室內(nèi)空調(diào)機組有哪些常見組成部分？

與室內(nèi)空調(diào)機組相關(guān)的應(yīng)用由多個模塊組成，這些模塊負責(zé)特定的任務(wù)。最常見的模塊如下：

1. 顯示和/或音頻模塊

2. 主系統(tǒng)控制

3. 風(fēng)扇 V/F（變頻驅(qū)動）或電機驅(qū)動模塊

在許多設(shè)計中，主系統(tǒng)控制與電機驅(qū)動模塊會整合為單一解決方案。相比之下，顯示和/或音頻模塊通常由專用接口 MCU 處理。此外，某些應(yīng)用需要隔離系統(tǒng)的特定部分（例如顯示模塊），以防止用戶接觸室內(nèi)空調(diào)機組的大功率區(qū)域。對于這些設(shè)計，一些主要組成部分包括：

• 無刷直流電機：將電能轉(zhuǎn)換為機械能（扭矩）。

• 電機控制：基于實時電機位置、溫度和電流反饋的 PWM 邏輯控制信號，這些信號轉(zhuǎn)換為驅(qū)動器信號，以開關(guān) MOSFET、為電機繞組通電并提供電流以使電機換向。電機驅(qū)動器和 MCU 解決方案在大多數(shù)應(yīng)用中很常見。氮化鎵 (GaN) 智能電源模塊特別適合此類應(yīng)用，既能承受控制空調(diào)風(fēng)扇所需的高壓，又可精簡電機控制元件數(shù)量與布局空間，其高效能特性在 250W 及以下應(yīng)用中無需散熱片即可穩(wěn)定運行。您可以使用 DRV7308EVM 測試其功能和特性，也可以借鑒 TIDA-010273 參考設(shè)計。

• 輸入用戶接口：選擇空調(diào)工作模式，例如制冷和制熱、風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和氣流方向以及系統(tǒng)開/關(guān)。
• 輸出用戶接口：使用 LED、LCD 提供視覺反饋，或使用揚聲器提供聲音反饋。
• MCU：利用集成的數(shù)字和模擬模塊，根據(jù)輸入用戶接口對電機進行換向，與系統(tǒng)中的其他器件進行通信，并為系統(tǒng)狀態(tài)提供輸出用戶接口。

TI 提供了豐富的器件，供室內(nèi)空調(diào)機組應(yīng)用的各個組成部分使用，下面將重點介紹其中一些器件。

基于這些主要組成部分，我們可以將此應(yīng)用分為兩種架構(gòu)類型：

圖 1 室內(nèi)空調(diào)機組系統(tǒng)模塊架構(gòu)類型

類型 1 — 主系統(tǒng)控制與電機控制 MCU 解決方案

在該架構(gòu)中，MCU 負責(zé)統(tǒng)籌系統(tǒng)信號（包括溫度、來自多個模塊的輸入、GPIO、電容式傳感器及其他傳感器數(shù)據(jù)），與室外空調(diào)機組、無線收發(fā)器、顯示屏、外部 EERPOM 或音頻 MCU/模塊進行通信，并通過電機驅(qū)動器或 GaN IPM 控制低速和常規(guī)轉(zhuǎn)速風(fēng)扇電機。隔離區(qū)域?qū)⒅饕奢斎牒洼敵?顯示模塊組成。

類型 2 — 主系統(tǒng)控制 MCU 加風(fēng)扇模塊/MCU 驅(qū)動解決方案

在該架構(gòu)中，主系統(tǒng)控制 MCU 負責(zé)類型 1 中提到的任務(wù)。它可以通過電機驅(qū)動器/模塊或電機控制 MCU 進行簡單的電機控制（配合半橋和 MOSFET），從而直接控制電機轉(zhuǎn)速。電機控制 MCU 有時不需要 5V 支持，這使得 MSPM0G MCU 系列非常適合該模塊，這得益于其用于監(jiān)測電機狀態(tài)的多個模擬外設(shè)、用于控制電機的高級計時器以及高速處理能力 (80MHz)。通常，兩個器件都通過 UART 進行通信，相互更新器件（來自主系統(tǒng)控制 MCU）和電機（來自電機控制 MCU）的最新狀態(tài)。

為什么考慮將 MSPM0H 用于室內(nèi)空調(diào)機組應(yīng)用？

德州儀器 (TI) 的可擴展 MSPM0H MCU 采用 Arm? 32 位 Cortex-M0+ 內(nèi)核，CPU 最高運行頻率可達 32MHz。該器件能夠支持最高 5.5V 的工作電壓。這款引腳對引腳兼容的 MCU 配備高達 64KB 的閃存存儲器，具有可擴展的模擬集成和電機控制模塊。MSPM0H 具有廣泛的數(shù)字、模擬和接口集成，可為電機控制設(shè)計和模擬信號監(jiān)測提供高性能的可靠選項。此外，MSPM0H 系列還提供了一個電機驅(qū)動器庫，用于控制各類電機驅(qū)動器，并提供了用于監(jiān)測器件電源電壓的代碼示例，可實現(xiàn)簡單的計量監(jiān)測。

適用于這些應(yīng)用的 MSPM0H MCU 主要特性：

• 具有互補 PWM 輸出的通用和高級計時器

• 高級計時器倍頻器，能夠?qū)⒂嫊r器源的基底器件頻率加倍（升至 64MHz）

• 12 位 1.6Msps 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)
• 通信接口（UART、I2C、SPI）
• 通用輸入和輸出 (GPIO)

• 高達 64KB 的閃存

在 MCU 上執(zhí)行的軟件功能：

• 基于觸發(fā)位置生成脈寬調(diào)制信號 (PWM)（得益于霍爾傳感器反饋）來控制電機轉(zhuǎn)速/支持無傳感器 FOC 解決方案（得益于電流檢測功能）

• 持續(xù)測量并處理各類系統(tǒng)反饋信號，如電壓與電流（檢測/處理）

• 監(jiān)測系統(tǒng)不同器件的溫度，或通過其內(nèi)部 ADC 執(zhí)行基本計量功能
• 定期與室外空調(diào)機組、WiFi 發(fā)送器、顯示和音頻模塊、外部 EEPROM（如果需要）和泄漏檢測模塊進行通信
• 控制 GPIO 輸出和輸入以及 LED 驅(qū)動器

• 安全庫，可減少 EC60730 B 類認證所需的開發(fā)工作量

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MSPM0H 在室內(nèi)空調(diào)機組應(yīng)用中有什么作用？

大多數(shù)現(xiàn)代室內(nèi)空調(diào)機組僅使用單個 MCU 來處理空調(diào)功能的大部分關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。從控制風(fēng)扇到監(jiān)測系統(tǒng)溫度，主系統(tǒng)控制要求 MCU 不僅能夠執(zhí)行檢測和控制，還能夠與相鄰模塊進行通信。

圖 2 室內(nèi)空調(diào)機組中主系統(tǒng)控制和電機驅(qū)動模塊的 MSPM0Hxxxx 方框圖

用于主系統(tǒng)控制和電機驅(qū)動模塊

在這類系統(tǒng)中，MCU 必須能夠承受這些應(yīng)用所需的最低電壓，通常約為 5V。MCU 執(zhí)行電機控制算法來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速和（有時）方向，同時監(jiān)測溫度和其他影響電機行為的傳感器。某些應(yīng)用可能使用傳感器梯形波控制/FOC（利用霍爾傳感器）或無傳感器 FOC（測量電機電流）。MSPM0H 憑借內(nèi)部模擬器件可輕松應(yīng)對任一情況。MCU 通常還充當系統(tǒng)中的主處理器，控制狀態(tài) LED、繼電器等其他電氣元件，并與 Wi-Fi 器件/發(fā)送器、顯示和音頻 MCU、外部 EEPROM、泄漏檢測模塊及室外空調(diào)機組等其他器件通信。德州儀器 (TI) 的 32MHz MSPM0H MCU 為這些模塊提供了廉價、可靠且功耗相對較低的選擇。

僅用于主系統(tǒng)控制

在這類系統(tǒng)中，MCU 將負責(zé)前述任務(wù)，但電機控制除外。MSPM0H 具有多個 COM 端口、可靠的模擬信號跟蹤和快速處理能力，因此非常適合使用。此外，MSPM0 系列提供了一個診斷庫，應(yīng)有助于減少最高至 IEC60730 B 類應(yīng)用的開發(fā)工作量。最后，可利用 MSPM0H 內(nèi)部 ADC 及其計算能力實現(xiàn)基本的計量功能。（通常情況下，這通過 Σ-Δ ADC 完成。M0H ADC 屬于 SAR）

僅用于電機驅(qū)動控制

在這種類型的系統(tǒng)中，MCU 通過以下方法執(zhí)行高級電機控制方案：根據(jù)電機的反電動勢 (BEMF) 電壓反饋以正確順序生成多個可配置 PWM。專用電機驅(qū)動 MCU 為這類應(yīng)用帶來的好處包括：減輕主系統(tǒng)控制裝置的處理負擔(dān)、簡化 MCU 和電機驅(qū)動器之間的通信，以及提升系統(tǒng)的模塊化水平。一些應(yīng)用可能選擇使用非連續(xù) PWM/兩相 PWM（用于最大限度減少開關(guān)損耗并提高效率），而不是傳統(tǒng)的連續(xù) PWM?？筛笙薅鹊販p少與非連續(xù) PWM 相關(guān)的開關(guān)損耗，因為在任何給定的時間點只有兩個相位，而不是傳統(tǒng)的三個相位。這意味著只有四個 GaN FET 進行開關(guān)、而不是六個。MSPM0H 具有高級計時器，因此可輕松處理該問題。

資源

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• MSPM0-SDK
  • 適用于 MSPM0 電機控制的設(shè)計
• MSPM0 概述頁面
• MSPM0 LaunchPad 開發(fā)套件
  • LP-MSPM0H3216 LaunchPad 開發(fā)套件
• MSPM0 Academy
• DRV7308EVM

• DRV7308 250W 電機逆變器參考設(shè)計

• MSPM0 H 橋控制應(yīng)用手冊
• MSPM0 梯形控制應(yīng)用手冊
• TI 精密實驗室 - 電機驅(qū)動器：無刷直流基礎(chǔ)知識