應用概述

為了減少家庭能源使用，吊扇和其他家用風扇正在從大型重型單相交流感應電機 (ACIM) 遷移到更小、更輕、更高效的三相無刷直流 (BLDC) 或永磁同步電機 (PMSM)，更高的功率密度。該參考設計提供了針對能源效率和成本進行優化的低壓 PMSM 風扇解決方案。您可以以 300 RPM 的速度運行吊扇，并且僅消耗約 17.5W，大約相當于 2 個 LED（相當于 60W）燈泡所需的功率。以此參考設計為起點，可以在更短的時間內創建風扇解決方案。

演示說明

從高壓單相 ACIM 電機更改為低壓三相 PMSM/BLDC 電機需要 2 級功率轉換電路。首先，反激式轉換器電路將 90-265 VAC 輸入電源轉換為具有高功率因數校正 (PFC) 的中間 32 VDC，以保持能源效率。即使在低功率條件下，功率因數也保持在 0.9 以上。這會產生旋轉大多數 PMSM 電機所需的電壓總線。 MCP16331 峰值電流模式 PWM DC/DC 轉換器將 32 VDC 降至 10V。它用于為三個 MIC4605 半橋 MOSFET 柵極驅動器高效供電，這些驅動器根據 dsPIC 數字信號控制器 (DSC) PWM 輸出的指示打開和關閉六個 MOSFET。高效 MIC5205 低壓差 (LDO) 穩壓器還可將 10 伏電壓降至 3.3V，為 dsPIC 供電。

選擇參考設計的組件是為了優化物料清單 (BOM)，以最少的組件數量并實現最低的成本。例如，高度集成的dsPIC33CK64MC102 DSC包括兩個用于電機相電流放大的運算放大器和一個用于檢測過流狀況的比較器，從而節省了使用外部電路的空間和成本。使用單電流實現來代替雙或三并聯電機相電流測量電路，以降低成本和空間。由此產生的緊湊型圓形 10 厘米直徑板可安裝在典型風扇電機的頂部，類似于實際的最終產品解決方案。 BOM 還符合中國 RoHS 50 和歐盟 Reach 標準。

為了獲得最高的能源效率、最大的電機扭矩輸出和安靜的運行，dsPIC DSC 運行具有正弦 PWM 輸出的先進磁場定向控制 (FOC) 算法。初始位置檢測 (IPD) 軟件算法可確保啟動時風扇運動的正確方向。當風扇旋轉或需要改變風扇方向時，飛速啟動和制動算法可提供平穩的重新啟動。

為了支持進一步定制，四個通用輸入/輸出 (GPIO) 引腳被引出到板的邊緣。這些引腳可以通過軟件配置為 UART 或 SPI 或用于輸入捕捉功能。這允許用戶創建與各種傳感器或通信協議（例如紅外 (IR)、藍牙、WiFi 或專有家庭自動化協議）的接口。

通過將庫存控制板與參考設計板交換，該低壓風扇參考設計板可與任何現有的三相 BLDC 或 PMSM 風扇一起使用。如果電機參數與庫存演示電機不同，則可能需要更改 FOC 參數。將交流電源和電機線連接到電路板和紅外接收器后，可以使用遙控器來啟動和停止風扇以及更改速度或方向設置。

設計優點

參考設計縮短了風扇開發時間

低壓三相 PMSM 實施比典型 ACIM 實施更節能

有競爭力的 BOM 成本

緊湊的電路板設計適合風扇電機頂部

運行單分流無傳感器磁場定向控制 (FOC) 算法，實現安靜、高效的風扇運行

初始位置檢測 (IPD) 確保風扇開始朝正確方向轉動

風車和主動制動可實現風扇平穩重啟

用于風扇功能的紅外 (IR) 遠程控制

特色解決方案

演示基于 Microchip dsPIC33CK 數字信號控制器 (DSC) 的低成本、高效吊扇參考設計。此設計使用運行磁場定向控制 (FOC) 的更輕、更高效的 BLDC 電機取代了重型 ACIM。演示的高級軟件功能包括初始位置檢測 (IPD)、風車（快速啟動）和用于改善風扇運行的制動。

解決方案圖

參考設計物料清單

dsPIC33CK64MC102：適用于高性能嵌入式和電機控制應用的 100 MHz 單核 DSC

MCP16331：50V 輸入、非同步降壓開關穩壓器

MIC5205：150mA 1% 低噪聲 LDO

MCP6001：一款單路 1MHz 運算放大器，靜態電流為 100 uA（典型值），電源電壓范圍為 1.8V 至 5.5V。

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