蔡婷

摘要：本文介绍了车载电动空调现状及发展前景，对空调的控制系统及驱动器的电路组成做简要介绍，对关键电路防反接保护，输入电压检测及逆变驱动电路设计做详细介绍，驱动器通过实际验证能够达到安全可靠稳定运行。

关键词：车载空调;驱动器;保护;安全可靠

前言

随着新能源汽车产业的兴起和人们生活质量的提高，人们对新能源汽车的可靠性、舒适性和节能环保等性能提出了更高的要求，而电动汽车空调的好坏是决定乘车舒适性的重要因素之一。电动空调压缩机是电动空调系统的重要核心零部件。随着新能源汽车的产业化，该产品的需求量会不断上升，经济利润空间大，拥有光明的市场前景。同电动汽车驱动系统一样，电动空调压缩机也是用电动机进行驱动;为其研究开发一款性能良好、运行平稳、工作高效和安全可靠的驱动器控制系统非常重要[1]。

家用及商用空调市场上驱动控制已经相对成熟，但是对于车载空调市场，由于掌握成熟方案的国内大厂家没有参与及车载空调用驱动器低电压大电流的特性，导致仍处在发展阶段，现有市场产品在不断改进和更新[2]。

1 驱动器设计与实现

车载压缩机驱动器是空调系统外机的控制器，是车载空调整体控制最关键的一部分，以下从车载控制系统，驱动器整体介绍到防反接保护，电压检测电路设计及驱动电路做了详尽的介绍。

2 车载空调控制系统

车载空调的控制系统由直流电源（电池），压缩机驱动器，空调控制器组成，空调控制器控制车内出风角度，蒸发器风机转速，设定温度及显示，进行温度判断从而给出驱动器压缩机及冷凝器风机转速信息等;压缩机驱动器包含压缩机的变频驱动模块及冷凝器风机转速驱动调速模块，环境温度检测及压缩机排气温度检测[3]。车载空调控制系统如图一所示：

3 驱动器整体介绍

驱动器最主要的部分就是逆变驱动电路，压缩机驱动的核心电路。除此之外，还包含单片机最小系统，输入电源检测电路（经过检测判定是否进行过压保护及欠压保护），防反接保护电路（防止输入电源线的正负极接反损伤驱动器），过流保护电路（过载等异常情况下对驱动器降频或保护停机），定子电流检测电路（保证可靠稳定运行），环境温度检测（用于温度控制逻辑）及排气温度检测电路（用于压缩机保护），通信电路（与空调控制器通信，接收运行转速及启停机信号，向内机发送报警故障信号）。

4 防反接保护电路设计

车载空调使用的电源是直流24V电池，由于在安装时接线反向不能实现功能还可能损坏电路，因此输入电源防反接保护是很有必要的。因为达到需求冷量的情况下功率较高，电流较大，因此设计中要考虑压降及功耗问题。MOS管型防反接保护电路利用了MOS管的开关特性，控制电路的导通和断开来设计防反接保护电路，由于功率MOS管的内阻很小，现在 MOSFET Rds（on）已经能够做到毫欧级，解决了现有采用二极管电源防反接方案存在的压降和功耗过大的问题。

N沟道MOS管通过S管脚和D管脚串接于电源和负载之间，电阻R1为MOS管提供电压偏置，利用MOS管的开关特性控制电路的导通和断开，从而防止电源反接给负载带来损坏。正接时候，R1提供VGS电压，MOS饱和导通。反接的时候MOS不能导通，所以起到防反接作用。D1为稳压管防止栅源电压过高击穿mos管。

5 电压检测电路设计

由于车载空调用的电池不是稳压电源，电压会有高于24V的波动，随着电池的消耗，电压也会降低，因此为了保证驱动器可以稳定可靠地输出，监测电池的电压很有必要，在电压过高或者电压很低的时候都要进行驱动器停止输出保护，待电压在可靠范围内再次启动。在空调系统的控制中一般在电压几次检测过高或者过低后才会进行故障锁定，只有当故障进行软件清除或重新上电后才能正常工作。在高低压保护中要考虑到电池的特性及电源到驱动器的压降，从而设定合适的保护电压值。驱动器的输入电压监测电路如图三所示，电阻和电容组成低通滤波器。

6 逆变驱动电路设计

车载空调的驱动器最核心的就是逆变驱动电路，为了达到要求的冷量，压缩机功率需求较高，在低电源电压的情况下运行电流会很大，一般电流在30A左右，过载情况下电流能够达到45A左右。为了满足驱动器在大电流下安全可靠的运行，逆变驱动电路采用大电流的MOS管并联驱动，解决了过载情况大电流容易引起器件击穿或发热严重的问题。同时在设计中，MOS管处加温度传感器，当MOS管在环境温度较高、负荷较大电流较大导致温升过高时进行保护。温度保护分为过温告警及过温保护，当达到过温告警条件时，首先进行降频处理以降低电流，减小温升，当温度持续升高或者直接出现过大温升则直接进行过温保护，停止压缩机输出，直到MOS管温度达到恢复启动温度值重新启动。

在实际PCB布板时，也要考虑大电流的安全可靠运行，采用大面积铺铜并加铜条，保证了逆变驱动器在大电流下的发热不会过高，也减小了驱动器的面积。

7 结论

车载电动空调压缩机驅动器最大的特点是，相较于家用空调驱动器而言电源电压低，电流较大。为了驱动器能够安全可靠的运行，不仅要驱动压缩机稳定运行，还需要齐全的保护考虑，如防反接保护，排气温度检测及通过输入电源电压检测进行过压及欠压保护，为了驱动器防止在运行中出现误动作及频繁的关停机，还进行完善的告警及保护逻辑，通过以上设计可以实现系统对驱动器的功能要求，经过实际验证满足使用需求。

参考文献

[1] 孙云，杨学平，蒋超宇，薛秀丽，新能源汽车电动空调压缩机驱动器设计研究，[J]，新技术新工艺，2017

[2] 李娜，驻车空调发展现状和发展趋势，[J]科学与技术，2018.11

[3] 曹爱强，新能源汽车电动空调控制系统及其实现研究[D].上海同济大学，2008