是故障率较高的一个器件，属于电控系统特殊器件之一，本应归纳到本章第5节，但由于知识点较多，因此单设一节进行详细说明。
    一、基础知识
    1．作用
    功率模块可以简单地看作是电压转换器。室外机主板CPU输出6路信号，经功率模块内部驱动电路放大后控制IGBT开关管的导通与截止，将直流300V电压转换成与频率成正比的模拟三相交流电（交流30～220V、频率15～120Hz），驱动压缩机运行。
    三相交流电压越高，压缩机转速及输出功率（即制冷效果）也越高；反之，三相交流电压越低，压缩机转速及输出功率（即制冷效果）也就越低。三相交流电压的高低由室外机CPU输出的6路信号决定。
    2．功率模块实物外观
    严格意义的功率模块如图1-67所示，它是一种智能模块，将IGBT连同驱动电路和多种保护电路封装在同一模块内，从而简化了设计，提高了稳定性。功率模块只有固定在外围电路的控制基板上，才能组成模块板组件。

    3．功率模块组成
    在实际应用中，功率模块通常与控制基板组合在一起。如三菱一种型号为PM20CTM60的功率模块，与带开关电源功能的控制基板组合，如图1-68所示，即组成带开关电源功能的功率模块板组件。

    本书所称的“模块”，就是由功率模块和控制基板组合而成的模块板组件。
    4．固定位置
由于模块工作时产生很高的热量，因此设有面积较大的铝制散热片，并固定在上面，中间有绝缘垫片（实物如图1-69所示），设计在室外机电控盒里侧，室外风扇运行时带走铝制散热片表面的热量，间接为模块散热。

    二、输入与输出电路
    图1-70（a）所示为模块输入与输出电路的方框图，图1-70（b）所示为实物图。

    说明：直流300V供电回路中，在实物图上未显示PTC电阻、室外机主控继电器及滤波电感等元器件。
    1．输入部分
    ①P、N：由滤波电容提供直流300V电压，为模块内部开关管供电，其中P端外接滤波电容正极，内接上桥3个IGBT开关管的集电极；N端外接滤波电容负极，内接下桥3个IGBT开关管的发射极。
    ②15V：由开关电源提供，为模块内部控制电路供电。
    ③6路驱动信号：由室外机CPU提供，经模块内部控制电路放大后，按顺序驱动6个IGBT开关管的导通与截止。
    2．输出部分
    ①U、V、W：上桥IGBT与下桥IGBT的中点，输出与频率成正比的模拟三相交流电，驱动压缩机运行。
    ②FO（保护信号）：当模块内部控制电路检测到过热、过流、短路、15V电压低4种故障时，输出保护信号至室外机CPU。

    三、常见模块形式及特点
    国产变频空调器从问世到现在大约有10年的时间，在此期间出现了许多新改进的机型。模块作为重要部件，也从最初只有模块的功能，到集成CPU控制电路，再到目前常见的模块控制电路一体化，经历了很多技术上的改变。
    1．只具有功率模块功能的模块
    实物如图1-71所示，代表有海信KFR-4001 GWBP、海信KFR-3 501 GWBP等机型，此类模块多见于早期的交流变频空调器。

    使用光耦传递6路驱动信号，直流15V电压由室外机主板提供（分为单路15V供电和4路15V供电两种）。模块的常见型号为三菱PM20CTM060，可以称其为第二代模块，其最大负载电流20A P最高工作电压600V，设有铝制散热片，目前己经停止生产。
    2．带开关电源的模块
    实物如图1-72所示，代表有海信KFR-2601 GWBP、美的KFR-26GWBPY R等机型，此类模块多见于早期的交流变频空调器，在只有功率模块功能的模块板基础上改进而来。

    该类模块的模块板增加了开关电源电路，次级输出4路直流15V和1路直流12V两种电压：直流15V电压直接供给模块内部控制电路；直流12V电压输出至室外机主板7805稳压块，为室外机主板供电，室外机主板则不再设计开关电源电路。
    模块的常见型号同样为三菱PM20CTMO60，由于此类模块已停止生产，而市场上还存在大量使用此类模块的变频空调器，为供应配件，目前有改进的模块作为配件出现，如使用东芝或三洋的模块，东芝型号为IPMPIG20J503L。
    3．集成CPU控制电路的模块
    实物如图1-73所示，代表有海信KFR-26GW/11BP等机型，此类模块多见于目前生产的交流变频空调器或直流变频空调器。

    该类模块的模块板集成CPU控制电路，室外机电控系统的弱信号控制电路均在模块板上处理和运行。室外机主板只是提供模块板所必需的直流15V（模块内部控制电路供电）、5V（室外机CPU和弱信号电路供电）电压，以及传递通信信号、驱动继电器等功能。
    该类模块的生产厂家有三菱、三洋、飞兆等，可以称其为第三代模块，与使用三菱PM20CTM060系列的模块相比，有着本质区别：一是6路信号为直接驱动，中间不再需要光耦，这也为集成CPU提供了必要的条件；二是成本较低，通常为非铝制散热片；三是模块内部控制电路使用单电源直流15V供电；四是内部可以集成电流检测电阻元件，与外围元器件电路即可组成电流检测电路。
    4．控制电路和模块一体化的模块
    实物如图1-74所示，代表有美的KFR-35GWBP2DNIY H（3）、三菱重工KFR-35GW/AIBP等机型，此类模块多见于目前生产的交流变频空调器、直流变频空调器及全直流变频空调器，也是目前比较常见的一种类型，在集成CPU控制电路模块的基础上改进而来。
    模块、室外CPU控制电路、弱信号处理电路、开关电源电路、滤波电容、硅桥、通信电路、PFC电路、继电器驱动电路等，也就是说室外机电控系统的所有电路均集成在一块电路板上，只需配上传感器、滤波电感等少量外围元器件即可以组成室外机电控系统。
    该模块的生产厂家有三菱、三洋、飞兆等，可以称其为第四代模块，是目前最常见的控制类型，由于所有电路均集成在一块电路板上，因此在出现故障后维修时也最简单。
    四、分类
    根据CPU输出6路驱动信号至模块内部控制电路的过程，模块可分为使用光耦耦合与直接驱动两种。
    1．6路信号使用光耦耦合的模块特点
    该类模块的实物外观如图1-71和图1-72所示。
    ①通常用于早期生产的交流变频空调器。
    ②CPU输出的6路信号经光耦耦合至模块内部控制电路，模块输出的保护信号也是经光耦耦合至CPU，即CPU电路与模块内部电路相互隔离。
    ③模块与CPU控制电路通常设计在两块电路板上，使用排线连接。
    ④模块内部控制电路使用的直流15V电压通常为4路供电。
    ⑤模块通常与开关电源电路设计在一块电路板上。
    2. 6路信号直接驱动的模块特点
    该类模块的实物外观如图1-73和图1-74所示。

    ①通常用于目前生产的交流变频空调器或直流变频空调器。
    ②CPU输出的6路信号直接送至模块内部控制电路，中间无光耦。
    ③模块通常与CPU控制电路集成到一块电路板上面。
    ④模块内部控制电路使用的直流15V电压通常为单路供电。
    ⑤体积更小，智能化程度更高，成本更低，且不易损坏（指模块内部IGBT开关管不易损坏）。
    ⑥模块内部集成电流检测电路或外置模块电流检测电阻，只需外围电路放大信号，即可输送至CPU电流检测引脚。

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