數(shù)字化模糊控制空調(diào)系統(tǒng)
本文介紹了一套性能優(yōu)良,價(jià)格低廉的全直流數(shù)字化模糊控制分體空調(diào)系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用Infineon的高性能價(jià)格比8位單片機(jī)C504/C508的資源,在優(yōu)化電流控制相位角的基礎(chǔ)上,采用模糊控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)智能控制,大大降低了電機(jī)峰值電流,轉(zhuǎn)矩脈動和轉(zhuǎn)速波動。
系統(tǒng)概述
永磁直流無刷電機(jī)（BLDC）具有結(jié)構(gòu)簡單,高效,低噪聲,高功率密度,起動扭矩大,壽命長等十分優(yōu)越的特性,在家用電器（空調(diào),洗衣機(jī),冰箱等）和IT周邊產(chǎn)品（打印機(jī),軟驅(qū),硬盤等）中得到廣泛的應(yīng)用。典型的永磁直流無刷電機(jī)系統(tǒng)如圖1所示。永磁直流無刷電機(jī)性能的發(fā)揮,除了電機(jī)本身設(shè)計(jì)合理外,還要靠微控制器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)根據(jù)轉(zhuǎn)子具體位置輸出相應(yīng)的PWM脈沖。該微控制器應(yīng)是帶多路（6路或以上）PWM輸出的嵌入式單片機(jī)。
Infineon的8位單片機(jī)C504/C508正是如此。它們以8031核為基礎(chǔ),并遵循80C32工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),除了增加A/D轉(zhuǎn)換等外圍接口電路外,還增加了非常適合交流電機(jī)/無刷直流電機(jī)控制的全數(shù)字化PWM輸出電路：捕捉/比較單元（CCU,如圖2所示）。
CCU具有7路輸出,其中CC0～CC2和Cout0～Cout2分別為上三路和下三路基波信號,它們的相序由三個(gè)中斷輸入信號INT0～I(xiàn)NT2編碼控制。電機(jī)各相間換流既可由單片機(jī)內(nèi)部的專用硬件（塊交換邏輯）控制,也可通過軟件編程控制。Cout3是分辨率高達(dá)50ns的高頻PWM信號,既可以單獨(dú)輸出,也可疊加在輸出Cout0～Cout2的有效電平上（突發(fā)模式）,從而省掉相應(yīng)外部電路。CTRAP為緊急中斷輸入,如果此腳為低,前述六路基波信號立即處于事先定義的狀態(tài)。Cout3的PWM信號既可以是單邊（鋸齒波）調(diào)制,也可以是雙邊（三角波）調(diào)制。在雙邊調(diào)制時(shí),CCx和Coutx為互補(bǔ)信號,其死區(qū)時(shí)間可通過Offset Register的值加以控制。C504/C508還具有16K/32K（可編程一次）的OTP存儲器和512/1280的內(nèi)部RAM,帶給用戶極大的靈活性。
本文所介紹的空調(diào)系統(tǒng)分室內(nèi)機(jī)和室外機(jī)兩大部分,其系統(tǒng)框圖如圖3(a)和(b)所示。在室外機(jī)系統(tǒng)中,C508是核心,要控制壓縮機(jī)（永磁直流無刷電機(jī),無傳感器控制）,室外風(fēng)機(jī)（永磁直流無刷電機(jī),帶霍爾傳感器）,電子膨脹閥（步進(jìn)電機(jī)）,四通閥（冷/熱控制）等。另外C508還有四路溫度輸入,交流電壓/電流輸入等。其中壓縮機(jī)電機(jī)由C508的CCU控制,特別設(shè)計(jì)的反電勢提取電路負(fù)責(zé)提供電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號給C508的塊交換邏輯,整個(gè)過程由硬件自動完成,大大減輕系統(tǒng)軟件負(fù)擔(dān)。
室外風(fēng)機(jī)的控制則由軟件編程通過C508的普通I/O口實(shí)現(xiàn),霍爾元件提供的轉(zhuǎn)子位置信號通過中斷INT7～I(xiàn)NT9輸入,而所需的高頻PWM信號（10KHz）則來自C508定時(shí)器2（T2）的第三路輸出T2CC3。
該系統(tǒng)中的開關(guān)電源采用了Infineon普通8腳DIP封裝的SMPS集成芯片COOLSET TM：TDA16832和TDA16833。它里面不僅有常見的開關(guān)電源控制電路,而且還集成了Infineon的高性能MOS管COOLMOS
