低成本、低噪聲、高性能已成為變頻空調(diào)的發(fā)展趨勢。而作為變頻空調(diào)核心部件的室外機控制器是提升整機性能的關(guān)鍵。英飛凌在空調(diào)外機雙變頻電機加高頻PFC控制方案上有多年的積累和量產(chǎn)經(jīng)驗。最新推出的高性能PSOC Control系列MCU，以其180MHz M33主頻、高性能可編程模擬子系統(tǒng)等特性非常適合做各種電機控制。英飛凌也基于PSOC Control C3控制器的單芯片控制方案實現(xiàn)了室外壓縮機和風機的雙變頻控制，以及功率因素校正（PFC）的控制。為客戶快速開發(fā)產(chǎn)品提供了量產(chǎn)級的參考方案。

PSOC Control C3產(chǎn)品介紹

1. 了解PSOC Control C3

英飛凌推出基于Arm Cortex-M33的最新高性能微控制器（MCU）系列PSOC Control。在ModusToolbox系統(tǒng)設(shè)計工具和軟件平臺的支持下，綜合全面的解決方案使開發(fā)人員能夠輕松創(chuàng)建高性能、高效率且安全的電機控制和功率轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。PSOC Control C3分為入門級和主流級產(chǎn)品，提供了從功能、封裝、引腳、內(nèi)存和性能各方面可擴展并兼容的產(chǎn)品組合。

2. 為什么選用PSOC Control C3

支持低延遲實時控制。搭載Arm Cortex-M33，最高頻率180 MHz，集成DSP、FPU和CORDIC加速器。入門級MCU（C3P2和C3M3）采用高精度A/D轉(zhuǎn)換器和定時器，主流級MCU（C3P5和C3M5）支持高分辨率PWM，適用于高性能系統(tǒng)和寬禁帶開關(guān)功率系統(tǒng)。

強大的安全功能。具備Class B、SIL 2安全庫及PSA Certified 2級認證，集成加密加速器、TrustZone和安全密鑰存儲，確保IP和固件更新的安全性。

ModusToolbox軟件平臺。該平臺為電機控制開發(fā)提供了全面的軟件支持：包括從底層的驅(qū)動程序到高級的控制算法庫。從多功能圖形界面到專用工具、高級電機控制庫等一應(yīng)俱全，幫助工程師快速配置和調(diào)試電機控制系統(tǒng)。

3.PSOC Control C3的目標應(yīng)用

電機控制專用MCU（C3M）和功率轉(zhuǎn)換專用MCU（C3P）可滿足重點應(yīng)用的需求，例如：家用電器、工業(yè)驅(qū)動器、機器人、輕型電動車（LEV）、太陽能和HVAC系統(tǒng)等。

PSOC Control C3控制器高性能可編程模擬

子系統(tǒng)和靈活的TCPWM模塊助力空調(diào)外機方案

1. 高性能可編程模擬子系統(tǒng)

12位12Msps SAR ADC，支持16路模擬通道并行空閑采樣

每通道配備獨立采樣保持器

各通道可獨立配置增益

全通道支持同步采樣模式

16路模擬通道可配置為8個獨立組，每組支持8路觸發(fā)源

支持偽差分采樣模式

每通道集成限幅檢測功能（助力過流/過壓保護，減少CPU干預）

支持ADC DMA及FIFO模式（減少CPU干預）

ADC模擬輸出可直接接入CSG比較器實現(xiàn)保護

10位DAC為比較器的輸入提供參考電壓

提供多路觸發(fā)源輸出（用于關(guān)鍵外設(shè)同步觸發(fā)）

2. 靈活的TCPWM

面向不同PWM應(yīng)用的靈活計數(shù)模式以及靈活的輸入輸出觸發(fā)信號

示例：TCPWM用于單電阻采樣：

3個TCPWM計數(shù)器用于生成3對互補PWM信號，1個TCPWM計數(shù)器作為ADC觸發(fā)信號。電機運行時，所有4個TCPWM計數(shù)器同步運行。

FOC中斷在溢出事件觸發(fā)，并在前半PWM周期內(nèi)執(zhí)行。

TCPWM計數(shù)器的比較寄存器CC0和CC1的buff在溢出和下溢事件時更新緩沖。

所有GPIO均可配置為PWM輸出引腳，極大簡化PCB布局設(shè)計。

從AD采樣到下一次PWM比較更新的間隔時間僅約半個PWM周期，顯著提升電流環(huán)帶寬和觀測器性能。

基于PSOC Control C3控制器的空調(diào)外機

高頻PFC+雙電機變頻控制解決方案介紹

1. 方案簡介

系統(tǒng)框圖

控制板如下圖所示，支持無感雙電機控制以及高頻PFC解決方案。

1. 方案上使用到的主要器件包括：

MCU: PSC3M5FDS2ACQ1

二極管: IDW30E65D1/ IDW10G65C5

IGBT: IKW30N65WR5/ IKWH30N67PR7

柵極驅(qū)動器：1ED44175N01B

IPM: IM241-M6T2B

IPM: IKCM15L60GD

輔助電源: ICE5AR4770BZS

2. 壓縮機驅(qū)動特性

6kHz載波頻率，單電阻電流采樣

無感FOC算法，執(zhí)行時間< 11us（含ADC時間、轉(zhuǎn)矩補償及SVPWM過調(diào)制）

5段式/7段式SVPWM

弱磁算法

支持快速啟動及超低速閉環(huán)運行

高性能轉(zhuǎn)矩補償

超低延遲無感PLL觀測器

死區(qū)時間補償

實現(xiàn)全面的保護功能

解決方案已通過量產(chǎn)驗證

3. 風機驅(qū)動特性

載波頻率15kHz至20kHz，無感FOC算法，執(zhí)行時間<10μs

支持多級逆風啟動算法

支持逆風、順風及靜態(tài)直接閉環(huán)啟動

單電阻電流采樣

支持快速觀測器制動模式

支持轉(zhuǎn)矩、功率、速度三種運行模式控制

解決方案已通過量產(chǎn)驗證

4. 高頻PFC

單相升壓PFC，雙閉環(huán)控制，CCM模式

PFC算法執(zhí)行時間<3.2μs（含電流采樣、電壓環(huán)及電流環(huán)運算）

80kHz PWM載波頻率。PFC算法與PWM頻率同步。PF cosΦ>99.8%，交流電壓范圍150V~265V

支持空載到滿載的PFC啟?？刂?/p>

集成交流頻率檢測功能

輸出電壓根據(jù)負載需求動態(tài)調(diào)整以優(yōu)化PFC效率

負載突變及輸入電壓波動下保持高穩(wěn)定性

完善的功率/電流/電壓保護機制

解決方案已通過量產(chǎn)驗證

80kHz PFC電感器的電流波形遠優(yōu)于相同電感器在40kHz時的表現(xiàn)（電流紋波更?。?。更高的PFC開關(guān)頻率使得能夠減小電感器的值/尺寸（在該功率等級下，磁芯和銅線圈的體積可減少約50%），并顯著降低系統(tǒng)BOM成本。

得利于PSOC Control C3強大的處理性能，整個方案在實現(xiàn) 80KHz PFC控制 + 15kHz風扇電機控制 + 6kHz壓縮機控制的情況下，總CPU load率低于 50%。給客戶后續(xù)升級優(yōu)化預留了足夠的性能空間。

英飛凌基于PSOC Control C3控制器的單芯片控制方案實現(xiàn)了室外壓縮機和風機的雙變頻控制，以及功率因素校正（PFC）的控制。對方案感興趣的朋友可以聯(lián)系我們獲取完整方案的硬件和軟件資料。

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