随着人们对物质文明追求的提高，越来越多人对居住环境的要求也越来越高，尤其伴随着80、90后逐渐成为电器产品消费的中坚力量，手持式的清洁工具进入了他们开始独立生活的首选名单，而手持式吸尘器价格亲民，操作方便，愈加得到人们的青睐。
据统计，欧美国家地区占全球吸尘器销售量达63%,而亚洲地区仅占7%。我国覆盖率现阶段仅为11%,而像美、日市场均接近于饱和状态，故我国的市场经营规模还未开启，如按照必须品的覆盖率(>90%)预计，吸尘器的潜在性自销总量就超出四亿台。故而未来几年吸尘器仍具有广大的市场空间。
与传统电机控制方案相似，目前市面吸尘器控制方案分为六步无感方波驱动和无感FOC驱动两种，由于FOC驱动方式对吸尘器电机的平稳性、能效比均有较好的提升，实测数据显示FOC驱动方式效率能比方波驱动方式提高2~3个百分比以上，这使得无感FOC的驱动方式越来越普遍。
基于中颖SH79F2211的无感FOC方案，是十分适合手持式吸尘器应用的一款方案，主控MCU集成前置Driver，使得外围元器件更加简洁，PCB板更加精巧；无感FOC采用成熟的SMO+PLL观测器，能快速的获取电机转子实时位置，做到高精度的FOC控制，大大提升了电机的控制效率。
1. 主控芯片简介：
SH79F2211是一款48Pin内置预驱的MCU，有TQFP和QFN两种封装形式可供选择：
SH79F2211的引脚图：
SH79F2211的主要特性：
- 基于8051指令流水线结构的8位单片机
- 最高84MHz系统工作频率
- 集成算术协处理器（MDU+CORDIC+SVPWM）
- 单周期32bit硬件移位单元
- 单周期16 X 16bit硬件乘法
- 9周期32 / 16bit硬件除法
- 单周期32bit+32bit加法
- 硬件CORDIC协处理器（圆函数）
- 两套操作数结果寄存器组可切换
- Q格式数据乘法/除法自动移位
- 可选带饱和的乘加运算
- 带移相功能的SVPWM生成支持五段式和七段式
- 硬件实现FOC算法所需的低通滤波、PI控制和坐标变换
- 集成三相全桥MOSFET/IGBT 门极驱动
- 栅极浮动电压最高250V
- HO高端输出与MCU高端输入同相
- LO低端输出与MCU低端输入反相
- 驱动能力+1.2A/-1.4A
- 内置保护逻辑，防止上下桥直通
- 内置驱动电源VCC/浮动电源VBS欠压保护
- 集成VCC/VBS欠压保护功能，输出关闭
- 集成15V开关电源稳压器（DCDC1）
- 3种计数模式，单次计数/边沿对齐/中心对齐模式
- 带死区产生逻辑及故障检测功能, 可设置后分频系数
- PWM周期内可设置多个时刻硬件触发ADC功能
- PWM管脚顺序可选（代码选项）
-
中断源：
- 定时器2/3/4
- 外部中断2、3
- 捕捉中断0/1/2
- ADC
- EUART0、1，SPI
- PWM周期，归零和占空比中断
- 模拟比较器1/2
- PWM4周期中断
-
10+3通道12位1M sps高速模数转换器（ADC），自动触发ADC功能，12通道转换结果缓冲功能
-
内建多输入模拟施密特比较器器CMP1（可使用AVDD分压值作为比较基准）
-
内建两个高速模拟放大器OP1/2，OP2可当作多输入比较器CMP2使用
- 集成5V线性稳压器（LDO5）
-输入电压7～18V（典型为DCDC1输出15V）
-输出电压5V(常温:±2%)
-输出电流：最大100mA
-集成短路保护功能
- Flash ROM：32K字节
- RAM：1.5K字节
- 类EEPROM：2048字节
- MCU工作电压：fOSC=400k -84MHz，VDD= 2.4V - 5.5V
- 高频振荡器：
- 内部RC高频振荡器：8MHz（全范围1%精度）
- 内部集成无需外接电容的PLL，最高输出84MHz
- 低频振荡器：内部RC低频振荡器：128KHz
- 最多27个CMOS双向I/O管脚
- I/O内建上拉电阻
- 3个16位定时器/计数器T2/T3/T4
- 三路捕捉功能，保存捕捉触发条件下的捕捉定时器值
- 脉冲宽度调制模块（MCM）
- 8路（4对）16位PWM输出，每对PWM支持互补或独立模式，输出极性可单独控制
- 2套增强型UART：UART0、UART1
- 1路8bit无死区PWM输出PWM4
- SPI接口（主/从模式）
- 双线串行接口TWI（主模式）
- 内建的低电压复位功能（代码选项）
- LVR电压1：4.1V
- LVR电压2：2.5V
-
CPU机器周期：
- 1振荡周期
-
看门狗定时器（WDT）
-
内建振荡器预热计数器
-
低功耗工作模式：
- 空闲模式
- 掉电模式
-
Flash型
-
40位可读MCU识别码
-
工作环境温度-40～+105℃
-
单线仿真接口（同时支持四线仿真接口）
-
封装：
- TQFP48 / QFN48
SH79F2211内部方框图：
以上可知，SH79F2211硬件资源强大，运算高效，特别适合单电阻无感FOC方案。目前中颖无感FOC吸尘器最高电转速能做到150000RPM以上，电机效率达到50%以上，软件程序调试方便快捷，可以轻松胜任目前市面上绝大多数手持式吸尘器的应用要求。
二、电机控制算法简介：
1）无感方案框图：
基于中颖SH79F2211的单电阻无感FOC观测器方案采用成熟的全维SMO+PLL方案，算法响应速度快，实时跟踪精度高，参数配置简单，可直接闭环启动：
电机的αβ 坐标系下的状态方程
反电动势观测器方程
速度观测器方程
2）单电阻硬件移相：
为节约成本及占用更小的PCB布局面积，电机的电流采样通过单电阻实现，但转子在某些位置会使得单电阻采样进入非观测区，此时，F2211内置的硬件饱和移相功能会自动调整PWM波形进而实现电流采样重构：
3）弱磁策略：
吸尘器在实际工况中，往往会被部分异物堵住进风口或滤网，此时为保证吸尘器的吸力足够，通常需要通过弱磁手段提高电机的转速，保证恒功率控制的要求：
4）F2211方案原理图：
F2211内置预驱，所以外围电路十分简单，这使得PCB板面积更小：
5）F2211方案静止启动波形：
6）F2211方案连续断电顺风启动波形：
7）F2211方案稳定运行波形：
8）F2211方案150000RPM波形：
9）F2211方案效率实测数据：
来源：中颖电子
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