摘要： 以智能功率模塊SPM FSAM50SM60A為核心，設計壓縮機驅動系統。重點描述了自舉電路、短路保護電路和過載電路的設計。

關鍵詞： SPM；  短路保護；  自舉電路

引言

隨著變頻空調的發展，壓縮機的驅動問題越來越突出，目前市場上的變頻空調一般功率較小，但是在一些壓縮機生產廠家，為了測試壓縮機的性能，要求變頻器的功率大、運行頻率高。功率的提高主要取決于逆變模塊，而運行頻率的提高取決于模塊所能承受的最高載波頻率，這樣逆變模塊的選取成為關鍵。

考慮到安裝的方便和成本等因素，選取Fairchild公司的二代SPM  FSAM50SM60A(智能功率模塊)，它具有超薄、高性能、高效率的特點[1]。本文圍繞FSAM50SM60A 在壓縮機變頻控制器中的應用設計，重點介紹了自舉電路、短路保護電路和過載電路的設計。
　　
壓縮機變頻控制器驅動系統

本文介紹的壓縮機變頻控制器驅動系統工作在220VAC，50Hz，功率5000W,輸出頻率30—240Hz，主要用于壓縮機的性能測試。系統構成如圖1所示。

圖1  控制系統框圖

反電勢采樣電路：系統在運轉過程中，需要形成速度閉環，但是由于壓縮機沒有位置傳感器，因此需要從壓縮機三相端電壓推算壓縮機的轉子位置，實時計算壓縮機的運轉速度，為換向提供依據。壓縮機的三個繞組端電壓和直流母線電壓經過分壓直接送入單片機的A/D轉換部分進行采樣。R1，R2，R3，R4，R5，R6用于對三相繞組電壓進行分壓衰減，為了保持準確性，最好用高精度的電阻。R7，R8對于直流母線電壓進行分壓衰減。為了抗干擾，采樣信號在送入單片機的A/D口時需要加一級RC濾波電路，為了在啟動時能夠準確檢測到反電勢，RC的選取需要非常的小心，不要對反電勢造成過度衰減。

驅動電路：由于單片機的驅動能力有限，為了可靠運行，選用一片同相驅動IC和RC電路組成，能夠可靠的開通和關斷SPM內部的IGBT。RC用于去除驅動線路上的振蕩。

功率電路：主要由SPM及其供電電路組成，用于驅動壓縮機。本設計選用的Fairchild SPM具有自舉功能，電源只需要供給單路15V即可。
　　
FSAM50SM60A

FSAM50SM60A是Fairchild公司的最新SPM(智能功率模塊)，用于三相電機驅動。具有超薄、低成本、高性能和高可靠性的特點。主要用于中速小功率變頻驅動，比如空調等。SPM由32個引腳，按照功能可以分為四大類：驅動信號輸入，三相輸出，故障保護和電源供電，各個引腳的詳細功能請參考Fairchild公司的技術資料[2]。模塊內部集成了優化的保護電路和IGBT驅動電路。上橋臂由3只普通的IGBT組成，下橋臂由3只Sense —IGBT組成。內部還集成了3個HVIC，1個LVIC和1個熱敏電阻[2]。
HVIC的開關頻率在數KHz范圍，能夠防止同一相的上下橋臂同時導通，具有較好的電壓變化率兼容性(尤其是在感性負載時)，功耗低，耐壓大于600V[4]。 HVIC的集成，使模塊可以與控制芯片直接接口，不需要光耦隔離，這為電路設計提供了方便，也減小了模塊尺寸[1]。

Sense —IGBT的檢測精確度高(誤差小于8%)，故障結束后能夠自復位，成本低，體積小。SPM中的Sense —IGBT能夠實時監測IGBT中的電流，這為系統短路保護電路的設計提供了方便，而且降低了成本 [4]。通過調整與Sense —IGBT串聯的電阻的阻值，可以改變電流保護限值。模塊采用DBC技術，漏電流很小；典型開關頻率5KHz[2]。

熱敏電阻的集成使保護電路更加完善，運行更加可靠 。
　　
系統設計

短路保護電路

SPM提供了兩種主要的保護功能，即控制電壓欠壓保護和短路電流保護。當控制電壓低于欠壓檢測電平時，內部柵極驅動信號被阻斷，并產生故障輸出信號。當控制電壓高于欠壓復位電平時，故障輸出信號變為高電平，故障消除，模塊又可以按照系統設定的指令運轉。模塊的LVIC通過監視檢測電壓來監測下橋臂的集電極電流。一旦發生短路，模塊關斷內部的柵極驅動信號并送出故障信號。這種電流監測方法不僅簡單，而且成本低廉。在高于額定電流的15%的范圍內，Sense —IGBT具有很好的線性特性。

模塊內部設有短路保護電路，觸發電壓VSC(ref)=0.51V，當VSC引腳的電壓達到0.51V，內部保護電路觸發，自動關斷六路波，同時VFO向單片機輸出故障信號。根據保護電流的不同，R3可以選擇不同的值，但是R3的選取和R4有關，在同一保護電流下，當R4大時，R3小，但是二者不具有線性關系[2]。

圖2為系統瞬時短路保護電路。虛線內部是模塊內部的一部分，只給出U相下橋臂的驅動和保護原理。實際情況是U，V，W相的下橋臂在G點會合，通過R4流入電源地線。瞬時短路保護的外電路由R1，R2，R3，C1，C2 組成。

圖2  短路保護電路 

R2，C2決定短路電流故障在引腳持續的時間，一般要求R2