恒悦平台-注册首页【哔哥哔特导读】智能变频水泵是维持水族箱环境健康稳定的重要设备，同时它也是保障流动的水质的循环性，使鱼儿的观赏性达到最佳状态。本期《半导体器件应用》杂志便对一款来自创宁智能变频水泵CN-8300 进行拆机图解，从节能、高效、静音的角度看看一款合格的水泵到底需要哪些器件设计？哪些器件技术品质能带来的体验。

　　包装正面印有产品具体型号及基本外观包装内含有水泵机体、控制器和使用说明书水泵电源线米，智能控制器线米水泵底部一览尾部滤水网水泵组件一览PCB板正面一览FU6832L 功能框图MM32SPIN222C 内部 MCU 模块框图铝散热片由两颗自攻螺丝固定在芯片上铝散热片 中间涂有导热硅脂铝散热片下方为晶丰明源的三相全桥驱动模块BPP 10250DS系列，新一代三相电机驱动模块，主要为小功率电机驱动应用提供高效可靠的逆变器解决方案。→共模电感 其主要作用是隔离共模信号，衰减外部共模干扰，滤除EMI干扰，从而降低对电源的影响。CD110X铝电解电容尼吉康（Nichicon ）CS 系列铝电解电容器，电容值为68µF，电压为400V，具有10000小时负载寿命。CS系列具有宽温度范围、200到450V的额定电压范围及高波纹电流。Nichicon CS系列铝电解电容器NTC热敏电阻，10Ω，直径11毫米，用于抑制电源浪涌电流KBP307直插式整流桥

　　这是一段出自于《庄子﹒秋水》寓言中的对话，记录了当时庄子与惠子在濠梁桥上赏鱼时发出的哲学辩论性“抬扛”过程。俩人从最初的漫步游玩到观察鱼儿所引发的头脑风暴，反映了他们关注的表达方式始终是流动变换的。

　　然而，相较于古代人临水赏鱼的滔滔不绝，现代人的赏鱼表达方式却更为含蓄和多样化，例如人们不仅喜欢捣鼓其周边产品，还会注重在配件技术上所带来科技感。伴随着科技的发展，这种喜好更逐渐从单一容器向机械电子化鱼类生态系统演变。如今，一个现代化的鱼类生态平衡系统水族箱里，科技产品的成本占比已高达60~80%，而鱼类的成本只占20%左右。由此可见现代人对于科技设备的重视程度。

　　目前可知的是，基础版的生态水族箱中就包括有：过滤循环系统（水泵、过滤器材等）；照明系统（灯管）；恒温系统（加热棒、温度计等）；监测系统（水质传感器等）。其中过滤循环系统被誉为水族箱的心脏，过滤循环系统加上水泵，可以带动整个水循环，是维持水族箱环境健康稳定的重要设备，同时流动的水质也能使鱼儿的观赏性达到最佳状态。

　　本期《半导体器件应用》杂志便对一款来自创宁智能变频水泵CN-8300 进行拆机图解，从节能、高效、静音的角度看看一款合格的水泵到底需要哪些器件设计？哪些器件技术品质能带来的体验效果？

　　水泵是一种由泵装置和电机一体化设计的输送液体的机械设备，一般是由泵体、扬水管、泵座、潜水电机和起动保护装置组成。在水泵工作运转之前，吸入管和泵内需要充满液体，当电机开始工作运转后，叶轮通过高速旋转，带动设备中的液体随着叶片一并旋转，在离心力的作用下，飞离叶轮向水族箱内射出，接着液体在泵壳内扩散速度会逐渐减慢，压力逐渐增加，最后再从泵口的排出管排出。

　　在外观设计上，智能变频水泵与普通的水泵区别并不大，但变频电机需要考虑电机运行到低转速时的散热问题，需要性能更为优越的控制器实现智能控制、降低成本的效果。此外，两者电机的差别还体现在功能、尺寸、扭矩、精度以及速度等几大方面。

　　创宁CN-8300智能变频功率为13W，水泵体积中规中矩，属于传统卧式结构设计，产品的长度为17cm,宽度为7cm，高度为9cm（手工测量，存在±1mm误差）；外部采用ABS塑料材质，具备良好的耐水性，可防止无机酸碱盐的侵蚀。

　　输入端外壳表面标有水泵参数信息功率：13W电压：220V-240V，电源频率：50HZ水泵最大流量：3m水泵最大液量：2000L/H

　　第一步：逆时针旋转取下尾部滤水网与水泵盖螺母，接着使用刮片沿着水泵输入端外壳与泵体的缝隙撬开，便可取下外壳盖；

　　第三步：同样是无从入手，所以使用螺丝刀从边角位置暴力分离叶轮室与水泵机体；

　　第四步：由于上一步叶轮室已拆开，只需手握转子的一头轻轻向外拉，便可取出整个转子组件；

　　散热和静音一直以来都是电机性能两个非常重要的参考指标，目前越来越多水族箱产品都趋向于采用直流无刷电机，因为去掉碳刷后，大大减少了电机在运转时的摩擦力，而且在设计方面还会特别在底座下配置加厚的减震橡胶软垫，减少工作时震动产生的噪音，实现高效的降噪。

　　不仅如此，在高效率、环保等质量标准的要求下，使用直流无刷电机的设计会容易通过机构检测审查；另一方面则是提高了产品在工作时的整体效率，同时还降低了产品开发与后期维护的成本。

　　另外，该款智能变频水泵CN-8300 采用纯铜无刷电机，在耐用性和动力性上要比普通电机更好，相较传统铝转子电机，它具备了九大优势包括有：损耗低、效率高、温升比低、可靠性高、震动幅度小、噪音低、低成本、体积小、重量轻。

　　转子组件方面，采用了陶瓷轴芯，属于高耐磨材质，高转速磨损量极低，有利于提高工作速度，并达到较高的精度。使用寿命是传统金属钢轴的10倍以上，同时由于重量轻，高速转动时对外圈的离心作用可降低50%，进而在使用寿命大大延长。适宜于在海水、腐蚀恶劣和温差变化较为剧烈的条件下作业。

　　第三步：PCB板上仍有两颗自攻螺丝，分别卸下，便可取下固定在芯片上的铝散热片；

　　由于该款产品主控芯片缺乏标识，所以无法得知品牌与型号。通过对比三款同样功率的水泵主控芯片产品供大家参考。

　　①兆易创新GD32E230C8T6 系列，芯片架构为ARM最新的Cortex-M23内核，主频高达72MHz，配备了64KB的嵌入式闪存及8KB的SRAM，配合内置的硬件乘法器、除法器和加速单元，在最高主频下的工作性能可达55DMIPS，CoreMark测试可达154分。同主频下的代码执行效率相比市场同类Cortex-M0产品提高40%，相比Cortex-M0+产品也提高30%以上。

　　芯片集成了1个支持三相脉宽调制PWM输出和霍尔采集接口的16位高级定时器和多达5个的16位通用定时器、1个16位基本定时器，1个高速轨到轨输入/输出模拟电压比较器，1个12位2.6M SPS采样率的高性能ADC。适合各种电机控制和变频应用。

　　②峰岹科技FU6832系列，该芯片一款集成电机控制引擎(ME)和8051内核的高性能电机驱动专用芯片，ME集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM等诸多硬件模块，可硬件自动完成电机FOC/BLDC运算控制; 8051内核用于参数配置和日常事务处理，双核并行工作实现各种高性能电机控制。其中8051内核大部分指令周期为1T或2T，芯片内部集成有高速运算放大器、比较器、Pre-driver、高速ADC、高速乘/除法器、CRC、SPI、I2C、UART、LIN、多种TIMER、PWM等功能，内置高压LDO，适用于BLDC/PMSM电机的方波、SVPWM/SPWM、FOC驱动控制。

　　油烟机、室内机、吊扇、落地扇、吸尘器、电吹风、工业风机、水泵、压缩机、电动车、电动工具、航模等。

　　③灵动微MM32SPIN222Cqa系列，该芯片是使用高性能的 ARM® CortexTM-M0 为内核的 32 位微控制器(MCU)，内嵌三相半桥栅极驱动器与 MOSFET。MCU 最高工作频率可达 96MHz，内置高速存储器，丰富的增强型 I/O 端口和外设连接到外部总线 个 16 位通用定时器、1 个 32位通用定时器、1 个高级 PWM 定时器，还包含标准的 UART 通信接口与特有的单线双向通信接口。

　　内建 LDO 线V 电压，适合为 MCU 和外部组件供电。 MM32SPIN222C 产品系列输入电压为 3V ~ 15V，最大连续供应电流为 1.5A，具有过温保护和欠压锁定保护功能，可以进入待机模式，保证低功耗应用的要求。

　　此外，据灵动微向半导体器件应用网透露，Mind SPIN系列MCU产品是针对直流无刷电机驱动所量身打造。如果是应用于小功率12V的鱼缸水泵产品，该款SPIN222C 集成了三相MOSFET、预驱以及LDO，可以在小空间内发挥最大的功能。

　　虽然标识有点模糊，但从略显痕迹的商标中可发现，该器件是属于士兰微电子的电源管理芯片。笔者通过器件产品库对比，该型号为士兰微SDH8302S系列，是用于开关电源的内置高压 MOSFET 的电流模式 PWM 控制器。

　　内置高压启动电路。在轻载下会进入打嗝模式，从而有效地降低系统的待机功耗。具有降频功能，进一步优化轻载条件下的转换效率。具有抖频功能，能够改善 EMI 特性。具有软启动功能，能够减小器件的应力，防止变压器饱和。有 VDD 打嗝功能，不仅防止 VDD 欠压重启，也有效地降低待机功耗。

　　同时，内部还集成了各种异常状态的保护功能，包括：VDD 欠压保护，VDD 过压保护，前沿消隐，输出短路保护，过流保护，过温保护等。且保护后，电路会不断自动重启，直到系统正常为止。

　　两颗鲁光电子的快恢复二极管LGE RS1M系列，最高等级和电子特性为25℃环境温度、单相，半波，60Hz，电子或感应负载，对于电容式负载，可使电流减少20%。

　　目前快恢复二极管广泛用于PWM脉宽调制器、开关电源、不间断电源(UPS)等领域，而且它具备具有开关特性好、反向恢复时间短、耐压高、正向电流大、体积小、安装简便等优点。

　　该模块内置的栅极驱动（HVIC）基于智能驱动技术，采用优化的栅级电阻选项提升EMI 性能和改善功耗，同时提供欠压保护（UVLO）和温度感测（TS）功能。内置6个快恢复MOSFET和3 个自举二极管（BSD）简化了PCB 设计。每一相独立的负直流端子，支持各种保护机制和控制算法。

　　◆内置高压栅极驱动（HVIC），单电源供电，包含欠压保护（UVLO）以及 HVIC温度感测功能◆内置自举二极管（Bootstrap Diode），简化系统设计

　　→两个圣融达的金属化聚丙烯膜抑制电磁电源干扰用方块电容器MPX /MKP–X2，104K额定电压为275V。特点：外观一致性好；有良好自愈性；抗湿性强；能承受大电流；寿命长，耐过电压优良。

　　需要说明的是，据华威电子向半导体器件应用网透露，该款电容器并不是出自华威电子产品系列，属于商标被盗用行为。

　　首先在变频方面，替代型号的MCU可确保支持精确的电机位置检测，通过PWM占空比的控制，调整占空比的大小来控制电流大小，达到控制转矩和转速的目的，提高电机运行效率，减少芯片外设元件的数量。

　　其次，利用了晶丰明源高效三相电机驱动电路来改变电机的转速，在相对更高转速度和更低转速度的情况下实现FOC控制，分别让电机中的转子有转动的趋势，而且在到达稳定之后或者之前；改变导通的两相，使得转子在该磁场下继续转动，从而实现电机的转动以及换向，使电机运行时更加安静与节能，据官方数据介绍，噪音分贝在35-40之间。

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