基于瑞萨电子8位MCU的直流变频抽油烟机解决方案

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随着对家用电器消费观念的不断变化，消费者对抽油烟机的要求也越来越高。通常吸抽油烟机转速靠人工调节，因此为了达到最佳排油效果及节能目的，往往需要使用者多次人工干预。因此，为了使抽油烟机可实现自动调速、降低噪音、解放人力并最大限度地节能，瑞萨电子（本文涉及产品主要为瑞萨电子原NEC部分）推出了一系列变频控制专用的8位MCU。本文主要介绍了8位MCU――uPD78F0712的主要特点及基于该产品的变频抽油烟机解决方案。变频抽油烟机的特点抽油烟机变频的目的是为了通过调整抽油烟机上的带动风扇的电机转速，进而根据油烟量的大小调整油烟抽吸的快慢。优良的调速和节能效果使得变频抽油烟机在性能上明显优越于传统的抽油烟机，而变频抽油烟机根据具体的变频技术有不同的分类和性能特点，如表1所示。表1 ：各种变频抽油烟机的关系和特点8bit 变频控制MCU特点环境温度：-40℃"85℃图2 ：瑞萨电子（原NEC电子部分）MCU的特点表2：变频控制用的8位MCU特点??

MCU特点	说明	对180°变频抽油烟机的好处
强大的定时器功能	?8位宽度的可编程死区?8位和16位功能丰富的定时器（外部事件计数器、方波输出、PWM输出、脉冲宽度测量、单脉冲触发器）	丰富的电机控制扩展功能、死区可适应不同的功率开关管、定制个性化的延时油烟抽吸功能
变频专用模块	?带AD触发功能?在PWM周期中的任意时刻可产生2个自由中断?	电机变频控制、电流采样过流保护、保护抽油烟机的风扇轴承因污物而堵转
硬件乘法/除法器	乘法器：16位x16位，除法器32位/16位	加速电机180°矢量控制算法，加强运算能力
10-位 ADC	3.6us的转换时间，AD转换功能，电源低电压检测功能	满足抽油烟机内部电机AD采样功能，可检测油烟传感器信号强弱判断油烟量
实时输出端口	在I/O口上实时输出6位或者4位数据	可定制个性化功能
多个通用寄存器	32x8位或者16x16位	可提高程序运行效率
多个外部中断输入	6个外部中断输入，可编程边缘检测	省却捕获单元，检测速度反馈
自编程功能	对flash进行在线自编程	可以在线存储抽油烟机设置参数，省却外部EEPROM，节省成本和空间
可编程脉冲发生器	脉冲频率可设定，脉冲宽度可设定“Programmable pulse generator”	可用于风扇转速反馈显示
马达紧急停车	外部信号输入控制PWM高阻态输出	无须软件直接硬件控制，非正常情况下快速停止风扇运转

180°变频抽油烟机系统设计瑞萨电子开发了一套基于8位MCU ――uPD78F071x的低成本180°变频抽油烟机方案HS/DC-8，该方案包括电源和电机控制部分(见图3)。
                          
                       
                          
                                图3：HS/DC-8系统构成HS/DC-8正是利用8位MCU的特有的硬件功能来实现抽油烟机的180°变频。HS/DC-8适用于额定容量为20W"1kW中小功率的bLDC电机，6"120Hz的电气角频率和0.5Wb以下的永磁磁通。相比其他半导体厂商MCU的180°变频抽油烟机方案，HS/DC-8具有以下优势：低损耗：MCU中专用的变频控制的定时器，可实现两相调制的低损耗PWM方式，可将抽油烟机中电机控制部分的功率开关管损耗降低30％左右，从而延长抽油烟机风扇控制的寿命；高效率、低噪声：由于MCU的硬件乘法器可以快速的实现180°矢量控制算法，方案中又加入了自动相位控制，确保抽油烟机运行时耗能最小；丰富的保护和定制功能：依赖于MCU中强大的定时器功能、丰富的IO功能和AD功能，例如死区保护、霍尔类型选定、频率反馈脉冲数的选定、PWM初始化异常检测、过压保护。这些丰富的功能可以给抽油烟机定制特有个性化功能；低成本：8位MCU节省外部的EEPROM和内部的硬件捕获单元，使得MCU成本降低。图4 ：180°变频抽油烟机方案图4是180变频抽油烟机方案实物图。可以看出，180°变频抽油烟机方案，硬件电路板可安装在电机的侧面端盖中，以减小抽油烟机总体积。专业的技术支持用户除了能获得瑞萨电子8位MCU低成本、高性能带来的好处，在180°变频抽油烟机产品开发过程还可以获得瑞萨电子授权代理商世强电讯提供的下列技术支持服务：a)应用咨询：在方案具体应用时，世强电讯可根据客户具体的抽油烟机设计需求，提供电机使用的建议，例如使用什么样的电机可以达到节能、成本最低的效果。b)方案设计：180°变频抽油烟机方案需要根据具体的产品市场、用户对象定制不同的功能。世强电讯可帮助客户在产品设计中，为变频抽油烟机量身订制，修改HS/DC-8的方案。c)硬件参考设计：HS/DC-8可以提供硬件参考设计并且给用户预备了功能丰富的外部硬件接口，实际用户使用时需要设计产品自身的硬件接口以便能对HS/DC-8进行外部的控制。例如可以增加通讯硬件功能，人机界面硬件功能。d)软件设计：HS/DC-8已经提供了丰富的保护和定制功能，以适应各种不同的180°变频抽油烟机产品，世强电讯可以帮助用户设定参数，产品软件调试等。