冰箱压缩机技术（冰箱压缩机介绍视频）

1 简介

与传统单相交流电机相比，永磁同步电机具有更高的效率和更低的噪音，因此广泛应用于家用冰箱压缩机。典型的冰箱电气控制系统包含两块控制板，一块用于控制冰箱系统，另一块用于控制压缩机。

该冰箱压缩机开发参考设计(RCDRD) 旨在帮助工程师使用dsPIC 数字信号控制器(DSC) 开发PMSM 压缩机控制应用。此开发参考设计的目标是为内置式永磁同步电机(IPMSM) 和表面式永磁同步电机(SPMSM) 压缩机提供极具竞争力的无传感器控制。解决方案，包括硬件和软件。额定连续输出电流为0.65A（RMS）。室温工作，单相输入电压187V至264V时，最大连续输出功率约为250W。对于压缩机的瞬态高压运行，峰值输出功率为350W。有关RCDRD 硬件的更多详细信息，请参见第2 章“硬件说明”。本文档介绍了如何使用RCDRD Prototype 1。下面的图1-1 显示了该参考设计的图片。

图1-1 冰箱压缩机开发参考设计

1.1 系统和工具要求

1.1.1 基本要求

冰箱压缩机开发板(RCDB)。

MPLABX V5.10 或更高版本。

编译器XC16 V1.33 或更高版本。

PICkit 3/PICkit 4 在线调试器（部件号：PG164130/PG164140）。

1.1.2 高级要求

以下要求适用于诊断和测试设备功能。

MCP2200 隔离式USB 转UART 演示板（部件号：ADM00276）。

4 杜邦线。

X2C 范围插件30。

2 硬件说明

2.1 简介

RCDB由220V交流电网供电，使用dsPIC33EP64MC202控制压缩机电机。输入的220V交流电压经过滤波和保护电路，然后通过整流电路转换为直流电压。辅助电源电路为MCU、反馈电路和三相逆变桥电路提供非隔离的15V和3.3V电压。下图2-1 为开发板图片，图2-2 为框图。

图2-1 冰箱压缩机开发板

图2-2 RCDB框图

2.2 关键功能模块

RCDB具有多种功能模块：EMI滤波器和保护电路、整流器、辅助电源、MCU、逆变器、反馈电路和通信端口。这些模块的标记如图2-3 和表2-1 所示。

图2-3 RCDB

2.2.1 EMI滤波器及保护电路

开发板的输入电源首先经过EMI滤波器和保护模块，如下图2-4所示。 F300 是一款250 VAC/10A 快速熔断保险丝，当电流达到其额定值的1000% 时，熔断时间为0.03 秒。 Vst300是一款氧化锌压敏电阻，型号为TVR14561D，用于浪涌保护。 EMI 滤波器由两级组成。如果只有第一级滤波器有效，请将CY300、CY303、CX302、L301、CX300拆焊，并将L301短路。

图2-4 EMI滤波器及保护电路

2.2.2 整流器

该模块包括浪涌电流保护电路、单相全桥整流器和直流母线电容器，如下图2-5所示。当开发板上电时，功率电阻R305将抑制浪涌电流。当直流母线电容器充满电时，继电器RL30 将功率电阻短路。单相桥式整流器DB300将工频输入交流电压变换为恒定的直流电压。

图2-5 整流电路

2.2.3 辅助电源

辅助电源将分别为IGBT 驱动器和dsPIC33EP64MC202 生成15V 和3.3V。

图2-6 显示了辅助电源的框图。 15V轨是通过直接降压整流器输出获得的。这消除了反激方法中使用的变压器和高电压额定元件的需要。 MCP16331 用于将该15V 电压降至5V。 MIC5239 LDO 将电压调节为5V 至3.3V，为控制芯片dsPIC33EP64MC202 提供清洁电源。除了控制芯片之外，该3.3V 电源轨还将为其他数字和模拟控制电路供电，例如ADC 基准和反馈电路。这种方法提供了良好的辅助电源和非常低的功耗。

图2-6 辅助电源

2.2.4 单片机

本设计中选择dsPIC33EP64MC202。或者，还有一种方法是用单芯片控制冰箱系统和压缩机。 Microchip 在dsPIC33EP 或dsPIC33CK 系列中提供了许多其他产品，以最好地满足应用的需求。

下表列出了本设计中的芯片引脚功能。

表2-2 dsPIC33EP64MC202 引脚功能（SSOP）

2.2.5 逆变电路

三相逆变器使用分立式IGBT 和单个电流检测电阻器来节省系统成本。这些包括：

0>）中修改过 流阈值。 在头文件“parameters/atpll_params.h”中修改估算器角度跟踪锁相环（Angle Tracking Phase-Locked Loop，ATPLL）的参数。 在头文件“parameters/fault_detect_params.h”中修改停转检测的软件过流阈值。 在头文件“parameters/motor_params.h”中修改电机参数。 在头文件“parameters/mtpa_params.h”中修改最大转矩/电流（Maximum Torque per Ampere，MTPA）算法的参数。 在头文件“parameters/operating_params.h”中修改电机速度参数。 在头文件“parameters/sat_PI_params.h”中修改速度环的PI饱和阈值。 在头文件“parameters/startup_params.h”中修改启动算法的参数。 (10) 返回第3章“设置和运行”，编程并运行代码。 4.2 调试参数 4.2.1 调试启动参数 RCDRD中的启动算法专用于压缩机应用。它不仅有助于改善启动可靠性，还能减少振动。所有启动算法参数均位于头文件“parameters/startup_params.h”中。更换压缩机时，需 要调试其中一些参数。 请参见表4-2“tuning_params.xlsx”的“启动算法参数”部分，“值”列是理论计算值， “归一化”列是归一化值。“修正”列是调试值，“修正归一化”列是归一化调试值。 表4-2“tuning_params.xlsx”的“启动算法参数”部分 更换压缩机时，上表中只有几个参数需要微调，具体说明如下。 表4-3 启动的关键参数 4.2.2 调试PI参数 更换压缩机时，可能需要调整电流环和速度环的PI控制器参数。所有PI参数均位于头文件 “parameters/for_params.h”中。 Kxx_Q（KIP_Q、KII_Q、KWP_Q和KWI_Q）是换算值。将Kp和Ki乘以2^Kxx_Q可以得到 代码中使用的最终PI控制器数据。在调试工作的早期阶段，更改此换算值而不是Kp（Ki） 将有助于缩短调试时间，最终找到大致的Kp（Ki）值。 ?场景应用图 ?产品实体图 ?展示板照片 ?方案方块图 ?核心技术优势 为内置永磁同步电机（ Interior Permanent Magnet Synchronous Motor，IPMSM）和表面永磁同步电机（Surface Permanent Magnet Synchronous Motor，SPMSM）压缩机提供一种极具竞争力的无传感器控制解决方案，兼具硬件和软件。 ? PMSM电机效率更高、噪声更低。 ? 优良的EMI滤波和保护电路。 ? 可以由单个芯片同时控制冰箱系统和压缩机。 ? 方便易用的软件开发环境。 ?方案规格 ? 使用dsPIC数字信号控制器（Digital Signal Controller，DSC） 实现PMSM压缩机控制。 ? 额定连续输出电流为0.65A（RMS）。 ? 室温环境下以187V至264V单相输入电压运行时，最高可达约250W的连续输出功率。 ? 对于压缩机的瞬时高压操作，峰值输出功率为 350W。