技术洞察｜基于英飞凌XMC1302的无感磁场定向控制吊扇解决方案

跟着科技的开展，空调日渐遍及，然而吊扇仍旧遭到浩繁花费者的青眼。英飞凌的永磁同步电机吊扇处理计划由非断绝15V、700mA高压（HV）降压转换器ICE5BR2280BZ跟单片集成NPN型电压调理器TLE4284供电，采取IM241系列CIPOS???Micro IPM作为驱动。XMC系列的XMC1302微把持器用于永磁同步电机（PMSM）无传感器磁场定向把持（FOC），整套吊扇计划存在高机能跟机动性的特色。此计划还可用于其余各式电扇，如破式、台式、空调室闺阁外电扇等。本文援用地点：本文作者：英飞凌科技?张娜 吕伟嘉 时破中要害词：?吊扇，电机把持，FOC，XMC13021、弁言在空调如斯遍及的明天，抉择更节能环保、舒服平和的吊扇来调理氛围温度跟情况舒服性依然是很多人的抉择。基于英飞凌XMC1302-T038X0032微把持器的吊扇处理计划，采取了英飞凌旗下进步的功率器件跟电机把持技巧，针对吊扇应用的PMSM电机停止无地位传感器把持，正弦波驱动使得吊扇扭转时十分宁静，该计划可辅助用户减速产物计划。2、计划先容该吊扇处理计划是一种三电阻无传感器FOC的PMSM电机把持吊扇处理计划，体系框图如图1所示。该计划旨在供给一种高效、持重的吊扇处理计划，使电机安稳疾速地启动至最年夜速率。图1 基于XMC1302的吊扇处理计划体系框图计划采取非断绝的15V、700mA高压（HV）降压转换器ICE5BR2280BZ?[1]?跟单片集成NPN型电压调理器TLE4284?[2]?供电，用于供给15V跟5V作为帮助电源输出。采取第五代牢固频率功率集成电路CIPOSTM Micro IPM IM241?[3]?作为驱动。15V供应IM241，5V供应主控芯片XMC1302。英飞凌XMC1302是一款高机能32位ARM芯片，Cortex-M0内核，1.8-5.5V供电，无需晶振跟复位电路，实用于电机驱动、汽车电子范畴?[4]?。5V供电比拟与3.3V供电，IO口抗烦扰才能强，这一点在汽车电子、产业电子范畴更有上风。XMC1302内核任务频率为32MHz，外设任务频率为64MHz，外部带增益的ADC可停止电流检测跟维护，CCU8输出6路PWM波至功率模块芯片IM241。算法采取无传感器FOC把持，三电阻采样，以供给速率跟角度的正确估量，同时增加部件数目。该计划采取载波频率16KHz，支撑速率、电流闭环把持，弱磁把持形式。非运动启动功效使吊扇即便在最初因外力而反向滚动时也能畸形扭转。计划还集成了多种维护，如硬件跟软件过流维护、过压跟欠压维护，以及缺相跟堵转检测。产生毛病后，一旦毛病被肃清，体系将实验从新启动并规复到上一个速率状况。算法呼应速率快，参数设置简略，可直接闭环启动。图2为该计划的衔接图。图3为畸形运转的相电流波形图。图4为戗风启动的相电流波形。图2 基于XMC1302的吊扇处理计划图3 相电流波形图图4 戗风启动相电流波形图3、主控芯片XMC1302用于电机把持的外设FOC把持框图如图5所示，此中包含：①坐标变更，包含Clarke/Park变更跟Clare/Park逆变更②地位跟速率估量算法③PI把持，包含两个电流（d/q轴电流）PI环路跟一个速率PI环路④SVPWM模块。图5 ?FOC把持框图从图5中咱们能够看到，无感FOC把持要用到Clarke变更，Park变更、Clarke/Park逆变更、地位预算等算法。XMC1302是英飞凌专门为电机把持而计划的MCU，集成了专门针对电机利用优化的外设集，支撑中低端电机罕见的种种把持方法，它存在合适无感FOC把持的相干外设跟亮点：3.1 MATH协处置器XMC1302中集成一个MATH协处置器，它完整自力于CPU，任务在PCLK（64MHz）时钟下。MATH协处置包括了一个32位的DIVIDER跟一个24位的CORDIC。DIVIDER单位实现32bit有标记/无标记除法。CORDIC单位实现24bit三角函数运算。DIVIDER跟CORDIC单位可并行任务，该模块加重了CPU的负荷，对实现无感FOC把持算法供给了精良的支撑。图6 ?MATH协处置器3.2 带有片上可调增益的12位VADCXMC1302的多功效模/数转换器 (VAD)，包括一个按逐次迫近道理 (SAR) 任务的自力内核。其辨别率是从8位到12位可编程的。ADC每个通道的采样单位内置模仿缩小，增益可调，可选1,3,6,12倍缩小，能够免却外部运放。XMC1302的ADC存在双采样坚持单位，双通道能够同时采样。详细到现实利用中，就是两路电流能够同步采样，这对进步把持及时机能是极有利益的。ADC存在limit checking功效，当ADC转换成果落到指定区间内就会主动触发中止恳求，而这个指定区间的门限是能够自在设定的。这就免却了软件处置ADC转换成果并比拟，进步了处置速率。3.3 可输出PWM停止三相逆变器把持的CCU8单位XMC1302的Capture/Compare Unit8由4个16位的准时器构成，每个16位的准时器都有准时、比拟跟捕获的功效，这4个通道是完整自力的，有各自的分频器，能够自力任务。每个通道能够发生2对互补PWM，并可拔出逝世区时光以避免开关短路，每对PWM波形的回升沿逝世区时光跟降落沿逝世区时光能够分辨发生。还可输出非对称的互补PWM。准时器的运转能够由软件触发，或用外部旌旗灯号触发，或由外部引脚触发。准时器的中止也能够触发ADC等别的外设。这些特征使它的利用十分机动，能满意种种需要，尤其是电机把持的需要。3.4 模仿比拟器ACMPXMC1302内置三个高速模仿比拟器(ACMP)，用于比拟两个模仿输入电压。ACMP的输出反映十分快，耽误时光在25ns。它的输入电压偏向也十分小，只有3mv阁下。这些特征都使它十分合适数字电源跟电机把持的利用，模仿比拟器的外部滤波器能够停止2n-10ns的滤波。终极比拟器的输出能够输出到CPU的NVIC发生中止，也能够输出到CCU8，看成它们的外部触发变乱。跟着人们的需要一直变更，吊扇的功效也浮现多样化，比方带LED彩灯把持的吊扇，XMC1302外部的BCCU可实现指数调光，并可能防止低频闪耀，使光芒愈加柔跟天然。在此处理计划基本上能够进一步扩大，增添LED灯控功效。4、结语基于XMC1302的无感磁场定向把持（FOC）吊扇处理计划，专门针对吊扇、风机类利用的评价跟开辟而计划。XMC1302能较好实现无地位传感器把持算法，芯片有TSSOP38跟QFN24封装，十分合适吊扇电路板的空间计划。?该计划可为相干利用的用户供给开端的硬件测试平台跟参考代码，同时英飞凌供给具体的计划文档，旨在收缩用户的进修、计划周期，放慢开辟过程。参考文献Infineon. Datasheet of Fixed-frequency 800V/950V CoolSET?, 2022-07-19.Infineon. Datasheet of TLE4284 , 2007-03-20.Infineon. Datasheet of CIPOS? Micro IPM 600V, 2A, 2022-06-26.Infineon. Datasheet of XMC1300 AB-Step, 2017-10. 　　申明：新浪网独家稿件，未经受权制止转载。 -->