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恒悅平臺-注冊首頁(yè)【嗶哥嗶特導讀】智能變頻水泵是維持水族箱環(huán)境健康穩定的重要設備，同時(shí)它也是保障流動(dòng)的水質(zhì)的循環(huán)性，使魚(yú)兒的觀(guān)賞性達到最佳狀態(tài)。本期《半導體器件應用》雜志便對一款來(lái)自創(chuàng )寧智能變頻水泵CN-8300 進(jìn)行拆機圖解，從節能、高效、靜音的角度看看一款合格的水泵到底需要哪些器件設計？哪些器件技術(shù)品質(zhì)能帶來(lái)的體驗。
包裝正面印有產(chǎn)品具體型號及基本外觀(guān)包裝內含有水泵機體、控制器和使用說(shuō)明書(shū)水泵電源線(xiàn)米，智能控制器線(xiàn)米水泵底部一覽尾部濾水網(wǎng)水泵組件一覽PCB板正面一覽FU6832L 功能框圖MM32SPIN222C 內部 MCU 模塊框圖鋁散熱片由兩顆自攻螺絲固定在芯片上鋁散熱片 中間涂有導熱硅脂鋁散熱片下方為晶豐明源的三相全橋驅動(dòng)模塊BPP 10250DS系列，新一代三相電機驅動(dòng)模塊，主要為小功率電機驅動(dòng)應用提供高效可靠的逆變器解決方案。→共模電感 其主要作用是隔離共模信號，衰減外部共模干擾，濾除EMI干擾，從而降低對電源的影響。CD110X鋁電解電容尼吉康（Nichicon ）CS 系列鋁電解電容器，電容值為68µF，電壓為400V，具有10000小時(shí)負載壽命。CS系列具有寬溫度范圍、200到450V的額定電壓范圍及高波紋電流。Nichicon CS系列鋁電解電容器NTC熱敏電阻，10Ω，直徑11毫米，用于抑制電源浪涌電流KBP307直插式整流橋
這是一段出自于《莊子﹒秋水》寓言中的對話(huà)，記錄了當時(shí)莊子與惠子在濠梁橋上賞魚(yú)時(shí)發(fā)出的哲學(xué)辯論性“抬扛”過(guò)程。倆人從最初的漫步游玩到觀(guān)察魚(yú)兒所引發(fā)的頭腦風(fēng)暴，反映了他們關(guān)注的表達方式始終是流動(dòng)變換的。
然而，相較于古代人臨水賞魚(yú)的滔滔不絕，現代人的賞魚(yú)表達方式卻更為含蓄和多樣化，例如人們不僅喜歡搗鼓其周邊產(chǎn)品，還會(huì )注重在配件技術(shù)上所帶來(lái)科技感。伴隨著(zhù)科技的發(fā)展，這種喜好更逐漸從單一容器向機械電子化魚(yú)類(lèi)生態(tài)系統演變。如今，一個(gè)現代化的魚(yú)類(lèi)生態(tài)平衡系統水族箱里，科技產(chǎn)品的成本占比已高達60~80%，而魚(yú)類(lèi)的成本只占20%左右。由此可見(jiàn)現代人對于科技設備的重視程度。
目前可知的是，基礎版的生態(tài)水族箱中就包括有：過(guò)濾循環(huán)系統（水泵、過(guò)濾器材等）；照明系統（燈管）；恒溫系統（加熱棒、溫度計等）；監測系統（水質(zhì)傳感器等）。其中過(guò)濾循環(huán)系統被譽(yù)為水族箱的心臟，過(guò)濾循環(huán)系統加上水泵，可以帶動(dòng)整個(gè)水循環(huán)，是維持水族箱環(huán)境健康穩定的重要設備，同時(shí)流動(dòng)的水質(zhì)也能使魚(yú)兒的觀(guān)賞性達到最佳狀態(tài)。
本期《半導體器件應用》雜志便對一款來(lái)自創(chuàng )寧智能變頻水泵CN-8300 進(jìn)行拆機圖解，從節能、高效、靜音的角度看看一款合格的水泵到底需要哪些器件設計？哪些器件技術(shù)品質(zhì)能帶來(lái)的體驗效果？
水泵是一種由泵裝置和電機一體化設計的輸送液體的機械設備，一般是由泵體、揚水管、泵座、潛水電機和起動(dòng)保護裝置組成。在水泵工作運轉之前，吸入管和泵內需要充滿(mǎn)液體，當電機開(kāi)始工作運轉后，葉輪通過(guò)高速旋轉，帶動(dòng)設備中的液體隨著(zhù)葉片一并旋轉，在離心力的作用下，飛離葉輪向水族箱內射出，接著(zhù)液體在泵殼內擴散速度會(huì )逐漸減慢，壓力逐漸增加，最后再從泵口的排出管排出。
在外觀(guān)設計上，智能變頻水泵與普通的水泵區別并不大，但變頻電機需要考慮電機運行到低轉速時(shí)的散熱問(wèn)題，需要性能更為優(yōu)越的控制器實(shí)現智能控制、降低成本的效果。此外，兩者電機的差別還體現在功能、尺寸、扭矩、精度以及速度等幾大方面。
創(chuàng )寧CN-8300智能變頻功率為13W，水泵體積中規中矩，屬于傳統臥式結構設計，產(chǎn)品的長(cháng)度為17cm,寬度為7cm，高度為9cm（手工測量，存在±1mm誤差）；外部采用ABS塑料材質(zhì)，具備良好的耐水性，可防止無(wú)機酸堿鹽的侵蝕。
輸入端外殼表面標有水泵參數信息功率：13W電壓：220V-240V，電源頻率：50HZ水泵最大流量：3m水泵最大液量：2000L/H
第一步：逆時(shí)針旋轉取下尾部濾水網(wǎng)與水泵蓋螺母，接著(zhù)使用刮片沿著(zhù)水泵輸入端外殼與泵體的縫隙撬開(kāi)，便可取下外殼蓋；
第三步：同樣是無(wú)從入手，所以使用螺絲刀從邊角位置暴力分離葉輪室與水泵機體；
第四步：由于上一步葉輪室已拆開(kāi)，只需手握轉子的一頭輕輕向外拉，便可取出整個(gè)轉子組件；
散熱和靜音一直以來(lái)都是電機性能兩個(gè)非常重要的參考指標，目前越來(lái)越多水族箱產(chǎn)品都趨向于采用直流無(wú)刷電機，因為去掉碳刷后，大大減少了電機在運轉時(shí)的摩擦力，而且在設計方面還會(huì )特別在底座下配置加厚的減震橡膠軟墊，減少工作時(shí)震動(dòng)產(chǎn)生的噪音，實(shí)現高效的降噪。
不僅如此，在高效率、環(huán)保等質(zhì)量標準的要求下，使用直流無(wú)刷電機的設計會(huì )容易通過(guò)機構檢測審查；另一方面則是提高了產(chǎn)品在工作時(shí)的整體效率，同時(shí)還降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與后期維護的成本。
另外，該款智能變頻水泵CN-8300 采用純銅無(wú)刷電機，在耐用性和動(dòng)力性上要比普通電機更好，相較傳統鋁轉子電機，它具備了九大優(yōu)勢包括有：損耗低、效率高、溫升比低、可靠性高、震動(dòng)幅度小、噪音低、低成本、體積小、重量輕。
轉子組件方面，采用了陶瓷軸芯，屬于高耐磨材質(zhì)，高轉速磨損量極低，有利于提高工作速度，并達到較高的精度。使用壽命是傳統金屬鋼軸的10倍以上，同時(shí)由于重量輕，高速轉動(dòng)時(shí)對外圈的離心作用可降低50%，進(jìn)而在使用壽命大大延長(cháng)。適宜于在海水、腐蝕惡劣和溫差變化較為劇烈的條件下作業(yè)。
第三步：PCB板上仍有兩顆自攻螺絲，分別卸下，便可取下固定在芯片上的鋁散熱片；
由于該款產(chǎn)品主控芯片缺乏標識，所以無(wú)法得知品牌與型號。通過(guò)對比三款同樣功率的水泵主控芯片產(chǎn)品供大家參考。
?、僬滓讋?chuàng )新GD32E230C8T6 系列，芯片架構為ARM最新的Cortex-M23內核，主頻高達72MHz，配備了64KB的嵌入式閃存及8KB的SRAM，配合內置的硬件乘法器、除法器和加速單元，在最高主頻下的工作性能可達55DMIPS，CoreMark測試可達154分。同主頻下的代碼執行效率相比市場(chǎng)同類(lèi)Cortex-M0產(chǎn)品提高40%，相比Cortex-M0+產(chǎn)品也提高30%以上。
芯片集成了1個(gè)支持三相脈寬調制PWM輸出和霍爾采集接口的16位高級定時(shí)器和多達5個(gè)的16位通用定時(shí)器、1個(gè)16位基本定時(shí)器，1個(gè)高速軌到軌輸入/輸出模擬電壓比較器，1個(gè)12位2.6M SPS采樣率的高性能ADC。適合各種電機控制和變頻應用。
?、诜鍗G科技FU6832系列，該芯片一款集成電機控制引擎(ME)和8051內核的高性能電機驅動(dòng)專(zhuān)用芯片，ME集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM等諸多硬件模塊，可硬件自動(dòng)完成電機FOC/BLDC運算控制; 8051內核用于參數配置和日常事務(wù)處理，雙核并行工作實(shí)現各種高性能電機控制。其中8051內核大部分指令周期為1T或2T，芯片內部集成有高速運算放大器、比較器、Pre-driver、高速ADC、高速乘/除法器、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、多種TIMER、PWM等功能，內置高壓LDO，適用于BLDC/PMSM電機的方波、SVPWM/SPWM、FOC驅動(dòng)控制。
油煙機、室內機、吊扇、落地扇、吸塵器、電吹風(fēng)、工業(yè)風(fēng)機、水泵、壓縮機、電動(dòng)車(chē)、電動(dòng)工具、航模等。
?、垤`動(dòng)微MM32SPIN222Cqa系列，該芯片是使用高性能的 ARM® CortexTM-M0 為內核的 32 位微控制器(MCU)，內嵌三相半橋柵極驅動(dòng)器與 MOSFET。MCU 最高工作頻率可達 96MHz，內置高速存儲器，豐富的增強型 I/O 端口和外設連接到外部總線(xiàn) 個(gè) 16 位通用定時(shí)器、1 個(gè) 32位通用定時(shí)器、1 個(gè)高級 PWM 定時(shí)器，還包含標準的 UART 通信接口與特有的單線(xiàn)雙向通信接口。
內建 LDO 線(xiàn)V 電壓，適合為 MCU 和外部組件供電。 MM32SPIN222C 產(chǎn)品系列輸入電壓為 3V ~ 15V，最大連續供應電流為 1.5A，具有過(guò)溫保護和欠壓鎖定保護功能，可以進(jìn)入待機模式，保證低功耗應用的要求。
此外，據靈動(dòng)微向半導體器件應用網(wǎng)透露，Mind SPIN系列MCU產(chǎn)品是針對直流無(wú)刷電機驅動(dòng)所量身打造。如果是應用于小功率12V的魚(yú)缸水泵產(chǎn)品，該款SPIN222C 集成了三相MOSFET、預驅以及LDO，可以在小空間內發(fā)揮最大的功能。
雖然標識有點(diǎn)模糊，但從略顯痕跡的商標中可發(fā)現，該器件是屬于士蘭微電子的電源管理芯片。筆者通過(guò)器件產(chǎn)品庫對比，該型號為士蘭微SDH8302S系列，是用于開(kāi)關(guān)電源的內置高壓 MOSFET 的電流模式 PWM 控制器。
內置高壓?jiǎn)?dòng)電路。在輕載下會(huì )進(jìn)入打嗝模式，從而有效地降低系統的待機功耗。具有降頻功能，進(jìn)一步優(yōu)化輕載條件下的轉換效率。具有抖頻功能，能夠改善 EMI 特性。具有軟啟動(dòng)功能，能夠減小器件的應力，防止變壓器飽和。有 VDD 打嗝功能，不僅防止 VDD 欠壓重啟，也有效地降低待機功耗。
同時(shí)，內部還集成了各種異常狀態(tài)的保護功能，包括：VDD 欠壓保護，VDD 過(guò)壓保護，前沿消隱，輸出短路保護，過(guò)流保護，過(guò)溫保護等。且保護后，電路會(huì )不斷自動(dòng)重啟，直到系統正常為止。
兩顆魯光電子的快恢復二極管LGE RS1M系列，最高等級和電子特性為25℃環(huán)境溫度、單相，半波，60Hz，電子或感應負載，對于電容式負載，可使電流減少20%。
目前快恢復二極管廣泛用于PWM脈寬調制器、開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源(UPS)等領(lǐng)域，而且它具備具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復時(shí)間短、耐壓高、正向電流大、體積小、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。
該模塊內置的柵極驅動(dòng)（HVIC）基于智能驅動(dòng)技術(shù)，采用優(yōu)化的柵級電阻選項提升EMI 性能和改善功耗，同時(shí)提供欠壓保護（UVLO）和溫度感測（TS）功能。內置6個(gè)快恢復MOSFET和3 個(gè)自舉二極管（BSD）簡(jiǎn)化了PCB 設計。每一相獨立的負直流端子，支持各種保護機制和控制算法。
◆內置高壓柵極驅動(dòng)（HVIC），單電源供電，包含欠壓保護（UVLO）以及 HVIC溫度感測功能◆內置自舉二極管（Bootstrap Diode），簡(jiǎn)化系統設計
→兩個(gè)圣融達的金屬化聚丙烯膜抑制電磁電源干擾用方塊電容器MPX /MKP–X2，104K額定電壓為275V。特點(diǎn)：外觀(guān)一致性好；有良好自愈性；抗濕性強；能承受大電流；壽命長(cháng)，耐過(guò)電壓優(yōu)良。
需要說(shuō)明的是，據華威電子向半導體器件應用網(wǎng)透露，該款電容器并不是出自華威電子產(chǎn)品系列，屬于商標被盜用行為。
首先在變頻方面，替代型號的MCU可確保支持精確的電機位置檢測，通過(guò)PWM占空比的控制，調整占空比的大小來(lái)控制電流大小，達到控制轉矩和轉速的目的，提高電機運行效率，減少芯片外設元件的數量。
其次，利用了晶豐明源高效三相電機驅動(dòng)電路來(lái)改變電機的轉速，在相對更高轉速度和更低轉速度的情況下實(shí)現FOC控制，分別讓電機中的轉子有轉動(dòng)的趨勢，而且在到達穩定之后或者之前；改變導通的兩相，使得轉子在該磁場(chǎng)下繼續轉動(dòng)，從而實(shí)現電機的轉動(dòng)以及換向，使電機運行時(shí)更加安靜與節能，據官方數據介紹，噪音分貝在35-40之間。
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