IRMCF341在變頻家電上的應(yīng)用

本文略述了變頻技術(shù),介紹了IRMCF341和IPM的相關(guān)知識(shí),進(jìn)而分IRMCF341

在變頻家電上的應(yīng)用,分析和實(shí)踐表明基于IRMCF341微控制器的無傳感器的矢量控制技術(shù)變頻家電的解決方案具有高效率,成本低等諸多優(yōu)點(diǎn),必得到廣泛的應(yīng)用。

1. 概述
隨著國際油價(jià)的不斷攀升，人們?cè)絹碓骄o迫的認(rèn)識(shí)到能源的重要性。如何高效，環(huán)保的利用能源是各個(gè)國家政府，學(xué)術(shù)界，工業(yè)界都非常注重的熱點(diǎn)問題，各種鼓勵(lì)節(jié)能減排的措施也層出不窮，節(jié)能儼然已成為現(xiàn)今社會(huì)的熱點(diǎn)話題。降低電機(jī)的能源消耗又是這場戰(zhàn)役的攻堅(jiān)戰(zhàn)，據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)全世界電機(jī)每年消耗的能源占全球每年能源消耗的80％以上，而這其中對(duì)我們影響最大的莫過于家電中的電機(jī)能源消耗，比如電冰箱，空調(diào)，洗衣機(jī)等。變頻技術(shù)是降低電機(jī)能源消耗的一種有效手段，變頻家電在西方發(fā)達(dá)國家早已占據(jù)了主流，日本2000年變頻空調(diào)已占空調(diào)市場的90％以上，變頻冰箱占60％，變頻洗衣機(jī)占30～40％，而我們國內(nèi)變頻家電的起步較晚，但最近幾年發(fā)展迅猛，國內(nèi)各大家電巨頭陸續(xù)推出了各種變頻家電產(chǎn)品，國務(wù)院發(fā)展研究中心市場經(jīng)濟(jì)研究所預(yù)測(cè)：到2010年變頻空調(diào)將占據(jù)空調(diào)市場85％以上，有63％的消費(fèi)者會(huì)選擇變頻空調(diào)。
變頻家電的變頻控制有多種實(shí)現(xiàn)方法，各有利弊，但哪種方法成本更低，效率更高，效果更好則是我們關(guān)心的問題。本文由淺至深介紹一種基于IRMCF341微控制器的無傳感器的矢量控制技術(shù)變頻家電的解決方案

2. 變頻技術(shù)簡介
通俗的講變頻技術(shù)是通過改變電機(jī)運(yùn)行的交流電頻率實(shí)現(xiàn)速度控制的技術(shù)。以空調(diào)壓縮機(jī)為例目前主流的變頻空調(diào)采用的電機(jī)都是直流電機(jī)，按其驅(qū)動(dòng)波形分為方波電機(jī)和正弦波電機(jī)，針對(duì)這兩種電機(jī)常用的有2種技術(shù)即120度控制技術(shù)和180度控制技術(shù)，即人們常說的方波驅(qū)動(dòng)技術(shù)和正弦波驅(qū)動(dòng)技術(shù)，下面就這兩種技術(shù)作個(gè)簡要的對(duì)比。

（1）120度控制技術(shù)：
120度控制技術(shù)是指任意時(shí)刻電機(jī)3相線只有2相導(dǎo)通，1相截止，表現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)波形上即在180度電周期內(nèi)任1相線只連續(xù)通電 120度，60度截止。這種技術(shù)驅(qū)動(dòng)波形為方波，采用常見6拍換向方法進(jìn)行換向控制。具有算法簡單,相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也存在著一些缺點(diǎn): 在轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)差率,導(dǎo)致大電流,即能耗比,效率低；轉(zhuǎn)矩特性差,負(fù)載加大時(shí)會(huì)丟轉(zhuǎn)速；低速轉(zhuǎn)矩特性差,容易發(fā)生抖動(dòng)。120度控制技術(shù)在早期的變頻家電產(chǎn)品上有部分采用，但因其效率低，轉(zhuǎn)矩特性差等問題先已逐步被180度控制技術(shù)取代。目前市場上最先進(jìn)的180度控制技術(shù)是基于磁場定向矢量的變頻技術(shù)

（2）基于FOC(磁場定向)的矢量變頻控制系統(tǒng)：
其控制原理是通過一定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以對(duì)磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制，實(shí)現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)控制。具有可以在不產(chǎn)生大流的情況下實(shí)現(xiàn)快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，即能耗比，效率高；轉(zhuǎn)矩性能好，可以在不丟轉(zhuǎn)速的情況下保證足夠硬的轉(zhuǎn)矩特性的點(diǎn)。但其電機(jī)控制算法相對(duì)復(fù)雜，實(shí)時(shí)要求性高，對(duì)軟件人員要求高，主要應(yīng)用于負(fù)載變化快，動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求高的場合，如變頻空調(diào)，洗衣機(jī)，機(jī)床控制系統(tǒng)等。

3. IRMCF341芯片簡介
3.1 綜述
IRMCF341 是美國國際整流器（IR）新推出的針對(duì)變頻家電無傳感器控制應(yīng)用的高性能低成本電機(jī)控制IC。它采用最先進(jìn)的基于磁場定位的矢量控制技術(shù)，利用單電阻電流采樣即可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的三相電流重構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)了FOC電流環(huán)和速度環(huán)雙閉環(huán)矢量控制, 驅(qū)動(dòng)方式為180度正弦波。.IRMCF341 內(nèi)含2 個(gè)高性能的處理引擎，一個(gè)是8 位高速8051 核，另一個(gè)是 用于電機(jī)無傳感器控制的16 位電機(jī)控制引擎（MCE ）。8051 核的執(zhí)行速度為每兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘一個(gè)指令(如： 60MIPS @ 120MHz 系統(tǒng)時(shí)鐘)。8051 核和MCE 處理器:之間可以通過雙端口RAM 交換數(shù)據(jù)從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)視和指令輸入的功能。MCE 包含了基于硬件電路控制電機(jī)所需的所有控制資源，如PI 調(diào)節(jié)器、矢量旋轉(zhuǎn)、角度估計(jì)器、乘法/除法器、低損耗SVPWM 以及單電阻電流采樣/重構(gòu)等等。復(fù)雜的無傳感器控制算法中的關(guān)鍵要素（如：角度估計(jì)器）全部是已經(jīng)定義好的控制模塊，用戶可以通過使用與 MATLAB/SIMULINK 環(huán)境無縫連接的圖形化編譯器來設(shè)計(jì)自己的電機(jī)控制算法（在MATLAB/SIMULINK 環(huán)境下通過連接各單元功能模塊并編譯即可）。8051 代碼的仿真和調(diào)試可以通過基于JTAG 口的第三方調(diào)試工具來完成。IRMCF341 內(nèi)51 程序存儲(chǔ)器為48K 的RAM，封裝形式為小型QFP64 無鉛封裝。

IRMCF341