IRMCF341在變頻家電上的應用

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

在變頻家電上的應用,分析和實(shí)踐表明基于IRMCF341微控制器的無(wú)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),必得到廣泛的應用。

1. 概述
隨著(zhù)國際油價(jià)的不斷攀升，人們越來(lái)越緊迫的認識到能源的重要性。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(wèn)題，各種鼓勵節能減排的措施也層出不窮，節能儼然已成為現今社會(huì )的熱點(diǎn)話(huà)題。降低電機的能源消耗又是這場(chǎng)戰役的攻堅戰，據權威統計全世界電機每年消耗的能源占全球每年能源消耗的80％以上，而這其中對我們影響最大的莫過(guò)于家電中的電機能源消耗，比如電冰箱，空調，洗衣機等。變頻技術(shù)是降低電機能源消耗的一種有效手段，變頻家電在西方發(fā)達國家早已占據了主流，日本2000年變頻空調已占空調市場(chǎng)的90％以上，變頻冰箱占60％，變頻洗衣機占30～40％，而我們國內變頻家電的起步較晚，但最近幾年發(fā)展迅猛，國內各大家電巨頭陸續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(chǎng)經(jīng)濟研究所預測：到2010年變頻空調將占據空調市場(chǎng)85％以上，有63％的消費者會(huì )選擇變頻空調。
變頻家電的變頻控制有多種實(shí)現方法，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(wèn)題。本文由淺至深介紹一種基于IRMCF341微控制器的無(wú)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(jiǎn)介
通俗的講變頻技術(shù)是通過(guò)改變電機運行的交流電頻率實(shí)現速度控制的技術(shù)。以空調壓縮機為例目前主流的變頻空調采用的電機都是直流電機，按其驅動(dòng)波形分為方波電機和正弦波電機，針對這兩種電機常用的有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(shuō)的方波驅動(dòng)技術(shù)和正弦波驅動(dòng)技術(shù)，下面就這兩種技術(shù)作個(gè)簡(jiǎn)要的對比。

（1）120度控制技術(shù)：
120度控制技術(shù)是指任意時(shí)刻電機3相線(xiàn)只有2相導通，1相截止，表現在驅動(dòng)波形上即在180度電周期內任1相線(xiàn)只連續通電 120度，60度截止。這種技術(shù)驅動(dòng)波形為方波，采用常見(jiàn)6拍換向方法進(jìn)行換向控制。具有算法簡(jiǎn)單,相對容易實(shí)現的優(yōu)點(diǎn),但同時(shí)也存在著(zhù)一些缺點(diǎn): 在轉速和轉矩發(fā)生變化時(shí)產(chǎn)生很大的轉差率,導致大電流,即能耗比,效率低；轉矩特性差,負載加大時(shí)會(huì )丟轉速；低速轉矩特性差,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，轉矩特性差等問(wèn)題先已逐步被180度控制技術(shù)取代。目前市場(chǎng)上最先進(jìn)的180度控制技術(shù)是基于磁場(chǎng)定向矢量的變頻技術(shù)

（2）基于FOC(磁場(chǎng)定向)的矢量變頻控制系統：
其控制原理是通過(guò)一定的坐標轉換可以對磁通和轉矩直接控制，實(shí)現電流和轉速的雙閉環(huán)控制。具有可以在不產(chǎn)生大流的情況下實(shí)現快速的動(dòng)態(tài)響應，即能耗比，效率高；轉矩性能好，可以在不丟轉速的情況下保證足夠硬的轉矩特性的點(diǎn)。但其電機控制算法相對復雜，實(shí)時(shí)要求性高，對軟件人員要求高，主要應用于負載變化快，動(dòng)態(tài)響應要求高的場(chǎng)合，如變頻空調，洗衣機，機床控制系統等。

3. IRMCF341芯片簡(jiǎn)介
3.1 綜述
IRMCF341 是美國國際整流器（IR）新推出的針對變頻家電無(wú)傳感器控制應用的高性能低成本電機控制IC。它采用最先進(jìn)的基于磁場(chǎng)定位的矢量控制技術(shù)，利用單電阻電流采樣即可實(shí)現電機的三相電流重構,從而實(shí)現了FOC電流環(huán)和速度環(huán)雙閉環(huán)矢量控制, 驅動(dòng)方式為180度正弦波。.IRMCF341 內含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 用于電機無(wú)傳感器控制的16 位電機控制引擎（MCE ）。8051 核的執行速度為每?jì)蓚€(gè)系統時(shí)鐘一個(gè)指令(如： 60MIPS @ 120MHz 系統時(shí)鐘)。8051 核和MCE 處理器:之間可以通過(guò)雙端口RAM 交換數據從而實(shí)現數據監視和指令輸入的功能。MCE 包含了基于硬件電路控制電機所需的所有控制資源，如PI 調節器、矢量旋轉、角度估計器、乘法/除法器、低損耗SVPWM 以及單電阻電流采樣/重構等等。復雜的無(wú)傳感器控制算法中的關(guān)鍵要素（如：角度估計器）全部是已經(jīng)定義好的控制模塊，用戶(hù)可以通過(guò)使用與 MATLAB/SIMULINK 環(huán)境無(wú)縫連接的圖形化編譯器來(lái)設計自己的電機控制算法（在MATLAB/SIMULINK 環(huán)境下通過(guò)連接各單元功能模塊并編譯即可）。8051 代碼的仿真和調試可以通過(guò)基于JTAG 口的第三方調試工具來(lái)完成。IRMCF341 內51 程序存儲器為48K 的RAM，封裝形式為小型QFP64 無(wú)鉛封裝。

IRMCF341