白色家電的電機控制設(shè)計

白色家電的電機控制設(shè)計

白色家電業(yè)的發(fā)展趨勢是用永磁同步電機(PMSM)代替感應(yīng)電機。在最近幾年中，感應(yīng)電機的價格一直在上升，部分原因是全球鋼和銅成本的上升，而PMSM的價格上升得比較緩慢。除了價格優(yōu)勢外，PMSM還具有更低的傳導(dǎo)損耗、良好的低速扭矩、簡單的速度控制和緊湊尺寸，使得它們極具吸引力。

從電機控制角度看，PMSM沒有鐵芯，不存在磁滯與飽和問題，因此設(shè)計起來更加簡單。它們的速度僅僅取決于開關(guān)頻率。此外，PMSM不要求控制器處理來自霍耳效應(yīng)傳感器的信號以監(jiān)視相位電流，可以簡單地使用嵌入在控制器內(nèi)部的傳感電阻來采樣不同相位下的驅(qū)動器電流。

在不同國家和區(qū)域的白色家電市場中，文化和經(jīng)濟差異對電機控制設(shè)計有很大的影響，這將影響每個市場所推崇的空調(diào)壓縮機類型，進而影響電機控制器的設(shè)計。為幫助空調(diào)OEM商削減總體材料和裝配成本，同時適應(yīng)不同市場區(qū)域中的文化差異，國際整流器(IR)公司于2006年推出了iMotion控制器IC。除了處理卷軸壓縮機的穩(wěn)定扭矩負載外，iMotion控制器IC還能創(chuàng)建比簡單正弦曲線的三個相位更復(fù)雜的驅(qū)動函數(shù)，從而輕松解決由旋轉(zhuǎn)壓縮機發(fā)出的振動和變化負載引起的潛在問題。

同樣，這些產(chǎn)品還可以應(yīng)用于風(fēng)扇控制。如果空調(diào)要高效地調(diào)整輸出以匹配環(huán)境條件并維持穩(wěn)定的溫度，風(fēng)扇需要像壓縮機一樣具備可變速度控制功能。研究表明，允許風(fēng)扇和壓縮機以可變速度運行可以使系統(tǒng)的效率有可能再提高40%。另外，控制器必須提供功率因子校正(PFC)，以滿足不同國家的制度要求。

iMotion “集成設(shè)計平臺”由數(shù)字控制IC和驅(qū)動器IC組成，后者集成了功率開關(guān)所需的IGBT和FET?？刂艻C是一種多內(nèi)核設(shè)計，其中一面圍繞8051微控制器搭建，主要處理用戶接口。另一面圍繞獲得專利的運動控制引擎(MCE)搭建，以硬件方式實現(xiàn)了復(fù)雜、無傳感器的PMSM-控制算法。

內(nèi)核間通過RAM寄存器塊進行通信，這些寄存器塊為MCE提供設(shè)置點，并向MCU提供診斷反饋信息。雖然MCU仍以傳統(tǒng)方式編程，但MCE算法是通過使用模擬函數(shù)庫的圖形化拖放方法實現(xiàn)的。

除了MCE外，芯片還集成了一個被稱為嵌入式模擬信號引擎(ASE)的混合信號模塊。這個模塊將信號調(diào)節(jié)和使用這些內(nèi)置分流電路的無傳感器電機控制完美地組合在一起。用硬件實現(xiàn)MCE可以提供比DSP更快的環(huán)路響應(yīng)，這種響應(yīng)速度足以實現(xiàn)對風(fēng)扇和壓縮機電機的同時控制。

IR 公司一直在不斷更新iMotion產(chǎn)品線。公司最近推出了用于電器電機控制的IRMCK171控制器和IRAM336集成電源模塊(見圖)。 IRMCK171是一種芯片上的電機控制器。其MCE側(cè)由控制單元、運動外設(shè)、運動控制順序器和一個映射內(nèi)部信號節(jié)點的雙端口RAM組成。 IRMCK171包含一個與眾不同的單路分流重構(gòu)電路和一個雙腿分流檢測電路，支持直接分流電阻連接IC。

運動控制可以通過 iMotion的圖形編譯器進行編程，這種編譯器已被集成在Matlab/Simulink開發(fā)環(huán)境中。在控制側(cè)，排序、用戶接口、主機通信和上層控制任務(wù)在8051上實現(xiàn)。IRMCK171提供32kB的一次性可編程(OTP)程序ROM。IRMCF171開發(fā)芯片包含64kB的閃存。這些芯片全部采用 48引腳的四方扁平封裝(QFP)。

用于電器電機控制的IRAM336-025SB集成電源模塊是一種多芯片混合器件，由高電壓MOSFET和一個采用了熱增強型封裝的三相驅(qū)動器組成。用于高端驅(qū)動器的自舉電源可以使用內(nèi)部自舉二極管生成，無需使用隔離式電源。該模塊可以處理功率高達250W、交流電壓范圍從85V到253V的電機。參考設(shè)計同時采用了IRMCK171和IRAM336這兩種器件。