单芯片实现空调室外机的双电机变频控制方案

【导读】低成本、低噪声、高性能已成为变频空调的发展趋势。而作为变频空调核心部件的压缩机及其室外控制器是提升整机性能的关键。传统变频空调的室外控制器由功率因数校正(PFC)、压缩机驱动控制、风机驱动控制等电路构成。其中PFC驱动采用模拟的专用控制芯片，压缩机与系统控制采用MCU来实现无感应矢量控制及系统控制，而室外风机采用有霍尔传感器的驱动芯片或者专门的MCU来实现无感应的矢量控制。采用多个芯片实现室外机控制，增加了成本，同时降低了系统的可靠性。

随着变频空调的消费升级、能效提升，控制技术方案也日新月异。快包分析师根据变频空调产品控制系统高性能和低成本的特点，推荐基于小华半导体HC32F460和HC32F448单芯片实现室外压缩机与风机的双电机变频控制方案。实现了变频空调的功率因数校正、压缩机和风机的无感应矢量控制等功能，采样方式灵活多样，运行噪音低，电流谐波小，系统保护完善，支持异常情况下的紧急停机功能。提高了室外机控制系统的可靠性、稳定性。

方案一：基于HC32F460的家用空调室外机控制方案

方案以HC32F460为主控芯片，单芯片实现室外压缩机与风机的双电机变频控制；采用无感FOC控制算法，支持高频PFC，交流供电电压165V~265V，压机转速600~7200rpm，风机转速300~1200rpm，运行噪音低，电流谐波小，系统保护完善，支持异常情况下的紧急停机功能。

方案特点

（1）支持高频PFC调制，功率因素>98%，满足电压及负载突变；

（2）支持室外风机顺逆风启动；

（3）支持压机低速转矩补偿，低速平稳运行；

（4）支持压机高速弱磁控制，平滑进出弱磁，有效防止弱磁失效；

（5）200MHz 32bit ARM Cortex-M4高算力控制芯片；

（6）多功能PWM Timer，支持多个电机控制，EMB可独立控制每个通道；

（7）12位2Msps高精度ADC单元，灵活支持多种采样方式；

（8）系列丰富，封装从48Pin到100Pin，适应不同设计需求。

方案二：基于HC32F448的空调室外机控制方案

图1 HC32F448系列产品框图

针对入门工业控制应用，小华推出了HC32F448系列新品，如图1，采用ARMCortex-M4内核，Vcc为1.8 ~ 3.6V，200MHz主频，内置256KB Flash，68KB SRAM，内部集成PLL，3个12-bit 2.5MSPS SAR ADC，2*12-bit DAC，6*U(S)ART、3*SPI、2*I2C、2*CAN等外设，有QFN32/QFN48/LQFP48/LQFP64/LQFP80五种封装。

关键规格

电机控制，是工业控制的核心领域。典型的电机控制主要由电流环、速度环、位置环、功率单元，位置和速度检测控制单元，主控和通讯部分等组成。为实现电机控制应用，F448新品在算力、Timer规格、模拟外设等方面做了专门的设计。

（1）高性能CPU，配合多主机并发总线架构，实现高算力（250 DMIPS）和高效数据处理能力；

（2）有3个步进电机驱动专用Timer，一个Timer可以输出4对互补PWM波形，具备硬件死区功能；

（3）通过TimerA组合，输入正交编码器信号，同时实现时间捕获和计数功能，做到硬件同步时间和计数，满足NT法计数，便于变频器和步进电机的闭环控制；

（4）丰富模拟外设，3 个12-bit2.5MSPS ADC Units（支持过采样和多重Buffer功能），2个12-bit DAC（可对外输出），4 个独立电压比较器（CMP）；

（5）6*U(S)ART，2*CAN，满足多路U(S)ART和CAN的应用；

（6）高可靠性，宽温度范围（-40~105°C），满足复杂工业环境应用。

小华HC32F448系列新品是一款高算力、模拟特性丰富、集成电机专有Timer的MCU，相比HC32F460有哪些规格上的迭代，请参考下表：

应用场景

HC32F448系列产品除延续HC32F460空调室外机双电机控制市场应用之外，主要面向低压变频器电机控制、步进电机驱动、工业伺服编码器等入门工业控制垂直细分应用。同时，也适用于256KB/128KB Flash配置的这类量大且种类繁多的Mass market。

获取方案规格书和主控IC信息，请扫二维码