冰箱壓縮機(jī)設(shè)計(jì)使用數(shù)字信號(hào)控制器實(shí)現(xiàn)高能效等級(jí)

冰箱和其他廚房電器因其高能源需求而對(duì)離網(wǎng)能源系統(tǒng)提出了重大挑戰(zhàn)。改進(jìn)的冰箱壓縮機(jī)現(xiàn)在由無(wú)刷直流電機(jī)或永磁同步電機(jī) （PMSM） 驅(qū)動(dòng)，以滿足高能效等級(jí)。這種高能效可以通過(guò)對(duì)無(wú)刷電機(jī)使用基于逆變器的變速驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

老一代冰箱使用不自啟動(dòng)的單相感應(yīng)電機(jī)。這是通過(guò)添加輔助繞組或極著色來(lái)修復(fù)的。然而，這兩種方法在啟動(dòng)后都會(huì)浪費(fèi)能量，因?yàn)樗鼈儧](méi)有進(jìn)一步的目的。ACIM電機(jī)面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)是，在達(dá)到目標(biāo)速度之前，扭矩輸出非常低。

另一方面，基于 PMSM 的壓縮機(jī)非常高效，運(yùn)行更安靜。它們還可以在您真正需要時(shí)在啟動(dòng)時(shí)和低速時(shí)提供更大的扭矩。由于這些原因，永磁同步電機(jī)或內(nèi)部永磁（IPM）電機(jī)正在成為新型冰箱的首選解決方案。

壓縮機(jī)電機(jī)控制軟件尤其面臨著在停止和快速重啟期間提供高冷卻液背壓的可靠啟動(dòng)的挑戰(zhàn)，并平衡每次機(jī)械旋轉(zhuǎn)中的活塞運(yùn)動(dòng)。為了解決這些挑戰(zhàn)，我們基于 dsPIC33 數(shù)字信號(hào)控制器 （DSC） 的冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計(jì)為 PMSM 和 IPM 電機(jī)實(shí)施了獨(dú)特的算法，旨在確保每次都能可靠啟動(dòng)。為了減少噪音和振動(dòng)，扭矩補(bǔ)償算法會(huì)根據(jù)活塞運(yùn)動(dòng)自動(dòng)調(diào)整電機(jī)速度。

使用永磁同步電機(jī)提供了另一種通過(guò)實(shí)施變速（頻率）驅(qū)動(dòng)（VFD）來(lái)提高能源效率的方法。使用單相交流感應(yīng)電機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。VFD允許壓縮機(jī)以保持冰箱內(nèi)恒溫所需的最佳速度運(yùn)行，從而節(jié)省能源。

使用磁場(chǎng)定向控制 （FOC） 算法可提供 VFD 和其他高級(jí)電機(jī)控制功能，例如動(dòng)態(tài)啟動(dòng)和具有自動(dòng)恢復(fù)功能的失速檢測(cè)。與FOC一起，采用單并聯(lián)電機(jī)電流檢測(cè)技術(shù)，降低了整體BOM成本。

Microchip的冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計(jì)有助于使用dsPIC33 DSC快速原型設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有成本效益的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)適用于各種冰箱壓縮機(jī)電機(jī)，支持內(nèi)部永磁同步電機(jī) （IPMSM） 和表面貼裝永磁同步電機(jī) （SPMSM）。軟件算法可確保壓縮機(jī)以高背壓和低待機(jī)功耗可靠啟動(dòng)。它使用單分流電流檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器FOC VFD。此設(shè)計(jì)支持一系列有助于提高效率的高級(jí)控制技術(shù)。它提供過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓和欠壓保護(hù)、速度誤差和浪涌電流限制功能，以實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行。

參見(jiàn)圖1。用于 dsPIC33 DSC 參考設(shè)計(jì)的主要電路元件

參見(jiàn)圖2。冰箱壓縮機(jī)開(kāi)發(fā)板的外形尺寸與實(shí)際冰箱中使用的板相同

dsPIC33 DSC具有許多特性，如先進(jìn)的電機(jī)控制PWM、集成高速ADC、運(yùn)算放大器和高速模擬比較器，有助于實(shí)現(xiàn)用于PMSM的高性價(jià)比FOC驅(qū)動(dòng)器。高水平的外設(shè)集成有助于降低整體系統(tǒng)物料清單成本。

功能安全已成為行業(yè)內(nèi)確保安全可靠運(yùn)行以保護(hù)最終用戶健康的關(guān)鍵因素。我們的“功能安全就緒”dsPIC33 DSC提供許多安全硬件功能、功能安全宣傳資料以及VDE和UL認(rèn)證的IEC 60730 B類安全診斷庫(kù)，可簡(jiǎn)化滿足功能安全標(biāo)準(zhǔn)合規(guī)性的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)可靠和穩(wěn)健的操作。

以下是使用 dsPIC33 DSC 冰箱壓縮機(jī)參考設(shè)計(jì)的一些優(yōu)勢(shì)：

? 通過(guò)交鑰匙示例設(shè)計(jì)加快開(kāi)發(fā)時(shí)間，該設(shè)計(jì)包括豐富的保護(hù)功能、電機(jī)控制和應(yīng)用源代碼、用戶指南和多個(gè)通信端口

? 使用FOC提供更平穩(wěn)的扭矩和更好的啟動(dòng)和停止特性，使壓縮機(jī)運(yùn)行更安靜，使用壽命更長(zhǎng)

? 通過(guò)其高性能 dsPIC33 內(nèi)核和控制外設(shè)（用于實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器 FOC、DC-DC 控制輔助電源）和利用片上運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)單分流電流檢測(cè)，從而降低系統(tǒng)級(jí) BOM 成本

審核編輯：郭婷