高速吹风机变频方案介绍
高速吹风机，特别是转速突破10万转的产品，已成为消费电子和个护领域的新标杆。相比于传统电吹风，高速吹风机的风量更大，能减少对头发的伤害，噪音更低，使用体验也更好。针对高速吹风机市场，英飞凌推出16万转及以上无感FOC的高速吹风机解决方案。该方案采用PSOC™ Control C3，搭配英飞凌的CoolGaN™ Half-Bridge IPS,能够实高达100KHz的载频控制,支持快速启停，400毫秒内可达最大转速。
方案特性如下：
- PWM载波频率和控制频率高达100Khz
- 无传感器FOC算法执行时间<8us
- 支持动态PWM载频变换功能（5Khz至100Khz）
- 兼容7/5段SVPWM，减少PWM开关损耗
- 支持半周期PWM更新模式，提高位置估算精度和电流环相应时间
- 电机参数在线识别，控制参数自适应
- 极强的系统方案鲁棒性，电机参数±80% 误差仍能保持正常工作
- 支持速度控制、恒功率控制以恒转矩控制
- 支持顺风启动，无抖动静止闭环启动，可靠性100%
- 伪差分 ADC 采样，无需外部运放和比较器，PCB走线更简洁，噪音抑制能力更强
- 兼容Single/leg/3 电阻电流采样模式
- 支持完整的电机控制保护和 IEC60730 安全功能
- 电机控制解决方案已通过量产验证
PSOC Control C3 产品介绍
PSOC Control C3是英飞凌专门为电机控制和数字电源而设计的MCU，集成了专门针对电机应用优化的外设，支持电机常见的各种控制方式，它具有适合无感FOC控制的相关外设和亮点：
高性能可编程模拟子系统
高性能可编程模拟子系统
12 位12Msps SAR ADC，支持 16 个模拟通道进行并行空闲采样
每个通道都配备独立采样保持器
每个通道可独立配置增益（1、3、6、12）
所有通道都支持同步采样模式
16 个模拟通道可分配给 8 个独立的组，每组支持8路触发源
支持伪差分采样模式
每个通道集成限幅检测功能（助力过流/过压保护，减少CPU干预）
支持 ADC DMA 和 FIFO 模式，减少 CPU 干预
ADC 模拟输出可直接接入CSG 比较器进行保护
10 位 DAC 为比较器的输入提供参考电压
提供多路触发源输出（用于关键外设同步触发）
灵活的TCPWM
面向不同PWM应用的灵活计数模式以及灵活的输入输出触发信号。
3 个TCPWM 计数器用于产生 3 对互补 PWM 信号。1个 TCPWM 计数器用作 ADC 触发信号。电机运行时，所有 4 个 TCPWM 计数器同步。
溢出事件触发 FOC 中断，并在前半个 PWM 周期内执行。
所有 GPIO 均可用作 PWM 输出引脚，从而使 PCB 布局更加简便
从 AD 采样到下一次 PWM 比较更新的时间间隔仅为约半个 PWM 周期，从而显著提升电流环 带宽和观测器性能
基于PSOC Control C3控制器的高速吹风机变频方案介绍
Demo硬件
基于PSOC Control C3 的高速吹风机Demo可以使用KIT_PSC3M5_CC2的MCU控制卡搭配高压GaN驱动板的灵活方案。
系统框图
高速吹风机系统框图
ADC 支持伪差分输入采样模式
ADC 通道支持同步采样模式
内部 CSG 比较器的正相输入信号来自 ADC 引脚，反相参考信号来自 DAC
反电势相电压仅用于高反电势电压电机
无感FOC控制
支持3 种控制模式：转矩、功率和速度控制，具有顺风、逆风和静态直接闭环启动、死区补偿等功能。
FOC执行时间
得益于以下特性，PSOC Control C3高速吹风机的无传感器FOC算法执行时间<8us：
主频180MHz
单精度浮点运算单元(FPU)和DSP
16KB的I-Cache
基于 Arm® v8-M 架构的 Arm® 3 级流水线 (3PIP)
通过 I-Cache 的 AHB (C-AHB) 总线，无任何时间延迟
高速吹风机控制性能展示
吹风机加减速测试波形
50K rpm ---> 120Krpm ---> 50Krpm
吹风机稳定运行测试波形
12万转稳定运行时的相电流波形
吹风机启动波形
可以看出直接闭环启动非常的平稳，没有抖动，335ms到满速。
结语
16万转的高速吹风机的整体解决方案，采用基于32位ARM Cortex-M33内核，180MHz主频的PSOC Control C3，搭配英飞凌的CoolGaN™ Half-Bridge IPS，可实现100KHz开关频率单电阻FOC控制，支持快速加减速，具有损耗低、运行稳定、BOM成本低等特点。对方案感兴趣的朋友可以联系我们获取完整方案的硬件和软件资料。
全部评论