白色家電的電機(jī)控制設(shè)計(jì)

白色家電的電機(jī)控制設(shè)計(jì)

白色家電業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是用永磁同步電機(jī)(PMSM)代替感應(yīng)電機(jī)。在最近幾年中，感應(yīng)電機(jī)的價(jià)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(jià)格上升得比較緩慢。除了價(jià)格優(yōu)勢(shì)外，PMSM還具有更低的傳導(dǎo)損耗、良好的低速扭矩、簡(jiǎn)單的速度控制和緊湊尺寸，使得它們極具吸引力。

從電機(jī)控制角度看，PMSM沒(méi)有鐵芯，不存在磁滯與飽和問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)起來(lái)更加簡(jiǎn)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(lái)自霍耳效應(yīng)傳感器的信號(hào)以監(jiān)視相位電流，可以簡(jiǎn)單地使用嵌入在控制器內(nèi)部的傳感電阻來(lái)采樣不同相位下的驅(qū)動(dòng)器電流。

在不同國(guó)家和區(qū)域的白色家電市場(chǎng)中，文化和經(jīng)濟(jì)差異對(duì)電機(jī)控制設(shè)計(jì)有很大的影響，這將影響每個(gè)市場(chǎng)所推崇的空調(diào)壓縮機(jī)類型，進(jìn)而影響電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)。為幫助空調(diào)OEM商削減總體材料和裝配成本，同時(shí)適應(yīng)不同市場(chǎng)區(qū)域中的文化差異，國(guó)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(jī)的穩(wěn)定扭矩負(fù)載外，iMotion控制器IC還能創(chuàng)建比簡(jiǎn)單正弦曲線的三個(gè)相位更復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，從而輕松解決由旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)發(fā)出的振動(dòng)和變化負(fù)載引起的潛在問(wèn)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(jī)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(jī)以可變速度運(yùn)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(guó)家的制度要求。

iMotion “集成設(shè)計(jì)平臺(tái)”由數(shù)字控制IC和驅(qū)動(dòng)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(jì)，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(yùn)動(dòng)控制引擎(MCE)搭建，以硬件方式實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜、無(wú)傳感器的PMSM-控制算法。

內(nèi)核間通過(guò)RAM寄存器塊進(jìn)行通信，這些寄存器塊為MCE提供設(shè)置點(diǎn)，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(guò)使用模擬函數(shù)庫(kù)的圖形化拖放方法實(shí)現(xiàn)的。

除了MCE外，芯片還集成了一個(gè)被稱為嵌入式模擬信號(hào)引擎(ASE)的混合信號(hào)模塊。這個(gè)模塊將信號(hào)調(diào)節(jié)和使用這些內(nèi)置分流電路的無(wú)傳感器電機(jī)控制完美地組合在一起。用硬件實(shí)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(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇和壓縮機(jī)電機(jī)的同時(shí)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(jī)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(jī)控制器。其MCE側(cè)由控制單元、運(yùn)動(dòng)外設(shè)、運(yùn)動(dòng)控制順序器和一個(gè)映射內(nèi)部信號(hào)節(jié)點(diǎn)的雙端口RAM組成。 IRMCK171包含一個(gè)與眾不同的單路分流重構(gòu)電路和一個(gè)雙腿分流檢測(cè)電路，支持直接分流電阻連接IC。

運(yùn)動(dòng)控制可以通過(guò) iMotion的圖形編譯器進(jìn)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(jī)通信和上層控制任務(wù)在8051上實(shí)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(jī)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(gè)采用了熱增強(qiáng)型封裝的三相驅(qū)動(dòng)器組成。用于高端驅(qū)動(dòng)器的自舉電源可以使用內(nèi)部自舉二極管生成，無(wú)需使用隔離式電源。該模塊可以處理功率高達(dá)250W、交流電壓范圍從85V到253V的電機(jī)。參考設(shè)計(jì)同時(shí)采用了IRMCK171和IRAM336這兩種器件。