刘畅

摘 要：对一种汽车空调压缩机的故障进行测试，分析故障产生的原因。对类似产品质量司法鉴定具有一定借鉴意义。

关键词：压缩机；驱动器；MCU；CAN；PCB

一、前言

2016年某压缩机厂联合某电子研究所，共同开发汽车空调压缩机。电子研究所负责研制压缩机中的驱动器部分。2017年4月，压缩机厂家向汽车厂家交付产品后压缩机出现批量不转现象，因不良率高，已安装的39台压缩机及尚未装车的三千台压缩机被一并退回。压缩机厂和电子研究所因故障原因分歧引发诉讼。2018年5月法院委托我司对压缩机故障原因进行鉴定。

我司对压缩机进行了勘查取样。从退回的39台压缩机中随机抽取5台（机壳标识编号T1～T5），带回公司测试分析。

二、样品测试与技术分析

涉案压缩机为一体式直流无刷变频电动涡旋空调压缩机。由电机压缩机总成和驱动器组成。电机压缩机总成由压缩机厂家制造；驱动器总成中的PCB电路板由电子研究所制造，驱动器的其它零件由电子研究所供图，压缩机厂家制造。为便于描述下文将带有驱动器的电机压缩机总成表述为压缩机总成，拆除驱动器的电机压缩机总成表述为压缩机。

1.T1～T5测试分析

1）外观

压缩机总成外观完整，未见异常。驱动器与压缩机之间结合紧密。

2）CAN通讯

T1、T2、T3、T4 CAN通讯正常；T5 通讯无反应。

3）运转测试

T1运转正常；T2、T3和T4不转；T5因CAN通讯故障无法运转。T2、T3和T4故障现象相同，在松开驱动器与压缩机之间的固定螺钉后可运转，紧固螺钉之后压缩机停转。

互换驱动器与压缩机的组合，仍有以上现象。显然拧紧螺钉前后压缩机或驱动器的工作状态发生了变化。

将T5压缩机总成的驱动器更换为T2驱动器（不拧紧螺钉）测试，运转正常。

4）故障判别

拧紧螺钉时因受力可能发生形变的零部件包括压缩机壳体、驱动器外壳和驱动器与压缩机接触的驱动器底板（MOSFET散热板）。三者比较，驱动器底板仅靠三条固定臂与驱动器盖板连接，强度明显弱于压缩机壳体和驱动器盖板。拧紧螺钉时变形最大的应是驱动器底板。

为了证实上述判断，将螺钉拧紧之后不转的压缩机总成的驱动器与压缩机之间的联线断开并引出，在不松开螺钉的条件下与另一台压缩机和另一台驱动器进行交叉互换试验，测试结果见表1。

测试证实是驱动器不能驱动压缩机。

5）驱动器受力后状态

取出压缩机与驱动器间的密封垫圈，将驱动器与压缩机紧密贴合但是不上螺钉，驱动器盖板与压缩机壳体之间的间隙在靠压缩机冷媒接口侧的间隙在0.6mm左右，另一侧无明显间隙。因旋松螺钉之前没有间隙，可认为这是由驱动器底板在紧固力消除后的回弹造成，旋紧螺钉时驱动器底板受力产生了形变。

驱动器底板为近似正方形，三条边各有一条支撑臂固定在驱动器盖板上，另一条边没有支撑臂。三条支撑臂中两条纵向臂较长，位于驱动器底板中心线附近；横向支撑臂较短，当驱动器底板受力时，驱动器底板较短支撑臂变形最小，纵向分布的较长臂变形较大。驱动器底板在没有固定臂的一侧产生较大位移。驱动器底板有另外三条固定臂用来固定PCB。由于PCB的强度比驱动器底板低，当驱动器底板发生变形时，三条固定臂将力传递给PCB，使PCB变形，安装在PCB上的元器件焊点上产生应力，应力超过焊点强度时会使元器件脱焊，造成驱动器故障。

6）通过电路分析和检测确定电路故障

根据驱动器电气原理图，驱动器主要由电源变换、MCU、CAN通讯和三路功率输出部分构成。逐渐拧紧螺钉，直至驱动器不能驱动电机转动时，电机瞬间停转，无异常声响或振动，VB（108V外部供电）电流为零，驱动器的CAN通讯显示信息正常。这说明此时功率驱动电路输出中断，MCU与CAN电路相关的供电VCC3V3、VCC5V_O正常。由于三路功率驱动电路同时发生故障的概率极小，很可能是它们共用的VCC15V_H电源出现故障。由原理图知，MCU工作所需的VCC3V3的供电源自VCC5V和VCC5V_H的“或”。其中VCC5V源自外部12V电源；VCC5V_H源自VCC15V_H，VCC15V_H又源自外部VB电源。测试先断开12V供电，即切断VCC5V，发现压缩机停转时MCU停止工作，证实是VCC15V_H故障导致电机停转。

7）确定VCC15V_H故障在PCB板上的位置

查看PCB布局图，VCC15V_H电源相关元器件位于驱动器底板中一条固定臂的下方。该处PCB开有分隔槽，且与臂端部有一个结合点。当该结合点的PCB受到固定 臂作用力产生形变时，分隔槽会阻断PCB变形的传递，分隔槽两侧之间距离发生变化。当力大小超出表面贴装元器件焊点所能承受的拉力，将导致跨焊在分隔槽上的二极管或线圈脱焊，引起VCC15V_H电源故障。松开螺钉后，外力消除，断开的焊点在回弹力的作用下重新贴合，VCC15V_H电源恢复正常。为了验证上述判断的正确性，进行以下试验。试验结果证实了上述判断。

对T2、T3和T4，在VCC15V_H电源上方固定臂与PCB的结合点施加压力，均重复故障现象。

切断T3驱动器底板的VCC15V_H电源上方固定臂，阻断力的传递，T3压缩机总成的故障即消除，不論螺钉处于松开或紧固状态，T3压缩机总成都不再出现停转。

8）T5 CAN通讯故障分析

CAN通讯电路的主要器件是CAN总线收发器和光耦。它们都用到VCC5V_O；光耦还要用到VCC3V3。正常的驱动器连接CAN-12V插头之后LED会发出闪光，MCU工作指示灯亮起。观察T5驱动器LED，连接CAN-12V插头后不发光。但是连接VB之后LED正常单次闪烁。由于MCU使用的VCC3V3来自VCC5V和VCC5V_H的“或”，上述现象说明VCC5V_H（来自VB）正常，VCC5V（来自12V）异常。检查VCC5V有关电路元器件，发现VCC5V输入端有明显烧灼痕迹。测量输入端端电压为12V，输出端端电压（VCC5V）为0V。

2.检测结果归纳分析

1）压缩机总成T1可以转动，被列为故障压缩机原因不明。

2）压缩机总成T2、T3和T4在驱动器固定螺钉松开前不转，松开后转。原因是驱动器底板与压缩机之间的配合尺寸和结构设计缺陷导致PCB上的元器件受力脱焊。

3）压缩机总成T5不转的原因是驱动器VCC5V电路输入端元件烧坏。原因难以明确判断。

三、测试结论

压缩机与驱动器底板之间的过盈配合产生的应力和控制器底板结构缺陷共同作用使PCB产生形变，导致PCB上的元器件脱焊。驱动器底板移位对PCB产生的影响不局限于上述测试过程中已发现的故障元器件，在应力的长期作用下还可能导致PCB板上的其它元件脱焊；同时驱动器底板移位还可能加大其与压缩机之间的热阻，影响MOSFET的散热。总之该压缩机控制器存在故障隐患。

参考文献：

[1] 涡旋压缩机理论机构模型[J].刘振全，杜桂荣.机械工程学报.1999（02）

[2] 汽车空调压缩机及控制系统常见故障检修[J].罗礼培.汽车维修.2012（12）

（作者单位：南京海天检测有限公司）