变频空调功率模块工作原理与故障检测

一、功率模块原理与外形

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。功率模块将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。

功率模块可以简单地看作电压转换器。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幵关管的导通与截止，将直流300V电压转换成与频率成正比的模拟三相交流电压（交流30~220V、频率15-120HZ）,驱动压缩机运行。三相交流电压越高，压缩机转速和输出功率（即制冷效果）越高；反之，三相交流电压越低，压缩机转速和输出功率（即制冷效果）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。

二、输入与输岀电路

1.输入部分

①p、n：由滤波电容提供直流3oov电压，为模块内部幵关管供电，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:由幵关电源提供，为模块内部控制电路供电。

③ 6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幵关管的导通与截止。

2.输出部分

①u、v、w：上桥与下桥的中点，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、过电流、短路、15V电压低4种故障时，输出保护信号至室外机CPU。

说明：直流300V供电回路中，在实物图上未显示PTC电阻、室外机主控继电器和滤波电感等元器件。

三、常见模块形式和分类

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、使用光耦耦合的模块特点

① 通常用于早期生产的交流变频空调器。

② CPU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 模块通常与幵关电源电路设计在一块电路板上。

2、信号直接驱动的模块特点

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。

② CPU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幵关管不易损坏）。

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。

3.只具有功率模块功能的模块

代表有海信KFR-4001GW/BP.海信KFR-3501GW/BP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, 最高工作电压600V,设有铝制散热片，目前已经停止生产。

4.带开关电源的模块

代表有海信KFR-2601GW/BP、美的KFR-26GW/BPY-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幵关电源电路，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幵关电源电路。

模块的常见型号同样为三菱PM20CTM060,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。

5.集成CPU控制电路的模块

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电信号控制电路。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和弱电信号控制电路供电）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，通常采用非铝制散热片；

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。

6.控制电路和模块一体化的模块

代表有美的KFR-35GW/BP2DN1Y-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、直流变频空调器和全直流变频空调器，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、室外机CPU控制电路、弱电信号处理电路、幵关电源电路、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、模块测量方法

无论何种类型的模块，使用万用表测量时，内部控制电路工作是否正常不能判断，只能对内部的6个幵关管做简单的检测。

从模块内部IGBT幵关管简图可知，万用表显示值实际为IGBT幵关管并联6个续流二极管的测量结果，因此应选择二极管挡，且P、N、U、V、W端子之间应符合二极管的特性。

1、测量P、N端子

测量过程相当于D1和D2（或D3和D4、D5和D6）串联测量。

红表笔接P端、黑表笔接N端，为反向测量，结果为无穷大；红表笔接N端、黑表笔接P端,为正向测量，结果为733mV。

如果正反向测量结果均为无穷大，为模块P、N端子幵路；如果正反向测量接近0mV,为模块P、N端子短路。

2、测量P与U、V, W端子

相当于测量D1、D3, D5。

红表笔接P端，黑表笔接U、V、W端，测量过程相当于反向测量D1、D3、 D5, 3次结果相同，应均为无穷大。

红表笔接U、V、W端，黑表笔接P端，测量过程相当于正向测量D1、D3、 D5, 3次结果相同，应均为406mV.

如果反向测量或正向测量时P与U、V、W端结果接近OmV,则说明模块P与U、P与V、P 与W端击穿。实际损坏时有可能是P与U、P与V端正常，只有P与W端击穿。

3、测量N与U、V、W端子

相当于测量D2、D4、D6„

红表笔接N端，黑表笔接U、V、W端，测量过程相当于正向测量D2、D4、 D6, 3次结果相同，应均为407mV。

红表笔接U、V、W端，黑表笔接N端，测量过程相当于反向测量D2、D4、 D6, 3次结果相同，应均为无穷大。

如果反向测量或正向测量时，N与U、V、W端结果接近OmV,则说明模块N与U、N与 V、N与W端击穿。实际损坏时有可能是N与U、N与W端正常，只有N与V端击穿。

4、测量U、V、W端子

由于模块内部无任何连接，U、V、W端子之间无论正反向测量，结果相 同，应均为无穷大。如果结果接近0mV,则说明U与V、U与W、V与W端击穿。实际维修时 U、V、W端之间击穿损坏的概率较小。

五、测量注意事项

1、测量时应将模块上的P、N端子滤波电容供电引线，U、V、W端子压缩机线圈引线全 部拔下。

2、上述测量方法使用数字万用表。如果使用指针万用表，选择Rx1k挡，测量时红、黑表笔所接端子与上述方法相反，得出的规律才会一致。

3、不同的模块、不同的万用表正向测量时得出的结果数值会不相同，但一定要符合内部6个续流二极管连接特点所组成的规律。同一模块、同一万用表正向测量P与U、V、W端或N 与U、V、W端时，结果数值应相同（如本次测量为406mV ）。

4、P、N端子正向测量得出的结果数值应大于P与U、V、W端或N与U、V、W端得出的数值。

5、测量模块时不要死记得出的数值，要掌握规律。

6、模块常见故障为P与N、P与U（或P与V、P与W ）、N与U （或N与V、N与W ）端子击穿，其中P与N端子击穿的比例最高。

7、纯粹的模块为一体化封装，如内部IGBT幵关管损坏，维修时只能更换整个模块板组件。

8、模块与控制基板（电路板）焊接在一起，如模块内部损坏，或电路板上的某个元器件损坏但检査不出来，维修时也只能更换整个模块板组件。