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恒悅平臺-注冊首頁【嗶哥嗶特導讀】智能變頻水泵是維持水族箱環(huán)境健康穩(wěn)定的重要設(shè)備，同時它也是保障流動的水質(zhì)的循環(huán)性，使魚兒的觀賞性達到最佳狀態(tài)。本期《半導體器件應(yīng)用》雜志便對一款來自創(chuàng)寧智能變頻水泵CN-8300 進行拆機圖解，從節(jié)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(shè)計？哪些器件技術(shù)品質(zhì)能帶來的體驗。
包裝正面印有產(chǎn)品具體型號及基本外觀包裝內(nèi)含有水泵機體、控制器和使用說明書水泵電源線米，智能控制器線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(nèi)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(qū)動模塊BPP 10250DS系列，新一代三相電機驅(qū)動模塊，主要為小功率電機驅(qū)動應(yīng)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，記錄了當時莊子與惠子在濠梁橋上賞魚時發(fā)出的哲學辯論性“抬扛”過程。倆人從最初的漫步游玩到觀察魚兒所引發(fā)的頭腦風暴，反映了他們關(guān)注的表達方式始終是流動變換的。
然而，相較于古代人臨水賞魚的滔滔不絕，現(xiàn)代人的賞魚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，還會注重在配件技術(shù)上所帶來科技感。伴隨著科技的發(fā)展，這種喜好更逐漸從單一容器向機械電子化魚類生態(tài)系統(tǒng)演變。如今，一個現(xiàn)代化的魚類生態(tài)平衡系統(tǒng)水族箱里，科技產(chǎn)品的成本占比已高達60~80%，而魚類的成本只占20%左右。由此可見現(xiàn)代人對于科技設(shè)備的重視程度。
目前可知的是，基礎(chǔ)版的生態(tài)水族箱中就包括有：過濾循環(huán)系統(tǒng)（水泵、過濾器材等）；照明系統(tǒng)（燈管）；恒溫系統(tǒng)（加熱棒、溫度計等）；監(jiān)測系統(tǒng)（水質(zhì)傳感器等）。其中過濾循環(huán)系統(tǒng)被譽為水族箱的心臟，過濾循環(huán)系統(tǒng)加上水泵，可以帶動整個水循環(huán)，是維持水族箱環(huán)境健康穩(wěn)定的重要設(shè)備，同時流動的水質(zhì)也能使魚兒的觀賞性達到最佳狀態(tài)。
本期《半導體器件應(yīng)用》雜志便對一款來自創(chuàng)寧智能變頻水泵CN-8300 進行拆機圖解，從節(jié)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(shè)計？哪些器件技術(shù)品質(zhì)能帶來的體驗效果？
水泵是一種由泵裝置和電機一體化設(shè)計的輸送液體的機械設(shè)備，一般是由泵體、揚水管、泵座、潛水電機和起動保護裝置組成。在水泵工作運轉(zhuǎn)之前，吸入管和泵內(nèi)需要充滿液體，當電機開始工作運轉(zhuǎn)后，葉輪通過高速旋轉(zhuǎn)，帶動設(shè)備中的液體隨著葉片一并旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，飛離葉輪向水族箱內(nèi)射出，接著液體在泵殼內(nèi)擴散速度會逐漸減慢，壓力逐漸增加，最后再從泵口的排出管排出。
在外觀設(shè)計上，智能變頻水泵與普通的水泵區(qū)別并不大，但變頻電機需要考慮電機運行到低轉(zhuǎn)速時的散熱問題，需要性能更為優(yōu)越的控制器實現(xiàn)智能控制、降低成本的效果。此外，兩者電機的差別還體現(xiàn)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(guī)中矩，屬于傳統(tǒng)臥式結(jié)構(gòu)設(shè)計，產(chǎn)品的長度為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，可防止無機酸堿鹽的侵蝕。
輸入端外殼表面標有水泵參數(shù)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：逆時針旋轉(zhuǎn)取下尾部濾水網(wǎng)與水泵蓋螺母，接著使用刮片沿著水泵輸入端外殼與泵體的縫隙撬開，便可取下外殼蓋；
第三步：同樣是無從入手，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，只需手握轉(zhuǎn)子的一頭輕輕向外拉，便可取出整個轉(zhuǎn)子組件；
散熱和靜音一直以來都是電機性能兩個非常重要的參考指標，目前越來越多水族箱產(chǎn)品都趨向于采用直流無刷電機，因為去掉碳刷后，大大減少了電機在運轉(zhuǎn)時的摩擦力，而且在設(shè)計方面還會特別在底座下配置加厚的減震橡膠軟墊，減少工作時震動產(chǎn)生的噪音，實現(xiàn)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，使用直流無刷電機的設(shè)計會容易通過機構(gòu)檢測審查；另一方面則是提高了產(chǎn)品在工作時的整體效率，同時還降低了產(chǎn)品開發(fā)與后期維護的成本。
另外，該款智能變頻水泵CN-8300 采用純銅無刷電機，在耐用性和動力性上要比普通電機更好，相較傳統(tǒng)鋁轉(zhuǎn)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、震動幅度小、噪音低、低成本、體積小、重量輕。
轉(zhuǎn)子組件方面，采用了陶瓷軸芯，屬于高耐磨材質(zhì)，高轉(zhuǎn)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(tǒng)金屬鋼軸的10倍以上，同時由于重量輕，高速轉(zhuǎn)動時對外圈的離心作用可降低50%，進而在使用壽命大大延長。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，所以無法得知品牌與型號。通過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(gòu)為ARM最新的Cortex-M23內(nèi)核，主頻高達72MHz，配備了64KB的嵌入式閃存及8KB的SRAM，配合內(nèi)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(zhí)行效率相比市場同類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個支持三相脈寬調(diào)制PWM輸出和霍爾采集接口的16位高級定時器和多達5個的16位通用定時器、1個16位基本定時器，1個高速軌到軌輸入/輸出模擬電壓比較器，1個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(yīng)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(nèi)核的高性能電機驅(qū)動專用芯片，ME集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM等諸多硬件模塊，可硬件自動完成電機FOC/BLDC運算控制; 8051內(nèi)核用于參數(shù)配置和日常事務(wù)處理，雙核并行工作實現(xiàn)各種高性能電機控制。其中8051內(nèi)核大部分指令周期為1T或2T，芯片內(nèi)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(nèi)置高壓LDO，適用于BLDC/PMSM電機的方波、SVPWM/SPWM、FOC驅(qū)動控制。
油煙機、室內(nèi)機、吊扇、落地扇、吸塵器、電吹風、工業(yè)風機、水泵、壓縮機、電動車、電動工具、航模等。
?、垤`動微MM32SPIN222Cqa系列，該芯片是使用高性能的 ARM® CortexTM-M0 為內(nèi)核的 32 位微控制器(MCU)，內(nèi)嵌三相半橋柵極驅(qū)動器與 MOSFET。MCU 最高工作頻率可達 96MHz，內(nèi)置高速存儲器，豐富的增強型 I/O 端口和外設(shè)連接到外部總線 個 16 位通用定時器、1 個 32位通用定時器、1 個高級 PWM 定時器，還包含標準的 UART 通信接口與特有的單線雙向通信接口。
內(nèi)建 LDO 線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(xù)供應(yīng)電流為 1.5A，具有過溫保護和欠壓鎖定保護功能，可以進入待機模式，保證低功耗應(yīng)用的要求。
此外，據(jù)靈動微向半導體器件應(yīng)用網(wǎng)透露，Mind SPIN系列MCU產(chǎn)品是針對直流無刷電機驅(qū)動所量身打造。如果是應(yīng)用于小功率12V的魚缸水泵產(chǎn)品，該款SPIN222C 集成了三相MOSFET、預驅(qū)以及LDO，可以在小空間內(nèi)發(fā)揮最大的功能。
雖然標識有點模糊，但從略顯痕跡的商標中可發(fā)現(xiàn)，該器件是屬于士蘭微電子的電源管理芯片。筆者通過器件產(chǎn)品庫對比，該型號為士蘭微SDH8302S系列，是用于開關(guān)電源的內(nèi)置高壓 MOSFET 的電流模式 PWM 控制器。
內(nèi)置高壓啟動電路。在輕載下會進入打嗝模式，從而有效地降低系統(tǒng)的待機功耗。具有降頻功能，進一步優(yōu)化輕載條件下的轉(zhuǎn)換效率。具有抖頻功能，能夠改善 EMI 特性。具有軟啟動功能，能夠減小器件的應(yīng)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，內(nèi)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 過壓保護，前沿消隱，輸出短路保護，過流保護，過溫保護等。且保護后，電路會不斷自動重啟，直到系統(tǒng)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(yīng)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(diào)制器、開關(guān)電源、不間斷電源(UPS)等領(lǐng)域，而且它具備具有開關(guān)特性好、反向恢復時間短、耐壓高、正向電流大、體積小、安裝簡便等優(yōu)點。
該模塊內(nèi)置的柵極驅(qū)動（HVIC）基于智能驅(qū)動技術(shù)，采用優(yōu)化的柵級電阻選項提升EMI 性能和改善功耗，同時提供欠壓保護（UVLO）和溫度感測（TS）功能。內(nèi)置6個快恢復MOSFET和3 個自舉二極管（BSD）簡化了PCB 設(shè)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(nèi)置高壓柵極驅(qū)動（HVIC），單電源供電，包含欠壓保護（UVLO）以及 HVIC溫度感測功能◆內(nèi)置自舉二極管（Bootstrap Diode），簡化系統(tǒng)設(shè)計
→兩個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：外觀一致性好；有良好自愈性；抗?jié)裥詮?；能承受大電流；壽命長，耐過電壓優(yōu)良。
需要說明的是，據(jù)華威電子向半導體器件應(yīng)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PWM占空比的控制，調(diào)整占空比的大小來控制電流大小，達到控制轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的目的，提高電機運行效率，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驅(qū)動電路來改變電機的轉(zhuǎn)速，在相對更高轉(zhuǎn)速度和更低轉(zhuǎn)速度的情況下實現(xiàn)FOC控制，分別讓電機中的轉(zhuǎn)子有轉(zhuǎn)動的趨勢，而且在到達穩(wěn)定之后或者之前；改變導通的兩相，使得轉(zhuǎn)子在該磁場下繼續(xù)轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)動以及換向，使電機運行時更加安靜與節(jié)能，據(jù)官方數(shù)據(jù)介紹，噪音分貝在35-40之間。
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