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利用XC866 8位微控制器实现空调室外机风扇控制

—— Better Control and Quiet Solution Using 8-bit Microcontroller XC866 for Air-Conditioner Outdoor Fan
作者:钱伟喆 英飞凌科技股份公司 系统应用工程师时间:2011-02-18来源:电子产品世界

  应用背景

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/116949.htm

  分体式空调通常包含一个室外机和几个室内风机盘管。室外机包含负责热交换的压缩机。为确保能够根据室外温度的变化,调节室外机的热交换量,需要采用风扇。通常室外机风扇的转速范围为250rpm至1000rpm,功耗不超过100W,典型值为70W。速度指令以模拟格式下达,并向主控制板反馈FG信号。

  室外机风扇的控制有特殊的要求。它需要在不同的气候条件下可靠地启动和运行。在遭遇室外强风的情况下,风扇叶片可能会反向旋转。在强台风条件下,电机可能只会达到最高速度的一半。同时为了出于生产便利考虑,还有其他一些要求。因此,最好选择不受电机参数影响、对组件公差或生产变化不敏感的控制方法。

  传统的室外机风扇采用梯形换相的无刷直流电机。梯形控制具备多种优势,例如易于控制、大转矩和可靠的性能。不过,由于与生俱来的转矩脉动,梯形换相可导致音频噪声,尤其在电机低速运转条件下。为降低音频噪声,同时满足所有应用要求,本文提出了一种采用8位实现简化正弦控制的方案。

  室外机风扇解决方案

  是高性能的XC800 8位家族的一员,以兼容行业标准8051处理器的XC800内核为基础。具备一个专用的三相电机控制单元——捕获比较单元6(CCU6),和一个包含多种扩展功能的10位模数转换器(ADC)。这些特性使XC866成为低端三相电机控制的理想之选,例如无刷直流电机和感应电机。XC866的其他特性包括一个UART、一个SPI接口和三个16位定时器。图2为XC866 8位的框图。


  图3为风扇变频器的系统框图。微控制器、栅极驱动器和6个IGBT安装在同一个电路板上。该电路板通常安装在电机机壳内。310V直流电压直接接至变频器电路板,因此,无需任何整流器级。由于具备适用的特性和可靠的品质,分立式IGBT IKD04N60R和栅极驱动器6ED003L06-F被该应用选中。


  在实际运行当中,风扇电机可能会处于以下状态:STOP、CHECK_DIR、BRAKE、RAMP和SINU。加电后,一个程序(CHECK_DIR状态)将被调用,用于检查风扇电机的旋转状态。如果处于静止不动的状态,电机将采用梯形换相(RAMP状态)方法实现启动,因为这种方法可提供更强的启动转矩。成功启动后,控制方式转换成正弦调制(SINU状态),旨在降低音频噪声。不过,如果电机在加电后向相反的方向旋转,软件就会对电机进行制动,直至电机静止不动(BRAKE状态)。制动力根据初始旋转速度计算。例如,如果风扇叶片的转速为400rpm,那么相对于转速为200rpm的风扇叶片,电机制动就需要更大的电流。


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