让变频空调“懂”电流：CR1V系列实现精准变频控制——面向空调压缩机驱动板的电流采样技术讨论

在“双碳”目标驱动下，我国新能源发展稳步增长，从国家能源局最新数据获悉，截至7月底，全国累计发电装机容量36.7亿千瓦，同比增长18.2%。其中，太阳能发电装机容量11.1亿千瓦，同比增长50.8%。清洁能源的迅速扩张，不仅增强了电力供应保障，同时也从侧面可看出，我国对用电设备能效水平提出了更高要求。

空调在我们日常生活中已经必不可少的家电之一。但传统定频空调以“耗电王”著称，成为用户长时间开空调的“绊脚石”。于是出现了更省电的变频空调，本文尝试讨论电流传感器如何助力变频空调压缩机精准变频控制，让变频空调高效、静音、可靠运行。

一、什么是变频空调

变频空调机是通过变频器调节压缩机转速实现制冷/制热能力控制的空调设备。相较于传统定频空调，其电动机可根据负荷变化实时调整工作频率，避免频繁启停造成的温度波动和能源浪费 。通过变速运转模式显著提升能效等级，主要由变频控制器、变频电机及空调机三部分构成核心系统。

 

二、为什么变频空调必须“感知”电流  

2.1 永磁同步压缩机的转矩生成逻辑  

目前市面上主流变频空调采用永磁同步电机（PMSM/BLDC）。永磁同步电机控制方式主要有：矢量控制、变频器控制、大霍尔驱动、异步启动。永磁同步电机矢量控制的核心在电流环控制，通过PI调节器分别控制d轴（励磁电流）和q轴（转矩电流），q轴电流 Iq直接决定电磁转矩；d轴电流Id影响磁链，用于弱磁扩速。  

若采样误差超过 ±0.5 %，低速轻载时转矩波动将被放大为机械振动，人耳可辨的“嗡嗡”声随之出现；弱磁区 Id 失控则会带来额外铜耗，直接拉低季节能效比（SEER）。  

2.2 电流采样的三重任务  

a) 闭环控制：电流环带宽通常设定为开关频率的 1/10～1/5（4 kHz 开关时约 400～800 Hz）。采样延迟每增加 10 µs，相位裕度下降约 4°，极易诱发啸叫。  

b) 硬件保护：过流、失速、缺相必须在 1～2 个 PWM 周期内被硬件比较器触发，否则 IGBT/SiC 模块有炸管风险。  

c) 能效计量：空调新国标 GB 21455-2023 要求实测 APF 与标称值偏差 <3 %；采样漂移会导致软件累计功率失准，最终令产品无法通过抽检。  

 

三、空调压缩机驱动板可选的电流检测路线  

方案	精度@25 ℃	温漂	带宽	隔离耐压	适用功率	备注
分流电阻+隔离运放	0.5 %–1 %	50 ppm/℃	500 kHz	2.5 kV rms	<1.5匹	低成本，需额外隔离电源
开环霍尔电流传感器	1 %–1.5 %	200 ppm/℃	100 kHz	2.5 kV rms	1–2匹	体积适中，温漂偏大
闭环霍尔电流传感器	0.3 %–0.7 %	50 ppm/℃	200 kHz	2.5 kV rms	1–4匹	精度与隔离兼得，中等成本
Σ-Δ数字调制+Rogowski	0.5 %	20 ppm/℃	1 MHz	无磁芯隔离	>3匹	大功率或实验室验证

 

 

在“不增加 BOM 复杂度”这一约束下，闭环霍尔电流传感器可成为 1–3 匹家用变频空调的主流选择：  

- 200 kHz以上有效带宽可覆盖 8–16 kHz SiC 逆变器；  

- 2.5 kV rms加强绝缘满足 IEC 60335-1 型式试验，无需额外隔离 DC-DC；  

- 0.7 %精度以内全温误差可直接折算成 SEER 0.02 W·h/W·h 的档位提升。 

 

四、CR1V PB00简介

 

CR1V PB00是芯森电子自主研发的基于霍尔原理的闭环（补偿）电流传感器，可测量直流、交流和脉冲电流，量程有6A、15A、25A，还可根据客户不同应用场景需求定制。

 

特性

• 基于霍尔原理的闭环（补偿）电流传感器
• 原边和副边之间绝缘
• 原材料符合UL 94-V0
• 优异的线性度
• 出色的精度
• 低温漂
• 没有插入损耗
• 执行标准:

n IEC 60664-1: 2020

n IEC 61800-5-1: 2022

n IEC 62109-1: 2010

工业应用领域

• 交流变频调速，伺服电机
• 不间断电源 (UPS)
• 直流电机驱动的静止式变流器
• 开关电源 (SMPS)
• 电焊机电源
• 电池管理
• 风能变频器
• 测试和测量设备

 

参数特点：

• 电压输出
• 供电：+5V
• 测量范围：6~25A
• 工作范围：-40~85°C
• 精度：0.7%
• 响应时间：＜1μs
• 绝缘耐压：2.5kV
• 瞬态耐压：9kV
• 带宽：＞200kHz
• 线性度：0.2%

 

 

五、CR1V系列的工程落地示例  

5.1 技术参数与空调工况的映射关系

• 量程：CR1V 6 PB00/15 PB00/25 PB00 对应 1/1.5/3 匹压缩机峰值电流；  
• 输出：2.5 V±0.625 V，可直接接入 3.3 V ADC，无需再放大或电平转换；  
• 失调漂移：±0.05 mV/℃ 在 –20 ℃室外制热与 55 ℃散热片极限条件下，电流零点仅漂移 0.1 %，避免低频“哼声”；  
• 跟踪时间：1 µs（90 % 阶跃响应），确保过流保护能在 2–3 个 PWM 周期内触发。  

5.2 系统级收益（以 1.5 匹直流变频为例）  

• 能效：压缩机 20 Hz 低频运行时，转矩纹波下降 0.3 N·m，输入功率降低约 4 W，折算 SEER 提升 0.02 W·h/W·h，可令整机跨档。  
• 静音：电流纹波能量向高频集中，1–2 kHz 频段声压下降 2–3 dB(A)，满足 C-mark 静音认证。  
• 合规：整机通过 IEC 60335-1 加强绝缘型式试验，无需额外隔离电源，减少 2–3 元成本。  

 

5.3 集成注意点  

• 母排布线：保持原边 6.35 mm 电气间隙，避免涡流邻近效应带来 1–2 % 附加误差；  
• 地平面：副边 2.5 V 参考与 MCU ADC 共地，数字地/模拟地单点连接，防止开关噪声耦合；  
• 失效率：1500 MΩ 绝缘电阻@500 V，85 ℃/85 %RH 加速 1000 h 后漂移 <0.1 %，满足 10 年设计寿命。 

 

 

结语  

当 GB 21455-2023 把 SEER 门槛再度上推、消费者对静音的耳根愈发挑剔时，空调压缩机驱动板的电流采样需要“在精度上寸土不让，在体积上锱铢必较”。闭环霍尔技术因其在带宽、隔离与温漂之间的均衡，成为行业公认的可行路径；而 6–25 A 量程、2.5 V 中点输出的 CR1V 系列，恰好落在空调控制器的甜点区间——无需额外校准、无需改动 BOM 结构，就能把“电流感知”这件事做得合规、可靠且足够安静。