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180°電機控制及基于uPD78F0712的家電風機解決方案

摘要： 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： 傳感技術電機控制變頻電機低損耗矢量控制

Abstract：

Key words :

　　近年來180°電機控制因其節(jié)能、靜音及低顫動而得到廣泛的關注和應用,，尤其在家電領域里，如油煙機,、冰箱、空調及洗衣機等,。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速,。

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

　　表1 電機控制特點

　　由上表可以看出,，在小功率電機范圍內,，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換可以對磁通和轉矩直接控制,，實現(xiàn)電流和轉速的雙閉環(huán)控制,，可以在不產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

　?、?油煙機

　　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,，自動調節(jié)油煙機風量;

　　3)在燉,、煲、蒸,、煮時,，自動調小抽吸速度，降低耗電量;

　　4)靜音,。讓用戶感覺不到電機運轉的噪音;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是按機器的實際輸出熱負荷來調節(jié)轉速,，出水溫度比較恒定，無需自己手動調整加熱速度,，180°永磁同步電機較交流異步電機運轉平穩(wěn),，因此電機運轉聲音也相對較輕。

　?、劭諝鈨艋?/p>

　　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，調節(jié)馬達的運轉帶動凈化，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。

　　3.瑞薩電子(Renesas Electronics) 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。該系列產品集成了內部硬件乘法器,、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，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(或16個16位)Bank結構的通用寄存器,，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(PPG)能指定脈沖寬度和脈沖周期,，這可直接用于家電風機轉速和風量顯示，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，表2則這些功能給出了詳細說明,。