随着人们对生活品质要求的逐渐提升，各种能带来舒适体验的变频家电陆续走入家庭，这其中，变频冰箱以其更好的制冷效果和更稳定的温度控制，迅速取代了定频冰箱成为家庭新购入家电的首选。显而易见的，冰箱压缩机的变频控制方案成为这种优势体现的核心要素。
本文以中颖SH79F2201为例介绍中颖变频冰箱压缩机方案，该方案经过长时间的量产检验，目前已服务于各品牌厂商；同时，SH79F2201变频冰箱方案也是中颖变频冰箱系列方案中的基础方案，其他更多或更高要求的方案也均是在此基础上进行了扩展和升级，如您感兴趣，可直接联系中颖电子。
一、主控芯片简介
1.1 SH79F2201的引脚图：
1.2 SH79F2201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
- 可硬件实现FOC算法所需的低通滤波、PI控制和坐标变换
● Program ROM（Flash）：32K字节
● Program RAM: 8K 字节
● Data RAM：1.5K字节
● 类EEPROM：最大1K字节
● 工作电压：
- fSYS=128K-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
● 37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
- 3种计数模式，单次计数模式，边沿对齐模式，中心对齐模式（中心对齐互补模式下支持对称和非对称波形）
- 带死区产生逻辑及故障检测功能
- PWM周期内可设置多个时刻硬件触发ADC功能
- 可设置后分频系数
- 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
● 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）
1.3 SH79F2201的框图：
二、SH79F2201变频冰箱方案
2.1 基本特性：
–PLL锁相环位置估计算法
–弱磁及最优电流控制
–154V~264V电压范围
–-5度~43度环温范围
–单电阻采样算法
–内置运放实现差分放大及采样
–内置比较器完成硬件过流保护
–过压/欠压，堵转/失步，过温/过载，缺相保护
–集成度高，低BOM成本
2.2 整体方案框图：
*上述方案为单变频板，功率器件选用IPM或HVIC+IGBT均可
2.3 无感FOC算法框图
变频冰箱方案为速度控制，因此上述双闭环控制为基本算法框图，其中观测器使用全维反电势观测器或磁链观测器结合PLL跟踪电机速度及角度，如下：
反电势自适应观测器
锁相环
2.4 单电阻采样方案
压缩机变频控制主流均采用单电阻采样，节省BOM成本，一致性好
- 载波5K
- PWM计数归零时刻进入中断，增计数时读取ADC两次触发电流并解耦，完成
FOC计算下一周期占空比及采样点；
- 满周期时刻更新占空比及采样点
- 半个载波周期内计算完成，电流控制延时最小
2.5 移相策略
由于单电阻采样需要在有效矢量期间进行，当有效矢量宽度无法满足最小采样窗口是，常规需要对PWM波形做移相处理。由于SH79F2201的协处理器集成了SVPWM波形生成以及对PWM波形的饱和及移相的硬件运算，因此在PWM波形生成的部分节省了很多软件开销。使用SH79F2201完成一次FOC算法中从UdUq到SVPWM直到移相波形生成，总体执行时间少于3us。
2.6 软件框图
2.7 电流波形及长周期一致性
2.8 原理图及PCB实物
来源：中颖电子
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