英飞凌空调风机及压缩机变频方案介绍 英飞凌工业及多元化中国市场部.ppt

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1、英飞凌空调风机及压缩机变频方案介绍,英飞凌工业及多元化中国市场部 2011.3,Set date,Page 2,Copyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.,主要内容,基于正旋波hall 直流无刷电机风机 参考设计介绍 基于磁场定向控制无hall直流无刷电机风机参考设计介绍 基于 XC878 空调压缩机参考设计介绍 其它信息,Set date,Page 3,Copyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.,主要内容,基于正旋波hall 直流无刷电机风机 参

2、考设计介绍 基于磁场定向控制无hall直流无刷电机风机参考设计介绍 基于 XC878 空调压缩机参考设计介绍 其它信息,6/7/2021,Page 4,Copyright Infineon Technologies 2009. All rights reserved.,基于XC866 带HALL传感器的 BLDC 风机驱动方案,主要特性 3个霍尔信号输入，平均速度法估算转子位置 速度PI调解器 自动超前角校正 PWM控制方式：两相、三相正弦波控制 转速范围：300-1200RPM(4对极） 紧急中断输入引脚CTRAP，过流、过压保护 防反转启动 主要应用 家用空调风机 中央空调风机 家用及工业

3、风机 风扇 INFINEON 主要器件 MCU: XC866 IGBT: IKD04N60R IGBT Driver: 6ED003L06-F SMPS: ICE3B0565J,评估样机,2021/6/7,基于XC866的直流无刷风机控制方案控制框图,3个霍尔信号输入提供转子位置信息（精度：60度） 每个PWM周期中断中进行转子位置估计。 位置估计基于霍尔传感器提供的绝对位置信息以及转速信息 A/D转换外部模拟信号输入VR，以调节正弦控制 紧急中断输入引脚CTRAP：过流、过压保护,2021/6/7,直流风机控制的特点及要求,负载转矩与转速的平方成正比 转速控制 启动要求 通常启动转矩要求小

4、某些应用，需要大启动转矩：空调外机风扇 噪声 效率,直流无刷电机控制方法,梯形波控制存在问题 控制方法简单 换向转矩脉动 换相噪声,正弦波控制的特点 电磁转矩恒定 无转矩脉动 噪声低 电机控制效率高 控制要求高,Set date,Page 8,Copyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.,正旋波控制的不同方式,电压型控制 三相正弦PWM控制 两相正弦PWM控制 电流型控制 矢量控制（FOC） 本方案采用两相正旋PWM控制方式 控制目的 线电压：正弦 相电流：正弦 开关损耗降低,梯形波 Vs 两相正旋波,XC866-1/2/

5、4FR 主要特性,Key Features,4/8/16 kByte Flash (incl. 4 kByte data flash) On-chip ROM with Bootloader & Flash routines 256 Byte RAM, 512 Byte XRAM On-chip debugging interface (JTAG) Three 16-bit timer/counters (T0/T1/T2) CAPCOM 6E for multifunctional motor control 8 channel 10-bit A/D converter Brown out

6、detection UART (full duplex) Synchronous Serial Channel (SPI comp.) On-chip OSC and PLL for clock generation Power saving modes General-purpose I/O Port Package: P-TSSOP-38 (green) Temperature ranges: -40C to +85C -40C to +125C 3.3V or 5V (core supply over internal VR),Key Benefits,High performance

7、XC800 Core compatible to standard 8051 Core two clocks per machine cycle architecture 8/16 kByte Flash Memory for Program and Data On-chip debug support level 1 Industrial peripheral set,英飞凌的优势,增强的8051兼容内核 26.7MHz/2 cycle,快速方便开发,电机控制专用单元CCU6E 6路PWM 灵活的死区控制和上下管互补输出 CTRAP硬件紧急中断,直接生成电机驱动信号 无需外部硬件即可实现同步

8、整流 硬件保护,强大的ADC 快速ADC(2us) 4个转换结果寄存器 灵活的优先级处理 可由外部事件触发,精确的电流采样和保护 快速反电势检测 高速电机应用,汽车级的设计,稳定，耐高温,产品的不良率 要低很多,特点,好处,Data Flash (模拟EEPROM ),可以实现IAP,23.03.2010,Page 11,23.03.2010,Page 11,Infineon MCU XC800 家族产品,XC864 27MHz,XC878 Vector Computer,XC886 Vector Computer,XC866 27MHz,XC822 MDU,XC824 MDU,XC835 V

9、ector Computer,XC866 27MHz,XC866 27MHz,XC878 Vector Computer,XC886 Vector Computer,XC888 Vector Computer,XC888 Vector Computer,XC821 MDU,XC878 Vector Computer,XC886 Vector Computer,XC866 27MHz,XC866 27MHz,XC866 27MHz,XC878 Vector Computer,XC886 Vector Computer,XC888 Vector Computer,XC888 Vector Comp

10、uter,XC836 Vector Computer,XC836 Vector Computer,XC836 Vector Computer,XC836 Vector Computer,XC822 MDU,23.03.2010,Page 12,23.03.2010,Page 12,Hall Sensor BLDC 风机主推产品,XC822 MDU,XC824 MDU,XC836,XC822 MDU,XC836,Set date,Page 13,Copyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.,主要内容,基于正旋波hall 直流

11、无刷电机风机 参考设计介绍 基于磁场定向控制无hall直流无刷电机风机参考设计介绍 基于 XC878 空调压缩机参考设计介绍 其它信息,基于XC836M sensorless FOC 风机 功能简介,主要特性 无位置传感器 FOC 空间矢量脉宽调制（SVPWM） 双直流母线电阻取样 转速范围：300-1200RPM(4对极） 正常启动、反转启动、正转启动 过流、过压、欠压、堵转、失步、断线检测 主要应用 家用空调室内风机 中央空调室内风机 风扇 Infineon 主要器件 MCU:XC836M IGBT: IKD04N60R IGBT Driver:6ED003L06_F,Set date,C

12、opyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.,Page 14,测试样机,2021/6/7,Page 15,经典的FOC控制算法框图,大量的软件计算需要高性能的单片机： 通常需要16/32位单片机/DSP 系统成本高 软件开发复杂,2021/6/7,Page 16,基于XC836M系列单片机实现FOC控制,XC836M内嵌矢量计算机单元 并行与CPU，减少计算负荷 芯片采用8051核 系统成本低 容易使用，升级,2021/6/7,Page 17,基于FOC的永磁同步风机驱动方案,静止启动,反向启动,正向启动,启动方式,2021

13、/6/7,Page 18,基于FOC的永磁同步风机驱动方案,试验波形： 启动-转速平稳,基于USPY平台,2021/6/7,Page 19,基于FOC的永磁同步风机驱动方案,试验波形 相电流：800RPM,2021/6/7,Page 20,基于FOC的永磁同步风机驱动方案,GUI 界面 - USPY,2021/6/7,Page 21,基于FOC的永磁同步风机驱动方案,GUI 界面 - 自定义GUI(XC836 方案),2021/6/7,Page 22,XC836M 主要特性,系统结构图,双时钟周期 8051 内核 内存: 内建ECC 机制的8 k flash 存储器 128字节的数据存储器 2

14、56 字节 XRAM/256 字节 RAM 1 x UART (with LIN support) 高速兼容 SPI 的同步串行口 (SSC) I2C 高性能电机优化的比较/捕捉单元 (CCU6E) 8通道10-bit ADC (1 s 转换时间) , 内部提供 1,2V 参考电压 大电流I/O管脚 25 个通用I/O(28Pins) 省电模式 省电模式下（RTC运行） ( 5uA) 具有独立时钟源的16位可编程看门狗定时器 LED/TS 模块 支持56个LED驱动和7个触控按键 溢出比较器 单一宽供电范围： 2.9V-5.5V 温度范围: SAF (-40C to 85C) SAK (-40

15、C to 125C),2021/6/7,Page 23,XC800 实现磁场定向控制的重要特性,高性能16位矢量计算机（CORDIC + MDU） 可编程的协处理器 重要功能： CODIC、MDU和CPU计算之间可以互相嵌入运行 支持矢量旋转和各种变换（如：Park变换） 归一化和比例调整 专用电机控制单元（CapCom6E） 产生高精度空间矢量PWM 死区时间自动插入 CTRAP提供各种硬件保护,XC800 实现磁场定向控制的重要特性,快速 10位 A/D 转换器 转换时间小于 1.5 s 采样时间小于 200ns 可进行单直流母线电阻采样 减少转矩脉动 支持与PWM单元硬件同步 四个相互独

16、立的结果寄存器，提高采样性能,6/7/2021,Page 24,XC836M 新特性,CORDIC/MDU 性能提升 Input Clock 54MHz Max（XC878） 48MHz Max（XC836） Further support to Q15 calculation (XC836 Only),6/7/2021,Page 25,Multiply and shift,XC878/836 新特点,ROMLIB support XC836 only, 8KB Flash limit PI controller, Low pass filter, Vector rotation, etc S

17、ave user code size,6/7/2021,Page 26,Set date,Page 27,Copyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.,主要内容,基于正旋波hall 直流无刷电机风机 参考设计介绍 基于磁场定向控制无hall直流无刷电机风机参考设计介绍 基于 XC878 空调压缩机参考设计介绍 其它信息,2021/6/7,电路实物图,英飞凌空调方案的总体介绍,2021/6/7,方案总览,2021/6/7,主要元器件一览,2021/6/7,使用双取样电阻方案系统框图,与单取样电阻相比，本方案优化了： 对大功率

18、负载的驱动 降低了对制板等与EMC相关的要求,启动性能,采取电流：闭环方式 测试结果 ： 启动可靠性 冷启动 100% 热启动（10s延迟 100%） 静止切入闭环时间： 5s 测试频率：6KHZ, 8KHZ,10KHZ,6/7/2021,Copyright Infineon Technologies 2009. All rights reserved.,Page 32,启动波形 （DA130S1C-20FZ） 双转子 压缩机,23.03.2010,Page 33,900rpm 波形 （ DA130S1C-20FZ）,23.03.2010,Page 34,4500rpm波形（ DA130S1C

19、-20FZ）,23.03.2010,Page 35,XC878CM-13/16FF: Target Features and Benefits,Key Features,48/64 kByte Flash (incl. 4 kByte data flash) XC800 core 27.7MHz at 0 wait state 3 KB RAM 2 x UART (full duplex feature) On-chip OSC and PLL for clock generation Synchronous Serial Channel (SPI comp.) 16-bit Vector C

20、omputer Multiplication/Division Unit (MDU) CORDIC (High speed computation of trigonometric and hyperbolic functions) 8 channel 10-bit A/D converter Four 16-bit General purpose timers CAPCOM for multifunctional motor control T2CCU: PWM timer Brown out detection Watchdog Timer with programmable window

21、 On-chip debugging interface (JTAG) Power saving modes General-purpose I/O Port (46 GPIO) Package: PG-LQFP-64 Temperature ranges: -40C to +85/105C Voltage range from 3.0 to 5.5V,Key Benefits,High performance Zero wait state flash 16-bit Vector computer operating at 2x CPU clock 64 kByte Flash Memory

22、 for Program and Data CCU6 + T2CCU PWM timers Capable of running multiple motors 1 Motor + PFC,2021/6/7,英飞凌XC878双核系列微控制器,增强型8051内核 26.67MHz工作主频，双机器周期 高性能的16位矢量计算机(48MHz clock) =完全可编程的协处理器(CORDIC)+16位乘/除单元 可以实现各种三角运算、矢量旋转和各种变换 提供各种硬件定点、浮点运算库 对CPU的依赖度大为降低 面向电机控制应用专用控制单元(48MHz Clock) 专用的电机控制单元（CAPCOM6E

23、） 16位精度，用于高精度SVPWM的产生 死区时间自动插入，可直接控制MOSFET/IGBT CTRAP可提供硬件保护功能 10位快速模数转换器（转换时间小于1.5s） 实现单次电流测量 最大限度地减少盲角以降低转矩脉动 与PWM单元实现硬件同步以降低CPU负荷 四个结果寄存器，最大限度地提高采样性能,2021/6/7,使用XC800实现FOC参考设计方案对系统的要求,优化的FOC控制算法 程序存储器需求： 500字节的常量Flash 4700字节的程序Flash 数据存储器需求： 200字节的IRAM 600字节的XRAM (用于存储电流采样值，可由串口发送到上位机),2021/6/7,方

24、案中的资源分配一览,CCU6 产生电机驱动所需要的6路PWM并实现电路硬件（CTRAP）保护功能 ADC 采样电流取样信号和控制器硬件保护所需的物理量 CORDIC 空间矢量脉宽调制信号（SVPWM）的产生、矢量变换、电流估算 MDU PI参数调节 UART 与上位机通信以获取所要控制的参数,2021/6/7,上位机控制软件界面,英飞凌空调方案的总体介绍,2021/6/7,上位机控制界面参数配置,英飞凌方案的软件系统介绍,英飞凌其他可应用于空调的产品,* 英飞凌可提供不同功率等级的IGBT单管,6/7/2021,Copyright Infineon Technologies 2009. All

25、 rights reserved.,Page 42,Set date,Page 43,Copyright Infineon Technologies 2010. All rights reserved.,主要内容,基于正旋波hall 直流无刷电机风机 参考设计介绍 基于磁场定向控制无hall直流无刷电机风机参考设计介绍 基于 XC878 空调压缩机参考设计介绍 其它信息,Enhanced,Infineons XC800 8-bit Family Offers the Scalability Required for a Wide Range of Motor Control Applicati

26、ons,2021/6/7,XE166 实时信号控制器主要特性,高达80 MIPS 中断延迟小于100 ns 高存储容量 高达 1600 KB Flash 高达 138 KB RAM 双ADC模块 10位转换精度(2LSB) 多达24路通道 最小675ns转换时间 多达4个专用CCU6模块 灵活的通用串行接口单元(USIC), 可支持ASC、SSC、 I2C、LIN、 I2S 多达6个CAN节点 灵活的IO电压3.35 V 4种不同的封装类型 QFP64、QFP100、QFP144、QFP176 TSSOP38,VQFN48,TQFP64 available in Jun 产品生命周期长，可保证

27、持续稳定的 产品供应,2021/6/7,XE166 架构 (以XE167FM系列为例),XE166内核主要特点,C166SV2内核,MCU,主频高达100MHz 单指令执行周期 2级指令预取流水线，5级执行流水线 高性能的分支、调用和循环处理 分支检测和预测指令 (JMPA, CALLA.) 零周期跳转 快速上下文切换（单周期） 灵活的中断系统 PEC单元实现类DMA数据传送,1. 集成度最高 节约成本,单电源供电 （嵌入式电压调节器） 用于产生内核电压 由电源验证电路来监控电压 欠压检测 片内振荡器 可选择通过片内振荡器或XTAL产生时钟 片外晶振一旦出现问题（如果外部晶振失效），紧急启用片

28、内振荡器 数据Flash（可模拟EEPROM） 节省片外EEPROM 灵活产生复位信号 多种可触发冷、热复位的片外和片内复位请求源 IO口的可配置性能够有效降低EMC和减少片外元件,电源看门狗,2.5 V电压调节器,XC164CM,XE164F,2. 类DMA快速数据传送（外围事件控制器PEC）,外围事件控制器 (PEC) 实现单周期数据传送 8路PEC通道 PEC中断请求级别可编程设置(级别158) PEC结束中断的独立中断级别可选 源指针和目的指针全24位寻址 可由两个PEC通道构成一对进行数据传送（如0-1, 2-3, 3-4, 5-6, 6-7）,7. 高性能双ADC模块,2个独立的、具有同步转换功能的ADC模块，总共最多30路通道 5V/3.3V电源电压 10位转换精度 2LSB ，80MHz下转换时间最小675ns 通道0的假名特性（Alias Mode） 可选择数据预处理（数据压缩滤波、极限范围检查） 具备结果FIFO功能 可由来自CCU6和定时器单元的事件触发转换 可触发CCU6,2021/6/7,使用XE16x 系列单片机可实现压缩机风机软件PFC多合一空调解决方案,