IR專為永磁同步電機洗衣機設計的高效低成本數控IC

采用IRMCF341的參考設計方案將于10月推出
使用感應電機的洗衣機還存在著需要傳動帶、位置傳感器等機械和電子部件的問題。而PMSM則可直接裝在洗衣機輪轂上(即直接驅動方案)，從而省去了傳動帶。另外，目前市場上采用直接驅動方案的洗衣機仍然需要霍爾傳感器來確定電機轉子(磁場)的運動位置和運動方式，而IRMCF341的出現將使洗衣機驅動徹底擺脫對霍爾傳感器的依賴。
當然還有成本。Takahashi表示，由于實現了更高的集成度，新方案不僅使得用水量更少，轉速更快?！案鼮橹匾氖牵瑑H電子元器件采購一項就可減少15%的成本。”
Takahashi指出，洗衣機電機驅動主要有三個設計難點。首先是洗衣時的轉向改變?！斑@時的轉速不高(最大只有47rpm)，甚至會出現零速，但對轉矩要求很高?！彼f。其次，如何實現良好的轉矩控制，理想的轉矩控制應該是大小可調的，但即使是目前的直接驅動永磁電機方案，轉矩也是固定的。最后，則是怎樣在甩干時盡可能實現較高的轉速。
利用IRMCF341，上述問題將能夠得到很好的解決。他解釋，由于采用了嵌入式磁場定向控制(FOC)算法，并引入了磁場削弱的控制原理，利用這款正弦無傳感器控制集成電路不僅可以得到較大的轉矩，更能對轉矩大小進行調節。另外，新控制方案還能實現最高可達1,600rpm的甩干轉速，而目前市面上現有的洗衣機最大轉速僅為1,200rpm?！耙路Ω珊竽闵踔翢o需晾曬就可以穿在身上?！彼f。
具體而言，IRMCF341包括了MCE(運動控制引擎)、ASE(模擬信號引擎)以及MCU三個控制模塊。
MCE是IRMCF341的主要亮點。這是一個可配置的電路模塊。利用IR提供的外部軟件以及包括放大器、濾波器、坐標轉換等電路在內的MCE庫，開發人員可根據實際需要和使用目的，在將各種功能模塊隨意組合后，即可完成控制方案的開發。這使得煩瑣的軟件編程工作無影無蹤，控制方案的開發難度也隨之得到簡化。Takahashi表示，即使普通的控制工程師也能完成軟件維護的相關工作。此外，由于MCE處理起來很像帶有一系列輸入和輸出寄存器的硬件外設，因此極大的簡化了應用軟件的調試過程。而采用了硬件電路來實現原先必須通過軟件才能實現的控制算法，處理速度也有一定的提高。
IRMCF341內部集成的ASE集成了實現單電流分流、永磁電機無傳感器控制所需的所有信號調節和轉換電路。包括差動放大器、雙采樣和保持電路、對DC鏈接分流的低電壓信號進行采樣的12位A/D轉換器。
值得一提的還有處理速度60MPIS的8位8051 MCU模塊。由于MCU和MCE之間互相獨立，從而避免了兩者爭搶中斷或內部寄存器情況的發生。
針對目前市面上特別是日本市場上的洗衣機直接驅動方案都采用的是32位RISC電路這一現象，Takahashi表示，盡管IRMCF341采用的是8位MCU，但卻是目前唯一一個不需要傳感器的同類控制IC。而且上述方案一般至少需要256kB的內存?！叭绻圃爝@樣一臺洗衣機，電子元器件的采購成本中有70%將是用于內存采購?！彼f，“之所以在IRMCF341采用8位MCU，是因為電機的控制算法是通過硬件(MCE)來實現的，系統所需的內存相對較低。”
另外，采用32位RISC電路，至少需要2年的軟、硬件設計過程?！袄肐RMCF341，工程師可以將這個過程縮短到1天時間。”Takahashi表示。
豐富的應用開發工具是確保上述許諾實現的依據。除了參考設計工具箱，IR還提供了基于網絡的設計平臺。此外，利用MCU設計器，開發人員還能夠了解MCE內部運動參數和具體情況。而8051編譯器和JTAG仿真器都可以從第三方獲得。
Takahashi承認，盡管新的IC簡化了水平軸和垂直軸洗衣機的變速電機控制設計，并降低了系統成本，但由于廠商市場策略的問題，目前采用這種方案的洗衣機銷售價格卻仍然比較昂貴，市場接受度還有待培養和提高。不過他表示，已經同主要的洗衣機制造廠家進行了合作，最早明年將有采用IRMCF341的洗衣機上市。而大規模的市場普及，則需要等到5年之后。
IR還將在今年10月份推出一款型號為IRMCS3041的無傳感器PMSM控制參考設計方案。據悉，該方案將可支持內嵌式和表面磁鋼式兩種永磁電機的無傳感器控制，利用單分路器電流反饋重構，并帶有IRAMS10UP60B智能功率模塊，可實現230V/400W輸出功率。