——高永生 應用工程師，世強電訊

    隨著對家用電器消費觀念的不斷變化，消費者對抽油煙機的要求也越來越高。通常吸抽油煙機轉速靠人工調節，因此為了達到最佳排油效果及節能目的，往往需要使用者多次人工干預。因此，為了使抽油煙機可實現自動調速、降低噪音、解放人力并最大限度地節能，瑞薩電子（本文涉及產品主要為瑞薩電子原NEC部分）推出了一系列變頻控制專用的8位MCU。本文主要介紹了8位MCU――uPD78F0712的主要特點及基于該產品的變頻抽油煙機解決方案。

    變頻抽油煙機的特點

    抽油煙機變頻的目的是為了通過調整抽油煙機上的帶動風扇的電機轉速，進而根據油煙量的大小調整油煙抽吸的快慢。優良的調速和節能效果使得變頻抽油煙機在性能上明顯優越于傳統的抽油煙機，而變頻抽油煙機根據具體的變頻技術有不同的分類和性能特點，如表1所示。

    表1 ：各種變頻抽油煙機的關系和特點

    現如今已經有變頻抽油煙機面市，但絕大部分是有檔位變頻抽油煙機，一般分為弱、中、強三檔；只有少數知名品牌廠商推出無檔位變頻抽油煙機。從表1可以看出，相同成本的180°變頻抽油煙機要比其他類型的性能要好。

    180°變頻抽油煙機在實際應用中有以下特點：a.能根據傳感器識別有無油煙，智能啟動和停止抽油煙機的抽吸而無需手動操作；b.在炒、煎、炸時可根據油煙量的大小自動調節風量；c.在燉、煲、蒸、煮時，自動調小抽吸速度以降低耗電量；e.靜音特點讓用戶感覺不到電機運轉的噪音；f.較小體積的電機使得抽油煙機體積更小，同時降低成本。

    由于180°變頻抽油煙機對電機采用矢量控制以實現變頻，因此其對MCU的要求很高。如果抽油煙機需要實現液晶顯示、延時控制等功能，MCU還需要諸如串行通信、定時器等專用外設。瑞薩電子為電機變頻控制開發了包括78K0/IY2、78K0/IA2、78K0/IB2、uPD78F0712、uPD78F0714、uPD789842和uPD780988等一系列的8位MCU。它們和16位MCU一樣集成了內部的硬件乘法器、功能強大的定時器、多個通用寄存器、快速的指令運行系統、可編程脈沖發生器、獨立的變頻控制模塊。專有的硬件功能使得這些8位MCU更適合中小功率的180°變頻抽油煙機。

    由于180°變頻抽油煙機的控制中要用到各種數學變換，變換中有很多乘法運算，因此對MCU要求有快速的乘法運算。瑞薩電子8位MCU的硬件乘法器能夠更快執行電機矢量控制的各種變換算法，使抽油煙機反應更快。如果180°變頻抽油煙機的電機控制涉及到解耦控制、PID計算，則要求MCU有較強的運算能力和指令運行速度，而一般8位MCU則難以滿足要求。

    180°變頻抽油煙機要求MCU接受風扇轉速傳感器反饋的信息以進行電機控制。瑞薩電子的這些8位MCU具有多達6個外部中斷輸入，省卻硬件捕獲單元對抽油煙機風扇速度傳感器信號進行分析，降低抽油煙機內部電機控制方案的成本。而32個8位（16個16位）通用寄存器特有的 Bank結構使得抽油煙機的直流無刷電機的180度矢量控制程序運行效率更高。

    180°變頻抽油煙機屬于中高檔類的廚房電器，需要MCU能提供定制的個性化功能。瑞薩電子8位MCU的可編程脈沖發生器（PPG）能指定脈沖寬度、脈沖周期，可用于抽油煙機風扇轉速或者風量顯示并簡化軟件的編程，另外還提供在線自編程功能，存儲抽油煙機設置參數而無需外部EEPROM，節省成本的同時也省卻空間，尤其適合低成本的180°變頻抽油煙機控制。

    此外，這些MCU還具有帶2個自由中斷專用變頻控制模塊，以在PWM周期的任意時刻產生中斷，根據用戶需要的任意時刻對電流進行采樣；專用于控制PWM高阻態輸出的獨立外部信號輸入，可在非正常情況下快速停止風扇的轉動；以及8位的可編程死區控制(死區時間范圍：0.1 s～25.6 s)等。圖2顯示了8位變頻控制MCU的主要特點，表2則這些功能給出了詳細說明。

圖2 ：瑞薩電子（原NEC電子部分）MCU的特點

    表2：變頻控制用的8位MCU特點180°變頻抽油煙機系統設計

    瑞薩電子開發了一套基于8位MCU ――uPD78F071x的低成本180°變頻抽油煙機方案HS/DC-8，該方案包括電源和電機控制部分(見圖3)。

圖3：HS/DC-8系統構成

    HS/DC-8正是利用8位MCU的特有的硬件功能來實現抽油煙機的180°變頻。HS/DC-8適用于額定容量為20W~1kW中小功率的BLDC電機，6~120Hz的電氣角頻率和0.5Wb以下的永磁磁通。

    相比其他半導體廠商MCU的180°變頻抽油煙機方案，HS/DC-8具有以下優勢：

    低損耗：MCU中專用的變頻控制的定時器，可實現兩相調制的低損耗PWM方式，可將抽油煙機中電機控制部分的功率開關管損耗降低30％左右，從而延長抽油煙機風扇控制的壽命；

    高效率、低噪聲：由于MCU的硬件乘法器可以快速的實現180°矢量控制算法，方案中又加入了自動相位控制，確保抽油煙機運行時耗能最小；

    低成本：8位MCU節省外部的EEPROM和內部的硬件捕獲單元，使得MCU成本降低。

圖4 ：180°變頻抽油煙機方案

    圖4是180變頻抽油煙機方案實物圖。可以看出，180°變頻抽油煙機方案，硬件電路板可安裝在電機的側面端蓋中，以減小抽油煙機總體積。

    專業的技術支持

    用戶除了能獲得瑞薩電子8位MCU低成本、高性能帶來的好處，在180°變頻抽油煙機產品開發過程還可以獲得瑞薩電子授權代理商世強電訊提供的下列技術支持服務：

    a)      應用咨詢：在方案具體應用時，世強電訊可根據客戶具體的抽油煙機設計需求，提供電機使用的建議，例如使用什么樣的電機可以達到節能、成本最低的效果。

    b)      方案設計：180°變頻抽油煙機方案需要根據具體的產品市場、用戶對象定制不同的功能。世強電訊可幫助客戶在產品設計中，為變頻抽油煙機量身訂制，修改HS/DC-8的方案。

    c)      硬件參考設計：HS/DC-8可以提供硬件參考設計并且給用戶預備了功能豐富的外部硬件接口，實際用戶使用時需要設計產品自身的硬件接口以便能對HS/DC-8進行外部的控制。例如可以增加通訊硬件功能，人機界面硬件功能。

    d)      軟件設計：HS/DC-8已經提供了豐富的保護和定制功能，以適應各種不同的180°變頻抽油煙機產品，世強電訊可以幫助用戶設定參數，產品軟件調試等。■