IRMCF341在變頻家電上的應用

本文略述了變頻技術,介紹了IRMCF341和IPM的相關知識,進而分IRMCF341

在變頻家電上的應用,分析和實踐表明基于IRMCF341微控制器的無傳感器的矢量控制技術變頻家電的解決方案具有高效率,成本低等諸多優點,必得到廣泛的應用。

1. 概述
隨著國際油價的不斷攀升，人們越來越緊迫的認識到能源的重要性。如何高效，環保的利用能源是各個國家政府，學術界，工業界都非常注重的熱點問題，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的熱點話題。降低電機的能源消耗又是這場戰役的攻堅戰，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。變頻技術是降低電機能源消耗的一種有效手段，變頻家電在西方發達國家早已占據了主流，日本2000年變頻空調已占空調市場的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，但最近幾年發展迅猛，國內各大家電巨頭陸續推出了各種變頻家電產品，國務院發展研究中心市場經濟研究所預測：到2010年變頻空調將占據空調市場85％以上，有63％的消費者會選擇變頻空調。
變頻家電的變頻控制有多種實現方法，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心的問題。本文由淺至深介紹一種基于IRMCF341微控制器的無傳感器的矢量控制技術變頻家電的解決方案

2. 變頻技術簡介
通俗的講變頻技術是通過改變電機運行的交流電頻率實現速度控制的技術。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種技術即120度控制技術和180度控制技術，即人們常說的方波驅動技術和正弦波驅動技術，下面就這兩種技術作個簡要的對比。

（1）120度控制技術：
120度控制技術是指任意時刻電機3相線只有2相導通，1相截止，表現在驅動波形上即在180度電周期內任1相線只連續通電 120度，60度截止。這種技術驅動波形為方波，采用常見6拍換向方法進行換向控制。具有算法簡單,相對容易實現的優點,但同時也存在著一些缺點: 在轉速和轉矩發生變化時產生很大的轉差率,導致大電流,即能耗比,效率低；轉矩特性差,負載加大時會丟轉速；低速轉矩特性差,容易發生抖動。120度控制技術在早期的變頻家電產品上有部分采用，但因其效率低，轉矩特性差等問題先已逐步被180度控制技術取代。目前市場上最先進的180度控制技術是基于磁場定向矢量的變頻技術

（2）基于FOC(磁場定向)的矢量變頻控制系統：
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，實現電流和轉速的雙閉環控制。具有可以在不產生大流的情況下實現快速的動態響應，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。但其電機控制算法相對復雜，實時要求性高，對軟件人員要求高，主要應用于負載變化快，動態響應要求高的場合，如變頻空調，洗衣機，機床控制系統等。

3. IRMCF341芯片簡介
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。它采用最先進的基于磁場定位的矢量控制技術，利用單電阻電流采樣即可實現電機的三相電流重構,從而實現了FOC電流環和速度環雙閉環矢量控制, 驅動方式為180度正弦波。.IRMCF341 內含2 個高性能的處理引擎，一個是8 位高速8051 核，另一個是 用于電機無傳感器控制的16 位電機控制引擎（MCE ）。8051 核的執行速度為每兩個系統時鐘一個指令(如： 60MIPS @ 120MHz 系統時鐘)。8051 核和MCE 處理器:之間可以通過雙端口RAM 交換數據從而實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。復雜的無傳感器控制算法中的關鍵要素（如：角度估計器）全部是已經定義好的控制模塊，用戶可以通過使用與 MATLAB/SIMULINK 環境無縫連接的圖形化編譯器來設計自己的電機控制算法（在MATLAB/SIMULINK 環境下通過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基于JTAG 口的第三方調試工具來完成。IRMCF341 內51 程序存儲器為48K 的RAM，封裝形式為小型QFP64 無鉛封裝。

IRMCF341