一、前言

空氣凈化器能夠吸附、分解或轉(zhuǎn)化各種空氣污染物（一般包括PM2.5、粉塵、花粉、異味、甲醛等裝修污染物、細菌、過敏原等），有效提高空氣清潔度。目前國內(nèi)整體空氣凈化器零售市場需求不振，但整體出口仍居高位，是目前國內(nèi)空氣凈化器產(chǎn)能產(chǎn)量增長的主要動力，數(shù)據(jù)顯示，我國空氣凈化器產(chǎn)能從2016年的1357.8萬個增長至2022年的超4千萬個。

廣芯微基于UM321xF系列芯片特點，開發(fā)出應(yīng)用于空氣凈化器/吊扇等風(fēng)機產(chǎn)品的電機控制參考設(shè)計和完整解決方案，并開放源文件及快速的技術(shù)服務(wù)，確?？蛻艋趶V芯微方案進行產(chǎn)品開發(fā)可順利實現(xiàn)量產(chǎn)。

二、硬件方案介紹

硬件版圖：

硬件方案框圖：

1.內(nèi)置5V LDO Power電源直接輸出至MCU（支持5.5-24V寬電壓輸入）；

2.內(nèi)置1路運放可直接進行單電阻電流采樣重構(gòu)；

3.內(nèi)置3路比較器快速直接獲取反電勢信號或硬件過流保護 ；

4.PWM支持與比較器的聯(lián)動，異常情況緊急停機保護機制，有效防止功率元器件損壞；

5.內(nèi)置3P+3N預(yù)驅(qū)，減少外圍電路及布板空間；

6.豐富的外設(shè)接口（SPI/UART/IIC/CAN）,支持多傳感器擴展功能；

7.板極ESD設(shè)計可靠度可達8KV以上，得益于廣芯微UM321xF芯片優(yōu)異的ESD性能；

8.高集成度、高可靠性、低功耗MCU，電機控制相關(guān)外圍器件只有40個左右，大大降低設(shè)計及生產(chǎn)成本，降低器件失效不良率。

三、軟件方案介紹

軟件架構(gòu)：

此方案整個軟件工程分為應(yīng)用層、System、Common及電機庫。應(yīng)用層包含系統(tǒng)初始、系統(tǒng)配置、CLI引擎、通用任務(wù)、電機控制API、電機任務(wù)等。System層包含Startup啟動、中斷服務(wù)、時鐘、睡眠與低功耗等。Common層包含消息隊列、軟定時器、延時/串口輸出、實用工具等。電機庫包含PID 環(huán)路、換相函數(shù)處理、芯片驅(qū)動庫等。

軟件設(shè)計框圖：

控制器上電后進入系統(tǒng)配置，依次進行IO端口配置，AD轉(zhuǎn)換模塊配置，定時器的配置，中斷初始化，定時器初始化，保護參數(shù)初始化，交互參數(shù)初始化，初始化狀態(tài)檢測，使能中斷，最后進入主循環(huán)（App-Task）執(zhí)行相應(yīng)app層事件。

電機控制部分主要在高頻中斷中執(zhí)行運算，主要處理FOC運算部分，及位置速度觀測器。ADC中斷主要處理采樣數(shù)據(jù)，低頻中斷主要處理速度/功率外環(huán)控制部分及故障檢測部分。

電機控制算法采用單電阻無感FOC的電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)：

電機算法庫概要：

四、功能參數(shù)及測試波形

功能參數(shù)：

單/雙電阻無感FOC控制方案

輸入電壓：DC 5.5-28V

額定功率：<120W

順逆風(fēng)啟停

硬件過流，欠過壓，欠過溫，限/過流，堵轉(zhuǎn)等全功能保護

測試波形：

五、方案優(yōu)勢

1.低功耗技術(shù)指標

1.1μA@3.0V DeepSleep+RTC模式，RCL運行，IO、SRAM以及寄存器數(shù)據(jù)保持

0.44μA @3.0V Stop模式，所有時鐘停止，IO、SRAM以及寄存器數(shù)據(jù)保持

123μA/MHz @3.0V @48MHz Active模式

3.7μs快速睡眠喚醒系統(tǒng)

2.高可靠性，將EMC及ESD性能作為基礎(chǔ)要求融入芯片定義，在設(shè)計階段進行針對性優(yōu)化，并結(jié)合板級設(shè)計通過了目前所有電控項目的ESD及EMC測試；

3.高集成度，內(nèi)部集成3路比較器，1路運放，硬件加速器，減少外圍電路及布板空間；

4.分層設(shè)計的軟件架構(gòu)，豐富且成熟的電機算法庫，降低開發(fā)設(shè)計難度及技術(shù)門檻。

關(guān)于廣芯微

廣芯微電子（廣州）股份有限公司是一家致力于面向新能源、變頻電機控制及低功耗物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域為客戶提供創(chuàng)新芯片及其解決方案的集成電路設(shè)計企業(yè)，其產(chǎn)品包括極具特色的微控制器芯片、無線射頻收發(fā)器芯片、快充與數(shù)字電源管理芯片等。廣芯微獨有的低功耗芯片設(shè)計方法、高效率的變頻電控技術(shù)、大功率的PD快充協(xié)議以及多樣性無線連接技術(shù)整合而成創(chuàng)新與差異化的集成電路設(shè)計，在健康醫(yī)療電子、消費電子、智慧家庭、工業(yè)控制、傳感器與表計等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。