随着科技的发展，空调日渐普及，但是吊扇依旧受到众多消费者的青睐。英飞凌的永磁同步电机吊扇解决方案由非隔离15V、700mA高压（HV）降压转换器ICE5BR2280BZ和单片集成NPN型电压调节器TLE4284供电，采用IM241系列CIPOS™ Micro IPM作为驱动。（找元器现货上唯样商城） 随着科技的发展，空调日渐普及，但是吊扇依旧受到众多消费者的青睐。英飞凌的永磁同步电机吊扇解决方案由非隔离15V、700mA高压（HV）降压转换器ICE5BR2280BZ和单片集成NPN型电压调节器TLE4284供电，采用IM241系列CIPOS™ Micro IPM作为驱动。XMC系列的XMC1302微控制器用于永磁同步电机（PMSM）无传感器磁场定向控制（FOC），整套吊扇方案具有高性能和灵活性的特点。此方案还可用于其他各式风扇，如立式、台式、空调室内室外风扇等。 本文作者：英飞凌科技 张娜 吕伟嘉 时立中
关键词：吊扇，电机控制，FOC，XMC1302
1、引言 在空调如此普及的今天，选择更节能环保、舒适温和的吊扇来调节空气温度和环境舒适性仍然是许多人的选择。基于英飞凌XMC1302-T038X0032微控制器的吊扇解决方案，采用了英飞凌旗下先进的功率器件和电机控制技术，针对吊扇使用的PMSM电机进行无位置传感器控制，正弦波驱动使得吊扇旋转时非常安静，该方案可帮助用户加速产品设计。
2、方案介绍 该吊扇解决方案是一种三电阻无传感器FOC的PMSM电机控制吊扇解决方案，系统框图如图1所示。该方案旨在提供一种高效、稳健的吊扇解决方案，使电机平稳快速地启动至最大速度。
图1 基于XMC1302的吊扇解决方案系统框图
方案采用非隔离的15V、700mA高压（HV）降压转换器ICE5BR2280BZ[1]和单片集成NPN型电压调节器TLE4284[2]供电，用于提供15V和5V作为辅助电源输出。采用第五代固定频率功率集成电路CIPOSTM Micro IPM IM241[3]作为驱动。15V供给IM241，5V供给主控芯片XMC1302。英飞凌XMC1302是一款高性能32位ARM芯片，Cortex-M0内核，1.8-5.5V供电，无需晶振和复位电路，适用于电机驱动、汽车电子领域[4]。5V供电相比与3.3V供电，IO口抗干扰能力强，这一点在汽车电子、工业电子领域更有优势。XMC1302内核工作频率为32MHz，外设工作频率为64MHz，内部带增益的ADC可进行电流检测和保护，CCU8输出6路PWM波至功率模块芯片IM241。算法采用无传感器FOC控制，三电阻采样，以提供速度和角度的准确估计，同时减少部件数量。
该方案采用载波频率16KHz，支持速度、电流闭环控制，弱磁控制模式。非静止启动功能使吊扇即使在最初因外力而反向转动时也能正常旋转。方案还集成了多种保护，如硬件和软件过流保护、过压和欠压保护，以及缺相和堵转检测。发生故障后，一旦故障被清除，系统将尝试重新启动并恢复到上一个速度状态。算法响应速度快，参数配置简单，可直接闭环启动。图2为该方案的连接图。图3为正常运行的相电流波形图。图4为逆风启动的相电流波形。
图2 基于XMC1302的吊扇解决方案
图3 相电流波形图
图4 逆风启动相电流波形图
3、主控芯片XMC1302用于电机控制的外设 FOC控制框图如图5所示，其中包括：①坐标变换，包括Clarke/Park变换和Clare/Park逆变换②位置和速度估计算法③PI控制，包括两个电流（d/q轴电流）PI环路和一个速度PI环路④SVPWM模块。
图5 FOC控制框图
从图5中我们可以看到，无感FOC控制要用到Clarke变换，Park变换、Clarke/Park逆变换、位置估算等算法。XMC1302是英飞凌专门为电机控制而设计的MCU，集成了专门针对电机应用优化的外设集，支持中低端电机常见的各种控制方式，它具有适合无感FOC控制的相关外设和亮点：
3.1 MATH协处理器
XMC1302中集成一个MATH协处理器，它完全独立于CPU，工作在PCLK（64MHz）时钟下。MATH协处理包含了一个32位的DIVIDER和一个24位的CORDIC。DIVIDER单元实现32bit有符号/无符号除法。CORDIC单元实现24bit三角函数运算。DIVIDER和CORDIC单元可并行工作，该模块减轻了CPU的负荷，对于实现无感FOC控制算法提供了良好的支持。
图6 MATH协处理器
3.2 带有片上可调增益的12位VADC
XMC1302的多功能模/数转换器 (VAD)，包含一个按逐次逼近原理 (SAR) 工作的独立内核。其分辨率是从8位到12位可编程的。ADC每个通道的采样单元内置模拟放大，增益可调，可选1,3,6,12倍放大，可以省掉外部运放。XMC1302的ADC具有双采样保持单元，双通道可以同时采样。具体到实际
