國際整流器公司(IR)不久前宣布推出兩款新型iMOTION空調(diào)平臺的電機數(shù)字控制集成電路IRMCF3xx系列IC器件，用于空調(diào)壓縮機以及風(fēng)扇等應(yīng)用中的永磁同步電機(PMSM)控制。據(jù)悉，這兩款器件采用了IR專有的PMSM控制算法，并包含了功率因數(shù)校正(PFC)功能。該公司稱，這些功能與IR的HVIC及IGBT器件結(jié)合可實現(xiàn)95%的轉(zhuǎn)換效率，而全球空調(diào)產(chǎn)品中目前已經(jīng)達到的最高效率只有90%左右。
IR選擇了中國作為上述兩款器件全球發(fā)布會的第一站。該公司節(jié)能產(chǎn)品業(yè)務(wù)部數(shù)字控制IC及運動功率模塊設(shè)計中心執(zhí)行總監(jiān)Toshio Takahashi表示：“中國是全球空調(diào)生產(chǎn)和需求最有潛力的市場，同時該市場在能源和節(jié)能上的需求也最為迫切。這是我們選擇中國作為全球首發(fā)的原因?！?
IR的此項努力將進一步加速空調(diào)壓縮機從感應(yīng)電機向PMSM的轉(zhuǎn)變過程。盡管交流變頻控制已經(jīng)為節(jié)能帶來可能，但由于無需逆變，直流變速控制的效率更高。Takahashi指出，感應(yīng)電機的最高效率目前僅有80%左右，而永磁無刷直流電機的效率卻已經(jīng)達到90%。另外，以750W的感應(yīng)電機為例，目前的采購價格為8.1美元，而同等功率的永磁同步電機則不足7美元。Takahashi斷言：“3年后絕大多數(shù)的家用電器會采用控制更加簡單、成本更低廉的永磁同步電機?！?
受此影響，在性能與能效提高等因素的驅(qū)動下，技術(shù)人員正在考慮采用更節(jié)能的直流變速控制。然而，在以往的單轉(zhuǎn)子壓縮機方案中，由于機械結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，在帶來高效率優(yōu)勢的同時，噪音和震動也阻礙了其進一步的應(yīng)用。
同目前流行的32位RISC控制器不同，此次帶來的新產(chǎn)品將MCE(運動控制引擎)、ASE(模擬信號引擎)、MCU三個控制模塊集成在一起，形成了一款混合型的控制IC。采用IR提供的無傳感器磁場定向控制(FOC)空間矢量控制算法，IRMCF3xx能夠?qū)崿F(xiàn)平滑的力矩控制，噪音問題迎刃而解。同時，由于不再需要額外的PFC控制電路，它還能進一步減少BOM以及運行時的電路損耗。Takahashi強調(diào)：“IRMCF311與IRMCF312是目前唯一可用一個器件同時包括控制壓縮機、風(fēng)機以及PFC三個系統(tǒng)的控制方案?！?
永磁同步電機控制正在由傳統(tǒng)的DSP結(jié)合軟件的方式向純硬件方向發(fā)展，基于FPGA和ASIC電路的方案日益受到系統(tǒng)廠商的歡迎。順應(yīng)這一潮流，IRMCF3xx的控制算法便是利用集成的MCE模塊來實現(xiàn)的。配合一個外接的電流傳感器，開發(fā)人員可迅速完成一個閉環(huán)的速度和電流控制電路。此外，由于省去了風(fēng)扇控制中的霍爾傳感器，系統(tǒng)的可靠性也大大提高，而結(jié)構(gòu)相對簡單的單轉(zhuǎn)子壓縮機也能夠得到應(yīng)用?！斑@在以前幾乎不太可能?！盩akahashi稱。
MCE還具有可配置電路的優(yōu)點。利用包括放大器、濾波器以及坐標(biāo)變換等電路在內(nèi)的MCE庫，工程師能夠使用圖形化的用戶界面對電路進行編輯，從而省去了冗長的軟件編程工作。這種做法帶來的好處顯而易見：工程師能夠從電機控制上解放出來，從而將更多的精力投入應(yīng)用開發(fā)。Takahashi稱:“這種做法能為工程師節(jié)省高達10倍左右的產(chǎn)品開發(fā)時間。即使采用先進的無傳感器正弦控制算法，工程師也僅需1天時間即可完成控制電路開發(fā)工作。”
在實現(xiàn)三個系統(tǒng)集成控制的過程中，ASE電路模塊同樣功不可沒——它包含了實現(xiàn)單電流分流無傳感器控制的所有信號調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換電路，能在11微秒內(nèi)執(zhí)行無傳感器FOC空間矢量控制算法。Takahashi強調(diào)：“這是實現(xiàn)風(fēng)扇和壓縮機電機以及PFC電路同步控制的重要功能。”
IRMCF3xx還包括一個8位的8051 MCU作為應(yīng)用層處理器。它使空調(diào)系統(tǒng)的運行能夠獨立于控制風(fēng)扇空調(diào)電機的MCE模塊。用戶利用該MCU執(zhí)行應(yīng)用層的功能并設(shè)計電機速度，同時也可寫入利用第三方C語言工具和ASM工具開發(fā)的應(yīng)用層軟件。而MCE則從8051中取出設(shè)置點并執(zhí)行控制算法。
完整的iMOTION空調(diào)綜合設(shè)計平臺還包括一款型號為IRS2136D的模擬IC。這是IR最新一代的高壓驅(qū)動電路。據(jù)悉，這款芯片中集成了3個獨立的600V內(nèi)置自舉二極管的半橋逆變柵極驅(qū)動器。它能提供逆變過流觸發(fā)、欠壓鎖定保護以及故障自動清除等多個保護功能。由于將電源與信號接地分開，這使低壓端IGBT使用一條電流連接即可實現(xiàn)電流檢測。此外，跨導(dǎo)保護還能防止意外擊穿，提高電路可靠性。
IR公司目前提供兩款I(lǐng)RMCF3xx系列產(chǎn)品，分別是100管腳的IRMCF312以及64管腳的IRMCF311，前者比后者擁有更多I/O口。另外，該公司已經(jīng)在網(wǎng)上提供了可在MATLAB Simulink中使用的包括編譯器、匯編器、鏈接器以及JTAG仿真器在內(nèi)的開發(fā)工具，客戶可直接在網(wǎng)上進行下載。
“節(jié)能型電子產(chǎn)品的前途不可限量?！盩akahashi表示，“電機控制技術(shù)在節(jié)能方面的進步對全球能源有效利用的推動無疑是最明顯的。下一步，IR將繼續(xù)提供用于冰箱以及洗衣機應(yīng)用的電機控制平臺，為實現(xiàn)更高效的能源利用做出努力?！?
