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基于uPD78F0712的家電風機解決方案

摘要： 　隨著科學技術的發(fā)展，180°電機控制越來越多在各種領域的應用,，尤其在家電領域里,。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的主要特點及基于該MCU的家電風機解決方案,。

關鍵詞： 微處理器|微控制器 uPD78F0712 家電馬達控制

Abstract：

Key words :

　　隨著科學技術的發(fā)展,，180°電機控制越來越多在各種領域的應用，尤其在家電領域里,。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的主要特點及基于該MCU的家電風機解決方案。

　　1. 180°控制的應用場合及特點

　　目前市場上對于家用電器如熱水器,、油煙機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，而適合使用小功率無刷直流電機進行調(diào)速。

　　無刷直流電機分為方波控制的BLDC和正弦波控制的PMSM永磁同步電機,。下表是各個電機控制特點比較：

　　表1 電機控制特點

電機控制特點

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

　　目前市場上最先進的180°控制技術是基于磁場定向矢量的變頻技術，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轉(zhuǎn)換可以對磁通和轉(zhuǎn)矩直接控制，實現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)速的雙閉環(huán)控制,，可以在不產(chǎn)生大流的情況下實現(xiàn)快速的動態(tài)響應,。

　　2.180°電機控制在家電上的應用

　　① 油煙機

　　油煙機,，系家庭廚房為吸凈烹調(diào)時所產(chǎn)生的油煙之類用電器,，不僅能很好完成功能性的作用外，應具備融合現(xiàn)代廚房格局的裝飾概念,。經(jīng)過油煙機的發(fā)展,，油煙機已經(jīng)不局限于廚房除油煙的簡單工具了，而是增加較多的娛樂功能和使用功能,，如增加了電視顯示器的娛樂油煙機,，增加了與智能家居為一體的安防系統(tǒng)的油煙機，安裝了網(wǎng)絡控制的網(wǎng)絡油煙機等,。

　　吸油煙機在結(jié)構(gòu)設計上應考慮到易于有效清除積聚起來的油脂和污垢,，應盡量做到外殼表面光滑平整。通常吸油煙機需固定在墻上使用,，所以除有鍵,、孔槽、鉤等外,，還要求它應有合適的裝置將其固定在墻上,，同時這種裝置應由不易移動或不易變形的金屬制成。

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

　　相對于其他類型的變頻油煙機,，180°變頻油煙機有以下特點：

　　1）可根據(jù)傳感器識別有無油煙,，智能啟動和停止油煙機的抽吸，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)油煙機風量,；

　　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運轉(zhuǎn)的噪音,；5）較小體積的電機使得油煙機體積更小,。

　　②熱水器

　　傳統(tǒng)家用快速燃氣熱水器為了提高用戶使用的安全性,，現(xiàn)在多為封閉式燃燒的強排風熱水器,，內(nèi)設鼓風裝置，工作聲響大,；此外,，由于燃器壓力不適或設置不當，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°變頻燃氣熱水器的電機運轉(zhuǎn)是按機器的實際輸出熱負荷來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，無需自己手動調(diào)整加熱速度,，180°永磁同步電機較交流異步電機運轉(zhuǎn)平穩(wěn),，因此電機運轉(zhuǎn)聲音也相對較輕。

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　　空氣凈化器（又稱“空氣清潔器”,、空氣清新機），是指能夠吸附,、分解或轉(zhuǎn)化各種空氣污染物（一般包括粉塵,、花粉、異味,、甲醛之類的裝修污染,、細菌、過敏原等）,，有效提高空氣清潔度的產(chǎn)品,，目前以清除室內(nèi)空氣污染的家用和商用空氣凈化器為主。

　　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)馬達的運轉(zhuǎn)帶動凈化,，節(jié)電運行，節(jié)省電能,。

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

　　選購空氣凈化器，無非都是想用其來換取健康清新的空氣,。把以一臺空氣凈化器是否安全,，是決定其是否可取的基本前提條件?？諝鈨艋鞯耐鈿?、機芯與凈化技術，將會直接影響著空氣凈化器的安全性,。凈化技術,，應選擇與自然界中的正負離子一樣，并有國外13家機構(gòu)認證其安全性的離子凈化技術,。

　　國際通行的空氣凈化原理有五種,，物理式、靜電式,、化學式,、負離子式和復合式。一般來說,，同時使用多種凈化方式的空氣凈化器,，其凈化效果會更佳。例如灰塵,、異味,、花粉等大顆粒物質(zhì)，可以通過物理凈化方式來過濾,；而過敏物質(zhì),、病毒,、甲醛等有害物質(zhì)，則需要化學凈化方式來凈化,。

　　按凈化方式從能動的方向來分,，凈化方式從能動的方向來分，又有主動凈化方式（空中凈化）和被動凈化方式（定點凈化）和主被動復合凈化三種,。被動凈化方式只對吸入的空氣有凈化效果,；主動的凈化方式對整個空間都會有凈化效果。主被動復合凈化是兩者的相結(jié)合,，效果也更加好。

　　3.瑞薩電子8位MCU促進馬達設計

　　180°變頻馬達里對電機采用的是矢量控制來達到變頻目的,，因此,，對MCU的要求高，如油煙機,、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如串行通信,、強大的定時器等。

　　瑞薩電子為電機控制開發(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,、獨立的變頻控制模塊,，專用于電機控制應用的外設使其更適合中小功率的180°變頻電機。

　　在180°變頻電機控制算法中要用到坐標變換及逆變換,、乘法運算和大量的循環(huán)控制,，瑞薩電子8位MCU的硬件乘法/除法器都能夠快速進行FOC矢量控制運算，及PID跌代,、坐標變換,。
該系列8位MCU有6個外部中斷，能夠快速響應外部中斷,，如傳感器的反饋信息等,，極大的降低了電機控制方案的成本,，它有32個8位Bank結(jié)構(gòu)的通用寄存器，使得運行效率更高,。

　　180°變頻電機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)生器能指定脈沖寬度和脈沖周期，這可直接用于家電風機轉(zhuǎn)速和風量顯示,，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扇轉(zhuǎn)動,；另外還帶有可編程死區(qū)控制,。

　　圖2顯示了8位變頻控制MCU的主要特點，表2則這些功能給出了詳細說明,。

瑞薩電子的MCU特點