一、功率模塊原理與外形

功率模塊是變頻空調(diào)器電控系統(tǒng)中較重要的器件之一，也是故障率較高的一個器件。功率模塊將IGBT連同驅(qū)動電路和多種保護(hù)電路封裝在同一模塊內(nèi)，從而簡化了設(shè)計，提高了穩(wěn)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。

功率模塊可以簡單地看作電壓轉(zhuǎn)換器。室外機主板CPU輸出6路信號，經(jīng)功率模塊內(nèi)部驅(qū)動電路放大后控制IGBT幵關(guān)管的導(dǎo)通與截止，將直流300V電壓轉(zhuǎn)換成與頻率成正比的模擬三相交流電壓(交流30~220V、頻率15-120HZ),驅(qū)動壓縮機運行。三相交流電壓越高，壓縮機轉(zhuǎn)速和輸出功率(即制冷效果)越高；反之，三相交流電壓越低，壓縮機轉(zhuǎn)速和輸出功率(即制冷效果)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。

二、輸入與輸岀電路

1.輸入部分

①p、n：由濾波電容提供直流3oov電壓，為模塊內(nèi)部幵關(guān)管供電，其中p端外接濾波電 容正極，內(nèi)接上橋3個IGBT開關(guān)管的集電極；N端外接濾波電容負(fù)極，內(nèi)接下橋3個IGBT開關(guān) 管的發(fā)射極。

②15V:由幵關(guān)電源提供，為模塊內(nèi)部控制電路供電。

③ 6路驅(qū)動信號：由室外機CPU提供，經(jīng)模塊內(nèi)部控制電路放大后，按順序驅(qū)動6個 IGBT幵關(guān)管的導(dǎo)通與截止。

2.輸出部分

①u、v、w：上橋與下橋的中點，輸出與頻率成正比的模擬三相交流電，驅(qū)動壓縮機運行。

②FO (保護(hù)信號)：當(dāng)模塊內(nèi)部控制電路檢測到過熱、過電流、短路、15V電壓低4種故障時，輸出保護(hù)信號至室外機CPU。

說明：直流300V供電回路中，在實物圖上未顯示PTC電阻、室外機主控繼電器和濾波電感等元器件。

三、常見模塊形式和分類

根據(jù)CPU輸出6路驅(qū)動信號至模塊內(nèi)部控制電路的過程，模塊可分為使用光耦耦合與直接驅(qū)動兩種。

1、使用光耦耦合的模塊特點

① 通常用于早期生產(chǎn)的交流變頻空調(diào)器。

② CPU輸出的6路信號經(jīng)光耦耦合至模塊內(nèi)部控制電路，模塊輸出的保護(hù)信號也是經(jīng)光耦耦合至CPU,即CPU電路與模塊內(nèi)部電路相互隔離。

③ 模塊與CPU控制電路通常設(shè)計在兩塊電路板上，使用排線連接。

④ 模塊內(nèi)部控制電路使用的直流15V電壓通常為4路供電。

⑤ 模塊通常與幵關(guān)電源電路設(shè)計在一塊電路板上。

2、信號直接驅(qū)動的模塊特點

① 通常用于目前生產(chǎn)的交流變頻空調(diào)器或直流變頻空調(diào)器。

② CPU輸出的6路信號直接送至模塊內(nèi)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(nèi)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(nèi)部IGBT幵關(guān)管不易損壞)。

⑥ 模塊內(nèi)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。

3.只具有功率模塊功能的模塊

代表有海信KFR-4001GW/BP.海信KFR-3501GW/BP等機型，此類模塊多見于早期的交流變頻空調(diào)器。

使用光耦傳遞6路驅(qū)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(fù)載電流20A, 最高工作電壓600V,設(shè)有鋁制散熱片，目前已經(jīng)停止生產(chǎn)。

4.帶開關(guān)電源的模塊

代表有海信KFR-2601GW/BP、美的KFR-26GW/BPY-R等機型。此類模塊多見于早期的交流變頻空調(diào)器，在只有功率模塊功能的模塊板基礎(chǔ)上改進(jìn)而來。

該類模塊的模塊板增加了幵關(guān)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(nèi)部控制電路；直流12V電壓輸出至室外機主板7805穩(wěn)壓塊，為室外機主板供電，室外機主板則不再設(shè)計幵關(guān)電源電路。

模塊的常見型號同樣為三菱PM20CTM060,由于此類模塊已停止生產(chǎn)，而市場上還存在大量使用此類模塊的變頻空調(diào)器，為供應(yīng)配件，目前有改進(jìn)的模塊作為配件出現(xiàn)，如使用東芝或三洋的模塊，東芝型號為IPMPIG20J503L。

5.集成CPU控制電路的模塊

代表有海信KFR-26GW/11BP等機型，此類模塊多見于目前生產(chǎn)的交流變頻空調(diào)器或直流變頻空調(diào)器。

該類模塊的模塊板集成CPU控制電路、室外機電控系統(tǒng)的弱電信號控制電路。室外機主板只是提供模塊板所必需的直流15V(模塊內(nèi)部控制電路供電)、5V(室外機CPU和弱電信號控制電路供電)電壓，以及傳遞通信信號、驅(qū)動繼電器等功能。

該類模塊的生產(chǎn)廠家有三菱、三洋、飛兆等，可以稱其為第三代模塊，與三菱 PM20CTM060系列的模塊相比，有著本質(zhì)區(qū)別：

一是6路信號為直接驅(qū)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，通常采用非鋁制散熱片；

三是模塊內(nèi)部控制電路使用單電源直流15V供電；

四是內(nèi)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。

6.控制電路和模塊一體化的模塊

代表有美的KFR-35GW/BP2DN1Y-H (3),三菱重工KFR-35GW/AIBP等機型，此類模塊多見于目前生產(chǎn)的交流變頻空調(diào)器、直流變頻空調(diào)器和全直流變頻空調(diào)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(chǔ)上改進(jìn)而來。

模塊、室外機CPU控制電路、弱電信號處理電路、幵關(guān)電源電路、濾波電容、硅橋、通信電路、PFC電路、繼電器驅(qū)動電路等，也就是說室外機電控系統(tǒng)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(tǒng)。

該模塊的生產(chǎn)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(xiàn)故障后維修時也最簡單。

四、模塊測量方法

無論何種類型的模塊，使用萬用表測量時，內(nèi)部控制電路工作是否正常不能判斷，只能對內(nèi)部的6個幵關(guān)管做簡單的檢測。

從模塊內(nèi)部IGBT幵關(guān)管簡圖可知，萬用表顯示值實際為IGBT幵關(guān)管并聯(lián)6個續(xù)流二極管的測量結(jié)果，因此應(yīng)選擇二極管擋，且P、N、U、V、W端子之間應(yīng)符合二極管的特性。

1、測量P、N端子

測量過程相當(dāng)于D1和D2(或D3和D4、D5和D6)串聯(lián)測量。

紅表筆接P端、黑表筆接N端，為反向測量，結(jié)果為無窮大；紅表筆接N端、黑表筆接P端,為正向測量，結(jié)果為733mV。

如果正反向測量結(jié)果均為無窮大，為模塊P、N端子幵路；如果正反向測量接近0mV,為模塊P、N端子短路。

2、測量P與U、V, W端子

相當(dāng)于測量D1、D3, D5。

紅表筆接P端，黑表筆接U、V、W端，測量過程相當(dāng)于反向測量D1、D3、 D5, 3次結(jié)果相同，應(yīng)均為無窮大。

紅表筆接U、V、W端，黑表筆接P端，測量過程相當(dāng)于正向測量D1、D3、 D5, 3次結(jié)果相同，應(yīng)均為406mV.

如果反向測量或正向測量時P與U、V、W端結(jié)果接近OmV,則說明模塊P與U、P與V、P 與W端擊穿。實際損壞時有可能是P與U、P與V端正常，只有P與W端擊穿。

3、測量N與U、V、W端子

相當(dāng)于測量D2、D4、D6?

紅表筆接N端，黑表筆接U、V、W端，測量過程相當(dāng)于正向測量D2、D4、 D6, 3次結(jié)果相同，應(yīng)均為407mV。

紅表筆接U、V、W端，黑表筆接N端，測量過程相當(dāng)于反向測量D2、D4、 D6, 3次結(jié)果相同，應(yīng)均為無窮大。

如果反向測量或正向測量時，N與U、V、W端結(jié)果接近OmV,則說明模塊N與U、N與 V、N與W端擊穿。實際損壞時有可能是N與U、N與W端正常，只有N與V端擊穿。

4、測量U、V、W端子

由于模塊內(nèi)部無任何連接，U、V、W端子之間無論正反向測量，結(jié)果相 同，應(yīng)均為無窮大。如果結(jié)果接近0mV,則說明U與V、U與W、V與W端擊穿。實際維修時 U、V、W端之間擊穿損壞的概率較小。

五、測量注意事項

1、測量時應(yīng)將模塊上的P、N端子濾波電容供電引線，U、V、W端子壓縮機線圈引線全 部拔下。

2、上述測量方法使用數(shù)字萬用表。如果使用指針萬用表，選擇Rx1k擋，測量時紅、黑表筆所接端子與上述方法相反，得出的規(guī)律才會一致。

3、不同的模塊、不同的萬用表正向測量時得出的結(jié)果數(shù)值會不相同，但一定要符合內(nèi)部6個續(xù)流二極管連接特點所組成的規(guī)律。同一模塊、同一萬用表正向測量P與U、V、W端或N 與U、V、W端時，結(jié)果數(shù)值應(yīng)相同(如本次測量為406mV )。

4、P、N端子正向測量得出的結(jié)果數(shù)值應(yīng)大于P與U、V、W端或N與U、V、W端得出的數(shù)值。

5、測量模塊時不要死記得出的數(shù)值，要掌握規(guī)律。

6、模塊常見故障為P與N、P與U(或P與V、P與W )、N與U (或N與V、N與W )端子擊穿，其中P與N端子擊穿的比例最高。

7、純粹的模塊為一體化封裝，如內(nèi)部IGBT幵關(guān)管損壞，維修時只能更換整個模塊板組件。

8、模塊與控制基板(電路板)焊接在一起，如模塊內(nèi)部損壞，或電路板上的某個元器件損壞但檢査不出來，維修時也只能更換整個模塊板組件。

總結(jié)

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