冰箱壓縮機設(shè)計利用數(shù)字信號控制器（DSC）實現(xiàn)高能效等級

時間：2020-12-31 17:00:28

關(guān)鍵字：壓縮機數(shù)字信號控制器

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[導讀]冰箱及其他廚房電器對能源的要求較高，因此給離網(wǎng)型能源系統(tǒng)帶來了巨大挑戰(zhàn)。如今，經(jīng)過改進的冰箱壓縮機由無刷直流電動機或永磁同步電動機（PMSM）驅(qū)動，可滿足相當高的能效等級。這種高能效可通過在無刷電機中使用基于逆變器的變速驅(qū)動器來實現(xiàn)。

冰箱及其他廚房電器對能源的要求較高，因此給離網(wǎng)型能源系統(tǒng)帶來了巨大挑戰(zhàn)。如今，經(jīng)過改進的冰箱壓縮機由無刷直流電動機或永磁同步電動機（PMSM）驅(qū)動，可滿足相當高的能效等級。這種高能效可通過在無刷電機中使用基于逆變器的變速驅(qū)動器來實現(xiàn)。

冰箱壓縮機設(shè)計利用數(shù)字信號控制器（DSC）實現(xiàn)高能效等級

老一代冰箱使用的是單相感應電機，這種電機無法自啟動。一般可通過添加輔助繞組或罩極來解決這種問題。但是，由于沒有其他用途，這兩種方法在電機啟動后都會浪費能量。ACIM電機面臨的另一個挑戰(zhàn)是，在達到目標轉(zhuǎn)速之前，轉(zhuǎn)矩輸出都非常低。

相比之下，基于PMSM的壓縮機非常高效，運行時也要安靜得多。如有需要，這些壓縮機還可以在啟動和低速運行時提供更大的轉(zhuǎn)矩。因此，PMSM或內(nèi)部永磁電機正逐漸成為新冰箱的首選解決方案。

壓縮機電機控制軟件尤其面臨挑戰(zhàn)，因為在停機和快速重啟期間由于冷卻液回壓高，因此要提供可靠的啟動，需要平衡掉每次機械旋轉(zhuǎn)中活塞運動的導致的震動。為了解決這些挑戰(zhàn)，我們通過基于dsPIC33數(shù)字信號控制器（DSC）的冰箱壓縮機參考設(shè)計為PMSM和IPM電機實現(xiàn)了獨特的算法，旨在確保每次啟動都安全可靠。轉(zhuǎn)矩補償算法會自動調(diào)整活塞運動的電機轉(zhuǎn)速，以減小噪聲和振動。

PMSM電機是另一種可行的方法，其原理是通過實施變速（變頻）驅(qū)動器（VFD）來提高能源效率。使用單相交流感應電機無法實現(xiàn)該方法。VFD允許壓縮機以維持冰箱內(nèi)部恒定溫度所需的最佳轉(zhuǎn)速運行，從而節(jié)省能源。

使用磁場定向控制（FOC）算法可提供VFD和其他高級電機控制功能，例如動態(tài)啟動和帶自動恢復功能的失速檢測。與FOC一同應用的還有單相并聯(lián)電機電流檢測技術(shù)，這項技術(shù)可降低總體BOM成本。

Microchip的冰箱壓縮機參考設(shè)計提高了原型設(shè)計的速度，并有助于使用 dsPIC33 DSC打造兼具成本效益和創(chuàng)新性的設(shè)計。該設(shè)計同時支持內(nèi)部永磁同步電機（IPMSM）和表面貼裝永磁同步電機（SPMSM），適合與多種冰箱壓縮機電機配合使用。軟件算法可確保壓縮機以高回壓和低待機功耗實現(xiàn)可靠啟動。借助單相并聯(lián)電流檢測技術(shù)，可實現(xiàn)無傳感器FOC VFD。此設(shè)計支持一系列有助于提高效率的高級控制技術(shù)，包括過流保護、過壓和欠壓保護、轉(zhuǎn)速誤差和浪涌電流限制等功能，可幫助電機實現(xiàn)可靠的運行。

冰箱壓縮機設(shè)計利用數(shù)字信號控制器（DSC）實現(xiàn)高能效等級

圖1. dsPIC33 DSC參考設(shè)計的主要電路元件

冰箱壓縮機設(shè)計利用數(shù)字信號控制器（DSC）實現(xiàn)高能效等級

圖2. 冰箱壓縮機開發(fā)板的尺寸

與實際冰箱中使用的電路板相同

dsPIC33 DSC具有多種功能，例如高級電機控制PWM、集成高速ADC、運算放大器和高速模擬比較器，可幫助PMSM實現(xiàn)經(jīng)濟高效的高性能FOC驅(qū)動器。這種較高的外設(shè)集成度有助于降低整個系統(tǒng)的BOM成本。

在業(yè)內(nèi)，功能安全已成為確保安全可靠運行以保護最終用戶利益的關(guān)鍵因素。我們的“功能安全即用型”dsPIC33 DSC提供眾多安全硬件功能、功能安全配件以及經(jīng)VDE和UL認證的IEC 60730 B類安全診斷庫，能夠輕松滿足功能安全標準，實現(xiàn)可靠穩(wěn)健的運行。

▼通過包含豐富保護功能、電機控制和應用程序源代碼、用戶指南和多個通信端口的成套示例設(shè)計縮短開發(fā)時間

▼使用FOC提供更平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩和更優(yōu)秀的起停特性，使壓縮機運行更安靜、使用壽命更長

▼通過高性能dsPIC33內(nèi)核和控制外設(shè)降低系統(tǒng)層面的BOM成本，實現(xiàn)無傳感器FOC、輔助電源的直流-直流控制以及片上運放的單路電流檢測

原文轉(zhuǎn)自Microchip微芯

關(guān)于世健
亞太區(qū)領(lǐng)先的元器件授權(quán)代理商

世健(Excelpoint)是完整解決方案的供應商，為亞洲電子廠商包括原設(shè)備生產(chǎn)商(OEM)、原設(shè)計生產(chǎn)商(ODM)和電子制造服務提供商(EMS)提供優(yōu)質(zhì)的元器件、工程設(shè)計及供應鏈管理服務。

世健是新加坡主板上市公司，擁有超過30年歷史。世健中國區(qū)總部設(shè)于香港，目前在中國擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國主要大中型城市。憑借專業(yè)的研發(fā)團隊、頂尖的現(xiàn)場應用支持以及豐富的市場經(jīng)驗，世健在中國業(yè)內(nèi)享有領(lǐng)先地位。