空調電控全面走向變頻時代 TI引領高效電機控制芯片技術

　　圖3 的TI控制方案是基于Piccolo F2803x系列MCU，該系列MCU可實現設計升級、改善性能并簡化數字實時控制系統(tǒng)的開發(fā)，從而為電機控制應用帶來全新的效率與創(chuàng)新。F2803x包含一個通過一款新型 C 編譯器實現的、可采用 C 語言進行編程的集成型控制律加速器 (CLA) 協(xié)處理器，旨在提升創(chuàng)新設計的水平。該 CLA 是一個 32 位浮點數學加速器，專為獨立于 TMS320C28x CPU 內核工作而設計，以分擔復雜的高速控制算法。這種分擔將 CPU 解放出來去處理輸入/輸出和反饋環(huán)路測量，從而可使閉環(huán)應用的性能提升 5 倍之多。

　　此外，CLA自帶中斷控制器，并可直接訪問 ADC與EPWM等外設。電源與時鐘方面，Piccolo配備兩個工作頻率10MHz的片上振蕩器，不但可提供三倍冗余，還可將誤差精度可控制在±1%左右;此外，為了加強對諧波的控制以及避免信號下降沿丟失，TI還在Piccolo器件上運用了可支持150皮秒的頻率調制增強型脈寬調制器(EPWM)，以及12位高速ADC。

　　F2803X可取代多個電子組件，從而在實現實時控制與系統(tǒng)管理的同時還可降低系統(tǒng)整體成本。例如，在變頻空調設備中，一個F2803x控制器就可精確控制兩部三相馬達，并可執(zhí)行功率因數校正(PFC)計算，具備掉電保護與上電復位功能。

　　SRM，前景看好的另一種高效電機形式

　　盡管因為轉矩損耗小帶來了高效率等優(yōu)點，但永磁體材料價格的波動使得成本控制成為一個難點，而且對運行環(huán)境要求也比較高，會受溫度、振動等相關因素的影響。于是無永磁體電機——開關磁阻電機(SRM)作為實現高效電機的一路思路成為一些尖端研究機構(特別是國外)積極跟進的方向。

　　譚博士指出：“開關磁阻電機在體積和功率密度、材料成本占優(yōu)，設計結構靈活，對運行環(huán)境要求非常低，得益于控制器技術的發(fā)展，其功率因數也提升了很多，但因其非線性特性，故控制策略總體來說還是比較復雜。國內不少大學和研究機構在研究開關磁阻電機并緊跟國際潮流，我有幸與這些機構有很多互動。相信隨著技術的創(chuàng)新和進步，未來開關磁阻電機的控制器成本下降空間會非常大!”

　　他在演講中展示了合作單位開發(fā)的最新SRM研究成果和突破(效率最高達96%，圖4)，引發(fā)聽眾濃厚興趣，提問不斷。該新型開關磁阻電機有兩套轉子，用特殊的方式疊加起來形成一個電機，它的最高效率可到96%左右。　　

圖4：一種新型開關磁阻電機的效率最高達96%。

　　據譚博士介紹，通過新型的結構設計，開關磁阻電機可以開始達到與永磁電機相當的效率，特別是高速的情況下，而其尺寸和體積也可以逐漸接近后者，但因不需要永磁體材料，成本會低廉很多，更具經濟性。從它自身控制拓撲上來講，隨著控制器技術的發(fā)展，它有潛力比傳統(tǒng)的逆變器結構還要簡化，成本也有望快速下降，因此作為高效電機具有很大的發(fā)展空間。