Cool-TechTM变频技术在无霜冰箱上的应用（三）

2018-04-10戴良伟李坤浩

家电科技 2018年3期

戴良伟　李坤浩

杭州士腾科技有限公司　浙江杭州　310030

1　引言

变频冰箱压缩机一般采用直流无刷电机，减小了常规交流异步电机造成的励磁损失，同时也有效降低了噪音。变频冰箱压缩机的转速可以在1200RPM～4500RPM之间变化，转速的可调性大大地提高了冰箱的制冷效率。制冷量的协同调节，使得冰箱所产生的制冷量可以与冰箱所需的负载很好地进行匹配，避免多余的能量消耗。减小冰箱内部的温度波动，避免压缩机的频繁启停。变频技术不但起到节能的作用，更延长了压缩机的使用寿命。

2　Cool-TechTM变频器硬件框图

Cool-TechTM变频器的硬件电路框图示意图见图1。其原理是，输入的单相交流电通过EMI滤波器后，经过整流电路形成直流母线电压。母线电压通过电源管理电路中AC-DC芯片转换成12V直流电源，用于六个功率器件的栅极驱动。直流12V再经过DC-DC降压芯片转换至5V，作为士兰微高性能单片机SY8848的工作电源；另外，母线电压通过由6颗超结功率MOSFET（SVS6NF60DTR）组成的三相逆变电路实现永磁电机的变频控制；在电机输出端，通过高速ADC模块采集电机的反电势波形，用于电机转子位置信号的检查。同时，变频器设计了母线电压采样电路、母线电流采样电路和温度保护采样电路，实现对变频板和压缩机的过压、过流、过温保护。

Cool-TechTM变频器的单片机采用了士兰微专为电机控制开发的高性能单片机SY8848。其最大运行频率为24MHz，内嵌16K字节Flash存储器，集成了高精度的振荡器、比较器、一个UART、一个SPI、两个16为标准定时器、一个16位增强型定时器及一个专为电机控制开发的PWM模块。另外，SY8848具有15路12位高速ADC通道，为Cool-TechTM变频器实现对电机的反电动势和电流快速采样创造条件。且SY8848工作电流仅为7mA，大大降低了Cool-TechTM变频器的待机功耗。

Cool-TechTM变频器的功率开关管选用了士兰微专门针对冰箱应用研发的一款超结功率MOSFET（SVS6NF60DTR），其Rds(on)=0.65Ω（ID=0.5A），即VDS=0.325V（ID=0.5A）；VF=0.725V（ID=0.5A）。超结功率MOSFET是在传统功率MOSFET结构中引入超结而形成的，相比同规格的IGBT大大降低了器件工作的通态损耗，且芯片面积小，成本低。大大降低了Cool-TechTM变频器的功耗，从而提高系统COP值。

3　Cool-TechTM变频器软件框图与转矩补偿算法

Cool-TechTM变频器的软件框图示意图见图2，系统软件分功能模块层与基础环路层。系统软件功能模块层为1Hz的慢环处理。主要处理系统速度环、压缩机的启动算法、反电动势位置检查、系统功能与保护；而系统软件的基础环路层为5KHz的快环处理。主要进行系统的ADC测量、电机换相处理、转矩补偿处理和一些系统的关键保护。

基于高速ADC的反电动势位置检查。在无刷直流电机的无传感器的控制中，一般都从电机的反电动势中提取出电机转子的位置信号。本系统软件通过SY8848的高速ADC模块在5kHz的压缩机基础环路层中对3路反电动势进行采样，从而计算转子的实时位置。

目前变频压缩机基本都是往复式压缩机，采用曲柄连杆作为运行机构。在一个机械周期的运动过程中，压缩机会经历吸气、压缩、排气、膨胀的过程，系统负载处于不断变化的过程。尤其是在低速大负载阶段时，这种负载的不均衡现象更加明显,会导致压缩机的震动增大。为了解决传统方波在冰箱压缩机震动大的问题，Cool-TechTM技术的变频板在传统的方波技术的基础上加入了转矩补偿算法[1]。

Cool-TechTM技术转矩补偿算法原理是基于传统的方波控制[2]上，加入电流前馈控制。首先通过SY8848单片机的高速ADC采样模块对电机的电流与反电动势进行采样。从而得到转子的位置信号和实时电流情况。求取一个机械周期的平均电流值作为下一个机械周期电流前馈控制的前馈量。在下一机械周期的每个载波根据这个前馈量做电流补偿，使得在一个机械周期的电流根据机械的周期特性得到补偿，平稳机械周期的负载波动。