小型低損耗智能集成模塊應(yīng)用方案詳解

　　本文將介紹使用STM最新推出Cortex-M4內(nèi)核的MCU配合基于SLLIMM-nano二代系列功率模塊在冰箱上的FOC 單電阻無(wú)傳感器應(yīng)用。隨著國(guó)家能效政策的大力推廣，越來(lái)越多的電機(jī)應(yīng)用如洗衣機(jī)、風(fēng)機(jī)、洗碗機(jī)、油煙機(jī)開(kāi)始采樣變頻技術(shù)。在傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)中，使用分立元件導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)制，可靠性降低，意法半導(dǎo)體（STM）推出針對(duì)小功率電機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)出一種結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高的功率模塊產(chǎn)品，稱(chēng)之為SLLIMM（Small Low-Loss Intelligent Molded Module）小型低損耗智能集成模塊。在該模塊中分兩個(gè)系列，SLLIMM 系列和SLLIMM-nano系列。SLLIMM 系列為600V電壓，10A到30A電流，SLLIMM-nano二代 為600V電壓，5A電流。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　STM32F302C8T6 是STM最新推出基于Cortex-M4內(nèi)核（內(nèi)部有8MHZ RC 可以16 鎖相環(huán)倍頻）帶有FPU（最大頻率72MHZ）的產(chǎn)品，針對(duì)高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，其內(nèi)部集成了一路專(zhuān)門(mén)用于電機(jī)控制的Advanced TImer，最高工作頻率可達(dá)到128MHz，得益于Cortex-M4內(nèi)核強(qiáng)大的運(yùn)算能力，內(nèi)部集成一個(gè)帶寬可達(dá)8.2MHZ高速運(yùn)放模塊。強(qiáng)大的處理內(nèi)核，內(nèi)部集成高速運(yùn)放足以滿(mǎn)足磁場(chǎng)定向控制（FOC）對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)運(yùn)算的要求，性?xún)r(jià)比極具競(jìng)爭(zhēng)力。

　　對(duì)于常見(jiàn)的內(nèi)嵌永磁同步電機(jī)（I-PMSM） ，如冰箱壓縮機(jī)，通常需要做飽壓?jiǎn)?dòng)，會(huì)要求壓縮機(jī)在重載的情況下短時(shí)間能啟動(dòng)成功，諸如類(lèi)似滾筒洗衣，油煙機(jī)都會(huì)有類(lèi)似的工作場(chǎng)景，所以ST在基于 Cortex-M4強(qiáng)大運(yùn)算能力的基礎(chǔ)上導(dǎo)入高頻注入（HFI - High Frequency InjecTIon）功能，確保壓縮機(jī)在大負(fù)載的環(huán)境下能在零速下順利啟動(dòng)，進(jìn)入正常運(yùn)行模式。HFI功能需要基于STM提供的FOC SDK 4.0才能實(shí)現(xiàn)，同時(shí)STM也為了配合SDK 4.0的使用，在PC端提供了一個(gè)便捷易用的配置和在線實(shí)時(shí)調(diào)試軟件ST Motor Control Workbench，方便用戶(hù)快速入門(mén)（如圖1）。

　　圖1 ST Motor Control Workbench GUI

　　使用HFI功能，需要打開(kāi)GUI 界面，在電機(jī)類(lèi)型選擇中選擇”Internal PMSM”（目前HFI僅支持Ld

　　圖2 電機(jī)本體特征參數(shù)配置對(duì)話框

　　通過(guò)GUI右側(cè)的“Driver Management” 進(jìn)入驅(qū)動(dòng)管理模塊頁(yè)面，在出現(xiàn)的頁(yè)面中選擇“Speed PosiTIon Feedback Management” ，在彈出的對(duì)話框中選擇“Main sensor”標(biāo)簽，通過(guò)“Sensor SelecTIon”下拉選擇框，選中“ Sensor-less （ HFI + Observer ）” （圖 3） 。

　　圖 3

　　同時(shí)為了滿(mǎn)足HFI的調(diào)試要求，我們還需要進(jìn)入通過(guò)GUI右側(cè)的“Control Stage”進(jìn)入“DAC Functionality”對(duì)話框，配合MCU自帶的兩個(gè)DAC模塊輸出調(diào)試需要的電流和電角度信號(hào)（圖 4）。

　　圖 4