直流變頻技術(shù)在吸油煙機上的應用

陳敏

摘 要 吸油煙機在我國家庭的普及率很高，在城鎮(zhèn)的家庭基本上都有吸油煙機。吸油煙機可以吸走大部分的油煙，解決做飯過程中的產(chǎn)生的油煙。吸油煙機是利用風機產(chǎn)生大吸力的風量來吸走油煙。吸油煙機目前普遍采用的是普通交流電機，可以做到較大功率，結(jié)構(gòu)簡單，但是缺點也很明顯，不節(jié)能、噪音大等等。而采用直流變頻電機則可以提高效率、降低噪音的效果。

關(guān)鍵詞 直流變頻 吸油煙機 IPM SIM6822M FT3066

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A

吸油煙機在我國的普及率很高，幾乎城鎮(zhèn)的家家戶戶都有吸油煙機。市面上大部分的吸油煙機用的電機為普通交流電機，交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器，因此結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機，因此成為最常用的電機。但是在節(jié)能環(huán)保的社會大方向下，交流電機的效率低、噪音大等特點就顯得比較不符合發(fā)展趨勢。而直流變頻技術(shù)的出現(xiàn)，剛好可以彌補交流電機的缺點。

直流變頻技術(shù)，其工作原理是把220VAC、50Hz的工頻交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源（310VDC），并送至功率模塊主電路，功率模塊在單片機（MCU）的控制下，輸出電壓可變的直流電源來控制直流電機的轉(zhuǎn)動。因為直流變頻沒有逆變環(huán)節(jié)，在這方面比交流更加省電。由于直流變頻電機不存在定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的電磁感應作用，克服了交流電機的電磁噪音與轉(zhuǎn)子損耗，因此直流變頻電機的節(jié)能效果及整機性能有顯著提高，效率比交流電機高10%～30%，噪音低5分貝～10分貝。同時由于直流變頻技術(shù)可以很方便的實現(xiàn)直流電機的無極調(diào)速，因此在吸油煙機上可以實現(xiàn)多檔風機轉(zhuǎn)速。

直流變頻的實現(xiàn)可以利用分離元件來實現(xiàn)，也可以用集成模塊來實現(xiàn)。其中分離器件方案主要是根據(jù)功率大小選擇IGBT或者MOSFET來驅(qū)動電機，同時加上外圍的保護等電路；集成模塊為智能功率模塊（IPM：Intelligent Power Module），IPM不僅把功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路集成在一起，而且還內(nèi)部集成有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到MCU。它由高速低功耗的管芯和優(yōu)化的門極驅(qū)動電路以及快速保護電路構(gòu)成，即使發(fā)生負載事故或使用不當，也可以保證IPM自身不受損壞。同時由于IPM有硬件的過流、過壓保護，可以實現(xiàn)對直流電機的堵轉(zhuǎn)硬件保護，防止電機運行過程的起火事件。

本方案中用集成模塊的方式來實現(xiàn)直流變頻電機的驅(qū)動。本案例中以三墾SIM6822M為例來進行直流變頻方案的設計。

三墾的SIM6800M系列是將輸出功率元件、前置驅(qū)動IC以及帶限流電阻的自舉二極管封裝在一起的高壓三相馬達用驅(qū)動IC。SIM6822M的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：

SIM6822M內(nèi)部包含有6個IGBT用于驅(qū)動電機，該IGBT耐壓600V，電流5A，吸油煙機的電機功率最大可以到220W，平常正常工作時大概在180W左右，因此選用該型號IPM符合該款吸油煙機的電機功率特性。

IPM與以往IGBT或者MOSFET模塊電路的組件相比具有如下特點：

（1）內(nèi)含驅(qū)動電路。設定了最佳的IGBT驅(qū)動條件，驅(qū)動電路與IGBT間的距離很短，輸出阻抗很低，因此，不需要加反向偏壓。

（2）內(nèi)含過電流保護（OCP： Overcurrent Protection ）、短路保護（OCL：Overcurrent Limit ）。由于是通過檢測各IGBT集電極電流實現(xiàn)保護的，故不管哪個IGBT發(fā)生異常，都能保護，特別是下橋臂短路和對地短路的保護。

（3）內(nèi)含驅(qū)動電源欠電壓保護（UVLO：Undervoltage Lockout ）。每個驅(qū)動電路都具有UVLO保護功能。當驅(qū)動電源電壓VCC小于規(guī)定值UV時，產(chǎn)生欠電壓保護。

（4）內(nèi)含過熱保護（TSD：Thermal Shutdown）。TSD是防止IGBT、FRD（快恢復二極管）過熱的保護功能。

圖2所示為直流電機的驅(qū)動原理圖，用三墾的IPM模塊SIM6822M作為電機的驅(qū)動模塊，圖中的U、V、W分別接三相直流電機，當IPM模塊的OCP端電壓超過0.65V時，OCL輸出為高電平，若將OCL跟SD相連，可實現(xiàn)限流功能；當OCP端電壓超過1V，經(jīng)過2us的濾波時間后，低側(cè)功率器件關(guān)斷，過流信號解除25us后恢復。圖中用高性能的控制器FT3066來驅(qū)動IPM模塊，從而達到快速、穩(wěn)定的驅(qū)動直流電機的運行。

FT3066是高性能PMSM矢量控制專用芯片，內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖3。

該專用芯片的特點如下：

（1）無傳感器估算算法獲得精確的轉(zhuǎn)子位置和速度信息。

（2）可靠的啟動及角度的軟切換處理；轉(zhuǎn)速的無級調(diào)速，優(yōu)良的閉環(huán)速度控制性能；優(yōu)異的轉(zhuǎn)矩控制性能。

（3）電流環(huán)和速度環(huán)路參數(shù)易于整定。支持單電阻，雙電阻，三電阻電流采樣算法。

（4）支持PWM，模擬調(diào)速控制。具有堵轉(zhuǎn)保護，缺相保護，過、欠壓保護，過流保護功能。

通過上述PMSM矢量控制專用芯片F(xiàn)T3066和三墾的IPM模塊SIM6822M配合，可以很好的達到直流變頻的效果，平穩(wěn)地驅(qū)動直流電機，實現(xiàn)節(jié)能、降噪的效果。