瞄准永磁同步电机应用,IR新推高效数控IC

发表于:2014-10-08 来源:电机产业网
关键词: 电机

  【电机产业网】国际整流器公司(IR)不久前宣布推出两款新型iMOTION空调平台的电机数字控制集成电路IRMCF3xx系列IC器件,用于空调压缩机以及风扇等应用中的永磁同步电机(PMSM)控制。据悉,这两款器件采用了IR专有的PMSM控制算法,并包含了功率因数校正(PFC)功能。该公司称,这些功能与IR的HVIC及IGBT器件结合可实现95%的转换效率,而全球空调产品中目前已经达到的最高效率只有90%左右。

  IR选择了中国作为上述两款器件全球发布会的第一站。该公司节能产品业务部数字控制IC及运动功率模块设计中心执行总监Toshio Takahashi表示:“中国是全球空调生产和需求最有潜力的市场,同时该市场在能源和节能上的需求也最为迫切。这是我们选择中国作为全球首发的原因。”

  IR的此项努力将进一步加速空调压缩机从感应电机向PMSM的转变过程。尽管交流变频控制已经为节能带来可能,但由于无需逆变,直流变速控制的效率更高。Takahashi指出,感应电机的最高效率目前仅有80%左右,而永磁无刷直流电机的效率却已经达到90%。另外,以750W的感应电机为例,目前的采购价格为8.1美元,而同等功率的永磁同步电机则不足7美元。Takahashi断言:“3年后绝大多数的家用电器会采用控制更加简单、成本更低廉的永磁同步电机。”

  受此影响,在性能与能效提高等因素的驱动下,技术人员正在考虑采用更节能的直流变速控制。然而,在以往的单转子压缩机方案中,由于机械结构过于复杂,在带来高效率优势的同时,噪音和震动也阻碍了其进一步的应用。

  同目前流行的32位RISC控制器不同,此次带来的新产品将MCE(运动控制引擎)、ASE(模拟信号引擎)、MCU三个控制模块集成在一起,形成了一款混合型的控制IC。采用IR提供的无传感器磁场定向控制(FOC)空间矢量控制算法,IRMCF3xx能够实现平滑的力矩控制,噪音问题迎刃而解。同时,由于不再需要额外的PFC控制电路,它还能进一步减少BOM以及运行时的电路损耗。Takahashi强调:“IRMCF311与IRMCF312是目前唯一可用一个器件同时包括控制压缩机、风机以及PFC三个系统的控制方案。”

  永磁同步电机控制正在由传统的DSP结合软件的方式向纯硬件方向发展,基于FPGA和ASIC电路的方案日益受到系统厂商的欢迎。顺应这一潮流,IRMCF3xx的控制算法便是利用集成的MCE模块来实现的。配合一个外接的电流传感器,开发人员可迅速完成一个闭环的速度和电流控制电路。此外,由于省去了风扇控制中的霍尔传感器,系统的可靠性也大大提高,而结构相对简单的单转子压缩机也能够得到应用。“这在以前几乎不太可能。”Takahashi称。

  MCE还具有可配置电路的优点。利用包括放大器、滤波器以及坐标变换等电路在内的MCE库,工程师能够使用图形化的用户界面对电路进行编辑,从而省去了冗长的软件编程工作。这种做法带来的好处显而易见:工程师能够从电机控制上解放出来,从而将更多的精力投入应用开发。Takahashi称:“这种做法能为工程师节省高达10倍左右的产品开发时间。即使采用先进的无传感器正弦控制算法,工程师也仅需1天时间即可完成控制电路开发工作。”

  在实现三个系统集成控制的过程中,ASE电路模块同样功不可没——它包含了实现单电流分流无传感器控制的所有信号调节和转换电路,能在11微秒内执行无传感器FOC空间矢量控制算法。Takahashi强调:“这是实现风扇和压缩机电机以及PFC电路同步控制的重要功能。”

  IRMCF3xx还包括一个8位的8051 MCU作为应用层处理器。它使空调系统的运行能够独立于控制风扇空调电机的MCE模块。用户利用该MCU执行应用层的功能并设计电机速度,同时也可写入利用第三方C语言工具和ASM工具开发的应用层软件。而MCE则从8051中取出设置点并执行控制算法。

  完整的iMOTION空调综合设计平台还包括一款型号为IRS2136D的模拟IC。这是IR最新一代的高压驱动电路。据悉,这款芯片中集成了3个独立的600V内置自举二极管的半桥逆变栅极驱动器。它能提供逆变过流触发、欠压锁定保护以及故障自动清除等多个保护功能。由于将电源与信号接地分开,这使低压端IGBT使用一条电流连接即可实现电流检测。此外,跨导保护还能防止意外击穿,提高电路可靠性。

  IR公司目前提供两款IRMCF3xx系列产品,分别是100管脚的IRMCF312以及6??脚的IRMCF311,前者比后者拥有更多I/O口。另外,该公司已经在网上提供了可在MATLAB Simulink中使用的包括编译器、汇编器、链接器以及JTAG仿真器在内的开发工具,客户可直接在网上进行下载。

  “节能型电子产品的前途不可限量。”Takahashi表示,“电机控制技术在节能方面的进步对全球能源有效利用的推动无疑是最明显的。下一步,IR将继续提供用于冰箱以及洗衣机应用的电机控制平台,为实现更高效的能源利用做出努力。”

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