直流變頻技術在吸油煙機上的應用

陳敏

摘 要 吸油煙機在我國家庭的普及率很高，在城鎮的家庭基本上都有吸油煙機。吸油煙機可以吸走大部分的油煙，解決做飯過程中的產生的油煙。吸油煙機是利用風機產生大吸力的風量來吸走油煙。吸油煙機目前普遍采用的是普通交流電機，可以做到較大功率，結構簡單，但是缺點也很明顯，不節能、噪音大等等。而采用直流變頻電機則可以提高效率、降低噪音的效果。

關鍵詞 直流變頻 吸油煙機 IPM SIM6822M FT3066

中圖分類號：TP271 文獻標識碼：A

吸油煙機在我國的普及率很高，幾乎城鎮的家家戶戶都有吸油煙機。市面上大部分的吸油煙機用的電機為普通交流電機，交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器，因此結構簡單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉速、高電壓、大電流、大容量的電機，因此成為最常用的電機。但是在節能環保的社會大方向下，交流電機的效率低、噪音大等特點就顯得比較不符合發展趨勢。而直流變頻技術的出現，剛好可以彌補交流電機的缺點。

直流變頻技術，其工作原理是把220VAC、50Hz的工頻交流電源轉換為直流電源（310VDC），并送至功率模塊主電路，功率模塊在單片機（MCU）的控制下，輸出電壓可變的直流電源來控制直流電機的轉動。因為直流變頻沒有逆變環節，在這方面比交流更加省電。由于直流變頻電機不存在定子旋轉磁場對轉子的電磁感應作用，克服了交流電機的電磁噪音與轉子損耗，因此直流變頻電機的節能效果及整機性能有顯著提高，效率比交流電機高10%～30%，噪音低5分貝～10分貝。同時由于直流變頻技術可以很方便的實現直流電機的無極調速，因此在吸油煙機上可以實現多檔風機轉速。

直流變頻的實現可以利用分離元件來實現，也可以用集成模塊來實現。其中分離器件方案主要是根據功率大小選擇IGBT或者MOSFET來驅動電機，同時加上外圍的保護等電路；集成模塊為智能功率模塊（IPM：Intelligent Power Module），IPM不僅把功率開關器件和驅動電路集成在一起，而且還內部集成有過電壓，過電流和過熱等故障檢測電路，并可將檢測信號送到MCU。它由高速低功耗的管芯和優化的門極驅動電路以及快速保護電路構成，即使發生負載事故或使用不當，也可以保證IPM自身不受損壞。同時由于IPM有硬件的過流、過壓保護，可以實現對直流電機的堵轉硬件保護，防止電機運行過程的起火事件。

本方案中用集成模塊的方式來實現直流變頻電機的驅動。本案例中以三墾SIM6822M為例來進行直流變頻方案的設計。

三墾的SIM6800M系列是將輸出功率元件、前置驅動IC以及帶限流電阻的自舉二極管封裝在一起的高壓三相馬達用驅動IC。SIM6822M的內部結構框圖如圖1所示：

SIM6822M內部包含有6個IGBT用于驅動電機，該IGBT耐壓600V，電流5A，吸油煙機的電機功率最大可以到220W，平常正常工作時大概在180W左右，因此選用該型號IPM符合該款吸油煙機的電機功率特性。

IPM與以往IGBT或者MOSFET模塊電路的組件相比具有如下特點：

（1）內含驅動電路。設定了最佳的IGBT驅動條件，驅動電路與IGBT間的距離很短，輸出阻抗很低，因此，不需要加反向偏壓。

（2）內含過電流保護（OCP： Overcurrent Protection ）、短路保護（OCL：Overcurrent Limit ）。由于是通過檢測各IGBT集電極電流實現保護的，故不管哪個IGBT發生異常，都能保護，特別是下橋臂短路和對地短路的保護。

（3）內含驅動電源欠電壓保護（UVLO：Undervoltage Lockout ）。每個驅動電路都具有UVLO保護功能。當驅動電源電壓VCC小于規定值UV時，產生欠電壓保護。

（4）內含過熱保護（TSD：Thermal Shutdown）。TSD是防止IGBT、FRD（快恢復二極管）過熱的保護功能。

圖2所示為直流電機的驅動原理圖，用三墾的IPM模塊SIM6822M作為電機的驅動模塊，圖中的U、V、W分別接三相直流電機，當IPM模塊的OCP端電壓超過0.65V時，OCL輸出為高電平，若將OCL跟SD相連，可實現限流功能；當OCP端電壓超過1V，經過2us的濾波時間后，低側功率器件關斷，過流信號解除25us后恢復。圖中用高性能的控制器FT3066來驅動IPM模塊，從而達到快速、穩定的驅動直流電機的運行。

FT3066是高性能PMSM矢量控制專用芯片，內部結構框圖如圖3。

該專用芯片的特點如下：

（1）無傳感器估算算法獲得精確的轉子位置和速度信息。

（2）可靠的啟動及角度的軟切換處理；轉速的無級調速，優良的閉環速度控制性能；優異的轉矩控制性能。

（3）電流環和速度環路參數易于整定。支持單電阻，雙電阻，三電阻電流采樣算法。

（4）支持PWM，模擬調速控制。具有堵轉保護，缺相保護，過、欠壓保護，過流保護功能。

通過上述PMSM矢量控制專用芯片FT3066和三墾的IPM模塊SIM6822M配合，可以很好的達到直流變頻的效果，平穩地驅動直流電機，實現節能、降噪的效果。