制冷剂替代加速，商用空调为何重新关注电流检测？

空调行业的技术正在进入新一轮的调整期。

引起这次变化的原因是制冷剂。

我国不断加强对氢氟碳化物(HFCs)的管控之后，低GWP制冷剂替代也在从政策层面上逐渐渗透到空调产品的设计当中。自2026年3月1日起施行的《关于进一步加强消耗臭氧层物质和氢氟碳化物管理的通知》（环大气〔2026〕8号）对有关物质从生产、销售到使用、回收等各环节进行了更严格的控制。

同时我国执行《蒙特利尔议定书》有关的国家方案也已经确定了部分空调产品制冷剂替代的时间节点。从2029年1月1日开始，国内销售的家用空调和额定制冷量或者制热量不大于12kW的一体化空调将会受到GWP限值的要求。对整个行业来说，这意味着R410A等高GWP制冷剂的替代压力正逐渐变成产品端的技术要求。

但是制冷剂变换了，并不是简单的“换一种工质”。

对空调厂家来说，需要重新考虑的是制冷系统、压缩机、电机以及控制器之间配合的方式。

其中最容易被忽视的一个环节就是：

变频压缩机的电流检测。

01 制冷剂的变化是如何传导到压缩机上的呢？

不同的制冷剂在压力、温度、单位容积制冷量和系统的运行特性上都有所不同。

所以当空调系统的制冷剂由R410A换成R32、R290等低GWP制冷剂的时候，压缩机所处的工作环境就会不同。

高温制冷、低温制热以及部分负荷运行，对压缩机的工作范围和控制方式都有不同的要求。

比如，在高温制冷工况下，系统要控制排气温度、压力；在低温制热工况下，压缩机可能会遇到更大的压比；而当系统工作在大量的实际运行时间所对应的某些低负荷工况时，则要尽量减少压缩机的输入功率。

这是变频压缩机所具有的特点。

通过调节压缩机的工作频率，控制器可以按照实际情况来调整制冷量或者制热量，并且让压缩机尽量处于和当前负荷相适应的工作范围之内。

所以制冷剂替代和变频控制不是两个完全独立的问题：

制冷剂使系统的工作范围发生变化，而变频控制决定了压缩机在该范围内怎样工作。

但是进入到精细化变频控制之后，电流就不再只作为过流保护的一个参数了。

它是控制器用来判断电机工作情况的一个重要依据。

02 由“检测过流”变为“参与FOC控制”

对于使用永磁同步电机(PMSM)的变频压缩机来说，FOC(磁场定向控制)属于常用的控制方式之一。

它的主要思路就是采集电机的相电流，经过Clarke、Park等坐标变换得到Id、Iq，然后用电流环进行闭环控制，最后用PWM来控制逆变桥输出。

简单来说：

压缩机负载情况

电机相电流

电流互感器

ADC采样

Clarke/Park换位

id/iq

电流环控

PWM

逆变器桥

压缩机电机

电流传感器在这一环节中已经不是单纯的保护装置了。

它测试结果会被直接输入到控制算法里去。

如果传感器有明显的失调、增益误差或者非线性误差的话，那么最后得到的Id和Iq就会有偏差，并且还会对电流环控制造成影响。

但是这种影响不一定就是故障。

最常见的就是控制器为了纠正偏差，会用软件补偿、滤波或者参数调节的方式来消除测量误差。

因此对于变频压缩机来说，电流检测的评价方式也发生了改变。

以前所关心的是：

当有电流通过的时候，可以马上发现吗？

目前要关注的是：

在正常工作的情况下，电流可以一直、准确、稳定地反馈到控制器吗？

这也是电流传感器重新受到关注的原因。

03 部分负荷运行的情况下，对电流检测有什么样的要求？

空调压缩机不会一直以额定功率运行。

在实际运行中，由于环境温度、室内负荷、设定温度等变量一直在变化，所以压缩机要不断地从启动、高负荷、中低负荷和低频保持等几种状态中进行转换。

所以电流传感器不能只考虑额定电流点的精度。

小电流区失调误差也是需要关注的一个方面

假如有一个传感器有0.5A的零点偏差。

当实际电流是50A的时候，这个误差就只有1%了。

但是压缩机在5A的低负载状态下工作时，0.5A的失调就相当于10%的相对误差。

这并不是说系统一定会有10%的效率下降，但是它表明：

同一种传感器的误差，在低电流的时候对控制系统的干扰就会被放大。

所以，在选择型号的时候不能只考虑“额定电流附近精度”的问题，还要考虑到在小电流下的失调以及线性度情况。

温漂会使得整个运行温度范围受到影响

商用空调室外机要承受较大的环境温差变化。

电控盒内温度发生变化之后，电流传感器的零点、灵敏度也会随之改变。

FOC系统的传感器温漂最后进入到电流采样环节中去。

控制器能够做温度补偿，但是条件是传感器的温度特性要足够一致并且可以被预测。

所以工作温度范围、零点温漂以及灵敏度温漂都要根据实际的应用环境来判断。

带宽要和控制系统的大小相适应

变频压缩机驱动器一般用kHz级的PWM频率，电流采样要和PWM周期以及控制算法一起考虑。

如果传感器带宽不够低的话，就会造成电流反馈幅值衰减、相位滞后的问题，从而影响到电流环的动态性能。

但是带宽也不是越大越好。

带宽过大会产生更多的高频噪声，加大ADC采样以及数字滤波的负担。

所以更合理的想法是：

PWM的频率

取样的速度

电流环的带宽

传感器带宽

滤波的方法

几个参数要一起设计。

对于电流传感器来说，并不是要单独追求高的带宽，而是要在动态响应、噪声以及系统的稳定性上找到一个合适的点。

04 R290应用之下，电流检测还有哪些作用呢？

除了能效以及控制之外，低GWP制冷剂的应用也会产生新的安全设计要求。

R290是A3类可燃制冷剂，在使用时要从制冷剂充注量、系统设计、安装环境和电气安全等多方面来考虑。

目前的安全要求仍然要按照现有的GB/T 9237-2017《制冷系统及热泵安全与环境要求》等相关标准来执行，相关的标准修订工作正在进行中。

对于R290系统的电气元件来说，要尽量减少可能存在的点火源的风险。

压缩机驱动系统的电流检测主要包括两个部分。

另外它还可以起到辅助监控的作用。

压缩机电流、功率以及动态变化都可以用来判断过载、堵转等异常运行的状态。

但是要清楚的是：

压缩机电流不能单独用作制冷剂泄漏的直接判断依据。

制冷剂泄漏、环境温度、系统压力、电子膨胀阀工作情况以及压缩机运转频率等都会对电流造成影响，所以实际的泄漏检测仍然要依靠专门的检测方法以及系统的运行状况信息。

另外电流检测也可以参与到驱动保护回路中来。

当出现过载、堵转等情况的时候，电流反馈可以用来帮助控制器来判定机器的工作状况。

但是对于极短时间内的严重短路故障，实际驱动系统一般还会用到硬件比较器、功率器件驱动保护等高速保护措施。

因此，更确切的说法是：

电流传感器是驱动系统的重要感知节点，但是它并不是所有的保护功能的唯一执行环节。

05 开环霍尔，为什么可以用于部分商用空调驱动应用？

商用空调压缩机的驱动器一般要从性能、体积、能耗以及价格等方面进行权衡。

中小电流、大批量应用中，开环霍尔电流传感器有工程上的优点：

•结构比较简单；

•功耗小一些；

•体积小一些；

•便于PCB集成；

•更适用于成本敏感的大规模应用。

以芯森电子AN系列为例，AN1V、AN3V都用的是霍尔原理的开环结构，用于电机驱动、变频等场合。

AN1V系列外观

AN1V系列外观

AN3V系列外观

其中AN1V系列提供多种额定量程，有的型号的工作温度范围为-40℃～150℃；AN3V也有多样的量程可供选择，有的型号带宽可以达到250kHz，可以根据不同的驱动系统来调整。

对于变频压缩机的应用，并不是随便挑选一个精度最高的型号就可以的，而是要根据系统的实际情况来决定。

在选择的时候要注意以下几点：

额定工作电流、峰值电流、过载能力、低电流测量性能、温漂、带宽、封装空间、绝缘要求。

比如实际工作电流较小、并且对工作温度范围以及PCB集成度有较高要求的应用场景下，要着重考虑AN1V的相关参数；而对于电流范围较广、需要不同量程选择的驱动平台，则需要根据AN3V的不同型号来进行匹配。

最后的型号应该按照压缩机、驱动器的实际参数来确定，并不能单独选择传感器。

06 电流检测正在成为变频压缩机的基础测量环节

从整个技术链条的角度看，制冷剂替代所引起的变化将会逐渐影响到电控系统：

制冷剂的替换

系统的运行特性发生改变

压缩机工作范围的变化

变频控制的要求更高了

FOC闭环控制

电流采样

传感器精度/温漂/带宽

这就是为什么今天我们又重新讨论空调电流检测的问题，不能再仅仅停留在有没有过流保护的程度上。

对于变频压缩机而言，电流传感器既和功率回路相连又和控制算法相关联。

传感器输出信号经ADC转换之后，经过算法处理得到Id和Iq反馈，并参与到PWM控制中去。

因此电流测量误差不会只存在于传感器的数据手册中，还会沿着整个控制链路传播。

这就意味着未来的空调驱动器对于电流传感器的要求将会更加重视系统的整体性能：

测得准确，在温度变化的情况下能够保持稳定，并且有较快的动态响应速度，而且要符合大批量生产产品的要求，即大小、功耗和价格方面都合适。

对空调厂家来说，并不意味着所有的空调都要用上更高级别的电流传感器。

合理的方向就是以压缩机的工作范围、电机控制策略、采样率、工作环境和成本目标为基础来制定出完整的电流检测误差预算。

制冷剂可以更换，压缩机平台也可以升级，控制算法也可以不断改进。

但是不管系统怎样变化，控制器都必须有一个可靠的“电流反馈窗口”，来检测电机的实际工作情况。

因此从这个角度来说，制冷剂替代所引起的并不仅仅是制冷系统的改变，还会促使变频压缩机底层电控设计对电流检测这一基本环节进行重新考虑。

从“测得到”到“测得准、测得稳、测得快”，空调变频电控对于电流传感器的要求也将会发生改变。

注：本文所用到的政策和标准信息均以生态环境部、国家标准化管理委员会等官方公开的信息为准。GB/T 9237-2017目前仍然有效，有关的修订工作正在进行。AN1V、AN3V具体的型号、量程、工作温度、带宽以及其它的一些性能参数以芯森电子最新的产品规格书为准。