180°電機(jī)控制及家電風(fēng)機(jī)解決方案

作者：時間：2010-10-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　近年來180°電機(jī)控制因其節(jié)能、靜音及低顫動而得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，尤其在家電領(lǐng)域里，如油煙機(jī)、冰箱、空調(diào)及洗衣機(jī)等。瑞薩電子目前推出了一系列變頻控制專用的8位MCU，本文主要介紹瑞薩電子8位MCU――uPD78F0712的主要特點(diǎn)及基于該MCU的家電風(fēng)機(jī)解決方案。

　　1. 180°控制的應(yīng)用場合及特點(diǎn)

　　目前市場上對于家用電器如熱水器、油煙機(jī)等一般要求其具有低噪聲、低損耗、省電節(jié)能的特征，因此，類似的這些場合并不適宜使用變頻器驅(qū)動的交流異步電機(jī)，而適合使用小功率無刷直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

　　無刷直流電機(jī)分為方波控制(120°控制)的BLDC和正弦波控制(180°控制)的PMSM永磁同步電機(jī)。下表是各個電機(jī)控制特點(diǎn)比較：

　　表1 電機(jī)控制特點(diǎn)

　　由上表可以看出，在小功率電機(jī)范圍內(nèi)，180°電機(jī)控制具有噪聲低、效率高的優(yōu)點(diǎn)。

　　目前市場上最先進(jìn)的180°控制技術(shù)是基于磁場定向矢量的變頻技術(shù)，F(xiàn)OC(磁場定向)矢量控制算法產(chǎn)生矢量形式相電壓，用來控制定子電流，其控制原理是通過一定的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換可以對磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制，實(shí)現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)控制，可以在不產(chǎn)生大流的情況下實(shí)現(xiàn)快速的動態(tài)響應(yīng)。

　　2.180°電機(jī)控制在家電上的應(yīng)用

　?、?油煙機(jī)

　　目前，市場上比較常見的是有檔位變頻油煙機(jī)，只有少部分的油煙機(jī)廠商開始采用180°電機(jī)控制的無檔位變頻油煙機(jī)。

　　相對于其他類型的變頻油煙機(jī)，180°變頻油煙機(jī)有以下特點(diǎn)：

　　1)可根據(jù)傳感器識別有無油煙，智能啟動和停止油煙機(jī)的抽吸，無需手動操作;

　　2)在炒、煎、炸時可根據(jù)油煙量的大小，自動調(diào)節(jié)油煙機(jī)風(fēng)量;

　　3)在燉、煲、蒸、煮時，自動調(diào)小抽吸速度，降低耗電量;

　　4)靜音。讓用戶感覺不到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的噪音;5)較小體積的電機(jī)使得油煙機(jī)體積更小。

　　②熱水器

　　傳統(tǒng)家用快速燃?xì)鉄崴鳛榱颂岣哂脩羰褂玫陌踩?，現(xiàn)在多為封閉式燃燒的強(qiáng)排風(fēng)熱水器，內(nèi)設(shè)鼓風(fēng)裝置，工作聲響大;此外，由于燃器壓力不適或設(shè)置不當(dāng)，經(jīng)常出現(xiàn)水不熱或水太燙，有時在洗澡的過程也會出現(xiàn)忽冷忽熱等不適。

　　180°變頻燃?xì)鉄崴鞯碾姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是按機(jī)器的實(shí)際輸出熱負(fù)荷來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，出水溫度比較恒定，無需自己手動調(diào)整加熱速度，180°永磁同步電機(jī)較交流異步電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲音也相對較輕。

　　③空氣凈化器

　　市面上普通的空氣凈化器存在噪聲大，長時間開啟比較耗電的問題。在成本相同的情況下，180°變頻空氣凈化器馬達(dá)噪聲低，而且會自動根據(jù)傳感器感知空氣潔凈度，調(diào)節(jié)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)帶動凈化，節(jié)電運(yùn)行，節(jié)省電能。

　　相比之下，不難看出180度電機(jī)控制的前景比較好，盡管變頻電機(jī)控制成本比較高，但是它的高性能、靜音、低損耗，為它的有利推廣提供保駕護(hù)航的條件，越來越多的家電制造商，開始關(guān)注和投資180°電機(jī)控制，用以提高家電電器效率和降低噪音。

　　3.瑞薩電子(Renesas Electronics) 8位MCU促進(jìn)馬達(dá)設(shè)計

　　180°變頻馬達(dá)里對電機(jī)采用的是矢量控制來達(dá)到變頻目的，因此，對MCU的要求高，如油煙機(jī)、熱水器、空氣凈化器等需要更多的附屬功能如液晶顯示、延時控制等，MCU還需要一些特有的外設(shè)如串行通信、強(qiáng)大的定時器等。

　　瑞薩電子為電機(jī)控制開發(fā)了包括78K0/IY2、78K0/IA2、78K0/IB2、uPD78F0712、uPD78F0714、uPD789842和uPD780988等一系列的8位MCU。該系列產(chǎn)品集成了內(nèi)部硬件乘法器、定時器、多個通用寄存器、可編程脈沖發(fā)生器、獨(dú)立的變頻控制模塊，專用于電機(jī)控制應(yīng)用的外設(shè)使其更適合中小功率的180°變頻電機(jī)。

　　在180°變頻電機(jī)控制算法中要用到坐標(biāo)變換及逆變換、乘法運(yùn)算和大量的循環(huán)控制，因此需求MCU的速度要快，瑞薩電子8位MCU的硬件乘法/除法器都能夠快速進(jìn)行FOC矢量控制運(yùn)算，及PID跌代、坐標(biāo)變換。

　　該系列8位MCU有6個外部中斷，能夠快速響應(yīng)外部中斷，如傳感器的反饋信息等，極大的降低了電機(jī)控制方案的成本，它有32個8位(或16個16位)Bank結(jié)構(gòu)的通用寄存器，使得運(yùn)行效率更高。

　　180°變頻電機(jī)一般用于中高檔的家用電器中，瑞薩電子8位MCU可編程脈沖發(fā)生器(PPG)能指定脈沖寬度和脈沖周期，這可直接用于家電風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速和風(fēng)量顯示，同時MCU提供在線自編程功能，還有這些MCU無需外部EEPROM，它自身的已經(jīng)夠用。

　　此外，瑞薩電子的這些8位MCU 帶有2個專用變頻控制模塊，可以在PWM周期的任意時刻產(chǎn)生中斷，可根據(jù)用戶需求在任意時刻對電流進(jìn)行采樣;可用于控制PWM高阻態(tài)輸出的外部信號輸入，可以在非正常情況下快速停止風(fēng)扇轉(zhuǎn)動;另外還帶有可編程死區(qū)控制(死區(qū)時間范圍：0.1 s～25.6 s)。

　　圖2顯示了8位變頻控制MCU的主要特點(diǎn)，表2則這些功能給出了詳細(xì)說明?！　?/P>