小型低損耗智能集成模塊應(yīng)用方案詳解

　　本文將介紹使用STM最新推出Cortex-M4內(nèi)核的MCU配合基于SLLIMM-nano二代系列功率模塊在冰箱上的FOC 單電阻無傳感器應(yīng)用。隨著國家能效政策的大力推廣，越來越多的電機應(yīng)用如洗衣機、風(fēng)機、洗碗機、油煙機開始采樣變頻技術(shù)。在傳統(tǒng)的電機驅(qū)動中，使用分立元件導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)復(fù)制，可靠性降低，意法半導(dǎo)體（STM）推出針對小功率電機應(yīng)用開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高的功率模塊產(chǎn)品，稱之為SLLIMM（Small Low-Loss Intelligent Molded Module）小型低損耗智能集成模塊。在該模塊中分兩個系列，SLLIMM 系列和SLLIMM-nano系列。SLLIMM 系列為600V電壓，10A到30A電流，SLLIMM-nano二代 為600V電壓，5A電流。

　　軟件設(shè)計

　　STM32F302C8T6 是STM最新推出基于Cortex-M4內(nèi)核（內(nèi)部有8MHZ RC 可以16 鎖相環(huán)倍頻）帶有FPU（最大頻率72MHZ）的產(chǎn)品，針對高性能電機驅(qū)動應(yīng)用，其內(nèi)部集成了一路專門用于電機控制的Advanced TImer，最高工作頻率可達到128MHz，得益于Cortex-M4內(nèi)核強大的運算能力，內(nèi)部集成一個帶寬可達8.2MHZ高速運放模塊。強大的處理內(nèi)核，內(nèi)部集成高速運放足以滿足磁場定向控制（FOC）對數(shù)據(jù)實時運算的要求，性價比極具競爭力。

　　對于常見的內(nèi)嵌永磁同步電機（I-PMSM） ，如冰箱壓縮機，通常需要做飽壓啟動，會要求壓縮機在重載的情況下短時間能啟動成功，諸如類似滾筒洗衣，油煙機都會有類似的工作場景，所以ST在基于 Cortex-M4強大運算能力的基礎(chǔ)上導(dǎo)入高頻注入（HFI - High Frequency InjecTIon）功能，確保壓縮機在大負載的環(huán)境下能在零速下順利啟動，進入正常運行模式。HFI功能需要基于STM提供的FOC SDK 4.0才能實現(xiàn)，同時STM也為了配合SDK 4.0的使用，在PC端提供了一個便捷易用的配置和在線實時調(diào)試軟件ST Motor Control Workbench，方便用戶快速入門（如圖1）。

　　圖1 ST Motor Control Workbench GUI

　　使用HFI功能，需要打開GUI 界面，在電機類型選擇中選擇”Internal PMSM”（目前HFI僅支持Ld

　　圖2 電機本體特征參數(shù)配置對話框

　　通過GUI右側(cè)的“Driver Management” 進入驅(qū)動管理模塊頁面，在出現(xiàn)的頁面中選擇“Speed PosiTIon Feedback Management” ，在彈出的對話框中選擇“Main sensor”標(biāo)簽，通過“Sensor SelecTIon”下拉選擇框，選中“ Sensor-less （ HFI + Observer ）” （圖 3） 。

　　圖 3

　　同時為了滿足HFI的調(diào)試要求，我們還需要進入通過GUI右側(cè)的“Control Stage”進入“DAC Functionality”對話框，配合MCU自帶的兩個DAC模塊輸出調(diào)試需要的電流和電角度信號（圖 4）。

　　圖 4