基于瑞萨电子8位MCU的直流变频抽油烟机解决方案

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基于瑞萨电子8位MCU的直流变频抽油烟机解决方案

2012-10-12 12:07:32 来源：华强电子网点击：1093

摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0.5 dB，采用1.8 V电源，TSMC 0.18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。

关键字： 家用电器， 跨导放大器， 抽油烟机

实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大器-电容(OTA—C)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用ADS软件进行电路设计和仿真验证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为1～26 MHz，阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0.5 dB，采用1.8 V电源，TSMC 0.18μm CMOS工艺库仿真，功耗小于21 mW，频响曲线接近理想状态。

随着对家用电器消费观念的不断变化，消费者对抽油烟机的要求也越来越高。通常吸抽油烟机转速靠人工调节，因此为了达到最佳排油效果及节能目的，往往需要使用者多次人工干预。因此，为了使抽油烟机可实现自动调速、降低噪音、解放人力并最大限度地节能，瑞萨电子(本文涉及产品主要为瑞萨电子原NEC部分)推出了一系列变频控制专用的8位MCU。本文主要介绍了8位MCU――uPD78F0712的主要特点及基于该产品的变频抽油烟机解决方案。

变频抽油烟机的特点

抽油烟机变频的目的是为了通过调整抽油烟机上的带动风扇的电机转速，进而根据油烟量的大小调整油烟抽吸的快慢。优良的调速和节能效果使得变频抽油烟机在性能上明显优越于传统的抽油烟机，而变频抽油烟机根据具体的变频技术有不同的分类和性能特点，如表1所示。

表1 ：各种变频抽油烟机的关系和特点

现如今已经有变频抽油烟机面市，但绝大部分是有档位变频抽油烟机，一般分为弱、中、强三档;只有少数知名品牌厂商推出无档位变频抽油烟机。从表1可以看出，相同成本的180°变频抽油烟机要比其他类型的性能要好。

180°变频抽油烟机在实际应用中有以下特点：a.能根据传感器识别有无油烟，智能启动和停止抽油烟机的抽吸而无需手动操作;b.在炒、煎、炸时可根据油烟量的大小自动调节风量;c.在炖、煲、蒸、煮时，自动调小抽吸速度以降低耗电量;e.静音特点让用户感觉不到电机运转的噪音;f.较小体积的电机使得抽油烟机体积更小，同时降低成本。

180°变频对MCU的要求

由于180°变频抽油烟机对电机采用矢量控制以实现变频，因此其对MCU的要求很高。如果抽油烟机需要实现液晶显示、延时控制等功能，MCU还需要诸如串行通信、定时器等专用外设。瑞萨电子为电机变频控制开发了包括78K0/IY2、78K0/IA2、78K0/IB2、uPD78F0712、uPD78F0714、uPD789842和uPD780988等一系列的8位MCU。它们和16位MCU一样集成了内部的硬件乘法器、功能强大的定时器、多个通用寄存器、快速的指令运行系统、可编程脉冲发生器、独立的变频控制模块。专有的硬件功能使得这些8位MCU更适合中小功率的180°变频抽油烟机。

由于180°变频抽油烟机的控制中要用到各种数学变换，变换中有很多乘法运算，因此对MCU要求有快速的乘法运算。瑞萨电子8位MCU的硬件乘法器能够更快执行电机矢量控制的各种变换算法，使抽油烟机反应更快。如果180°变频抽油烟机的电机控制涉及到解耦控制、PID计算，则要求MCU有较强的运算能力和指令运行速度，而一般8位MCU则难以满足要求。

180°变频抽油烟机要求MCU接受风扇转速传感器反馈的信息以进行电机控制。瑞萨电子的这些8位MCU具有多达6个外部中断输入，省却硬件捕获单元对抽油烟机风扇速度传感器信号进行分析，降低抽油烟机内部电机控制方案的成本。而32个8位(16个16位)通用寄存器特有的 Bank结构使得抽油烟机的直流无刷电机的180度矢量控制程序运行效率更高。

程脉冲发生器(PPG)能指定脉冲宽度、脉冲周期，可用于抽油烟机风扇转速或者风量显示并简化软件的编程，另外还提供在线自编程功能，存储抽油烟机设置参数而无需外部EEPROM，节省成本的同时也省却空间，尤其适合低成本的180°变频抽油烟机控制。

此外，这些MCU还具有带2个自由中断专用变频控制模块，以在PWM周期的任意时刻产生中断，根据用户需要的任意时刻对电流进行采样;专用于控制PWM高阻态输出的独立外部信号输入，可在非正常情况下快速停止风扇的转动;以及8位的可编程死区控制(死区时间范围：0.1 s～25.6 s)等。图2显示了8位变频控制MCU的主要特点，表2则这些功能给出了详细说明。