1、IKCM15L60GA模块介绍
IKCM15L60GA是IGCM15F60GA的改进版本，它的相关参数、指标得到了更大的提升，例如:工作温度范围由-40°C~100°C，提高至-40°C~125°C;内部IGBT管P、N端直流工作电压由400V变为450V等，做了优化与改进设计后，使产品的使用性能更稳定。维修中，IKCM15L60GA与IGCM15F60GA两者完全可以直接通用互换。IKCM*L60GA或IGCM*F60GA模块规格型号较齐全，以满足各种功率负载的使用，从额定输出电流4A~30A的对应规格都有，如IKCM10L 60GA.IKCM30L60GA等，本文主要以IKCM15L60GA为载体展开应用研究。
1.1模块简介
IKCM15L60GA模块外形及正、反面如图1、图2所示。
IKCM15L60GA模块内部控制基本框图如图3所示。结合模块内部控制基本框图，列出其各引脚功能，如表1所示。
1.2模块主要特点
采用双列直插式封装，IKCM15L60GA模块适用1HP~1.5HP变频压缩机驱动，最大输出电流为15A。
模块内置自举二极管和限流电阻(RBS1、RBS2、RBS3)，通过VS (U)、VB(u);Vs (V)、VB (V);VS(W)、VB(w)外接电容组成自举升压电路，为内部6只IGBT管中上桥臂的3只能正常工作以抬升栅极电压，利于有效的控制，同时也能减少外围元件的数量与优化PCB板布局。
模块内置温度监测传感器(Thermistor)，如图3所示，用于检测模块工作中的实时温度，该传感器其实是负温度系数热敏电阻，模块温度越高热敏电阻阻值就越小，如图4和表2所示，如因过载、短路等造成模块内部温度一旦达到120°C以上传感器阻值仅有2.9k，就会把VFO拉低、限频并报L6故障码，如果电流再大些就会触发IC301( 2903)比较器的同相端5脚低于反相端6脚电压而使其反转，造成输出端7脚变为低电平，使CPU的38脚也为低电平，就会切断六路PWM方波脉冲的输出，内部6只IGBT停止工作，以保护模块与负载。
该模块通过外部电流采样电阻.上得到的压差，送到IRRIP引脚，一旦电压达到0.47V就会触发过流保护(当然，这仅仅是从模块过流保护措施而言，实际还可以通过更多的外围电路的搭建结合CPU的定义实现过流控制等)，这样模块内部MOS管就会导通，故障输出引脚VFO经过上拉电阻后变为低电平，CPU对应引脚也为低电平，CPU停止六路PWM方波脉冲的输出，模块内部6只IGBT管停止工作，以实现保护功能。
该模块还具有欠压保护功能。模块下桥VDD 供电标准16V，在实际应用中为15V，只要在14.5V~18.5V都能正常工作，如果供电低于12.1V就会切断六路IGBT管的输出，实现欠压保护。
2、KCM15L60GA模块应用分析
2.1模块在美的三代直流变频空调中的应用原理图
IKCM15L60GA模块在美的三代直流变频空调KFR-35W/BP3N1 -( RX24Tmin +6A161 +IKCM15L60GA+TPD420X).D.13.WP2-1外机变频板上的应用原理图如图5所示。
2.2模块在美的三代直流变频空调中的应用分析
2.2.1模块的供电
IKCM15L60GA模块供电分为两组，一组是供模块控制电路使用的VDD;另一组就是供内部IGBT管+P，VDD -般为+15V，+P为DC310V。在模块VDD端还并接了20V的稳压二极管DZ301，用于保护电路与器件，避免因电路异常高电压击穿损坏器件，同时还并接了电容C304，用于滤除高频干扰，提高电源质量避免误动作等。而+P端并接了E1、E2两个470uF/450V电解电容，用于平滑纹波.储能，为驱动压缩机运转提供足够的电力保障。
2.2.2模块的自举升压电路
要使模块内部_上桥的IGBT管工作，必须使栅极电压要高于源极，而由于电机属于感性负载，具有一定储能作用，如果下桥关闭后电机线圈仍然维持一定的电压， 此时想要上桥的IGBT管工作，仅靠VDD端的电压无法促使IGBT管栅极高于源极电位，所以没法工作。要解决这个问题必须要把栅极电压抬高，利用电机感性负载的特点，通过在U、V、W引出线接，上外置电解电容的负极，而正极连接二极管、限流电阻和VDD电源，使电机线圈。上的自感应电压进行同步抬升，使自举电容的正极比负极高出15V电压差，得到充分电力保障后，上桥的IGBT管就能依照-定的时序正常工作。其实自举升压电路是为上桥IGBT管提供服务，是其控制电路的电源，在实际检修中一定要注意电压是否正常，偏低到12.1V就会使模块不能工作，进入欠压保护状态等。
2.2.3模块的六路信号输入电路
由于模块内有6只IGBT管，要使6只IGBT管工作必须要有一定的时序，而从外机板CPU发出的六路PWM方波脉冲就是依据一定 的驱动逻辑来控制6只IGBT管有效地工作，实现直流变频压缩机的良好运转。在CPU与IGBT管之间往往还会设置RC吸收网络，进一步消振与滤除高频干扰，确保六路驱动方波和控制的稳定性，因此，在实际检修中不建议去掉R309~R314以及C311~C316这6只电阻和电容。
2.2.4模块的相电流保护电路
该外机变频板IKCM15L60GA模块相电流保护电路比较完善，分为两路(级)进行，参考图5，其原理如下:
第一路(级)保护:当模块、负载因为过流、短路等造成流过贴片无感电阻R301的电流达到20A时，比较器IC301( 2903 )的反相端2脚的电压为0.756V，而同相端3脚通过电阻R325、R326、R328分压后得到0.748V电压，由于反相端电压大于同相端，所以输出端1 脚为低电平，这样外机CPU的38脚也为低电平，CPU判断为模块过流，因此报“P0"故障码，停止六路PWM方波输出，模块内部6只IGBT管停止工作，起到保护作用。
正常情况下，IC301的反相端2脚小于同相端3脚电压，输出端1脚为高电平，CPU的38脚也为高电平。
第二路(级)保护:当模块、负载因为过流、短路等造成流过贴片无感电阻R301的电流达到20A时，由于电路器件老化等种种原因，造成比较器IC301输出端1脚未能由高电平跳变为低电平，为了进一步对电路进行保护，当电流继续增大到24A，模块ITRIP过流引脚电压达到0.47V时，就会使模块内部的MOS保护管导通，这样VFO引脚由高电平变为低电平并通过电阻R323连接到IC301的同相端5脚，而反相端由于通过电阻R321、R322分压后得到0.83V电压，这样反相端大于同相端电压，比较器输出端7脚由高电平跳变为低电平，CPU的38脚也为低电平，判断为模块过流，因此报"P0"故障码，停止六路PWM方波输出，模块内部6只IGBT管停止工作，起到保护作用。
正常情况下IC301的同相端5脚电压大于反相端6脚电压，输出端7脚为高电平，CPU的38脚也为高电平。
2.2.5模块的过温升保护电路
模块内部有专门用于检测半导体温度的热敏电阻，如图6所示，模块正常运行其温度一般在40°C~70°C，就以50°C为例，50C时热敏电阻(Thermistor)为28.4k，参考表2，通过电阻R304与Thermistor分压后得到3.69V，此时CPU的52脚也为3.69V ，机器运转一切正常。如果因负载、模块过流造成发热严重，一旦达到120°C，Thermistor电阻阻值迅速变小至2.9k，这样通过与电阻R304分压得到约1.12V电压，CPU的52脚也为1.12V ， 报“L6"限频故障码，就触发了压缩机降频运行，CPU就输出占空比比较小的六路PWM脉冲，使压缩机转速下降，电流变小，模块温度自然也会降低。如果因电流过大导致模块发热严重，一旦达到125°C以，上，CPU就会实施保护，切断六路PWM方波脉冲的输出。
2.2.6压缩机转子位置检测电路
由于压缩机使用的是无刷直流电机，转子是永磁体，要想顺利并平稳运转，需要知晓转子的实时位置，这样CPU才能准确发出六路的PWM方波脉冲，有效地控制压缩机驱动模块内的6只IGBT管工作，因此，就需要对转子位置进行检测。
当压缩机驱动模块工作时，就会在采样贴片电阻R301中得到一个近似正弦的电流波形，由于波形幅值太小，就算送到cPU中也无法识别，因此，通过IC603、D06对波形进行放大，从1脚输出，经电阻R308后送到CPU的59脚，CPU通过对波形过零点的识别，结合算法，精准地输出具有逻辑时序的六路PWM方波脉冲来控制压缩机驱动模块内部6只的IGBT管导通与截止，从而有效控制直流变频压缩机的运转状态。通过对转子位置电路实测，CPU的59脚电压待机时约为DC2.4V。
3、常见故障检修
例1:一台美的KFR-35W/BP3N1全直流变频空调，外风机工作正常，压缩机动一下不运转，报“PO"故障码。分析检修:"PO”故障码表示压缩机驱动模块(IPM )保护。外机板接上检测仪上电开机，外风机工作正常，压缩机动一下就没反应了，检测仪屏幕显示“P0"故障码。
参考图5，测量IPM的供电，+P端电压为DC324V， VDD端电压为DC15.5V，均正常;检测六路驱动电阻R309~R314的阻值，也正常;测量三路自举电压，正常;检测模块，也没有问题。测量位置检测电路运放D06的同相输入端3脚电压为0.22V，输出端1脚电压为2.49V，均正常;而测量电阻R308另一端(靠CPU侧)的电压仅为0.3V，明显不正常，通过D06放大后应该在2.5V左右。由于该电压过低，CPU无法识别，导致没法正确输出六路PWM方波给IPM模块，压缩机无法正常运转，出现动一下就保护的现象。
检测发现电阻R308阻值已由100Ω变大为2.7MΩ，等同于断路，导致波形信号没法传送至CPU的59脚，造成压缩机“咯叽"一下就不转并报“P0”故障代码，换用100Ω电阻后，故障排除。
例2:一台美的KFR-35W/BP3N1全直流变频空调，外风机运转正常，压缩机没反应，报“P0”故障码。分析检修:外机板接上检测仪上电开机，外风机运转正常，压缩机完全没反应，检测仪屏幕显示“P0”故障码。"P0” 故障码表示压缩机驱动模块(IPM)保护。参考图5，首先测量IPM的供电，+P和VDD正常;其次测量三路自举电压、六路驱动电阻以及模块本身都没有问题。细看线路也没有断线、腐蚀情况。
通过仔细测量，发现CPU没有六路PWM驱动脉冲输出，从而造成此问题，可能是保护了或者CPU损坏。测量CPU的38脚电压为低电平0V(低电平表示模块保护)，模块之前已测量过没有问题，估计是保护电路异常导致的保护。测量比较器IC301的反相输入端2脚电压为0.77V，同相输入端3脚电压为0.32V，输出端1脚电压为0V，明显不正常，正常情况下1 脚为高电平5V左右。仔细检查后发现分压电阻R326的阻值已由2k变为9.3k。更换R326后再次测量IC301的2脚电压为0.60V，3脚电压为0.71V，明显同相端电压大于反相端电压，输出端1脚为高电平5V。启动检测仪，外机板的风机、压缩机均运转正常，故障排除。
例3:一台美的KER-35W/BP3N1全直流变频空调，外风机运转正常，压缩机不工作，报"P0"故障码。分析检修:外机板接上检测仪后上电启动，直流外风机运转正常，压缩机不工作，一会后检测仪报“P0”故障代码。参考图5，在未接压缩机情况下上电测量IKCM15L60GA模块U、V、W输出端对地的直流电压，实测U相与地间电压为15.9V，V相为16V;W相为326V，U、V相正常，而W相上桥臂的IGBT管击穿导致母线电压直接加到W相上，所以造成有DC326V。断电后再放电，然后使用用表的二极管挡测量W相上桥臂IGBT管压降为0V，表明该管已经击穿，检查模块外围电路没有问题后，更换一块全新的IKCM15L60GA模块后，故障排除。
提示:使用一定年限后，模块IKCM15L60GA或IGCM15F60GA容易导致内部的IGBT管、自举二极管击穿等故障，一定要检查其外部电路元件以及负载都没有问题，然后再更换，否则容易再次损坏。
4、维修注意事项
(1)变频空调拆卸、检修外机板要先放电。变频空调外机板一般会有1~3只容量在200uF/450V以上的电解电容，由于外机上电期间，通过整流桥给电容充电储能，使电容两端的电压达DC310V左右。如果此时电容未放电而人触碰到电容“+”极，，就易导致触电现象，因此，拆卸、检修时需先对电容放电。放电可用5W以上水泥电阻或者把电烙铁插头通过连接线接到电容两端，放电后电压低于DC36V以下，对人体才没有伤害。
(2)压缩机替换中，能否用不同种类冷媒压缩机进行替换问题:首先，因压缩机使用冷媒种类不一样，为达到良好润滑、冷却效果，其对润滑油要求也不一-样，例如R600a冷媒压缩机使用的是矿物油，而R134a使用的是酯类油，两者不能互换;其次，R600a和R134a冷媒对水分敏感程度不一样，R134a比R600a对水分的吸附性更强，所以对干燥过滤器要求也不一样;再次，毛细管在R600a和R134a系统匹配不一样，R600a系统正常运行低压压力很低或者为负压，而R134a系统正常运行时低压侧压力为正压0.04~0.07MPa间，因此，对毛细管流量、管径、长度等都有不同要求。
压缩机的替换除了要注意冷量匹配、背压等要求外，还要注意制冷系统与压缩机冷媒种类的匹配。如，R600a 系统充注了R134a冷媒，由于毛细管匹配等问题会导致机子回液过大，压缩机负荷过重、电流过大，过载保护器过电流保护等异常故障，如果减少冷媒充注量制冷效果变差压缩机过温升保护等。所以不同冷媒对系统匹配是有严谨要求的，否则达不到工况性能。在替换压缩机时要注意冷媒种类冷冻油与系统匹配等问题。
提示:变频空调外机有一整块控制板，而控制板包含了开关电源的输入侧的热地、芯片供电的冷地以及整流滤波后的高电压、三相变频驱动电压等，涉及大量的零部件，一旦天气转潮或湿度过大，易导致电控板电子器件有轻微的漏电流，如果检修人员肌肤碰触到外机的金属部分就会有一些麻麻的感觉。另外，外机测试、调试建议穿绝缘鞋、戴绝缘手套作业，确保检修人员的绝对安全。
5、结语
IKCM15L60GA压缩机驱动模块在美的三代直流变频空调中应用时，因采用不同的CPU方案，其保护电路也不同，因此在检修中尤其要关注相电流、转子位置检测电路因故障带来的现象以及检测方法。本文主要以RX24Tmin芯片方案在外机变频板的控制电路与典型应用为载体做了详细分析，也进一步反映了厂家更注重模块的保护电路设计与运用，作为检修人员要善于总结其控制特点，实现快查速修的高效工作。
网友评论