优化风扇解决方案的能效

为了减少家庭能源使用，天花板和其他家用风扇正在从大型重型单相交流感应电机 （ACIM） 迁移到更小、更轻、更高效的三相无刷直流 （BLDC） 或具有更高功率密度的永磁同步电机 （PMSM）。

优化您的风扇解决方案

从高压单相 ACIM 更改为低压三相 PMSM/BLDC 电机需要两级电源转换电路。首先，反激式整流电路将90−265 VAC输入功率转换为中间直流电压。该电压用于旋转 BLDC 或 PMSM 电机，因此它应该处于与预期电机匹配的电压范围内。在我们的吊扇参考设计中，中间电压设置为 32 伏。

反激式电路保持高功率因数校正 （PFC） 比也很重要。即使在低风扇速度条件下，我们的参考设计也能将 PFC 保持在 0.9 或更高。这样做可以减少供电系统的负载，并避免在PFC低于该负载时可能产生的罚款或额外费用。

然后，中间 32 V 通过 MCP10 峰值电流模式 PWM DC/DC 转换器降至 16331 V。这用于为三个 MIC4605 半桥 MOSFET 栅极驱动器高效供电，这些驱动器根据 dsPIC 数字信号控制器 （DSC®） PWM 输出的指示打开和关闭六个 MOSFET。通过高效的 MIC10 低压差 （LDO） 稳压器进一步将 3 伏电压降至 3.5205V，为 dsPIC DSC 电机控制器本身供电。

选择用于参考设计的组件是为了优化物料清单 （BOM） 以实现最少的组件数量并实现最低成本。例如，高度集成的dsPIC33CK64MC102 DSC包括两个用于电机相电流放大的运算放大器和一个用于检测过流情况的比较器，从而节省了使用外部电路的空间和成本。代替双分流或三分流电机相电流测量电路，使用单电流实现方案进一步降低成本和空间。由此产生的紧凑的圆形 10 厘米直径板适合典型风扇电机的顶部，类似于实际的最终产品解决方案。BOM 还符合中国 RoHS 50 和欧盟 REACH 标准。

为了获得最高的能效、最大的电机扭矩输出和安静的运行，dsPIC DSC 运行具有正弦 PWM 输出的高级磁场定向控制 （FOC） 算法。初始位置检测 （IPD） 软件算法可确保风扇在启动时正确移动方向。当风扇风车或需要改变风扇方向时，飞行启动和制动算法可提供平稳重启。

为了支持进一步定制，四个通用输入/输出 （GPIO） 引脚被引入电路板边缘。这些引脚可由软件配置为通用异步收发器 （UART） 或串行外设接口 （SPI） 或用于输入捕获功能。这允许用户创建与各种传感器或通信协议（如红外 （IR）、蓝牙®、Wi-Fi® 或专有家庭自动化协议）的接口。

此低压吊扇参考设计提供了针对能效进行优化的风扇解决方案。您可以以 300 RPM 的速度运行吊扇，仅消耗 ~17.5W，大约与两个 LED（相当于 60W）灯泡所需的功率大致相同。以此参考设计为起点，可以在很短的时间内创建理想的风扇解决方案。

审核编辑：郭婷