作者简介：马剑彤，北京晶川电子 iMOTION™&IPM市场经理；杨勇，北京晶川电子电机驱动软件工程师；梁国柱，英飞凌科技（西安）有限公司系统研发高级经理

市场概述

近年来，我国持续加强推进清洁能源的开发和利用，减少对煤炭等传统能源的依赖，家电产品变频化已成为趋势；北方大力推进“煤改电”政策，空气源热泵行业蓬勃发展、进入高速增长期。

一个热泵客户要求加快研发进度，压缩研发周期，希望在两个月以内完成热泵永磁电机控制方案，尽早抢占市场先机。晶川电子迅速响应客户的需求，及时整合AE、FAE资源，积极支持此客户来进行研发，不到两个月，就配合客户完成了基于英飞凌iMotion™及英飞凌功率器件的热泵方案研发工作，使此客户顺利投入到热泵控制器的量产。

项目背景

热泵的工作原理与压缩式制冷机是一致的，在小型空调器中，为了充分发挥其效能，夏季空调降温或冬季取暖，都是使用同一套设备来完成。冬季取暖时，将空调器中的蒸发器与冷凝器通过一个换向阀来调换工作。

热泵的工作原理如图1所示。在夏季空调降温时，按制冷工况运行，由压缩机排出的高压蒸汽，经换向阀（又称四通阀）进入冷凝器；在冬季取暖时，先将换向阀转向热泵工作位置，于是由压缩机排出的高温高压气体，经换向阀后流入室内蒸发器（作冷凝器用），气体冷凝时释放出潜热，将室内空气加热，达到室内取暖目的，冷凝后的液态制冷剂，从反向流过节流装置进入冷凝器（作蒸发器用），吸收外界热量而蒸发，蒸发后的蒸汽经过换向阀后被压缩机吸入，完成制热循环。这样，将外界空气（或循环水）中的热量“泵”入温度较高的室内，故称为“热泵”。

图1. 热泵工作原理图示意图

采用变频控制技术，可以通过调节压缩机的频率（转速），实现制热（冷）量与房间冷（热）负荷的自动匹配，因此降低了损耗，提升综合效率；通过准确控制频率、功率，可以有效提升在极端天气情况下制热效果。

不管是热泵、洗衣机、料理机、风扇等等，总有电机驱动的，这类的应用大多采用永磁电机。永磁电机主要包括永磁无刷直流电机（BLDC）、或者永磁同步电机（PMSM）；永磁电机的驱动和控制设计，必须要从永磁电机的基础知识开始，需要了解永磁材料的特性、电机绕组的设计、电机内部磁场的分布、dq轴坐标系和空间矢量变换下的电机模型、还需要了解弱磁控制算法、还要知道功率角、功率因数、MPTA，还有太多的参数需要了解，在如此短的时间内开发出成品对所有人都是一个巨大的挑战；但是，英飞凌的iMotion™对这样的挑战却能发挥出其强大的优势。

基于英飞凌iMotion™平台的热泵设计思路

简单的介绍一下iMotionTM：

iMotion™是英飞凌一款用于调速驱动器的高度集成的产品系列。

iMotion™集成了无传感器磁场定向控制(FOC)所需的所有控制以及模拟接口功能。

iMOTION™采用英飞凌电机控制引擎 (MCE)，该引擎已获专利且经过实践验证，无需在电机控制算法开发过程中进行软件编码。

正是因为iMotion™具备如此强大的功能，客户不需要花太多精力在电机控制算法方面，大大降低客户的开发成本、缩短开发周期。借助MCEwizard和 MCEDesigner等强大工具，可在不到1小时的时间内启动并运行电机。当然了，要想把电机系统运行“好”，还是需要一定的功底的，晶川可以协助客户完成相关设计、调试、优化、量产工作。

基于iMotion™的热泵系统设计及相关图表