單相交流電機通常用于諸如風(fēng)扇之類的家用物品中，當(dāng)使用多個離散繞組來設(shè)定速度時，它們的速度可以很容易地控制。在本文中，我們構(gòu)建了一個數(shù)字控制器，允許用戶控制電機速度和運行時間等功能。本文還包括一個支持 NEC 協(xié)議的紅外接收器電路，其中電機可以通過按鈕或紅外發(fā)射器接收的信號進(jìn)行控制。

為此，GreenPAK? SLG46620 IC 用作負(fù)責(zé)這些不同功能的基本控制器：用于激活一種速度（三種速度中的一種）的多路復(fù)用電路、3 周期倒數(shù)計時器和接收信號的紅外解碼器外部紅外信號，提取并執(zhí)行所需命令。

如果我們看一下電路的功能，我們會注意到同時使用了幾個離散的功能：多路復(fù)用、定時和 IR 解碼。由于在單個 IC 中缺乏可用的獨特解決方案，制造商經(jīng)常使用許多 IC 來構(gòu)建電子電路。GreenPAK IC 的使用使制造商能夠使用單個芯片來包含許多所需的功能，從而降低系統(tǒng)成本和制造監(jiān)督。

該系統(tǒng)及其所有功能都經(jīng)過測試，以確保正常運行。最終電路可能需要針對所選電機進(jìn)行特殊修改或附加元件。

為了檢查系統(tǒng)是否正常運行，在 GreenPAK 設(shè)計器仿真器的幫助下生成了輸入測試用例。仿真驗證輸出的不同測試用例，并確認(rèn) IR 解碼器的功能。最終設(shè)計還用實際電機進(jìn)行了測試以確認(rèn)。

三速交流風(fēng)扇電機

三速交流電機是由交流電驅(qū)動的單相電機。它們通常用于各種家用機器，例如各種類型的風(fēng)扇（壁扇、臺扇、箱扇）。與直流電機相比，交流電機的速度控制相對復(fù)雜，因為必須改變輸送電流的頻率才能改變電機速度。風(fēng)扇和制冷機等電器通常不需要細(xì)粒度的速度，但需要低、中、高速等離散步驟。對于這些應(yīng)用，交流風(fēng)扇電機有幾個內(nèi)置線圈，設(shè)計用于多種速度，通過為所需速度的線圈通電來實現(xiàn)從一種速度到另一種速度的變化。

我們在這個項目中使用的電機是一個 3 速交流電機，它有 5 根線：3 根線用于速度控制，2 根線用于電源和一個啟動電容器，如下圖 2 所示。一些制造商使用標(biāo)準(zhǔn)顏色編碼的電線進(jìn)行功能識別。電機的數(shù)據(jù)表將顯示特定電機的電線識別信息。

項目分析

在本文中，GreenPAK IC 配置為執(zhí)行從紅外發(fā)射器或外部按鈕等來源接收的給定命令，以指示以下三個命令之一：

On/Off：系統(tǒng)在每次解釋此命令時打開或關(guān)閉。On/Off 的狀態(tài)將隨著 On/Off 命令的每個上升沿而反轉(zhuǎn)。

定時器：定時器運行 30、60 和 120 分鐘。在第四個脈沖時，定時器關(guān)閉，定時器周期恢復(fù)到原來的定時狀態(tài)。

速度：控制電機的速度，從電機的速度選擇線 （1，2，3） 連續(xù)迭代激活的輸出。

紅外解碼器

IR 解碼器電路用于接收來自外部 IR 發(fā)射器的信號并激活所需的命令。我們采用 NEC 協(xié)議是因為它在制造商中很受歡迎。NEC協(xié)議使用“脈沖距離”對每一位進(jìn)行編碼；使用 38 kHz 頻率載波的信號傳輸每個脈沖需要 562.5 us。邏輯 1 信號的傳輸需要 2.25 ms，而邏輯 0 信號的傳輸需要 1.125 ms。圖 3 說明了根據(jù) NEC 協(xié)議的脈沖串傳輸。它由 9 ms AGC 突發(fā)，然后是 4.5 ms 空間，然后是 8 位地址，最后是 8 位命令組成。注意地址和命令傳輸兩次；第二次是 1 的補碼（所有位反轉(zhuǎn)）作為奇偶校驗，以確保接收到的消息是正確的。

GreenPAK 設(shè)計

IC 設(shè)計是在免費的基于 GUI 的GreenPAK Designer 軟件中構(gòu)建的。完整的設(shè)計文件可以在這里找到。

接收到的消息的相關(guān)位在幾個階段被提取。首先，使用 CNT2 和 2 位 LUT1 從 9ms AGC 突發(fā)指定消息的開頭。如果檢測到這一點，則通過 CNT6 和 2L2 指定 4.5ms 空間。如果報頭正確，則 DFF0 輸出設(shè)置為高電平以允許接收地址。塊 CNT9、3L0、3L3 和 P DLY0 用于從接收到的消息中提取時鐘脈沖。該位值取自 IR_CLK 信號的上升沿，距 IR_IN 上升沿 0.845ms。

然后使用 2LUT0 將解釋的地址與存儲在 PGEN 中的地址進(jìn)行比較。2LUT0 為異或門，PGEN 存儲取反后的地址。PGEN 的每一位依次與輸入信號進(jìn)行比較，每次比較的結(jié)果與 IR-CLK 的上升沿一起存儲在 DFF2 中。

如果在地址中檢測到任何錯誤，則 3 位 LUT5 SR 鎖存器輸出變?yōu)楦唠娖?，以防止比較消息的其余部分（命令）。如果接收到的地址與 PGEN 中存儲的地址匹配，則消息的后半部分（命令和反轉(zhuǎn)命令）被定向到 SPI，以便可以讀取和執(zhí)行所需的命令。CNT5 和 DFF5 用于指定地址的結(jié)束和命令的開始，其中 CNT5 的“計數(shù)器數(shù)據(jù)”等于地址的 18:16 脈沖以及前兩個脈沖（9ms、4.5ms）。

如果完整地址（包括標(biāo)題）已正確接收并存儲在 IC 中（在 PGEN 中），則 3L3 或門輸出向 SPI 的 nCSB 引腳提供低電平信號以被激活。SPI 因此開始接收命令。

SLG46620 IC 有 4 個 8 位長度的內(nèi)部寄存器，因此可以存儲四個不同的命令。DCMP1 用于將接收到的命令與內(nèi)部寄存器進(jìn)行比較，并設(shè)計了一個 2 位二進(jìn)制計數(shù)器，其 A1A0 輸出連接到 DCMP1 的 MTRX SEL#0 和#1，以將接收到的命令依次連續(xù)地與所有寄存器進(jìn)行比較。

使用 DFF6、DFF7、DFF8 和 2L5、2L6、2L7 構(gòu)建了帶鎖存器的解碼器。該設(shè)計操作如下；如果A1A0=00，則將 SPI 輸出與寄存器 3 進(jìn)行比較。如果兩個值相等，則 DCMP1 在其 EQ 輸出端給出高電平信號。由于A1A0=00，這將激活 2L5，因此 DFF6 會輸出一個高電平信號，表示已接收到信號 On/Off。同樣，對于其余的控制信號，CNT7 和 CNT8 配置為“雙沿延遲”以產(chǎn)生時間延遲，并允許 DCMP1 在輸出值被 DFF 保持之前改變其輸出狀態(tài)。

On/Off 命令的值存儲在寄存器 3 中，定時器命令存儲在寄存器 2 中，速度命令存儲在寄存器 1 中。

速度多路復(fù)用器

為了切換速度，構(gòu)建了一個 2 位二進(jìn)制計數(shù)器，其輸入脈沖由連接到 Pin4 的外部按鈕或來自命令比較器通過 P10 的 IR 速度信號接收。在初始狀態(tài)Q1Q0 =11時，通過從 3 位 LUT6 對計數(shù)器的輸入施加脈沖，Q1Q0 依次變?yōu)?10、01，然后變?yōu)?00 狀態(tài)?？紤]到所選電機中只有三種速度可用，使用 3 位 LUT7 跳過 00 狀態(tài)。On/Off 信號必須為高電平才能激活控制過程。因此，如果 On/Off 信號為低電平，則禁用激活的輸出并關(guān)閉電機，如圖 6 所示。

定時器

實現(xiàn)了一個 3 周期定時器（30 分鐘、60 分鐘、120 分鐘）。為了創(chuàng)建控制結(jié)構(gòu)，一個 2 位二進(jìn)制計數(shù)器從連接到 Pin13 的外部定時器按鈕和 IR 定時器信號接收脈沖。計數(shù)器使用 Pipe Delay1，其中 Out0 PD num 等于 1，Out1 PD num 等于 2，方法是為 Out1 選擇反極性。在初始狀態(tài) Out1， Out0 = 10中，定時器被禁用。之后，通過對 Pipe Delay1 的輸入 CK 施加一個脈沖，輸出狀態(tài)依次變?yōu)?11、01、00，將 CNT/DLY 反轉(zhuǎn)為每個激活狀態(tài)。CNT0、CNT3、CNT4 被配置為作為“上升沿延遲”運行，其輸入源自 CNT1 的輸出，該輸出被配置為每 10 秒發(fā)出一個脈沖。

延遲 30 分鐘：

30 x 60 = 1800 秒÷ 10 秒間隔 = 180 位

因此，CNT4 的計數(shù)器數(shù)據(jù)為 180，CNT3 為 360，CNT0 為 720。一旦時間延遲結(jié)束，一個高電平脈沖通過 3L14 傳輸?shù)?3L11，導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)閉。如果通過連接到 Pin12 的外部按鈕或通過 IR_ON/OFF 信號關(guān)閉系統(tǒng)，則定時器將復(fù)位。

*如果您想使用電子開關(guān)，您可以使用雙向可控硅或固態(tài)繼電器代替機電繼電器。

* 硬件去抖動器（電容器、電阻器）用于按鈕。

結(jié)果

作為設(shè)計評估的第一步，使用了 GreenPAK 軟件模擬器。在輸入上創(chuàng)建虛擬按鈕，并監(jiān)控與開發(fā)板上的輸出相對的外部 LED。Signal Wizard 工具用于生成類似于 NEC 格式的信號，以方便調(diào)試。

產(chǎn)生了一個模式為 0x00FF5FA0 的信號，其中 0x00FF 是對應(yīng)于存儲在 PGEN 中的反轉(zhuǎn)地址的地址，而 0x5FA0 是對應(yīng)于 DCMP 寄存器 3 中的反轉(zhuǎn)命令的命令，用于控制開/關(guān)功能。系統(tǒng)在初始狀態(tài)下處于OFF狀態(tài)，但在施加信號后，我們注意到系統(tǒng)開啟。如果地址中的單個位已更改并且重新應(yīng)用信號，我們注意到?jīng)]有任何反應(yīng)（地址不兼容）。

啟動 Signal Wizard 一次后（使用有效的 On/Off 命令）：

結(jié)論

本文重點介紹用于控制 3 速交流電機的 GreenPAK IC 的配置。它包含多種功能，例如循環(huán)速度、生成 3 周期定時器以及構(gòu)建與 NEC 協(xié)議兼容的 IR 解碼器。GreenPAK 在集成多種功能方面已經(jīng)證明了其有效性，所有這些都在低成本和小面積 IC 解決方案中。