車載電動空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動器的設(shè)計

蔡婷

摘要：本文介紹了車載電動空調(diào)現(xiàn)狀及發(fā)展前景，對空調(diào)的控制系統(tǒng)及驅(qū)動器的電路組成做簡要介紹，對關(guān)鍵電路防反接保護(hù)，輸入電壓檢測及逆變驅(qū)動電路設(shè)計做詳細(xì)介紹，驅(qū)動器通過實際驗證能夠達(dá)到安全可靠穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：車載空調(diào);驅(qū)動器;保護(hù);安全可靠

前言

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的興起和人們生活質(zhì)量的提高，人們對新能源汽車的可靠性、舒適性和節(jié)能環(huán)保等性能提出了更高的要求，而電動汽車空調(diào)的好壞是決定乘車舒適性的重要因素之一。電動空調(diào)壓縮機(jī)是電動空調(diào)系統(tǒng)的重要核心零部件。隨著新能源汽車的產(chǎn)業(yè)化，該產(chǎn)品的需求量會不斷上升，經(jīng)濟(jì)利潤空間大，擁有光明的市場前景。同電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)一樣，電動空調(diào)壓縮機(jī)也是用電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動;為其研究開發(fā)一款性能良好、運行平穩(wěn)、工作高效和安全可靠的驅(qū)動器控制系統(tǒng)非常重要[1]。

家用及商用空調(diào)市場上驅(qū)動控制已經(jīng)相對成熟，但是對于車載空調(diào)市場，由于掌握成熟方案的國內(nèi)大廠家沒有參與及車載空調(diào)用驅(qū)動器低電壓大電流的特性，導(dǎo)致仍處在發(fā)展階段，現(xiàn)有市場產(chǎn)品在不斷改進(jìn)和更新[2]。

1 驅(qū)動器設(shè)計與實現(xiàn)

車載壓縮機(jī)驅(qū)動器是空調(diào)系統(tǒng)外機(jī)的控制器，是車載空調(diào)整體控制最關(guān)鍵的一部分，以下從車載控制系統(tǒng)，驅(qū)動器整體介紹到防反接保護(hù)，電壓檢測電路設(shè)計及驅(qū)動電路做了詳盡的介紹。

2 車載空調(diào)控制系統(tǒng)

車載空調(diào)的控制系統(tǒng)由直流電源（電池），壓縮機(jī)驅(qū)動器，空調(diào)控制器組成，空調(diào)控制器控制車內(nèi)出風(fēng)角度，蒸發(fā)器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，設(shè)定溫度及顯示，進(jìn)行溫度判斷從而給出驅(qū)動器壓縮機(jī)及冷凝器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速信息等;壓縮機(jī)驅(qū)動器包含壓縮機(jī)的變頻驅(qū)動模塊及冷凝器風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速驅(qū)動調(diào)速模塊，環(huán)境溫度檢測及壓縮機(jī)排氣溫度檢測[3]。車載空調(diào)控制系統(tǒng)如圖一所示：

3 驅(qū)動器整體介紹

驅(qū)動器最主要的部分就是逆變驅(qū)動電路，壓縮機(jī)驅(qū)動的核心電路。除此之外，還包含單片機(jī)最小系統(tǒng)，輸入電源檢測電路（經(jīng)過檢測判定是否進(jìn)行過壓保護(hù)及欠壓保護(hù)），防反接保護(hù)電路（防止輸入電源線的正負(fù)極接反損傷驅(qū)動器），過流保護(hù)電路（過載等異常情況下對驅(qū)動器降頻或保護(hù)停機(jī)），定子電流檢測電路（保證可靠穩(wěn)定運行），環(huán)境溫度檢測（用于溫度控制邏輯）及排氣溫度檢測電路（用于壓縮機(jī)保護(hù)），通信電路（與空調(diào)控制器通信，接收運行轉(zhuǎn)速及啟停機(jī)信號，向內(nèi)機(jī)發(fā)送報警故障信號）。

4 防反接保護(hù)電路設(shè)計

車載空調(diào)使用的電源是直流24V電池，由于在安裝時接線反向不能實現(xiàn)功能還可能損壞電路，因此輸入電源防反接保護(hù)是很有必要的。因為達(dá)到需求冷量的情況下功率較高，電流較大，因此設(shè)計中要考慮壓降及功耗問題。MOS管型防反接保護(hù)電路利用了MOS管的開關(guān)特性，控制電路的導(dǎo)通和斷開來設(shè)計防反接保護(hù)電路，由于功率MOS管的內(nèi)阻很小，現(xiàn)在 MOSFET Rds（on）已經(jīng)能夠做到毫歐級，解決了現(xiàn)有采用二極管電源防反接方案存在的壓降和功耗過大的問題。

N溝道MOS管通過S管腳和D管腳串接于電源和負(fù)載之間，電阻R1為MOS管提供電壓偏置，利用MOS管的開關(guān)特性控制電路的導(dǎo)通和斷開，從而防止電源反接給負(fù)載帶來損壞。正接時候，R1提供VGS電壓，MOS飽和導(dǎo)通。反接的時候MOS不能導(dǎo)通，所以起到防反接作用。D1為穩(wěn)壓管防止柵源電壓過高擊穿mos管。

5 電壓檢測電路設(shè)計

由于車載空調(diào)用的電池不是穩(wěn)壓電源，電壓會有高于24V的波動，隨著電池的消耗，電壓也會降低，因此為了保證驅(qū)動器可以穩(wěn)定可靠地輸出，監(jiān)測電池的電壓很有必要，在電壓過高或者電壓很低的時候都要進(jìn)行驅(qū)動器停止輸出保護(hù)，待電壓在可靠范圍內(nèi)再次啟動。在空調(diào)系統(tǒng)的控制中一般在電壓幾次檢測過高或者過低后才會進(jìn)行故障鎖定，只有當(dāng)故障進(jìn)行軟件清除或重新上電后才能正常工作。在高低壓保護(hù)中要考慮到電池的特性及電源到驅(qū)動器的壓降，從而設(shè)定合適的保護(hù)電壓值。驅(qū)動器的輸入電壓監(jiān)測電路如圖三所示，電阻和電容組成低通濾波器。

6 逆變驅(qū)動電路設(shè)計

車載空調(diào)的驅(qū)動器最核心的就是逆變驅(qū)動電路，為了達(dá)到要求的冷量，壓縮機(jī)功率需求較高，在低電源電壓的情況下運行電流會很大，一般電流在30A左右，過載情況下電流能夠達(dá)到45A左右。為了滿足驅(qū)動器在大電流下安全可靠的運行，逆變驅(qū)動電路采用大電流的MOS管并聯(lián)驅(qū)動，解決了過載情況大電流容易引起器件擊穿或發(fā)熱嚴(yán)重的問題。同時在設(shè)計中，MOS管處加溫度傳感器，當(dāng)MOS管在環(huán)境溫度較高、負(fù)荷較大電流較大導(dǎo)致溫升過高時進(jìn)行保護(hù)。溫度保護(hù)分為過溫告警及過溫保護(hù)，當(dāng)達(dá)到過溫告警條件時，首先進(jìn)行降頻處理以降低電流，減小溫升，當(dāng)溫度持續(xù)升高或者直接出現(xiàn)過大溫升則直接進(jìn)行過溫保護(hù)，停止壓縮機(jī)輸出，直到MOS管溫度達(dá)到恢復(fù)啟動溫度值重新啟動。

在實際PCB布板時，也要考慮大電流的安全可靠運行，采用大面積鋪銅并加銅條，保證了逆變驅(qū)動器在大電流下的發(fā)熱不會過高，也減小了驅(qū)動器的面積。

7 結(jié)論

車載電動空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動器最大的特點是，相較于家用空調(diào)驅(qū)動器而言電源電壓低，電流較大。為了驅(qū)動器能夠安全可靠的運行，不僅要驅(qū)動壓縮機(jī)穩(wěn)定運行，還需要齊全的保護(hù)考慮，如防反接保護(hù)，排氣溫度檢測及通過輸入電源電壓檢測進(jìn)行過壓及欠壓保護(hù)，為了驅(qū)動器防止在運行中出現(xiàn)誤動作及頻繁的關(guān)停機(jī)，還進(jìn)行完善的告警及保護(hù)邏輯，通過以上設(shè)計可以實現(xiàn)系統(tǒng)對驅(qū)動器的功能要求，經(jīng)過實際驗證滿足使用需求。

參考文獻(xiàn)

[1] 孫云，楊學(xué)平，蔣超宇，薛秀麗，新能源汽車電動空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動器設(shè)計研究，[J]，新技術(shù)新工藝，2017

[2] 李娜，駐車空調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，[J]科學(xué)與技術(shù)，2018.11

[3] 曹愛強(qiáng)，新能源汽車電動空調(diào)控制系統(tǒng)及其實現(xiàn)研究[D].上海同濟(jì)大學(xué)，2008