白色家電的電機控制設計

白色家電的電機控制設計

白色家電業(yè)的發(fā)展趨勢是用永磁同步電機(PMSM)代替感應電機。在最近幾年中，感應電機的價(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)勢外，PMSM還具有更低的傳導損耗、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，因此設計起來(lái)更加簡(jiǎn)單。它們的速度僅僅取決于開(kāi)關(guān)頻率。此外，PMSM不要求控制器處理來(lái)自霍耳效應傳感器的信號以監視相位電流，可以簡(jiǎn)單地使用嵌入在控制器內部的傳感電阻來(lái)采樣不同相位下的驅動(dòng)器電流。

在不同國家和區域的白色家電市場(chǎng)中，文化和經(jīng)濟差異對電機控制設計有很大的影響，這將影響每個(gè)市場(chǎng)所推崇的空調壓縮機類(lèi)型，進(jìn)而影響電機控制器的設計。為幫助空調OEM商削減總體材料和裝配成本，同時(shí)適應不同市場(chǎng)區域中的文化差異，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定扭矩負載外，iMotion控制器IC還能創(chuàng )建比簡(jiǎn)單正弦曲線(xiàn)的三個(gè)相位更復雜的驅動(dòng)函數，從而輕松解決由旋轉壓縮機發(fā)出的振動(dòng)和變化負載引起的潛在問(wèn)題。

同樣，這些產(chǎn)品還可以應用于風(fēng)扇控制。如果空調要高效地調整輸出以匹配環(huán)境條件并維持穩定的溫度，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(mǎn)足不同國家的制度要求。

iMotion “集成設計平臺”由數字控制IC和驅動(dòng)器IC組成，后者集成了功率開(kāi)關(guān)所需的IGBT和FET?？刂艻C是一種多內核設計，其中一面圍繞8051微控制器搭建，主要處理用戶(hù)接口。另一面圍繞獲得專(zhuān)利的運動(dòng)控制引擎(MCE)搭建，以硬件方式實(shí)現了復雜、無(wú)傳感器的PMSM-控制算法。

內核間通過(guò)RAM寄存器塊進(jìn)行通信，這些寄存器塊為MCE提供設置點(diǎn)，并向MCU提供診斷反饋信息。雖然MCU仍以傳統方式編程，但MCE算法是通過(guò)使用模擬函數庫的圖形化拖放方法實(shí)現的。

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

IR 公司一直在不斷更新iMotion產(chǎn)品線(xiàn)。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(jiàn)圖)。 IRMCK171是一種芯片上的電機控制器。其MCE側由控制單元、運動(dòng)外設、運動(dòng)控制順序器和一個(gè)映射內部信號節點(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電路和一個(gè)雙腿分流檢測電路，支持直接分流電阻連接IC。

運動(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(kāi)發(fā)環(huán)境中。在控制側，排序、用戶(hù)接口、主機通信和上層控制任務(wù)在8051上實(shí)現。IRMCK171提供32kB的一次性可編程(OTP)程序ROM。IRMCF171開(kāi)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(gè)采用了熱增強型封裝的三相驅動(dòng)器組成。用于高端驅動(dòng)器的自舉電源可以使用內部自舉二極管生成，無(wú)需使用隔離式電源。該模塊可以處理功率高達250W、交流電壓范圍從85V到253V的電機。參考設計同時(shí)采用了IRMCK171和IRAM336這兩種器件。