在“雙碳”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，我國(guó)新能源發(fā)展穩(wěn)步增長(zhǎng)，從國(guó)家能源局最新數(shù)據(jù)獲悉，截至7月底，全國(guó)累計(jì)發(fā)電裝機(jī)容量36.7億千瓦，同比增長(zhǎng)18.2%。其中，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量11.1億千瓦，同比增長(zhǎng)50.8%。清潔能源的迅速擴(kuò)張，不僅增強(qiáng)了電力供應(yīng)保障，同時(shí)也從側(cè)面可看出，我國(guó)對(duì)用電設(shè)備能效水平提出了更高要求。

空調(diào)在我們?nèi)粘Ｉ钪幸呀?jīng)必不可少的家電之一。但傳統(tǒng)定頻空調(diào)以“耗電王”著稱，成為用戶長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)空調(diào)的“絆腳石”。于是出現(xiàn)了更省電的變頻空調(diào)，本文嘗試討論電流傳感器如何助力變頻空調(diào)壓縮機(jī)精準(zhǔn)變頻控制，讓變頻空調(diào)高效、靜音、可靠運(yùn)行。

一、什么是變頻空調(diào)

變頻空調(diào)機(jī)是通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)制冷/制熱能力控制的空調(diào)設(shè)備。相較于傳統(tǒng)定頻空調(diào)，其電動(dòng)機(jī)可根據(jù)負(fù)荷變化實(shí)時(shí)調(diào)整工作頻率，避免頻繁啟停造成的溫度波動(dòng)和能源浪費(fèi) 。通過(guò)變速運(yùn)轉(zhuǎn)模式顯著提升能效等級(jí)，主要由變頻控制器、變頻電機(jī)及空調(diào)機(jī)三部分構(gòu)成核心系統(tǒng)。

二、為什么變頻空調(diào)必須“感知”電流

2.1永磁同步壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)矩生成邏輯

目前市面上主流變頻空調(diào)采用永磁同步電機(jī)（PMSM/BLDC）。永磁同步電機(jī)控制方式主要有：矢量控制、變頻器控制、大霍爾驅(qū)動(dòng)、異步啟動(dòng)。永磁同步電機(jī)矢量控制的核心在電流環(huán)控制，通過(guò)PI調(diào)節(jié)器分別控制d軸（勵(lì)磁電流）和q軸（轉(zhuǎn)矩電流），q軸電流Iq直接決定電磁轉(zhuǎn)矩；d軸電流Id影響磁鏈，用于弱磁擴(kuò)速。

若采樣誤差超過(guò) ±0.5 %，低速輕載時(shí)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)將被放大為機(jī)械振動(dòng)，人耳可辨的“嗡嗡”聲隨之出現(xiàn)；弱磁區(qū)Id失控則會(huì)帶來(lái)額外銅耗，直接拉低季節(jié)能效比（SEER）。

2.2電流采樣的三重任務(wù)

a)閉環(huán)控制：電流環(huán)帶寬通常設(shè)定為開(kāi)關(guān)頻率的1/10～1/5（4 kHz開(kāi)關(guān)時(shí)約400～800 Hz）。采樣延遲每增加10 μs，相位裕度下降約4°，極易誘發(fā)嘯叫。

b)硬件保護(hù)：過(guò)流、失速、缺相必須在1～2個(gè)PWM周期內(nèi)被硬件比較器觸發(fā)，否則IGBT/SiC模塊有炸管風(fēng)險(xiǎn)。

c)能效計(jì)量：空調(diào)新國(guó)標(biāo)GB 21455-2023要求實(shí)測(cè)APF與標(biāo)稱值偏差<3 %；采樣漂移會(huì)導(dǎo)致軟件累計(jì)功率失準(zhǔn)，最終令產(chǎn)品無(wú)法通過(guò)抽檢。 ?

三、空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)板可選的電流檢測(cè)路線

在“不增加BOM復(fù)雜度”這一約束下，閉環(huán)霍爾電流傳感器可成為 1–3匹家用變頻空調(diào)的主流選擇：

- 200 kHz以上有效帶寬可覆蓋 8–16 kHz SiC逆變器；

- 2.5 kV rms加強(qiáng)絕緣滿足IEC 60335-1型式試驗(yàn)，無(wú)需額外隔離DC-DC；

- 0.7 %精度以內(nèi)全溫誤差可直接折算成 SEER 0.02 W·h/W·h的檔位提升。

四、CR1V PB00簡(jiǎn)介

CR1V PB00是芯森電子自主研發(fā)的基于霍爾原理的閉環(huán)（補(bǔ)償）電流傳感器，可測(cè)量直流、交流和脈沖電流，量程有6A、15A、25A，還可根據(jù)客戶不同應(yīng)用場(chǎng)景需求定制。

特性

• 基于霍爾原理的閉環(huán)（補(bǔ)償）電流傳感器
• 原邊和副邊之間絕緣
• 原材料符合UL 94-V0
• 優(yōu)異的線性度
• 出色的精度
• 低溫漂
• 沒(méi)有插入損耗
• 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn):

nIEC 60664-1: 2020

nIEC 61800-5-1: 2022

nIEC 62109-1: 2010

工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域

• 交流變頻調(diào)速，伺服電機(jī)
• 不間斷電源 (UPS)
• 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的靜止式變流器
• 開(kāi)關(guān)電源 (SMPS)
• 電焊機(jī)電源
• 電池管理
• 風(fēng)能變頻器
• 測(cè)試和測(cè)量設(shè)備

參數(shù)特點(diǎn)：

• 電壓輸出
• 供電：+5V
• 測(cè)量范圍：6~25A
• 工作范圍：-40~85°C
• 精度：0.7%
• 響應(yīng)時(shí)間：＜1μs
• 絕緣耐壓：2.5kV
• 瞬態(tài)耐壓：9kV
• 帶寬：＞200kHz
• 線性度：0.2%

五、CR1V系列的工程落地示例

5.1技術(shù)參數(shù)與空調(diào)工況的映射關(guān)系

• 量程：CR1V 6 PB00/15 PB00/25 PB00對(duì)應(yīng)1/1.5/3匹壓縮機(jī)峰值電流；
• 輸出：2.5 V±0.625 V，可直接接入3.3 V ADC，無(wú)需再放大或電平轉(zhuǎn)換；
• 失調(diào)漂移：±0.05 mV/℃ 在 –20℃室外制熱與55℃散熱片極限條件下，電流零點(diǎn)僅漂移0.1 %，避免低頻“哼聲”；
• 跟蹤時(shí)間：1 μs（90 %階躍響應(yīng)），確保過(guò)流保護(hù)能在2–3個(gè)PWM周期內(nèi)觸發(fā)。

5.2系統(tǒng)級(jí)收益（以1.5匹直流變頻為例）

• 能效：壓縮機(jī) 20 Hz低頻運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩紋波下降0.3 N·m，輸入功率降低約4 W，折算SEER提升0.02 W·h/W·h，可令整機(jī)跨檔。
• 靜音：電流紋波能量向高頻集中，1–2 kHz頻段聲壓下降2–3 dB(A)，滿足C-mark靜音認(rèn)證。
• 合規(guī)：整機(jī)通過(guò) IEC 60335-1加強(qiáng)絕緣型式試驗(yàn)，無(wú)需額外隔離電源，減少2–3元成本。

5.3集成注意點(diǎn)

• 母排布線：保持原邊 6.35 mm電氣間隙，避免渦流鄰近效應(yīng)帶來(lái)1–2 %附加誤差；
• 地平面：副邊 2.5 V參考與MCU ADC共地，數(shù)字地/模擬地單點(diǎn)連接，防止開(kāi)關(guān)噪聲耦合；
• 失效率：1500 MΩ 絕緣電阻@500 V，85℃/85 %RH加速1000 h后漂移<0.1 %，滿足?10?年設(shè)計(jì)壽命。?

結(jié)語(yǔ)

當(dāng) GB 21455-2023把SEER門檻再度上推、消費(fèi)者對(duì)靜音的耳根愈發(fā)挑剔時(shí)，空調(diào)壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)板的電流采樣需要“在精度上寸土不讓，在體積上錙銖必較”。閉環(huán)霍爾技術(shù)因其在帶寬、隔離與溫漂之間的均衡，成為行業(yè)公認(rèn)的可行路徑；而6–25 A量程、2.5 V中點(diǎn)輸出的CR1V系列，恰好落在空調(diào)控制器的甜點(diǎn)區(qū)間——無(wú)需額外校準(zhǔn)、無(wú)需改動(dòng)BOM結(jié)構(gòu)，就能把“電流感知”這件事做得合規(guī)、可靠且足夠安靜。