[发明专利]内置运放的MCU芯片及其在变频冰箱上的应用

说明书

本发明公开了一种内置运放的MCU芯片，所述MCU芯片内部集成运算放大器、电阻和二选一选择器组成的放大偏置电路模块，直接把三相逆变器下桥臂串入的小电阻两端电压送到MCU芯片进行处理以及后续的坐标变换计算；同时，在MCU芯片内部集成了硬件加速模块。本发明还提供了内置运放的MCU芯片在变频冰箱上的应用。本发明采用MCU芯片内置运放搭建偏置放大电路，明显降低了印刷电路的设计复杂度以及BOM成本；MCU芯片内硬件化CORDIC算法以及FOC坐标变换计算的硬件加速模块，可以明显减少算法执行时间，提高计算精度，从而提升压缩机的运转性能。

技术领域

本发明涉及一种MCU芯片及其在变频冰箱上的应用方法，属于集成电路、电机矢量控制和印刷电路领域。

背景技术

目前的冰箱变频控制方案大多采用主控制器加压缩机变频控制器的方式，压缩机变频控制器按照主控制器的转速命令控制压缩机的运转。压缩机变频控制器大多采用FOC算法，需要采集IU,IV,IW三相电流，通过坐标变换，双闭环PI控制器，采用SVPWM调制方法，控制三相逆变器的上下桥臂的通断，从而实现对压缩机的变频控制。采集电流时，通常在三相逆变器下桥臂串入一个小电阻，将电流转化为电压进行采集，由于三相电流可正可负，在印刷电路板上需要每一相电流使用一个集成运放进行电压的偏移和放大，这样的电路设计很复杂，且BOM成本高。坐标变换运算涉及三角函数的计算，比较耗时，目前大多采用查表的方式，但查表方式只是选取离散值，精度不高，会影响压缩机运转性能。

发明内容

为了克服现有变频冰箱变频控制器的印刷电路设计复杂、BOM成本高、FOC算法坐标变换中的三角函数计算耗时，查表精度不高等问题，本发明提供了一种内置运放和硬件加速模块的MCU芯片来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种内置运放的MCU芯片，所述MCU芯片内部集成运算放大器、电阻和二选一选择器组成的放大偏置电路模块，直接把三相逆变器下桥臂串入的小电阻两端电压送到MCU芯片进行处理以及后续的坐标变换计算；同时，在MCU芯片内部集成了硬件加速模块。

更进一步的方案是：

采用三电阻电流采样方案，用两路ADC同时采集两路下桥臂导通时间最长的相电流，另一相电流则由基尔霍夫电流定律计算得出，相电流通过串联的小电阻转化为电压，电压在ADC有效转化范围内靠近参考电压，更好发挥ADC的转化精度，上述偏置放大电路由两个运算放大器和可调电阻组成两个通路，可调电阻可以调节电压范围；下桥臂导通时间最长的两相电流是不断变化的，在两路偏置放大电路之前分别设计一个二选一的选择电路，将三相电流中的其中一相IW接入两个二选一电路，IU单独接入其中一个二选一电路，IV单独接入另一个二选一电路，如此可以实现IU/IV，IU/IW，IV/IW任意组合的两相电流同时采集。

更进一步的方案是：

MCU芯片内部集成的硬件加速模块，是将CORDIC算法用硬件描述语言来实现，从而实现三角函数的硬件加速运算，CORDIC算法的统一结构是

其中

S_n＝±1，取m＝0时，为圆周系统，可完成硬件乘除运算；取m＝1时，为线性系统，可完成硬件三角函数和反三角函数运算；取m＝-1时，为双曲系统，可完成双曲正弦、双曲余弦、指数、对数及开方运算。

更进一步的方案是：

将CORDIC算法的统一结构由硬件实现，完成FOC算法中的CLARK变换、PARK变换以及逆PARK变换的硬件运算，具体为：

针对FOC算法中的CLARK变换PARK变换逆PARK变换分别实现了硬件化。

本发明还提供了前述内置运放的MCU芯片在变频冰箱上的应用，是用于变频冰箱的变频控制。