一、前言

空氣凈化器能夠吸附、分解或轉化各種空氣污染物（一般包括PM2.5、粉塵、花粉、異味、甲醛等裝修污染物、細菌、過敏原等），有效提高空氣清潔度。目前國內整體空氣凈化器零售市場需求不振，但整體出口仍居高位，是目前國內空氣凈化器產能產量增長的主要動力，數據顯示，我國空氣凈化器產能從2016年的1357.8萬個增長至2022年的超4千萬個。

廣芯微基于UM321xF系列芯片特點，開發出應用于空氣凈化器/吊扇等風機產品的電機控制參考設計和完整解決方案，并開放源文件及快速的技術服務，確保客戶基于廣芯微方案進行產品開發可順利實現量產。

二、硬件方案介紹

硬件版圖：

硬件方案框圖：

1.內置5V LDO Power電源直接輸出至MCU（支持5.5-24V寬電壓輸入）；

2.內置1路運放可直接進行單電阻電流采樣重構；

3.內置3路比較器快速直接獲取反電勢信號或硬件過流保護 ；

4.PWM支持與比較器的聯動，異常情況緊急停機保護機制，有效防止功率元器件損壞；

5.內置3P+3N預驅，減少外圍電路及布板空間；

6.豐富的外設接口（SPI/UART/IIC/CAN）,支持多傳感器擴展功能；

7.板極ESD設計可靠度可達8KV以上，得益于廣芯微UM321xF芯片優異的ESD性能；

8.高集成度、高可靠性、低功耗MCU，電機控制相關外圍器件只有40個左右，大大降低設計及生產成本，降低器件失效不良率。

三、軟件方案介紹

軟件架構：

此方案整個軟件工程分為應用層、System、Common及電機庫。應用層包含系統初始、系統配置、CLI引擎、通用任務、電機控制API、電機任務等。System層包含Startup啟動、中斷服務、時鐘、睡眠與低功耗等。Common層包含消息隊列、軟定時器、延時/串口輸出、實用工具等。電機庫包含PID 環路、換相函數處理、芯片驅動庫等。

軟件設計框圖：

控制器上電后進入系統配置，依次進行IO端口配置，AD轉換模塊配置，定時器的配置，中斷初始化，定時器初始化，保護參數初始化，交互參數初始化，初始化狀態檢測，使能中斷，最后進入主循環（App-Task）執行相應app層事件。

電機控制部分主要在高頻中斷中執行運算，主要處理FOC運算部分，及位置速度觀測器。ADC中斷主要處理采樣數據，低頻中斷主要處理速度/功率外環控制部分及故障檢測部分。

電機控制算法采用單電阻無感FOC的電流轉速雙閉環控制系統：

電機算法庫概要：

四、功能參數及測試波形

功能參數：

單/雙電阻無感FOC控制方案

輸入電壓：DC 5.5-28V

額定功率：<120W

順逆風啟停

硬件過流，欠過壓，欠過溫，限/過流，堵轉等全功能保護

測試波形：

五、方案優勢

1.低功耗技術指標

1.1μA@3.0V DeepSleep+RTC模式，RCL運行，IO、SRAM以及寄存器數據保持

0.44μA @3.0V Stop模式，所有時鐘停止，IO、SRAM以及寄存器數據保持

123μA/MHz @3.0V @48MHz Active模式

3.7μs快速睡眠喚醒系統

2.高可靠性，將EMC及ESD性能作為基礎要求融入芯片定義，在設計階段進行針對性優化，并結合板級設計通過了目前所有電控項目的ESD及EMC測試；

3.高集成度，內部集成3路比較器，1路運放，硬件加速器，減少外圍電路及布板空間；

4.分層設計的軟件架構，豐富且成熟的電機算法庫，降低開發設計難度及技術門檻。

關于廣芯微

廣芯微電子（廣州）股份有限公司是一家致力于面向新能源、變頻電機控制及低功耗物聯網等領域為客戶提供創新芯片及其解決方案的集成電路設計企業，其產品包括極具特色的微控制器芯片、無線射頻收發器芯片、快充與數字電源管理芯片等。廣芯微獨有的低功耗芯片設計方法、高效率的變頻電控技術、大功率的PD快充協議以及多樣性無線連接技術整合而成創新與差異化的集成電路設計，在健康醫療電子、消費電子、智慧家庭、工業控制、傳感器與表計等領域已經得到了廣泛的應用。