白色家電的電機控制設計

白色家電業的發展趨勢是用永磁同步電機(PMSM)代替感應電機。在最近幾年中，感應電機的價格一直在上升，部分原因是全球鋼和銅成本的上升，而PMSM的價格上升得比較緩慢。除了價格優勢外，PMSM還具有更低的傳導損耗、良好的低速扭矩、簡單的速度控制和緊湊尺寸，使得它們極具吸引力。

從電機控制角度看，PMSM沒有鐵芯，不存在磁滯與飽和問題，因此設計起來更加簡單。它們的速度僅僅取決于開關頻率。此外，PMSM不要求控制器處理來自霍耳效應傳感器的信號以監視相位電流，可以簡單地使用嵌入在控制器內部的傳感電阻來采樣不同相位下的驅動器電流。

在不同國家和區域的白色家電市場中，文化和經濟差異對電機控制設計有很大的影響，這將影響每個市場所推崇的空調壓縮機類型，進而影響電機控制器的設計。為幫助空調OEM商削減總體材料和裝配成本，同時適應不同市場區域中的文化差異，國際整流器(IR)公司于2006年推出了iMotion控制器IC。除了處理卷軸壓縮機的穩定扭矩負載外，iMotion控制器IC還能創建比簡單正弦曲線的三個相位更復雜的驅動函數，從而輕松解決由旋轉壓縮機發出的振動和變化負載引起的潛在問題。

同樣，這些產品還可以應用于風扇控制。如果空調要高效地調整輸出以匹配環境條件并維持穩定的溫度，風扇需要像壓縮機一樣具備可變速度控制功能。研究表明，允許風扇和壓縮機以可變速度運行可以使系統的效率有可能再提高40%。另外，控制器必須提供功率因子校正(PFC)，以滿足不同國家的制度要求。

iMotion “集成設計平臺”由數字控制IC和驅動器IC組成，后者集成了功率開關所需的IGBT和FET。控制IC是一種多內核設計，其中一面圍繞8051微控制器搭建，主要處理用戶接口。另一面圍繞獲得專利的運動控制引擎(MCE)搭建，以硬件方式實現了復雜、無傳感器的PMSM-控制算法。

內核間通過RAM寄存器塊進行通信，這些寄存器塊為MCE提供設置點，并向MCU提供診斷反饋信息。雖然MCU仍以傳統方式編程，但MCE算法是通過使用模擬函數庫的圖形化拖放方法實現的。

除了MCE外，芯片還集成了一個被稱為嵌入式模擬信號引擎(ASE)的混合信號模塊。這個模塊將信號調節和使用這些內置分流電路的無傳感器電機控制完美地組合在一起。用硬件實現MCE可以提供比DSP更快的環路響應，這種響應速度足以實現對風扇和壓縮機電機的同時控制。

IR 公司一直在不斷更新iMotion產品線。公司最近推出了用于電器電機控制的IRMCK171控制器和IRAM336集成電源模塊(見圖)。 IRMCK171是一種芯片上的電機控制器。其MCE側由控制單元、運動外設、運動控制順序器和一個映射內部信號節點的雙端口RAM組成。 IRMCK171包含一個與眾不同的單路分流重構電路和一個雙腿分流檢測電路，支持直接分流電阻連接IC。

運動控制可以通過 iMotion的圖形編譯器進行編程，這種編譯器已被集成在Matlab/Simulink開發環境中。在控制側，排序、用戶接口、主機通信和上層控制任務在8051上實現。IRMCK171提供32kB的一次性可編程(OTP)程序ROM。IRMCF171開發芯片包含64kB的閃存。這些芯片全部采用 48引腳的四方扁平封裝(QFP)。

用于電器電機控制的IRAM336-025SB集成電源模塊是一種多芯片混合器件，由高電壓MOSFET和一個采用了熱增強型封裝的三相驅動器組成。用于高端驅動器的自舉電源可以使用內部自舉二極管生成，無需使用隔離式電源。該模塊可以處理功率高達250W、交流電壓范圍從85V到253V的電機。參考設計同時采用了IRMCK171和IRAM336這兩種器件。