在當(dāng)前家電系統(tǒng)向高能效、智能化演進(jìn)的趨勢下，空調(diào)外機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)功率因數(shù)校正（PFC）和雙電機(jī)變頻控制提出了更高要求。代理銷售英飛凌旗下全系列IC電子元器件-中芯巨能為您介紹了一種基于英飛凌PSoC? Control C3控制器的空調(diào)外機(jī)解決方案，集成了高頻PFC、壓縮機(jī)與風(fēng)機(jī)雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)功能，具備高性能、高集成度和量產(chǎn)可行性，適用于中高端變頻空調(diào)設(shè)計(jì)。

系統(tǒng)架構(gòu)與核心器件選型

該方案采用PSC3M5FDS2ACQ1作為主控芯片，其內(nèi)置高性能ARM? Cortex?-M7內(nèi)核，支持多任務(wù)并行處理，滿足PFC與雙電機(jī)FOC控制的實(shí)時(shí)性需求。主電路功率器件包括英飛凌系列碳化硅二極管（IDW30E65D1/ IDW10G65C5）、IGBT（IKW30N65WR5/ IKWH30N67PR7），以及兩款I(lǐng)PM模塊（IM241-M6T2B 和 IKCM15L60GD），分別用于風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)逆變驅(qū)動(dòng)。柵極驅(qū)動(dòng)器1ED44175N01B提供可靠隔離與快速響應(yīng)能力，輔助電源選用ICE5AR4770BZS，確保系統(tǒng)穩(wěn)定供電。

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壓縮機(jī)控制特性詳解

壓縮機(jī)采用無感FOC控制策略，載波頻率設(shè)定為6kHz，搭配單電阻電流采樣技術(shù)，顯著降低硬件成本與布線復(fù)雜度。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)完整的控制算法執(zhí)行時(shí)間小于11μs，包含ADC采集、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償及SVPWM過調(diào)制處理，確保高速響應(yīng)與低轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。

控制策略上支持5段式與7段式SVPWM切換，結(jié)合弱磁控制算法，擴(kuò)展了電機(jī)運(yùn)行范圍；同時(shí)具備超低速閉環(huán)啟動(dòng)能力，滿足不同工況下的軟啟動(dòng)需求。系統(tǒng)還集成了超低延遲PLL觀測器、死區(qū)補(bǔ)償機(jī)制及全面保護(hù)功能（如過流、過壓、欠壓、堵轉(zhuǎn)等），提升整體可靠性。

風(fēng)機(jī)控制性能亮點(diǎn)

風(fēng)機(jī)控制同樣采用無感FOC方式，載波頻率設(shè)置為15~20kHz，控制周期低于10μs，確保良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與低噪音運(yùn)行。系統(tǒng)支持多級(jí)逆風(fēng)啟動(dòng)邏輯，可識(shí)別逆風(fēng)、順風(fēng)或靜態(tài)狀態(tài)并選擇最優(yōu)啟動(dòng)策略，避免啟動(dòng)失敗或沖擊電流問題。

運(yùn)行模式方面，支持轉(zhuǎn)矩、功率、速度三種控制方式自由切換，適配不同應(yīng)用場景。此外，系統(tǒng)引入快速觀測器制動(dòng)機(jī)制，提升停機(jī)效率。與壓縮機(jī)控制一樣，風(fēng)機(jī)控制方案也已完成量產(chǎn)驗(yàn)證，具備實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)。

高頻PFC設(shè)計(jì)優(yōu)勢

本方案采用80kHz開關(guān)頻率的升壓PFC拓?fù)洌ぷ饔谶B續(xù)導(dǎo)通模式（CCM），配合雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)cosΦ>99.8%，輸入電壓范圍覆蓋150V~265V交流。PFC控制算法執(zhí)行時(shí)間小于3.2μs，含電流采樣與電壓環(huán)、電流環(huán)運(yùn)算，確保實(shí)時(shí)性。

系統(tǒng)支持從空載到滿載的平滑啟停控制，并集成交流頻率檢測功能。輸出電壓可根據(jù)負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，優(yōu)化整體效率。面對(duì)負(fù)載突變或輸入波動(dòng)，系統(tǒng)仍能保持穩(wěn)定的輸出特性。完善的功率、電流、電壓保護(hù)機(jī)制進(jìn)一步保障運(yùn)行安全。

值得注意的是，高頻PFC設(shè)計(jì)顯著縮小了電感尺寸與銅損。實(shí)測表明，在相同電感量下，80kHz下的電流紋波遠(yuǎn)優(yōu)于40kHz水平，且磁芯與繞組體積減少約50%，有效降低了系統(tǒng)物料成本（BOM cost）。

性能總結(jié)與升級(jí)空間

得益于PSoC? Control C3強(qiáng)大的處理能力，整個(gè)控制系統(tǒng)在同時(shí)運(yùn)行80kHz PFC + 15kHz風(fēng)機(jī)控制 + 6kHz壓縮機(jī)控制的情況下，CPU負(fù)載率低于50%。這一性能冗余為客戶后續(xù)的功能拓展與算法優(yōu)化提供了充足空間，提升了平臺(tái)的可持續(xù)開發(fā)價(jià)值。