電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文 / 吳子鵬）今年 1 月份，全球功率系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的半導(dǎo)體領(lǐng)導(dǎo)者英飛凌，推出基于 Arm? Cortex?-M33 的最新高性能微控制器（MCU）系列 PSOC? Control。其中，PSOC? Control C3 分為入門級和主流級產(chǎn)品，提供了兼具擴(kuò)展性與兼容性的多種性能、功能和存儲選項(xiàng)。電機(jī)控制專用 MCU（C3M）和功率轉(zhuǎn)換專用 MCU（C3P）可滿足重點(diǎn)應(yīng)用的需求，例如家用電器、工業(yè)驅(qū)動(dòng)器、機(jī)器人、輕型電動(dòng)車（LEV）、太陽能和 HVAC 系統(tǒng)。

隨后在 6 月份，英飛凌又基于最新推出的 PSOC? Control 系列 MCU，推出了單芯片控制實(shí)現(xiàn)室外壓縮機(jī)和風(fēng)機(jī)的雙變頻控制，以及功率因素校正（PFC）控制的方案。我們今天來具體看一下這款方案。

PSOC? Control C3 提供核心性能支撐

據(jù)介紹，英飛凌 PSOC? Control C3 系列 MCU 搭載 Arm? Cortex?-M33，最高頻率 180 MHz，并且配備數(shù)字信號處理器（DSP）、浮點(diǎn)單元（FPU）和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)數(shù)字計(jì)算機(jī)（CORDIC，一種用于加速控制回路計(jì)算的數(shù)學(xué)函數(shù)硬件加速器）。

對于電機(jī)控制而言，PSOC? Control C3 系列提供的這些計(jì)算單元非常有價(jià)值。DSP 和 FPU 不必多說，就以 CORDIC 來看，作為一種高效的硬件加速算法，憑借其無需乘法器即可快速計(jì)算三角函數(shù)、平方根、反正切等復(fù)雜數(shù)學(xué)運(yùn)算的特性，在提升控制性能、優(yōu)化實(shí)時(shí)性方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，尤其適配電機(jī)矢量控制（FOC）等高精度場景。

同時(shí)，PSOC? Control C3 系列 MCU 也具有非常高的集成度，配備了豐富的外設(shè)、片上存儲器，以及各種接口（I2C、SPI、UART）和脈寬調(diào)制（PWM）架構(gòu)。高集成度能夠直接降低 BOM 成本，減少外部芯片采購成本，尤其在批量生產(chǎn)（如家電、工業(yè)驅(qū)動(dòng)器）中優(yōu)勢顯著。對于工程師而言，高集成度可縮小 PCB 面積，集成外設(shè)能減少布線復(fù)雜度，適合空間受限場景，同時(shí)降低電磁干擾（EMI）風(fēng)險(xiǎn)，短距離布線還能減少信號衰減和噪聲耦合。

PSOC? Control C3 系列 MCU 還有一個(gè)出色的特性是安全性，例如具備 Class B 和 SIL 2 安全庫，以及 PSA Certified? 2 級安全認(rèn)證 / EPC2 標(biāo)準(zhǔn)安全認(rèn)證（EPC2）。通過加密加速器、TrustZone 和安全密鑰存儲，可實(shí)現(xiàn) IP 保護(hù)和設(shè)備固件更新。電機(jī)作為動(dòng)力執(zhí)行核心，其控制 MCU 的安全性是 “功能實(shí)現(xiàn)” 的前提，更是 “風(fēng)險(xiǎn)防控” 的底線。高安全性 MCU 通過故障防護(hù)、合規(guī)適配、防篡改、可靠性提升四大維度，既能滿足工業(yè)、家電、汽車等領(lǐng)域的嚴(yán)苛安全標(biāo)準(zhǔn)，又能保障系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行，最終降低安全事故風(fēng)險(xiǎn)與全生命周期成本。

單芯片實(shí)現(xiàn) “高頻 PFC + 壓縮機(jī) + 風(fēng)機(jī)” 控制

基于 PSOC? Control C3 系列 MCU 出色的性能，英飛凌打造了一個(gè)空調(diào)外機(jī)高頻 PFC + 雙電機(jī)變頻控制解決方案。該方案選用的 MCU 型號為 PSC3M5FDS2ACQ1，二極管為 IDW30E65D1/IDW10G65C5，IGBT 為 IKW30N65WR5/IKWH30N67PR7，柵極驅(qū)動(dòng)器為 1ED44175N01B，IPM 為 IM241-M6T2B、IKCM15L60GD，輔助電源為 ICE5AR4770BZS。

在壓縮機(jī)方面，這款方案實(shí)現(xiàn) 6kHz 載波頻率，單電阻電流采樣；無感 FOC 算法，執(zhí)行時(shí)間 < 11us（含 ADC 時(shí)間、轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償及 SVPWM 過調(diào)制）；5 段式 / 7 段式 SVPWM；高性能轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償和死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償?shù)葍?yōu)秀特性。

在風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方面，該方案實(shí)現(xiàn)載波頻率 15kHz 至 20kHz，單電阻電流采樣；無感 FOC 算法，執(zhí)行時(shí)間 < 10μs；支持多級逆風(fēng)啟動(dòng)算法，逆風(fēng)、順風(fēng)及靜態(tài)直接閉環(huán)啟動(dòng)，轉(zhuǎn)矩、功率、速度三種運(yùn)行模式控制等。

在高頻 PFC 方面，該方案實(shí)現(xiàn)單相升壓 PFC，雙閉環(huán)控制，CCM 模式；PFC 算法執(zhí)行時(shí)間 <3.2μs（含電流采樣、電壓環(huán)及電流環(huán)運(yùn)算）；80kHz PWM 載波頻率，PFC 算法與 PWM 頻率同步，PF cosΦ>99.8%，交流電壓范圍 150V~265V；完善的功率 / 電流 / 電壓保護(hù)機(jī)制等。

因此，通過 PSOC? Control C3 系列 MCU 單芯片集成，可降低硬件成本，高頻 PFC 減少被動(dòng)元件體積，方案經(jīng)量產(chǎn)驗(yàn)證，兼顧低成本、低噪聲與高性能，契合變頻空調(diào)發(fā)展趨勢，且具備快速落地能力。

根據(jù)英飛凌方面給出的數(shù)據(jù)，該方案的 80kHz PFC 電感器的電流波形遠(yuǎn)優(yōu)于相同電感器在 40kHz 時(shí)的表現(xiàn)（電流紋波更小），在該功率等級下，磁芯和銅線圈的體積可減少約 50%；整個(gè)方案在實(shí)現(xiàn) 80KHz PFC 控制 + 15kHz 風(fēng)扇電機(jī)控制 + 6kHz 壓縮機(jī)控制的情況下，總 CPU load 率低于 50%。

結(jié)語

英飛凌基于 PSOC? Control C3 系列 MCU 打造的空調(diào)外機(jī)高頻 PFC + 雙電機(jī)變頻控制方案，憑借單芯片集成帶來的高性能、高集成度與高安全性，實(shí)現(xiàn)了從高頻 PFC 到壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)雙電機(jī)控制的高效協(xié)同。其 6kHz 壓縮機(jī)載波頻率、15-20kHz 風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)頻率及 80kHz 高頻 PFC 的組合，不僅將磁芯和銅線圈體積縮減約 50%，更以低于 50% 的 CPU 負(fù)載率展現(xiàn)了強(qiáng)大的運(yùn)算潛力，同時(shí)通過高集成度降低 BOM 成本、縮小 PCB 面積，以安全合規(guī)性筑牢系統(tǒng)穩(wěn)定底線。這一方案既契合家電、工業(yè)領(lǐng)域?qū)Ω咝А⒕o湊、低成本控制的需求，也為變頻設(shè)備的技術(shù)升級提供了可量產(chǎn)的創(chuàng)新路徑，推動(dòng)空調(diào)等動(dòng)力控制場景向更高效、更精簡、更可靠的方向邁進(jìn)。