直流变频技术在吸油烟机上的应用

1、    直流变频技术在吸油烟机上的应用    陈敏摘 要 吸油烟机在我国家庭的普及率很高，在城镇的家庭基本上都有吸油烟机。吸油烟机可以吸走大部分的油烟，解决做饭过程中的产生的油烟。吸油烟机是利用风机产生大吸力的风量来吸走油烟。吸油烟机目前普遍采用的是普通交流电机，可以做到较大功率，结构简单，但是缺点也很明显，不节能、噪音大等等。而采用直流变频电机则可以提高效率、降低噪音的效果。关键词 直流变频 吸油烟机 ipm sim6822m ft3066：tp271 ：a吸油烟机在我国的普及率很高，几乎城镇的家家户户都有吸油烟机。市面上大部分的吸油烟机用的电机为普通

2、交流电机，交流电机与直流电机相比，由于没有换向器，因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机，因此成为最常用的电机。但是在节能环保的社会大方向下，交流电机的效率低、噪音大等特点就显得比较不符合发展趋势。而直流变频技术的出现，刚好可以弥补交流电机的缺点。直流变频技术，其工作原理是把220vac、50hz的工频交流电源转换为直流电源（310vdc），并送至功率模块主电路，功率模块在单片机（mcu）的控制下，输出电压可变的直流电源来控制直流电机的转动。因为直流变频没有逆变环节，在这方面比交流更加省电。由于直流变频电机不存在定子旋转磁场对转子的电磁感应作用，克服了交

3、流电机的电磁噪音与转子损耗，因此直流变频电机的节能效果及整机性能有显著提高，效率比交流电机高10%30%，噪音低5分贝10分贝。同时由于直流变频技术可以很方便的实现直流电机的无极调速，因此在吸油烟机上可以实现多档风机转速。直流变频的实现可以利用分离元件来实现，也可以用集成模块来实现。其中分离器件方案主要是根据功率大小选择igbt或者mosfet来驱动电机，同时加上外围的保护等电路；集成模块为智能功率模块（ipm：intelligent power module），ipm不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且还内部集成有过电压，过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到mcu。它由高速

4、低功耗的管芯和优化的门极驱动电路以及快速保护电路构成，即使发生负载事故或使用不当，也可以保证ipm自身不受损坏。同时由于ipm有硬件的过流、过压保护，可以实现对直流电机的堵转硬件保护，防止电机运行过程的起火事件。本方案中用集成模塊的方式来实现直流变频电机的驱动。本案例中以三垦sim6822m为例来进行直流变频方案的设计。三垦的sim6800m系列是将输出功率元件、前置驱动ic以及带限流电阻的自举二极管封装在一起的高压三相马达用驱动ic。sim6822m的内部结构框图如图1所示：sim6822m内部包含有6个igbt用于驱动电机，该igbt耐压600v，电流5a，吸油烟机的电机功率最大可以到22

5、0w，平常正常工作时大概在180w左右，因此选用该型号ipm符合该款吸油烟机的电机功率特性。ipm与以往igbt或者mosfet模块电路的组件相比具有如下特点：（1）内含驱动电路。设定了最佳的igbt驱动条件，驱动电路与igbt间的距离很短，输出阻抗很低，因此，不需要加反向偏压。（2）内含过电流保护（ocp： overcurrent protection ）、短路保护（ocl：overcurrent limit ）。由于是通过检测各igbt集电极电流实现保护的，故不管哪个igbt发生异常，都能保护，特别是下桥臂短路和对地短路的保护。（3）内含驱动电源欠电压保护（uvlo：undervoltag

6、e lockout ）。每个驱动电路都具有uvlo保护功能。当驱动电源电压vcc小于规定值uv时，产生欠电压保护。（4）内含过热保护（tsd：thermal shutdown）。tsd是防止igbt、frd（快恢复二极管）过热的保护功能。图2所示为直流电机的驱动原理图，用三垦的ipm模块sim6822m作为电机的驱动模块，图中的u、v、w分别接三相直流电机，当ipm模块的ocp端电压超过0.65v时，ocl输出为高电平，若将ocl跟sd相连，可实现限流功能；当ocp端电压超过1v，经过2us的滤波时间后，低侧功率器件关断，过流信号解除25us后恢复。图中用高性能的控制器ft3066来驱动ipm

7、模块，从而达到快速、稳定的驱动直流电机的运行。ft3066是高性能pmsm矢量控制专用芯片，内部结构框图如图3。该专用芯片的特点如下：（1）无传感器估算算法获得精确的转子位置和速度信息。（2）可靠的启动及角度的软切换处理；转速的无级调速，优良的闭环速度控制性能；优异的转矩控制性能。（3）电流环和速度环路参数易于整定。支持单电阻，双电阻，三电阻电流采样算法。（4）支持pwm，模拟调速控制。具有堵转保护，缺相保护，过、欠压保护，过流保护功能。通过上述pmsm矢量控制专用芯片ft3066和三垦的ipm模块sim6822m配合，可以很好的达到直流变频的效果，平稳地驱动直流电机，实现节能、降噪的效果。科教导刊·电子版2018年22期科教