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

中图分类号：TP271 文献标识码：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220W，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：Undervoltage 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。