作者：infineon technologies 张 青 来源：《电子产品世界》

数字化模糊控制空调系统 本文介绍了一套性能优良，价格低廉的全直流数字化模糊控制分体空调系统。该系统使用infineon的高性能价格比8位单片机c504/c508的资源，在优化电流控制相位角的基础上，采用模糊控制技术实现压缩机运转智能控制，大大降低了电机峰值电流，转矩脉动和转速波动。 系统概述 永磁直流无刷电机（bldc）具有结构简单，高效，低噪声，高功率密度，起动扭矩大，寿命长等十分优越的特性，在家用电器（空调，洗衣机，冰箱等）和it周边产品（打印机，软驱，硬盘等）中得到广泛的应用。典型的永磁直流无刷电机系统如图1所示。永磁直流无刷电机性能的发挥，除了电机本身设计合理外，还要靠微控制器在实际运行时根据转子具体位置输出相应的pwm脉冲。该微控制器应是带多路（6路或以上）pwm输出的嵌入式单片机。 infineon的8位单片机c504/c508正是如此。它们以8031核为基础，并遵循80c32工业标准，除了增加a/d转换等外围接口电路外，还增加了非常适合交流电机/无刷直流电机控制的全数字化pwm输出电路：捕捉/比较单元（ccu，如图2所示）。 ccu具有7路输出，其中cc0～cc2和cout0～cout2分别为上三路和下三路基波信号，它们的相序由三个中断输入信号int0～int2编码控制。电机各相间换流既可由单片机内部的专用硬件（块交换逻辑）控制，也可通过软件编程控制。cout3是分辨率高达50ns的高频pwm信号，既可以单独输出，也可叠加在输出cout0～cout2的有效电平上（突发模式），从而省掉相应外部电路。ctrap为紧急中断输入，如果此脚为低，前述六路基波信号立即处于事先定义的状态。cout3的pwm信号既可以是单边（锯齿波）调制，也可以是双边（三角波）调制。在双边调制时，ccx和coutx为互补信号，其死区时间可通过offset register的值加以控制。c504/c508还具有16k/32k（可编程一次）的otp存储器和512/1280的内部ram，带给用户极大的灵活性。 本文所介绍的空调系统分室内机和室外机两大部分，其系统框图如图3(a)和(b)所示。在室外机系统中，c508是核心，要控制压缩机（永磁直流无刷电机，无传感器控制），室外风机（永磁直流无刷电机，带霍尔传感器），电子膨胀阀（步进电机），四通阀（冷/热控制）等。另外c508还有四路温度输入，交流电压/电流输入等。其中压缩机电机由c508的ccu控制，特别设计的反电势提取电路负责提供电机转子位置信号给c508的块交换逻辑，整个过程由硬件自动完成，大大减轻系统软件负担。 室外风机的控制则由软件编程通过c508的普通i/o口实现，霍尔元件提供的转子位置信号通过中断int7～int9输入，而所需的高频pwm信号（10khz）则来自c508定时器2（t2）的第三路输出t2cc3。 该系统中的开关电源采用了infineon普通8脚dip封装的smps集成芯片coolset tm：tda16832和tda16833。它里面不仅有常见的开关电源控制电路，而且还集成了infineon的高性能mos管coolmos tm。coolset tm系列功率可达40w（不用散热器），如图4所示。整个电路简单易用，几乎不用任何调整，大大减少电路开发，调试时间，同时还能节省宝贵的印制板空间。

室内机系统与室外机系统大致相似。其核心是c504。室内机系统有一个室内风机（永磁直流无刷电机），两个步进电机（用于二维送风）等需要控制。c504的ccu负责室内风机的运转控制，与室外系统的压缩机电机相似，它是由c504的专门硬件（块交换逻辑），通过反电势提取电路实现无传感器控制，程序只要设定几个寄存器即可，负担不大。两个步进电机的控制则由程序通过c504的普通i/o口实现微步运转。c504另一个重要任务是接收遥控器命令，检测室内温度，通过串行通信发送相应运行指令至室外机。 模糊智能控制 与普通空调的运行方式不同，变频空调的压缩机需要连续运行。其速度调节变得更加重要，要确保室内温度波动限制在较小范围内。事实上永磁直流无刷电机是一个多变量，非线性，强耦合的对象，需要智能控制才能取得比较满意的效果。考虑到8位单片机的资源有限，本系统采用模糊控制来实现电机转速的控制。因为c504/c508的ccu单元的通道0在块交换模式下降了参与电机换相外，还可用来完成捕获动