前言

隨著人們生活水平提高，空調早已作為生活必須品進入人們的家庭，相比冰箱、洗衣機每家每戶一般只用一臺來說，越來越多的家庭會給每個房間都安裝一套空調以提高生活品質，所以空調市場的容量預計會達到冰箱和洗衣機市場的數倍，前景非常廣闊。

近年來，隨著變頻技術的日益成熟，變頻空調的普及率也逐步提高。變頻空調除了眾所周知的節能效果突出外，出風柔和、噪音低、不易得空調病之類的優點也越來越為大眾所接受，從目前國內外空調廠家出貨的情況可以看出，變頻的占比已經高于定頻，而且增長勢頭不減，未來空調變頻化設計將成市場主流。

目前市場上空調變頻方案主要分日系和歐美系兩類，日系由瑞薩和NEC方案為主，歐美系則以TI方案和今天重點介紹的Infineon的iMotionTM方案為代表。iMotionTM方案與其他方案的主要不同，在于iMotionTM方案是一個專用電機驅動方案，芯片已經內置了經過市場驗證的完整的電機驅動算法，客戶只需要集中精力于把系統調試穩定，并完成自己的空調外機主控程序，就可以迅速完成外機開發，加快產品上市的進度。

iMotionTM方案簡介

iMotionTM方案硬件是基于Infineon公司高性能微處理器完成的，處理器內部分為兩個核心，MCE核和MCU核，如圖一：

圖一

其中，MCE是電機驅動核，所有電機驅動相關的工作都由這部分完成；

ASE是在MCE內的一部分，主要完成一些信號處理和ADC的工作；

MCU部分是一個基于51核的8bit MCU，主要用來完成配置MCE以及其他一些周邊外設的控制。

對于MCE核內的電機控制算法，Infineon公司有根據不同的需求發布的不同的固件程序，一般情況下可以直接使用，只需要完成電機參數配置即可；對于特殊需要，可以用Matlab進行功能的更改，Infineon公司發布的所有固件，都有對應的Matlab文件發布，使用者可以按需要更改，如圖二：

圖二

針對變頻空調應用的不同，Infineon公司推出了“1PFC+1MOTOR“應用的IRMCF188方案和”1PFC+2MOTOR“應用的IRMCF311方案，因為市場上占比最大的是”1PFC+1MOTOR“的控制方案，所以本文重點介紹IRMCF188方案的配置和使用情況。

IRMCF188芯片介紹

圖三

圖三是IRMCF188芯片的資源簡表，可以看出IRMCF188芯片擁有64K Flash，16K RAM，TQFP64封裝，這個配置可以滿足目前絕大部分空調外機對MCU資源的需求，可以完成變頻空調外機的單芯片方案的應用。

IRMCF188芯片內部資源的框圖如下圖四：

圖四

從框圖可見，MCE部分完成了PFC的驅動和保護，電機部分的驅動和保護以及各電壓電流的AD采集；MCU部分則包括了通用MCU需要的外設資源，他們兩者之間通過雙口RAM來進行數據交換，這樣可以保證數據交換的及時和有效。

另外需要注意的是，IRMCF188芯片包含了內置的高速運放和比較器，如圖五所示，這樣帶來的好處是，可以減少方案外部器件的使用，降低整體BOM成本，并縮小印制板所需面積。從圖中可以看出，內置的運放和比較器，可以完成電機的單電阻或雙電阻電流采樣、保護，PFC的電流采樣和交流電壓采樣等工作，只需要通過外部的阻容網絡來配置合適的參數即可。這些所有的初始化工作全部由MCE部分固件完成，使用者完全不需要參與控制。

圖五

IRMCF188變頻空調外機應用

如下圖六，是一個標準的變頻空調外機應用框圖，配合交流風機和毛細管，可以應用于1.5P及以下的三級能效外機。

因為使用了IRMCF188控制方案，外圍的運算放大器和比較器都可以省掉，整個結構簡單明了，非常有利于產品的開發驗證，以縮短產品上市周期。

圖六

IRMCF188電機參數配置

Infineon公司為iMotionTM電機控制應用準備了詳細的開發文檔和工具，具體內容可以到Infineon公司的官網下載，如圖七。安裝完以后，在安裝目錄主要有三個工具，用來配置、調試和燒錄iMotionTM芯片，下面分別對三個工具做一個簡單說明。

圖七

MCEWizard100

這個工具是用來配置電機參數的，主要分系統、電機、PFC三個部分。

系統頁面見圖八，本頁主要配置母線電壓和AD校準的信息。

圖八

電機頁面見圖九，本頁輸入主要包括：

壓縮機廠家提供的規格書參數，如額定轉速、電阻、電感、反電動勢等。

電路板上使用的相關采樣電路的參數，如采樣電阻阻值、電路增益等。

電流環和速度環參數，如電流環PI值、速度環PI值等。

此頁是壓縮機是否能可靠高效運轉的關鍵配置頁，后期調試需要根據整機系統的表現來微調某些參數。

圖九

PFC頁面見圖十，本頁輸入主要是PFC相關參數，如輸入電壓范圍、電感量、電容量、采樣電路參數等，根據空調系統最終的需求來配置即可。

圖十

MCEDesigner

MCEDesigner工具是一個功能強大的iMotionTM電機調試工具，可以把配置好的電機參數導入到工具中，通過Infineon公司隨軟件提供的MECDesigner專用程序，可以不用任何軟件開發，即可以開始電機和硬件系統的評估和調試，可以完全替代傳統的軟硬件都大概準備好再開始評估和調試的模式，節省開發時間，降低立項的風險。

MCEDesigner工具啟動界面如圖十一，可以直觀的看到電機運行的所有參數，部分參數可以在電機運行的過程中實時更改，并直接看到電機運行狀態的變化，以方便參數的確定。

圖十一

System欄是一個類似于軟件示波器的應用，可以將你選中的變量以波形的方式送到電腦屏幕上，直觀的來判斷電機運行狀態，對一些示波器或邏輯分析儀無法直接測量的變量分析特別有效，如圖十二，展示的就是磁通觀測的結果，這個變量無法通過外部測量設備直接獲取。

圖十二

MCEProgrammer

MCEProgrammer工具是針對iMotion系列的專用燒寫工具，可以把8051 Hex文件和MCE bin文件下載到芯片內進行調試，界面如圖十三。注意兩個文件必須同時燒寫，否則程序無法正常運行。

圖十三

通過以上工具，就可以用最短時間完成一個變頻空調外機PFC加壓縮機控制的評估和調試，后續只需要再按照整機控制的要求，完成主控部分（8051部分）程序的設計開發即可，對于現在空調整機變化頻繁的時代來說，開發周期的縮短會在市場上產生直接可觀的經濟效益。

總結

IRMCF188芯片做為Infineon公司推出的電機控制專用芯片，以其高集成度和簡潔的開發模式，針對變頻空調外機1PFC+1Motor的應用有其他方案不可比擬的技術優勢，可以幫助客戶用最短的時間，最優的成本完成變頻空調外機的設計。而且其內置電機控制算法經過十幾年的積累，已經可以完全滿足目前變頻空調市場對控制方案的苛刻要求，方案的風險可以降到最低，是目前變頻空調外機方案首選的控制方案之一。

作者：貝能國際有限公司 費翔