前言

隨著人們生活水平提高，空調(diào)早已作為生活必須品進(jìn)入人們的家庭，相比冰箱、洗衣機(jī)每家每戶一般只用一臺來說，越來越多的家庭會給每個房間都安裝一套空調(diào)以提高生活品質(zhì)，所以空調(diào)市場的容量預(yù)計(jì)會達(dá)到冰箱和洗衣機(jī)市場的數(shù)倍，前景非常廣闊。

近年來，隨著變頻技術(shù)的日益成熟，變頻空調(diào)的普及率也逐步提高。變頻空調(diào)除了眾所周知的節(jié)能效果突出外，出風(fēng)柔和、噪音低、不易得空調(diào)病之類的優(yōu)點(diǎn)也越來越為大眾所接受，從目前國內(nèi)外空調(diào)廠家出貨的情況可以看出，變頻的占比已經(jīng)高于定頻，而且增長勢頭不減，未來空調(diào)變頻化設(shè)計(jì)將成市場主流。

目前市場上空調(diào)變頻方案主要分日系和歐美系兩類，日系由瑞薩和NEC方案為主，歐美系則以TI方案和今天重點(diǎn)介紹的Infineon的iMotionTM方案為代表。iMotionTM方案與其他方案的主要不同，在于iMotionTM方案是一個專用電機(jī)驅(qū)動方案，芯片已經(jīng)內(nèi)置了經(jīng)過市場驗(yàn)證的完整的電機(jī)驅(qū)動算法，客戶只需要集中精力于把系統(tǒng)調(diào)試穩(wěn)定，并完成自己的空調(diào)外機(jī)主控程序，就可以迅速完成外機(jī)開發(fā)，加快產(chǎn)品上市的進(jìn)度。

iMotionTM方案簡介

iMotionTM方案硬件是基于Infineon公司高性能微處理器完成的，處理器內(nèi)部分為兩個核心，MCE核和MCU核，如圖一：

圖一

其中，MCE是電機(jī)驅(qū)動核，所有電機(jī)驅(qū)動相關(guān)的工作都由這部分完成；

ASE是在MCE內(nèi)的一部分，主要完成一些信號處理和ADC的工作；

MCU部分是一個基于51核的8bit MCU，主要用來完成配置MCE以及其他一些周邊外設(shè)的控制。

對于MCE核內(nèi)的電機(jī)控制算法，Infineon公司有根據(jù)不同的需求發(fā)布的不同的固件程序，一般情況下可以直接使用，只需要完成電機(jī)參數(shù)配置即可；對于特殊需要，可以用Matlab進(jìn)行功能的更改，Infineon公司發(fā)布的所有固件，都有對應(yīng)的Matlab文件發(fā)布，使用者可以按需要更改，如圖二：

圖二

針對變頻空調(diào)應(yīng)用的不同，Infineon公司推出了“1PFC+1MOTOR“應(yīng)用的IRMCF188方案和”1PFC+2MOTOR“應(yīng)用的IRMCF311方案，因?yàn)槭袌錾险急茸畲蟮氖恰?PFC+1MOTOR“的控制方案，所以本文重點(diǎn)介紹IRMCF188方案的配置和使用情況。

IRMCF188芯片介紹

圖三

圖三是IRMCF188芯片的資源簡表，可以看出IRMCF188芯片擁有64K Flash，16K RAM，TQFP64封裝，這個配置可以滿足目前絕大部分空調(diào)外機(jī)對MCU資源的需求，可以完成變頻空調(diào)外機(jī)的單芯片方案的應(yīng)用。

IRMCF188芯片內(nèi)部資源的框圖如下圖四：

圖四

從框圖可見，MCE部分完成了PFC的驅(qū)動和保護(hù)，電機(jī)部分的驅(qū)動和保護(hù)以及各電壓電流的AD采集；MCU部分則包括了通用MCU需要的外設(shè)資源，他們兩者之間通過雙口RAM來進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這樣可以保證數(shù)據(jù)交換的及時(shí)和有效。

另外需要注意的是，IRMCF188芯片包含了內(nèi)置的高速運(yùn)放和比較器，如圖五所示，這樣帶來的好處是，可以減少方案外部器件的使用，降低整體BOM成本，并縮小印制板所需面積。從圖中可以看出，內(nèi)置的運(yùn)放和比較器，可以完成電機(jī)的單電阻或雙電阻電流采樣、保護(hù)，PFC的電流采樣和交流電壓采樣等工作，只需要通過外部的阻容網(wǎng)絡(luò)來配置合適的參數(shù)即可。這些所有的初始化工作全部由MCE部分固件完成，使用者完全不需要參與控制。

圖五

IRMCF188變頻空調(diào)外機(jī)應(yīng)用

如下圖六，是一個標(biāo)準(zhǔn)的變頻空調(diào)外機(jī)應(yīng)用框圖，配合交流風(fēng)機(jī)和毛細(xì)管，可以應(yīng)用于1.5P及以下的三級能效外機(jī)。

因?yàn)槭褂昧薎RMCF188控制方案，外圍的運(yùn)算放大器和比較器都可以省掉，整個結(jié)構(gòu)簡單明了，非常有利于產(chǎn)品的開發(fā)驗(yàn)證，以縮短產(chǎn)品上市周期。

圖六

IRMCF188電機(jī)參數(shù)配置

Infineon公司為iMotionTM電機(jī)控制應(yīng)用準(zhǔn)備了詳細(xì)的開發(fā)文檔和工具，具體內(nèi)容可以到Infineon公司的官網(wǎng)下載，如圖七。安裝完以后，在安裝目錄主要有三個工具，用來配置、調(diào)試和燒錄iMotionTM芯片，下面分別對三個工具做一個簡單說明。

圖七

MCEWizard100

這個工具是用來配置電機(jī)參數(shù)的，主要分系統(tǒng)、電機(jī)、PFC三個部分。

系統(tǒng)頁面見圖八，本頁主要配置母線電壓和AD校準(zhǔn)的信息。

圖八

電機(jī)頁面見圖九，本頁輸入主要包括：

壓縮機(jī)廠家提供的規(guī)格書參數(shù)，如額定轉(zhuǎn)速、電阻、電感、反電動勢等。

電路板上使用的相關(guān)采樣電路的參數(shù)，如采樣電阻阻值、電路增益等。

電流環(huán)和速度環(huán)參數(shù)，如電流環(huán)PI值、速度環(huán)PI值等。

此頁是壓縮機(jī)是否能可靠高效運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵配置頁，后期調(diào)試需要根據(jù)整機(jī)系統(tǒng)的表現(xiàn)來微調(diào)某些參數(shù)。

圖九

PFC頁面見圖十，本頁輸入主要是PFC相關(guān)參數(shù)，如輸入電壓范圍、電感量、電容量、采樣電路參數(shù)等，根據(jù)空調(diào)系統(tǒng)最終的需求來配置即可。

圖十

MCEDesigner

MCEDesigner工具是一個功能強(qiáng)大的iMotionTM電機(jī)調(diào)試工具，可以把配置好的電機(jī)參數(shù)導(dǎo)入到工具中，通過Infineon公司隨軟件提供的MECDesigner專用程序，可以不用任何軟件開發(fā)，即可以開始電機(jī)和硬件系統(tǒng)的評估和調(diào)試，可以完全替代傳統(tǒng)的軟硬件都大概準(zhǔn)備好再開始評估和調(diào)試的模式，節(jié)省開發(fā)時(shí)間，降低立項(xiàng)的風(fēng)險(xiǎn)。

MCEDesigner工具啟動界面如圖十一，可以直觀的看到電機(jī)運(yùn)行的所有參數(shù)，部分參數(shù)可以在電機(jī)運(yùn)行的過程中實(shí)時(shí)更改，并直接看到電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的變化，以方便參數(shù)的確定。

圖十一

System欄是一個類似于軟件示波器的應(yīng)用，可以將你選中的變量以波形的方式送到電腦屏幕上，直觀的來判斷電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，對一些示波器或邏輯分析儀無法直接測量的變量分析特別有效，如圖十二，展示的就是磁通觀測的結(jié)果，這個變量無法通過外部測量設(shè)備直接獲取。

圖十二

MCEProgrammer

MCEProgrammer工具是針對iMotion系列的專用燒寫工具，可以把8051 Hex文件和MCE bin文件下載到芯片內(nèi)進(jìn)行調(diào)試，界面如圖十三。注意兩個文件必須同時(shí)燒寫，否則程序無法正常運(yùn)行。

圖十三

通過以上工具，就可以用最短時(shí)間完成一個變頻空調(diào)外機(jī)PFC加壓縮機(jī)控制的評估和調(diào)試，后續(xù)只需要再按照整機(jī)控制的要求，完成主控部分（8051部分）程序的設(shè)計(jì)開發(fā)即可，對于現(xiàn)在空調(diào)整機(jī)變化頻繁的時(shí)代來說，開發(fā)周期的縮短會在市場上產(chǎn)生直接可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

總結(jié)

IRMCF188芯片做為Infineon公司推出的電機(jī)控制專用芯片，以其高集成度和簡潔的開發(fā)模式，針對變頻空調(diào)外機(jī)1PFC+1Motor的應(yīng)用有其他方案不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，可以幫助客戶用最短的時(shí)間，最優(yōu)的成本完成變頻空調(diào)外機(jī)的設(shè)計(jì)。而且其內(nèi)置電機(jī)控制算法經(jīng)過十幾年的積累，已經(jīng)可以完全滿足目前變頻空調(diào)市場對控制方案的苛刻要求，方案的風(fēng)險(xiǎn)可以降到最低，是目前變頻空調(diào)外機(jī)方案首選的控制方案之一。

作者：貝能國際有限公司 費(fèi)翔