基于SH79F2201的变频冰箱压缩机方案

随着人们对生活品质要求的逐渐提升，各种能带来舒适体验的变频家电陆续走入家庭，这其中，变频冰箱以其更好的制冷效果和更稳定的温度控制，迅速取代了定频冰箱成为家庭新购入家电的首选。显而易见的，冰箱压缩机的变频控制方案成为这种优势体现的核心要素。

本文以中颖SH79F2201为例介绍中颖变频冰箱压缩机方案，该方案经过长时间的量产检验，目前已服务于各品牌厂商;同时，SH79F2201变频冰箱方案也是中颖变频冰箱系列方案中的基础方案，其他更多或更高要求的方案也均是在此基础上进行了扩展和升级，如您感兴趣，可直接联系中颖电子。

一、主控芯片简介

1.1 SH79F2201的引脚图：

1.2 SH79F2201的主要特性：

基于8051指令流水线结构的8位单片机

- 最高84MHz系统工作频率

集成算术协处理器

(MDU+CORDIC+SVPWM)

- 单周期32bit硬件移位单元

- 单周期16 X 16bit硬件乘法

-9周期32/ 16bit硬件除法

- 单周期32bit+32bit加法

- 硬件CORDIC协处理器(圆函数)

- 两套操作数结果寄存器组可切换

-Q格式数据乘法/除法自动移位

- 可选带饱和的乘加运算

- 带移相功能的SVPWM生成支持五段式和七段式

- 可硬件实现FOC算法所需的低通滤波、PI控制和坐标变换

Program ROM(Flash)：32K字节

Program RAM: 8K 字节

Data RAM：1.5K字节

类EEPROM：最大1K字节

工作电压：

-fSYS=128K-84MHz，VDD=2.4V- 5.5V

高频振荡器：

- 内部RC高频振荡器：8MHz(全范围1%精度)

- 内部集成无需外接电容的PLL，最高输出84MHz

低频振荡器：内部RC低频振荡器：128KHz

37个CMOS双向I/O管脚

I/O内建上拉电阻

3个16位定时器/计数器T2/T3/T4

三路捕捉功能，保存捕捉触发条件下的捕捉定时器值

脉冲宽度调制模块(MCM)

- 8路(4对)16位PWM输出，每对PWM支持互补或独立模式，输出极性可单独控制

- 3种计数模式，单次计数模式，边沿对齐模式，中心对齐模式(中心对齐互补模式下支持对称和非对称波形)

- 带死区产生逻辑及故障检测功能

-PWM周期内可设置多个时刻硬件触发ADC功能

- 可设置后分频系数

- PWM管脚顺序可选(代码选项)

中断源：

- 定时器2/3/4

- 外部中断2、3

- 捕捉中断0/1/2

- ADC

- EUART0、1，SPI

- PWM周期，归零和占空比中断

- 模拟比较器1/2

- PWM4周期中断

10+3通道12位1M sps高速模数转换器(ADC)，自动触发ADC功能，12通道转换结果缓冲功能

内建多输入模拟施密特比较器器CMP1(可使用AVDD分压值作为比较基准)

内建两个高速模拟放大器OP1/2，OP2可当作多输入比较器CMP2使用

2套增强型UART：UART0、UART1

1路8bit无死区PWM输出PWM4

SPI接口(主/从模式)

双线串行接口TWI(主模式)

内建的低电压复位功能(代码选项)

- LVR电压1：4.1V

- LVR电压2：2.5V

CPU机器周期：

- 1振荡周期

看门狗定时器(WDT)

内建振荡器预热计数器

低功耗工作模式：

- 空闲模式

- 掉电模式

Flash型

40位可读MCU识别码

工作环境温度-40～+105℃

单线仿真接口(同时支持四线仿真接口)

1.3 SH79F2201的框图：

二、SH79F2201变频冰箱方案

2.1 基本特性：

–PLL锁相环位置估计算法

–弱磁及最优电流控制

–154V~264V电压范围

–-5度~43度环温范围

–单电阻采样算法

–内置运放实现差分放大及采样

–内置比较器完成硬件过流保护

–过压/欠压，堵转/失步，过温/过载，缺相保护

–集成度高，低BOM成本

2.2 整体方案框图：

*上述方案为单变频板，功率器件选用IPM或HVIC+IGBT均可

2.3 无感FOC算法框图

变频冰箱方案为速度控制，因此上述双闭环控制为基本算法框图，其中观测器使用全维反电势观测器或磁链观测器结合PLL跟踪电机速度及角度，如下：

反电势自适应观测器

锁相环

2.4 单电阻采样方案

压缩机变频控制主流均采用单电阻采样，节省BOM成本，一致性好

- 载波5K

- PWM计数归零时刻进入中断，增计数时读取ADC两次触发电流并解耦，完成FOC计算下一周期占空比及采样点;

- 满周期时刻更新占空比及采样点

- 半个载波周期内计算完成，电流控制延时最小

2.5 移相策略

由于单电阻采样需要在有效矢量期间进行，当有效矢量宽度无法满足最小采样窗口是，常规需要对PWM波形做移相处理。由于SH79F2201的协处理器集成了SVPWM波形生成以及对PWM波形的饱和及移相的硬件运算，因此在PWM波形生成的部分节省了很多软件开销。使用SH79F2201完成一次FOC算法中从UdUq到SVPWM直到移相波形生成，总体执行时间少于3us。

2.6 软件框图

 

2.7 电流波形及长周期一致性

2.8 原理图及PCB实物

　　审核编辑：汤梓红