必易微首推基于DAAC™架构的单相感应电机控制器，重新定义交流电机调速

单相感应电机只需要单相市电电源供电即可工作，可靠简单，是最早进入家电应用领域的电机种类之一。据相关统计，目前 大部分的家用落地扇、吊扇、空调外机、厨房烟机等家用电器仍然采用单相感应电机。在诸多单相感应电机类型中，更常见的是如图1所示的电容运行电机，启动电容和启动绕组始终都参与工作。

图 1 单相感应电容运行电机

大多电机工作过程中经常面临调速的问题，单相感应电机也不例外。如家用电扇要切换转速挡位实现不同的出风量。传统常见的调速方式有抽头调速和可控硅斩波调速。

抽头调速

辅助绕组分出若干抽头，通过机械开关接不同的绕组实现电机调速。一般单相感应电机是基于满载工况优化设计，通过改变抽头组合让部分辅助绕组产生反向抵消磁场来实现减速目的。电机满载工况下绕组磁场接近正交的圆形，噪音和效率表现相对较好；低速工况下抽头绕组结构改变让电机运行失去了对称性，偏向椭圆磁场，转矩脉动的分量增加，效率降低，噪音变大。此时电机偏离了原有优化的状态，电机转速虽然降下来了，但其输入功率却没有成比例下降，还经常伴随着恼人的电磁噪音。从某种意义来说，抽头调速是靠绕组间“出力抵消“，消耗能量来达到调速目的。此外，多抽头结构也不利于电机标准化生产。

图 2 单相感应电机抽头调速

可控硅调速

抽头调速只能实现有限挡位调速，某些应用需要实现无级调速或闭环调速，如空调风机，或者高端风扇要求产生连续的睡眠风和自然风。在这样的应用场合，前面的调速方式显然无法满足要求。某些家电厂采用可控硅斩波实现单相感应电机的调压调速，即将交流市电经双向可控硅斩波后加到电机负载。连续改变可控硅导通角，调节等效的电机电压实现无级调速。但工频的可控硅斩波导致电机输入电压波形严重失真，功率因数变差，因此这种可控硅调速也同样存在严重的电磁噪音问题。

图3. 单相感应电机可控硅调速

近年来一些家电厂商推出了低压无刷直流电机(BLDC)方案，该类方案可以解决上述调速带来的噪音和能效痛点问题，但系统复杂，还需要一个额外的电源适配器，整机系统价格相对昂贵，尚无法完全取代单相感应电机。而传统单相感应电机依然占据相当大的市场份额。

必易微首推 DAAC™方案

为了解决行业单相感应电机噪音大，低能效，无法深度调速问题，必易微首先推出基于专利直接交流-交流（Direct AC-AC Converter, DAAC^TM）拓扑架构的解决方案。

图4. 直接交流-交流转换器 DAAC™ 概念图

如图 5 所示，功率半导体器件构建的 DAAC^TM开关网络搭配必易微 DAAC^TM 控制器 KP8620XXG，将输入正弦交流电压转换成正弦包络的高频交流斩波电压，该输出等效电压可通过占空比控制。与可控硅斩波调速不同的是，必易微 DAAC^TM 方案高频开关分量可以很容易被感性的电机绕组滤除，从而只保留低失真的正弦电压，实现全负载静音运行。同时，必易微 DAAC^TM 方案天然支持输出斩波占空比无级调速。

图5. KP8620XXG 典型应用电路

KP8620XXG 可实现高功率密度，高效率，高功率因数和低谐波的单相交流电机无级调速方案。内置专利单相交流电机控制算法，集成高压自供电功能，内置高压自举二极管，实现高压半桥驱动。支持多种调速方式：PWM，电压/电阻和光耦调速，同时提供电网电压同步检测信号输出。集成有完备的保护功能，包括：VDD  欠压保护 (UVLO)、内部过热保护、逐周期电流限制、外部可调节式过热保护 (OTP)、桥臂间及桥臂对地短路保护等。此外，KP8620XXG VDD 管脚还可以对外提供 12V，高达 28mA（输入 110Vac）电流，可以给外部 MCU供电。

DAAC^TM 方案优势 1：低噪音

DAAC^TM 架构对电机始终保持提供可调的低失真度交流正弦电压。这种调压调速方式不破坏绕组物理结构和电气参数，中低速工况下可以最大程度保证主绕组和辅助绕组的对称性运行。接近圆形的磁场和低谐波电压让电机运行地更加安静。图 6 是DAAC^TM 驱动下电机输入电压波形（粉红）和电机输入电流波形（青色）；表 1 则给出了一个典型的 DAAC^TM 转换效率，功率因数以及 THD 测试结果。从实验结果可以看出 DAAC^TM 具有优异的 PF 和 THD 表现。

图6.DAAC^™ 典型工作输出电压电流波形

表1. 一个典型的 DAAC^™ 转换效率，功率因数以及 THD 测试结果

DAAC^TM 方案优势 2：高效无级调速

图 7 给出了一台 36W 单相感应电机立扇输入功率随转速变化对比曲线，其中蓝色和红色曲线分别对应传统抽头方案和 DAAC^TM 调速方案。作为对比参照，传统抽头调速方案只能离散三档调速，而且难以深度调速，最低转速依然超过额定转速的一半。过去经常可以发现一个现象，风扇已经调到最低挡位了可还是感觉风速太大，这是因为传统抽头低档位效率过低，继续通过抽头降低转速，绕组会有过热烧坏风险。DAAC^TM 方案则可以轻松实现从满载到深度轻载的高效率无级调速。基于 DAAC^TM调速方案最低转速可达到 200 转/min（输入功率 5W）甚至更低，而传统方案在最低挡位却高达 850 转/min（输入功率 26W），而在同样转速下 DAAC^TM 方案只需要 17W，输入功率整整减少了 35%。这意味着采用传统抽头方案的“低档位“要消耗额外 9W 或更多的热功率，这无疑加速了电机设备的老化。

图7. 调速曲线对比

DAAC^TM 方案优势 3：适用终端类型广泛

必易微 DAAC^TM 方案鲁棒性高，对电机参数不敏感，支持多种类型感应电机调速，包括电容电机，罩极电机，串励电机和 PG 电机等。同时还支持多台相同种类或不同种类感应电机并联运行。

图8. DAAC^™ 支持多种类型单相电机调速

DAAC^TM 方案优势 4：标准化单相电机生产工艺

基于 DAAC^TM 的调速方案无需抽头，绕组结构简单。相比于传统带有复杂抽头绕组的电机，无抽头电机的生产制造效率显然可以显著提高。据某合作电机厂商了解，无抽头的单绕组电机生产效率至少可以提高 15%。更重要的是，为了满足不同客户的调速规格，一个电机厂需要给抽头电机配备几十上百种电机料号，这给物料的管理带来沉重的负担。而基于 DAAC^TM 调速的电机则不存在这个问题，电机厂商只要配备功率和电压相关若干料号即可。这将有益于降低传统单相感应电机的制造成本。

图9. 标准化单绕组电机

另外早期单相感应电机生产采用下线式绕组，用铜量大，生产效率低；现在普遍采用内绕式生产工艺，提高了生产效率，但内绕式电机噪音表现不如下线式电机。而测试结果表明，采用 DAAC^TM 调速方案可以降低内绕式电机噪音。必易微正寻求合作的电机厂商将 DAAC^TM 调速方案集成到电机端头，实现一体化“傻瓜式调速”电机，大大缩短下游厂商的研发周期。

图10. 基于 DAAC^™ 的一体化调速电机

总结

必易微首家推出基于 DAAC^TM 架构的单相感应电机控制器，有效解决了传统单相感应电机调速遇到的噪音、低效和无法深度调速等问题。KP8620XXG 提供了专利的 DAAC^TM 控制算法，集成开关驱动，过流保护，过温检测等多种功能，是打造新一代单相感应电机驱动方案的利器。必易微重新定义单相感应电机调速！