1 引言

　　在过去的一个世纪中,电能作为工业革命的动力CONTROL ENGINEERING China版权所有,在生产生活中得到广泛的使用.但随着人们日益增加的用电需求和每况愈下的能源现状,节约电能已经成为势在必行的趋势.而在中国,有50%以上的电能用于电机驱动.采用高效电机和电机调速的普及使用,可以帮助减少10%以上的能耗.因而空调的节能改造也受到越来越多的关注,压缩机电机作为空调消耗能量的主要部分，也往往是节能改造的主要出发点，原来变频空调中普遍采用的三相异步电机，但由于异步电机本身的效率多为80％～90％，对节能本身存在的制约作用，因而新一代空调的压缩机电机为永磁同步电机，永磁电机的效率多在90％以上，因而与此相关的永磁同步电机变频调速的矢量控制也成为空调中必须要解决的问题。

　　面对以上的市场需求，国际整流器公司（IR）最新推出了iMotion集成芯片IRMCF312，此款芯片可以实现同时控制了两台电机的变频运行，同时为了提高系统的功率因数，添加了功率因数校正环节（PFC），大大减轻了硬件设计的复杂程度，简化了设计和调试的工作量，并且无需永磁同步电机控制中常用的光电码盘www.cechina.cn，采用无位置传感器控制策略，使得产品开发的硬件成本也大大

降低。在软件开发上，由于其中在硬件中固化了一些电机控制中常用的模块，如空间矢量PWM、PI调节器等，集成了整个电机矢量控制所需的转速和电流环，只需要配置相应参数即可，无须软件上编程实现，大大地减小了程序开发周期和执行时间，本文正是介绍以此芯片为主要控制芯片,采用永磁同步电机作为压缩机电机、三相异步电机作为风扇电机的新型变频空调系统。

2 iMotion芯片IRMCF312特性简介

　　IRMCF312是一种高性能运动控制集成芯片，是为了适应低成本高性能的逆变控制电机调速应用而开发的。总共包含两个引擎模块:一是适用于无传感器的永磁同步电机控制的MCE（运动控制引擎），另外一个是为空调系统级应用而配备的8位单片机处理器。其中MCE中包含一系列控制元件例如比例积分环节，矢量旋转、角度估测、乘法/除法，低损SVPWM等环节，它们都是在硬件上实现的，因而速度很快。用户可以通过图形编译器用这些模块对闭环控制系统进行编程，无位置传感器控制算法中的主要元素例如角度估计环节已经作为完全预定义的模块提供给用户。单片机与MCE通过双口RAM连接，整个电路控制环所需要的参数都存储在双口RAM中，可以通过单片机将参数写到相应的寄存器。单片机程序可以通过JTAG用仿真器将程序写进单片机，而MCE的图形编译器则集成在MATLAB/Simulink环境中CONTROL ENGINEERING China版权所有，可以MCE Designer配置电机和系统应用的各项参数，通过串口将PC机上搭建的控制环下载到双口RAM中对应的码段中。

　　MCE可以在11μs内完成磁场定向控制,而高效可编程DSP则需要15～20μs,获得了比传统DSP快一倍的运算速度。MCE速度快是由于它被设置为平行硬件控制器/信号处理器.避免了传统微控制器或DSP构架所遇到的困难,以致能够达到模拟控制的频宽,同时提供更多的弹性和增强的数字控制效能。

　　主控芯片的内部组成结构图如图1所示。

 

图1 IRMCF312内部结构图

3 总体设计方案

　　整个空调系统由室内机和室外机两部分组成。

 

图2 室外机电气控制系统结构图

　　室内部分以室内专用芯片为中心控制工程网版权所有，由遥控器、信号接收器、传感器、显示器、和风扇电动机驱动回路构成。温度和湿度数据及运行模式等设定条件以异步串行通信的形式送往室外。其基本功能较为简单，主要控制继电器、温度传感器、并完成与室外机的通讯，可由单片机完成，本文不作进一步展开。

　　室外部分以IR运动控制系统专用芯片IRMCF312为中心CONTROL ENGINEERING China版权所有，由电源板、整流电路、逆变单元、电流传感器、室外风扇电动机，及阀门控制部件组成。室外机电气控制系统结构图如图2所示。

　　此变频空调器是由变频压缩机、电子膨胀阀、室内外换热器和风机系统构成的可变容量制冷系统.电气控制系统主要实现三大调节功能,即压缩机功率调节、制冷剂流量调节和热交换能力调节。其中,压缩机功率由变频器调节,制冷剂流量由电子膨胀阀调节,热交换能力由风机调节.用户可使用遥控器对空调运行状态进行指令操作。室内机接受到指令后,通过单片机对室内工况进行算法分析,计算,然后与室外机进行通信,最后由室内机发出控制指令,对压缩机、电子膨胀阀、风机等执行机构进行控制调节。

4 硬件电路设计

　　硬件电路的设计主要包括:功率变换电路、开关电源的设计、电流电压检测电路、室外风机四通阀控制电路、温度传感器电路、通讯电路的设计等。其中电流电压检测电路、温度传感器电路的信号最终进入IRMCF312的AD接口，室外风机四通阀控制电路主要通过I/O端口控制继电器加以实现、通讯电路则是