低成本、低噪音、高性能已成為變頻空調的發展趨勢。而作為變頻空調核心部件的室外機控制器是提升整機性能的關鍵。英飛凌在空調外機雙變頻電機加高頻PFC控制方案上有多年的累積和量產經驗。最新推出的高效能PSOC™ Control系列MCU，具備180MHz M33主頻、高效能可程式化類比子系統等特性，非常適合用於各種馬達控制。英飛凌也基於PSOC™ 控制 C3控制器的單晶片控制方案實現了室外壓縮機和風扇的雙變頻控制，以及功率因數校正（PFC）的控制。為客戶快速開發產品提供了量產級的參考方案。
PSOC™ Control C3產品介紹
1. 了解PSOC™ 控制 C3
英飛凌推出基於Arm® Cortex®-M33的最新高性能微控制器（MCU）系列PSOC™ Control。在 ModusToolbox™ 系統設計工具和軟體平台的支持下，綜合全面的解決方案使開發人員能夠輕鬆打造高效能、高效率且安全的馬達控制與功率轉換系統。PSOC™ 控制 C3分為入門級和主流級產品，提供了從功能、封裝、引腳、記憶體和效能各方面可擴展且相容的產品組合。
2. 為什麼選用PSOC™ 控制 C3
支持低延遲即時控制。搭載Arm® Cortex®-M33，最高頻率180 MHz，整合DSP、FPU和CORDIC加速器。入門級MCU（C3P2和C3M3）採用高精度A/D轉換器和定時器，主流級MCU（C3P5和C3M5）支援高解析度PWM，適用於高效能系統和寬禁帶開關功率系統。
強大的安全功能。具備 Class B、SIL 2 安全庫及 PSA Certified™ 2 級認證，整合加密加速器、TrustZone 和安全金鑰儲存，確保 IP 和韌體更新的安全性。
ModusToolbox™軟體平台。該平台為電機控制開發提供了全面的軟體支援：包括從底層的驅動程式到高階的控制演算法庫。從多功能圖形介面到專用工具、高階電機控制庫等一應俱全，幫助工程師快速配置和調試電機控制系統。
3. PSOC™ 控制 C3的目標應用
電機控制專用MCU（C3M）和功率轉換專用MCU（C3P）可滿足重點應用的需求，例如：家用電器、工業驅動器、機器人、輕型電動車（LEV）、太陽能和HVAC系統等。
PSOC™ Control C3控制器高效能可程式化模擬子系統以及靈活的TCPWM模組助力空調外機方案
高效能可程式化模擬子系統
12位12Msps SAR ADC，支援16路類比通道並行閒置採樣
每個通道配備獨立的取樣保持器
各通道可獨立配置增益
全通道支援同步取樣模式
16路模擬通道可配置為8個獨立組，每組支援8路觸發源
支援偽差分採樣模式
每通道整合限幅檢測功能（助於過流/過壓保護，減少CPU干預）
支援ADC DMA及FIFO模式（減少CPU干預）
ADC 模擬輸出可直接接入 CSG 比較器實現保護
10位DAC為比較器的輸入提供參考電壓
提供多路觸發源輸出（用於關鍵周邊同步觸發）
2. 靈活的TCPWM
面向不同PWM應用的彈性計數模式以及彈性的輸入輸出觸發信號。
範例：TCPWM用於單電阻取樣：
3個TCPWM計數器用於生成3對互補PWM信號，1個TCPWM計數器作為ADC觸發信號。電機運行時，所有4個TCPWM計數器同步運行。
FOC中斷在溢出事件觸發，並在前半PWM週期內執行。
TCPWM 計數器的比較暫存器 CC0 和 CC1 的緩衝區會在溢出和下溢事件時更新。
所有的 GPIO 都可以配置為 PWM 輸出腳位，大幅簡化 PCB 佈局設計。
從AD取樣到下一次PWM比較更新的間隔時間僅約半個PWM週期，顯著提升電流環寬頻和觀測器性能。
基於PSOC™ Control C3控制器的空調外機高頻PFC+雙電機變頻控制解決方案介紹
方案簡介
系統框圖
控制板如圖所示，支援無感雙電機控制以及高頻PFC解決方案。
方案中使用的主要元件包括：
MCU：PSC3M5FDS2ACQ1
二極體IDW30E65D1/ IDW10G65C5
IGBT：IKW30N65WR5/ IKWH30N67PR7
閘極驅動器：1ED44175N01B
IPM：IM241-M6T2B
IPM：IKCM15L60GD
輔助電源ICE5AR4770BZS
2. 壓縮機驅動特性
6kHz載波頻率，單電阻電流取樣
無感FOC演算法，執行時間< 11微秒（包含ADC時間、轉矩補償及SVPWM過調制）
5段式/7段式SVPWM
弱磁算法
支援快速啟動及超低速閉環運行
高性能扭矩補償
超低延遲無感PLL觀測器
死區時間補償
實現全面的保護功能
解決方案已通過量產驗證
3. 風機驅動特性
載波頻率15kHz至20kHz，無感FOC演算法，執行時間<10μs
支援多層逆風啟動演算法
支援逆風、順風及靜態直接閉環啟動
單電阻電流取樣
支援快速觀測器制動模式
支援轉矩、功率、速度三種運行模式控制
解決方案已通過量產驗證
4. 高頻PFC
單相升壓PFC，雙閉環控制，CCM模式
PFC演算法執行時間<3.2μs（包含電流取樣、電壓環及電流環運算）
80kHz PWM載波頻率。PFC算法與PWM頻率同步。PF cosΦ>99.8%，交流電壓範圍150V~265V。
支援從空載到滿載的PFC啟停控制
整合交流頻率檢測功能
輸出電壓根據負載需求動態調整以優化PFC效率
負載突變及輸入電壓波動下保持高穩定性
完善的功率/電流/電壓保護機制
解決方案已通過量產驗證
80kHz PFC電感器的電流波形遠優於相同電感器在40kHz時的表現（電流紋波更小）。更高的PFC切換頻率使得能夠減小電感器的值/尺寸（在該功率等級下，磁芯和銅線圈的體積可減少約50%），並顯著降低系統BOM成本。
得益於PSOC™ Control C3強大的處理性能，整個方案在實現80kHz PFC控制 + 15kHz風扇馬達控制 + 6kHz壓縮機控制的情況下，總CPU負載率低於50%。為客戶後續升級優化預留了足夠的性能空間。
英飛凌基於PSOC™ 控制 C3控制器的單晶片控制方案實現了室外壓縮機和風扇的雙變頻控制，以及功率因數校正（PFC）的控制。對方案感興趣的朋友可以聯繫我們獲取完整方案的硬體和軟體資料。
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