冰箱压缩机设计使用数字信号控制器实现高能效等级

冰箱和其他厨房电器因其高能源需求而对离网能源系统提出了重大挑战。改进的冰箱压缩机现在由无刷直流电机或永磁同步电机 （PMSM） 驱动，以满足高能效等级。这种高能效可以通过对无刷电机使用基于逆变器的变速驱动器来实现。

老一代冰箱使用不自启动的单相感应电机。这是通过添加辅助绕组或极着色来修复的。然而，这两种方法在启动后都会浪费能量，因为它们没有进一步的目的。ACIM电机面临的另一个挑战是，在达到目标速度之前，扭矩输出非常低。

另一方面，基于 PMSM 的压缩机非常高效，运行更安静。它们还可以在您真正需要时在启动时和低速时提供更大的扭矩。由于这些原因，永磁同步电机或内部永磁（IPM）电机正在成为新型冰箱的首选解决方案。

压缩机电机控制软件尤其面临着在停止和快速重启期间提供高冷却液背压的可靠启动的挑战，并平衡每次机械旋转中的活塞运动。为了解决这些挑战，我们基于 dsPIC33 数字信号控制器 （DSC） 的冰箱压缩机参考设计为 PMSM 和 IPM 电机实施了独特的算法，旨在确保每次都能可靠启动。为了减少噪音和振动，扭矩补偿算法会根据活塞运动自动调整电机速度。

使用永磁同步电机提供了另一种通过实施变速（频率）驱动（VFD）来提高能源效率的方法。使用单相交流感应电机无法实现这一点。VFD允许压缩机以保持冰箱内恒温所需的最佳速度运行，从而节省能源。

使用磁场定向控制 （FOC） 算法可提供 VFD 和其他高级电机控制功能，例如动态启动和具有自动恢复功能的失速检测。与FOC一起，采用单并联电机电流检测技术，降低了整体BOM成本。

Microchip的冰箱压缩机参考设计有助于使用dsPIC33 DSC快速原型设计和开发具有成本效益的创新设计。该设计适用于各种冰箱压缩机电机，支持内部永磁同步电机 （IPMSM） 和表面贴装永磁同步电机 （SPMSM）。软件算法可确保压缩机以高背压和低待机功耗可靠启动。它使用单分流电流检测技术实现无传感器FOC VFD。此设计支持一系列有助于提高效率的高级控制技术。它提供过流保护、过压和欠压保护、速度误差和浪涌电流限制功能，以实现可靠运行。

参见图1。用于 dsPIC33 DSC 参考设计的主要电路元件

参见图2。冰箱压缩机开发板的外形尺寸与实际冰箱中使用的板相同

dsPIC33 DSC具有许多特性，如先进的电机控制PWM、集成高速ADC、运算放大器和高速模拟比较器，有助于实现用于PMSM的高性价比FOC驱动器。高水平的外设集成有助于降低整体系统物料清单成本。

功能安全已成为行业内确保安全可靠运行以保护最终用户健康的关键因素。我们的“功能安全就绪”dsPIC33 DSC提供许多安全硬件功能、功能安全宣传资料以及VDE和UL认证的IEC 60730 B类安全诊断库，可简化满足功能安全标准合规性的过程，从而实现可靠和稳健的操作。

以下是使用 dsPIC33 DSC 冰箱压缩机参考设计的一些优势：

• 通过交钥匙示例设计加快开发时间，该设计包括丰富的保护功能、电机控制和应用源代码、用户指南和多个通信端口

• 使用FOC提供更平稳的扭矩和更好的启动和停止特性，使压缩机运行更安静，使用寿命更长

• 通过其高性能 dsPIC33 内核和控制外设（用于实现无传感器 FOC、DC-DC 控制辅助电源）和利用片上运算放大器实现单分流电流检测，从而降低系统级 BOM 成本

审核编辑：郭婷