智能變頻泵是保持水族館環(huán)境健康穩(wěn)定的重要設(shè)備，也是保證流動(dòng)水質(zhì)的循環(huán)，使魚(yú)的觀賞性達(dá)到最佳狀態(tài)。本期《半導(dǎo)體設(shè)備應(yīng)用》雜志為創(chuàng)寧智能變頻泵提供了一款CN-8300 拆卸圖，從節(jié)能、高效、靜音的角度看合格的泵需要什么設(shè)備設(shè)計(jì)？哪些設(shè)備技術(shù)質(zhì)量可以帶來(lái)經(jīng)驗(yàn)。

      子非魚(yú)，安知魚(yú)之樂(lè)？子非吾，安知吾不知魚(yú)之樂(lè)？

      這一段來(lái)自莊子﹒《秋水》寓言中的對(duì)話(huà)記錄了莊子和惠子在濠梁橋賞魚(yú)時(shí)的哲學(xué)辯論過(guò)程。從最初的散步到觀察魚(yú)引起的頭腦風(fēng)暴，他們關(guān)注的表達(dá)方式總是流動(dòng)的。

      然而，與古人在水中欣賞魚(yú)的滔滔不絕相比，現(xiàn)代人欣賞魚(yú)的表達(dá)方式更加含蓄和多樣化。例如，人們不僅喜歡制造周?chē)漠a(chǎn)品，而且還關(guān)注配件技術(shù)帶來(lái)的技術(shù)感。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這一偏好逐漸從單一容器演變?yōu)闄C(jī)械化和電子化的魚(yú)類(lèi)生態(tài)系統(tǒng)。如今，在現(xiàn)代魚(yú)類(lèi)生態(tài)平衡系統(tǒng)的水族館中，科技產(chǎn)品的成本0%~80%，魚(yú)的成本只有20%左右。可見(jiàn)現(xiàn)代人對(duì)科技設(shè)備的重視。

      目前可以看出，生態(tài)水族館的基本版本包括：過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)（水泵、過(guò)濾設(shè)備等）；照明系統(tǒng)（燈管）；恒溫系統(tǒng)（加熱棒、溫度計(jì)等）；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（水質(zhì)傳感器等）。其中，過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)被稱(chēng)為水族館的心臟。過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)和水泵可以驅(qū)動(dòng)整個(gè)水循環(huán)。它是維持水族館環(huán)境健康穩(wěn)定的重要設(shè)備。同時(shí)，流動(dòng)水質(zhì)也能使魚(yú)的觀賞性達(dá)到最佳狀態(tài)。

      本期《半導(dǎo)體器件應(yīng)用》雜志為創(chuàng)寧智能變頻泵提供了一份CN-8300 拆卸圖，從節(jié)能、高效、靜音的角度看合格的泵需要什么設(shè)備設(shè)計(jì)？哪些設(shè)備技術(shù)質(zhì)量能帶來(lái)經(jīng)驗(yàn)效果？

      水族箱水泵的工作原理

      水泵是一種由泵裝置和電機(jī)集成設(shè)計(jì)的輸送液體的機(jī)械設(shè)備，一般由泵體、揚(yáng)水管、泵座、潛水電機(jī)和啟動(dòng)保護(hù)裝置組成。泵運(yùn)行前，吸入管和泵需要充滿(mǎn)液體。當(dāng)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)設(shè)備中的液體與葉片一起旋轉(zhuǎn)。在離心力的作用下，飛出葉輪到水族館 ** 排出，然后泵殼內(nèi)液體擴(kuò)散速度逐漸減慢，壓力逐漸增加，最后從泵口排出管排出。

      智能變頻泵的區(qū)別

      在外觀設(shè)計(jì)上，智能變頻泵與普通水泵沒(méi)有太大區(qū)別，但變頻電機(jī)在運(yùn)行到低速時(shí)需要考慮散熱問(wèn)題，需要性能更好的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)智能控制和降低成本。此外，兩臺(tái)電機(jī)的區(qū)別也體現(xiàn)在功能、尺寸、扭矩、精度和速度上。

      一、產(chǎn)品外觀展示

      紙箱包裝采用簡(jiǎn)單的白藍(lán)配色，印有創(chuàng)寧品牌和Slogan

  包裝正面印有產(chǎn)品的具體型號(hào)和基本外觀

  包裝包括泵體、控制器和使用說(shuō)明書(shū)

  水泵電源線(xiàn)長(zhǎng)2.7米，智能控制器線(xiàn)長(zhǎng)2米

      創(chuàng)寧CN-8300智能變頻功率13W，水泵體積規(guī)則，屬于傳統(tǒng)的水平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，產(chǎn)品長(zhǎng)度為17cm,寬度為7cm，高度為9cm(手工測(cè)量，存在±1mm誤差)；外部使用ABS耐水性好的塑料材料，可防止無(wú)機(jī)酸堿鹽的侵蝕。

  水泵底部一覽

      輸入端外殼表面標(biāo)有泵參數(shù)信息

  功率：13W

  電壓：220V-240V，電源頻率：50HZ

  大水泵流量：3m

  水泵大液量：20000L/H

  尾部濾水網(wǎng)

      (附件清單)出水口螺母、出水口O型密封圈

      控制面板正面一覽，包括：造浪、喂食、檔位、運(yùn)行等4個(gè)功能鍵

      控制面板背面清單

      二、產(chǎn)品拆解部分

      A.電機(jī)

      第一步：逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)取下尾濾網(wǎng)和泵蓋螺母，然后沿泵輸入端外殼與泵體之間的間隙撬開(kāi)刮刀，取下殼蓋；

      第二步：由于底部無(wú)法啟動(dòng)，使用螺絲刀將底座與泵體暴力分離；

      第三步：也沒(méi)有辦法開(kāi)始，所以用螺絲刀從葉輪室和水泵體的角落暴力分離；

      第四步：由于上一步葉輪室已拆開(kāi)，只需手握轉(zhuǎn)子的一頭輕輕向外拉，便可取出整個(gè)轉(zhuǎn)子組件；

  水泵組件清單

      封閉葉輪和轉(zhuǎn)子組件

      底座和四個(gè)橡膠墊

  電機(jī)部分

      冷卻和靜音一直是電機(jī)性能的兩個(gè)非常重要的參考指標(biāo)，越來(lái)越多的水族館產(chǎn)品傾向于使用直流無(wú)刷電機(jī)，因?yàn)槿コ妓⒑?，大大降低電機(jī)運(yùn)行摩擦，在設(shè)計(jì)中特別配置厚減震橡膠墊，減少工作振動(dòng)噪聲，實(shí)現(xiàn)高效降噪。

      不僅如此，在高效、環(huán)保等質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求下，DC無(wú)刷電機(jī)的設(shè)計(jì)將很容易通過(guò)機(jī)構(gòu)檢測(cè)和審查；另一方面，它提高了產(chǎn)品整體效率，降低了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和后期維護(hù)的成本。

      此外，智能變頻泵CN-8300 采用純銅無(wú)刷電機(jī)，耐久性和動(dòng)力優(yōu)于普通電機(jī)。與傳統(tǒng)鋁轉(zhuǎn)子電機(jī)相比，它具有損耗低、效率高、溫升比低、可靠性高、振動(dòng)范圍小、噪音低、成本低、體積小、重量輕等九個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

      轉(zhuǎn)子組件采用陶瓷軸芯，耐磨性高，高速磨損極低，有利于提高工作速度，達(dá)到較高的精度。使用壽命是傳統(tǒng)金屬鋼軸的10倍以上。同時(shí)，由于重量輕，高速旋轉(zhuǎn)時(shí)外圈的離心效應(yīng)可降低50%，大大延長(zhǎng)了使用壽命。適用于在海水、腐蝕和溫差變化較大的情況下工作。

      B.控制器

      第一步:用螺絲刀卸下背部四個(gè)固定螺絲；

      第二步:分別卸下PCB板表面角落的四個(gè)固定螺釘；

      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；

  PCB板正面一覽

      PCB板背面一覽

  主控面板部分

  正面

  由于該產(chǎn)品的主控芯片缺乏標(biāo)識(shí)，無(wú)法了解品牌和型號(hào)。通過(guò)比較三種相同功率的泵主控芯片產(chǎn)品您參考。

      ①　兆易創(chuàng)新GD32E230C8T6 系列芯片架構(gòu)為ARM最新的Cortex-M內(nèi)核23，主頻72MHz，配備了 ** KB嵌入式閃存和8KB的SRAM，最高主頻下內(nèi)置硬件乘法器、除法器和加速單元的工作性能可達(dá)55DMIPS，CoreMark測(cè)試可達(dá)154分。與市場(chǎng)同類(lèi)相比，同主頻下的代碼執(zhí)行效率更高Cortex-M0產(chǎn)品比0產(chǎn)品增加40%，Cortex-M0 產(chǎn)品也增加了30%以上。

      芯片集成支持三相脈寬調(diào)制PWM16位高級(jí)定時(shí)器、多達(dá)5位16位通用定時(shí)器、1位16位基本定時(shí)器、1位高速軌道輸入/輸出模擬電壓比較器、1位12位2位.6M SPS高性能的采樣率ADC。適用于各種電機(jī)控制和變頻應(yīng)用。

      方案特點(diǎn)

      ◆ 采用最新超值A(chǔ)rm Cortex-M23@72MHz內(nèi)核

      ◆ 快速找到轉(zhuǎn)子位置，實(shí)現(xiàn)500ms快速啟動(dòng)

      ◆ 減少斬波控制，降低溫升

      ◆ 高頻降噪

      ◆ 轉(zhuǎn)速智能控制

      ◆ 具有大功率運(yùn)行限制功能

      ◆ 多種操作模式

      ②　峰岹科技FU6832系列芯片集成電機(jī)控制引擎(ME)高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)專(zhuān)用芯片與8051核心，ME集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM許多其他硬件模塊，如，可以自動(dòng)完成電機(jī)FOC/BLDC操作控制； 8051核用于參數(shù)配置和日常事務(wù)處理，雙核并行工作，實(shí)現(xiàn)各種高性能電機(jī)控制。8051核的指令周期大多是1T或2T，芯片內(nèi)部集成有高速操作放大器、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(nèi)置高壓LDO，適用于BLDC/PM ** 電機(jī)的方波，SVPWM/SPWM、FOC驅(qū)動(dòng)控制。

  FU6832L 功能框圖

      FU6832有感啟動(dòng)無(wú)感運(yùn)行FOC應(yīng)用特點(diǎn)

      ◆FOC固化，運(yùn)行速度快

      ◆控制精度和效率高

      ◆靜音效果好

      ◆啟動(dòng)特性好

      ◆最低速度較低

      ◆硬件電路簡(jiǎn)單

      應(yīng)用場(chǎng)景

      無(wú)感/有感的 BLDC/PM ** 、三相/單相感應(yīng)電機(jī)、伺服電機(jī)。

      油煙機(jī)、室內(nèi)機(jī)、吊扇、落地扇、吸塵器、吹風(fēng)機(jī)、工業(yè)風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)、電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)工具、航模等。

  ③　靈動(dòng)微MM32SPIN222Cqa該芯片采用高性能 ARM? CortexTM-M 32 位微控制器為內(nèi)核(MCU)，內(nèi)嵌三相半橋格柵極驅(qū)動(dòng)器MOSFET。MCU 最高工作頻率可達(dá)966MHz，內(nèi)置高速存儲(chǔ)器，豐富的增強(qiáng) I/O 端口與外設(shè)連接到外部總線(xiàn)。MM32SPIN222C 系列包括 1 ADC、 4 16 通用定時(shí)器，1 32通用定時(shí)器，1 高級(jí) PWM 定時(shí)器還包括標(biāo)準(zhǔn) UART 通信接口與特有的單線(xiàn)雙向通信接口。

      內(nèi)建 LDO 線(xiàn)性穩(wěn)壓器提供 55V 電壓，適合 MCU 和外部部件供電。MM32SPIN222C 產(chǎn)品系列輸入電壓3V ~ 15V， 1.5A，具有過(guò)溫保護(hù)和欠壓鎖定保護(hù)功能，可進(jìn)入待機(jī)模式，保證低功耗應(yīng)用要求。

      此外，根據(jù)智能微向半導(dǎo)體器件應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，Mind SPIN系列MCU產(chǎn)品是為直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)量身定制的。如果用于小功率12V魚(yú)缸水泵產(chǎn)品SPIN222C 三相集成MOSFET、預(yù)驅(qū)以及LDO，大的功能可以在小空間內(nèi)發(fā)揮。

  MM32SPIN222C 內(nèi)部 MCU 模塊框圖

  雖然標(biāo)志有點(diǎn)模糊，但從略顯痕跡的商標(biāo)中可以發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備是一個(gè)屬于士蘭微電子的電源管理芯片。通過(guò)設(shè)備產(chǎn)品庫(kù)的比較，該型號(hào)為士蘭微SDH8302S該系列是用于開(kāi)關(guān)電源的內(nèi)置高壓 MOSFET 電流模式 PWM 控制器。

      主要特點(diǎn)：

      內(nèi)置高壓?jiǎn)?dòng)電路。打嗝模式將在輕載下進(jìn)入，從而有效降低系統(tǒng)的待機(jī)功耗。具有降頻功能，在輕載條件下進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)換效率。具有抖音功能，可提高 EMI 特性。具有軟啟動(dòng)功能，可降低設(shè)備應(yīng)力，防止變壓器飽和。VDD 打嗝不僅可以預(yù)防 VDD 欠壓重啟也能有效降低待機(jī)功耗。

  內(nèi)部還集成了各種異常狀態(tài)的保護(hù)功能，包括：VDD 欠壓保護(hù)，VDD 過(guò)壓保護(hù)、前沿消隱、輸出短路保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等。保護(hù)后，電路將自動(dòng)重啟，直到系統(tǒng)正常。

      應(yīng)用?

  離線(xiàn)開(kāi)關(guān)電源

  非隔離升壓降壓轉(zhuǎn)換器

  小家電

  兩個(gè)魯光電子快速恢復(fù)二極管LGE RS1M系列的最高級(jí)別和電子特性是25℃環(huán)境溫度，單相，半波，60Hz，對(duì)于電容負(fù)載，電子或感應(yīng)負(fù)載可以將電流降低20%。

      目前，快速恢復(fù)二極管應(yīng)用廣泛PWM脈寬調(diào)制器、開(kāi)關(guān)電源、不間斷電源(UPS)具有開(kāi)關(guān)特性好、反向恢復(fù)時(shí)間短、耐壓高、正電流大、體積小、安裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

      線(xiàn)性穩(wěn)壓芯片7559-2

      R250貼片電阻(通用型)

      一組3位LCD數(shù)碼管

      主控面板部分

  背面

  鋁散熱器由兩個(gè)自攻螺釘固定在芯片上

  鋁散熱器 中間涂有導(dǎo)熱硅脂

  晶豐明源三相全橋驅(qū)動(dòng)模塊在鋁散熱器下方BPP 10250DS新一代三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊系列主要為小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用提供高效可靠的逆變器解決方案。

      模塊內(nèi)置的柵極驅(qū)動(dòng)（HVIC）基于智能驅(qū)動(dòng)技術(shù)，采用優(yōu)化的柵級(jí)電阻選項(xiàng)進(jìn)行改進(jìn)EMI 性能，提高功耗，提供欠壓保護(hù)（UVLO）和溫度感測(cè)（TS）功能。內(nèi)置6個(gè)快恢復(fù)MOSFET自舉二極管3 （BSD）簡(jiǎn)化了PCB 設(shè)計(jì)。支持各種保護(hù)機(jī)制和控制算法的保護(hù)機(jī)制和控制算法。

      特性

      ◆內(nèi)置 6 5000V Rds(on)=3.3Ω(Max)快恢復(fù) MOSFET

  ◆內(nèi)置高壓柵極驅(qū)動(dòng)（HVIC），單電源供電包括欠壓保護(hù)（UVLO）以及 HVIC溫度感知功能

      ◆內(nèi)置自舉二極管（Bootstrap Diode），簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

      ◆高電平有效，3.3/5V 輸入施密特觸發(fā)器

      ◆采用低電磁干擾設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化

      ◆絕緣級(jí)別 1500Vrms/min

      紅色的圣融達(dá)MPP金屬化聚丙烯膜電容器 104J耐壓630V

  →共模電感 其主要功能是隔離共模信號(hào)，衰減外部共模干擾，過(guò)濾EMI干擾，從而減少對(duì)電源的影響。

      →兩個(gè)圣融達(dá)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)：外觀一致性好；自愈性好；抗?jié)裥詮?qiáng)；能承受大電流；使用壽命長(zhǎng)，耐過(guò)電壓好。

  CD110X鋁電解電容

      需要注意的是，根據(jù)華威電子對(duì)半導(dǎo)體設(shè)備應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的披露，該電容器不是華威電子產(chǎn)品系列，屬于商業(yè)標(biāo)被盜用行為。

  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(fù)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

   ZOV壓敏電阻，直徑10mm，電壓為470V

  NTC熱敏電阻，10Ω，直徑11毫米，用于抑制電源浪涌電流

   方型延時(shí)保險(xiǎn)絲，1.6A

  KBP307直插式整流橋

  全部拆解完畢

   半導(dǎo)體器件應(yīng)用總結(jié)

   半導(dǎo)體器件應(yīng)用網(wǎng)通過(guò)拆解了解到，該款智能變頻水泵通過(guò)集成諸多硬件模塊（參考替代MCU型號(hào)）、PWM信號(hào)控制、無(wú)傳感器三相智能驅(qū)動(dòng)模塊、高壓MOSFET以及電容電阻等架構(gòu)組成。

   首先在變頻方面，替代型號(hào)的MCU可確保支持精確的電機(jī)位置檢測(cè)，通過(guò)PWM占空比的控制，調(diào)整占空比的大小來(lái)控制電流大小，達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的目的，提高電機(jī)運(yùn)行效率，減少芯片外設(shè)元件的數(shù)量。

   其次，利用了晶豐明源高效三相電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，在相對(duì)更高轉(zhuǎn)速度和更低轉(zhuǎn)速度的情況下實(shí)現(xiàn)FOC控制，分別讓電機(jī)中的轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，而且在到達(dá)穩(wěn)定之后或者之前；改變導(dǎo)通的兩相，使得轉(zhuǎn)子在該磁場(chǎng)下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)以及換向，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)更加安靜與節(jié)能，據(jù)官方數(shù)據(jù)介紹，噪音分貝在35-40之間。

   再次，在AC-DC電路中得益于士蘭微的開(kāi)關(guān)電源芯片，不僅提供高精度恒壓和恒流輸出性能，而且具有快速響應(yīng)的電流限制功能，所以能夠很好的確保電子元器件的安全和穩(wěn)定。另外，在保護(hù)功能上，得益于各類(lèi)的電容器件性能加持，使得該產(chǎn)品具備了堵轉(zhuǎn)、無(wú)水、缺相、過(guò)壓保護(hù)等功能。

   正弦波控制的優(yōu)勢(shì)在于全程靜音，調(diào)高水流量高速運(yùn)轉(zhuǎn)下具有更高的電機(jī)效率。不過(guò)，這也對(duì)于控制器技術(shù)及電子元器件的要求也就更高。現(xiàn)如今，基于上述結(jié)構(gòu)的水族箱水泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)越來(lái)越受市場(chǎng)歡迎，無(wú)論是從結(jié)構(gòu)、功能、成本和可靠性等方面都可以為人們?cè)隰~(yú)類(lèi)觀賞體驗(yàn)中增添一份技術(shù)性的趣味。

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