Microchip微芯 發表於 2021-01-06 16:33:58
冰箱及其他廚房電器對能源的要求較高，因此給離網型能源系統帶來了巨大挑戰。如今，經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於逆變器的變速驅動器來實現。
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，由於沒有其他用途，這兩種方法在電機啟動後都會浪費能量。ACIM電機面臨的另一個挑戰是，在達到目標轉速之前，轉矩輸出都非常低。
相比之下，基於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矩。因此，PMSM或內部永磁電機正逐漸成為新冰箱的首選解決方案。
壓縮機電機控制軟體尤其面臨挑戰，因為在停機和快速重啟期間由於冷卻液回壓高，因此要提供可靠的啟動，需要平衡掉每次機械旋轉中活塞運動的導致的震動。為了解決這些挑戰，我們通過基於dsPIC33數位訊號控制器（DSC）的冰箱壓縮機參考設計為PMSM和IPM電機實現了獨特的算法，旨在確保每次啟動都安全可靠。轉矩補償算法會自動調整活塞運動的電機轉速，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）驅動器（VFD）來提高能源效率。使用單相交流感應電機無法實現該方法。VFD允許壓縮機以維持冰箱內部恆定溫度所需的最佳轉速運行，從而節省能源。
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併聯電機電流檢測技術，這項技術可降低總體BOM成本。
Microchip的冰箱壓縮機參考設計提高了原型設計的速度，並有助於使用 dsPIC33 DSC打造兼具成本效益和創新性的設計。該設計同時支持內部永磁同步電機（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。軟體算法可確保壓縮機以高回壓和低待機功耗實現可靠啟動。藉助單相併聯電流檢測技術，可實現無傳感器FOC VFD。此設計支持一系列有助於提高效率的高級控制技術，包括過流保護、過壓和欠壓保護、轉速誤差和浪湧電流限制等功能，可幫助電機實現可靠的運行。
圖1. dsPIC33 DSC參考設計的主要電路元件
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實現經濟高效的高性能FOC驅動器。這種較高的外設集成度有助於降低整個系統的BOM成本。
在業內，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鍵因素。我們的「功能安全即用型」dsPIC33 DSC提供眾多安全硬體功能、功能安全配件以及經VDE和UL認證的IEC 60730 B類安全診斷庫，能夠輕鬆滿足功能安全標準，實現可靠穩健的運行。
使用dsPIC33 DSC冰箱壓縮機參考設計的部分優勢如下：
通過包含豐富保護功能、電機控制和應用程式原始碼、用戶指南和多個通信埠的成套示例設計縮短開發時間
使用FOC提供更平穩的轉矩和更優秀的起停特性，使壓縮機運行更安靜、使用壽命更長
通過高性能dsPIC33內核和控制外設降低系統層面的BOM成本，實現無傳感器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
原文標題：冰箱壓縮機設計利用數位訊號控制器（DSC）實現高能效等級
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責任編輯：haq
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