基于SH79F2201的變頻冰箱壓縮機方案

隨著人們對生活品質要求的逐漸提升，各種能帶來舒適體驗的變頻家電陸續走入家庭，這其中，變頻冰箱以其更好的制冷效果和更穩定的溫度控制，迅速取代了定頻冰箱成為家庭新購入家電的首選。顯而易見的，冰箱壓縮機的變頻控制方案成為這種優勢體現的核心要素。

本文以中穎SH79F2201為例介紹中穎變頻冰箱壓縮機方案，該方案經過長時間的量產檢驗，目前已服務于各品牌廠商;同時，SH79F2201變頻冰箱方案也是中穎變頻冰箱系列方案中的基礎方案，其他更多或更高要求的方案也均是在此基礎上進行了擴展和升級，如您感興趣，可直接聯系中穎電子。

一、主控芯片簡介

1.1 SH79F2201的引腳圖：

1.2 SH79F2201的主要特性：

基于8051指令流水線結構的8位單片機

- 最高84MHz系統工作頻率

集成算術協處理器

(MDU+CORDIC+SVPWM)

- 單周期32bit硬件移位單元

- 單周期16 X 16bit硬件乘法

-9周期32/ 16bit硬件除法

- 單周期32bit+32bit加法

- 硬件CORDIC協處理器(圓函數)

- 兩套操作數結果寄存器組可切換

-Q格式數據乘法/除法自動移位

- 可選帶飽和的乘加運算

- 帶移相功能的SVPWM生成支持五段式和七段式

- 可硬件實現FOC算法所需的低通濾波、PI控制和坐標變換

Program ROM(Flash)：32K字節

Program RAM: 8K 字節

Data RAM：1.5K字節

類EEPROM：最大1K字節

工作電壓：

-fSYS=128K-84MHz，VDD=2.4V- 5.5V

高頻振蕩器：

- 內部RC高頻振蕩器：8MHz(全范圍1%精度)

- 內部集成無需外接電容的PLL，最高輸出84MHz

低頻振蕩器：內部RC低頻振蕩器：128KHz

37個CMOS雙向I/O管腳

I/O內建上拉電阻

3個16位定時器/計數器T2/T3/T4

三路捕捉功能，保存捕捉觸發條件下的捕捉定時器值

脈沖寬度調制模塊(MCM)

- 8路(4對)16位PWM輸出，每對PWM支持互補或獨立模式，輸出極性可單獨控制

- 3種計數模式，單次計數模式，邊沿對齊模式，中心對齊模式(中心對齊互補模式下支持對稱和非對稱波形)

- 帶死區產生邏輯及故障檢測功能

-PWM周期內可設置多個時刻硬件觸發ADC功能

- 可設置后分頻系數

- PWM管腳順序可選(代碼選項)

中斷源：

- 定時器2/3/4

- 外部中斷2、3

- 捕捉中斷0/1/2

- ADC

- EUART0、1，SPI

- PWM周期，歸零和占空比中斷

- 模擬比較器1/2

- PWM4周期中斷

10+3通道12位1M sps高速模數轉換器(ADC)，自動觸發ADC功能，12通道轉換結果緩沖功能

內建多輸入模擬施密特比較器器CMP1(可使用AVDD分壓值作為比較基準)

內建兩個高速模擬放大器OP1/2，OP2可當作多輸入比較器CMP2使用

2套增強型UART：UART0、UART1

1路8bit無死區PWM輸出PWM4

SPI接口(主/從模式)

雙線串行接口TWI(主模式)

內建的低電壓復位功能(代碼選項)

- LVR電壓1：4.1V

- LVR電壓2：2.5V

CPU機器周期：

- 1振蕩周期

看門狗定時器(WDT)

內建振蕩器預熱計數器

低功耗工作模式：

- 空閑模式

- 掉電模式

Flash型

40位可讀MCU識別碼

工作環境溫度-40～+105℃

單線仿真接口(同時支持四線仿真接口)

1.3 SH79F2201的框圖：

二、SH79F2201變頻冰箱方案

2.1 基本特性：

–PLL鎖相環位置估計算法

–弱磁及最優電流控制

–154V~264V電壓范圍

–-5度~43度環溫范圍

–單電阻采樣算法

–內置運放實現差分放大及采樣

–內置比較器完成硬件過流保護

–過壓/欠壓，堵轉/失步，過溫/過載，缺相保護

–集成度高，低BOM成本

2.2 整體方案框圖：

*上述方案為單變頻板，功率器件選用IPM或HVIC+IGBT均可

2.3 無感FOC算法框圖

變頻冰箱方案為速度控制，因此上述雙閉環控制為基本算法框圖，其中觀測器使用全維反電勢觀測器或磁鏈觀測器結合PLL跟蹤電機速度及角度，如下：

反電勢自適應觀測器

鎖相環

2.4 單電阻采樣方案

壓縮機變頻控制主流均采用單電阻采樣，節省BOM成本，一致性好

- 載波5K

- PWM計數歸零時刻進入中斷，增計數時讀取ADC兩次觸發電流并解耦，完成FOC計算下一周期占空比及采樣點;

- 滿周期時刻更新占空比及采樣點

- 半個載波周期內計算完成，電流控制延時最小

2.5 移相策略

由于單電阻采樣需要在有效矢量期間進行，當有效矢量寬度無法滿足最小采樣窗口是，常規需要對PWM波形做移相處理。由于SH79F2201的協處理器集成了SVPWM波形生成以及對PWM波形的飽和及移相的硬件運算，因此在PWM波形生成的部分節省了很多軟件開銷。使用SH79F2201完成一次FOC算法中從UdUq到SVPWM直到移相波形生成，總體執行時間少于3us。

2.6 軟件框圖

2.7 電流波形及長周期一致性

2.8 原理圖及PCB實物

審核編輯：湯梓紅