复旦微电子电机应用 | 基于FM33LF013的冰箱压缩机变频方案

来源:复微MCU爱好者天地发布时间:2023-09-12864浏览

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冰箱压缩机是一种通过减小气体体积来增加气体压力的机械装置，利用压缩来提高低压气体的温度并从蒸发器中去除蒸汽，是冰箱制冷的基础和关键部分。相较于定频冰箱，在MCU的变频算法控制下，变频冰压机能够根据温度要求精确控制转速，无需频繁启动，压缩机磨损较小，具有制冷效率高、保鲜效果好、电力能耗低、工作噪音小、使用寿命长等优点。

作为长期工作的家电产品，驱动压缩机的MCU需要具有优异的稳定性和可靠性，复旦微推出的冰箱压缩机变频方案基于FM33LF013实现，采用内置运放实现单电阻采样，适用于表贴式电机和内嵌式电机，算法通用性强，成本友好，可提供整套变频方案验证。

复旦微冰箱压缩机变频驱动方案Diagram

基于FM33LF013的冰箱压缩机驱动demo板

基于FM33LF013的冰箱压缩机驱动最小系统原理图

方案特色

● 可靠的无感启动算法

●单电阻采样，重构电机三相电流

●电流环、速度环PI控制

●无感观测器，估算电机位置准确

●压缩机弱磁控制

●具有多种保护措施：过流保护、缺相保护、过压保护、欠压保护、过载保护、过温保护、堵转保护

方案介绍

复旦微冰箱压缩机变频方案采用无感FOC算法，该算法基于磁链观测器，从三相输出电压的整体效果出发使电机获得较为理想的圆形磁链轨迹，通过观测的磁链分量获得观测的角度，再通过锁相环获得速度和角度。

无感FOC算法框图

电机控制系统为闭环控制，内环为电流环，外环为速度环。电机启动分为定位、强拖和闭环三个步骤，实测波形如下：

FM33LF013支持2路内部OPA，GBW 10MHz，压摆率10V/us，在动态负载场景下转速跟随性能良好，电流与跟随的实测波形如下：

下图为制冷压缩机在3000RPM时的运行电流实测图：

下图为不同电源电压的波形实测图，分别为310V、15V和5V：

310V

15V

针对整个冰压机制冷系统进行群脉冲（EFT）测试实验，在±4000V至±5000V，5KHz、100KHz条件下可全程保持运行电流平稳，无停机发生。

群脉冲（EFT）测试实验

参数说明

核心算法只需要压缩机的极对数、相电阻、DQ轴电感、运行速率等参数，具体调试需求参数如下。

● 电机基本参数：

● 性能参数（示例）：

功率、电流等参数可依照不同压缩机的特性进行调整，下表是部分客户冰压机驱动板的参数示例：

● 电性参数：

●保护参数：

复旦微FM33LF0系列MCU

FM33LF0系列是基于ARM Cortex-M0+内核的32位低功耗MCU芯片，最高主频72MHz，最大支持64KB FLASH和8KB RAM，集成LCD驱动、LED驱动、带温补的RTC、ADC、DAC、OPA、COMP、AES、UART、LPUART、I2C-SMBus、SPI、CAN、SENT等通用外设接口，支持LQFP 64 / 48 / 32多种封装，非常适用于BLDC电机驱动和显示面板控制应用。

FM33LF0x3封装图

FM33LF013具有显著的性能和资源优势，具备丰富的定时器资源，其中ATIM支持设置多点触发和非对称PWM模式，可有效提高单电阻采样效果和算法运行效率。最大支持12个ADC外部输入通道，均为快速通道，最高采样速率可达2M，注入通道和扫描通道可分别配置触发源，独立触发、互不干扰，可在电机运行各阶段及时采样电流信息，协助算法完美重构电机三相电流信息。对比FM33LC0系列，采用相同算法和载频，FM33LF013的算法执行效率也得到了显著提升。