智能變頻泵是保持水族館環(huán)境健康穩(wěn)定的重要設備，也是保證流動水質(zhì)的循環(huán)，使魚的觀賞性達到最佳狀態(tài)。本期《半導體設備應用》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備設計？哪些設備技術質(zhì)量可以帶來經(jīng)驗。

      子非魚，安知魚之樂？子非吾，安知吾不知魚之樂？

      這一段來自莊子﹒《秋水》寓言中的對話記錄了莊子和惠子在濠梁橋賞魚時的哲學辯論過程。從最初的散步到觀察魚引起的頭腦風暴，他們關注的表達方式總是流動的。

      然而，與古人在水中欣賞魚的滔滔不絕相比，現(xiàn)代人欣賞魚的表達方式更加含蓄和多樣化。例如，人們不僅喜歡制造周圍的產(chǎn)品，而且還關注配件技術帶來的技術感。隨著科學技術的發(fā)展，這一偏好逐漸從單一容器演變?yōu)闄C械化和電子化的魚類生態(tài)系統(tǒng)。如今，在現(xiàn)代魚類生態(tài)平衡系統(tǒng)的水族館中，科技產(chǎn)品的成本0%~80%，魚的成本只有20%左右?？梢姮F(xiàn)代人對科技設備的重視。

      目前可以看出，生態(tài)水族館的基本版本包括：過濾循環(huán)系統(tǒng)（水泵、過濾設備等）；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)被稱為水族館的心臟。過濾循環(huán)系統(tǒng)和水泵可以驅(qū)動整個水循環(huán)。它是維持水族館環(huán)境健康穩(wěn)定的重要設備。同時，流動水質(zhì)也能使魚的觀賞性達到最佳狀態(tài)。

      本期《半導體器件應用》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備設計？哪些設備技術質(zhì)量能帶來經(jīng)驗效果？

      水族箱水泵的工作原理

      水泵是一種由泵裝置和電機集成設計的輸送液體的機械設備，一般由泵體、揚水管、泵座、潛水電機和啟動保護裝置組成。泵運行前，吸入管和泵需要充滿液體。當電機開始運行時，葉輪高速旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動設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

      在外觀設計上，智能變頻泵與普通水泵沒有太大區(qū)別，但變頻電機在運行到低速時需要考慮散熱問題，需要性能更好的控制器來實現(xiàn)智能控制和降低成本。此外，兩臺電機的區(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

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

  包裝正面印有產(chǎn)品的具體型號和基本外觀

  包裝包括泵體、控制器和使用說明書

  水泵電源線長2.7米，智能控制器線長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)構設計，產(chǎn)品長度為17cm,寬度為7cm，高度為9cm(手工測量，存在±1mm誤差)；外部使用ABS耐水性好的塑料材料，可防止無機酸堿鹽的侵蝕。

  水泵底部一覽

      輸入端外殼表面標有泵參數(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、運行等4個功能鍵

      控制面板背面清單

      二、產(chǎn)品拆解部分

      A.電機

      第一步：逆時針旋轉(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刮刀，取下殼蓋；

      第二步：由于底部無法啟動，使用螺絲刀將底座與泵體暴力分離；

      第三步：也沒有辦法開始，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，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；

  水泵組件清單

      封閉葉輪和轉(zhuǎn)子組件

      底座和四個橡膠墊

  電機部分

      冷卻和靜音一直是電機性能的兩個非常重要的參考指標，越來越多的水族館產(chǎn)品傾向于使用直流無刷電機，因為去除碳刷后，大大降低電機運行摩擦，在設計中特別配置厚減震橡膠墊，減少工作振動噪聲，實現(xiàn)高效降噪。

      不僅如此，在高效、環(huán)保等質(zhì)量標準的要求下，DC無刷電機的設計將很容易通過機構檢測和審查；另一方面，它提高了產(chǎn)品整體效率，降低了產(chǎn)品開發(fā)和后期維護的成本。

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

      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，高速旋轉(zhuǎn)時外圈的離心效應可降低50%，大大延長了使用壽命。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固定螺絲；

      第二步:分別卸下PCB板表面角落的四個固定螺釘；

      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識，無法了解品牌和型號。通過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55DMIPS，CoreMark測試可達154分。與市場同類相比，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位高級定時器、多達5位16位通用定時器、1位16位基本定時器、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。適用于各種電機控制和變頻應用。

      方案特點

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

      ◆ 快速找到轉(zhuǎn)子位置，實現(xiàn)500ms快速啟動

      ◆ 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系列芯片集成電機控制引擎(ME)高性能電機驅(qū)動專用芯片與8051核心，ME集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM許多其他硬件模塊，如，可以自動完成電機FOC/BLDC操作控制； 8051核用于參數(shù)配置和日常事務處理，雙核并行工作，實現(xiàn)各種高性能電機控制。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 ** 電機的方波，SVPWM/SPWM、FOC驅(qū)動控制。

  FU6832L 功能框圖

      FU6832有感啟動無感運行FOC應用特點

      ◆FOC固化，運行速度快

      ◆控制精度和效率高

      ◆靜音效果好

      ◆啟動特性好

      ◆最低速度較低

      ◆硬件電路簡單

      應用場景

      無感/有感的 BLDC/PM ** 、三相/單相感應電機、伺服電機。

      油煙機、室內(nèi)機、吊扇、落地扇、吸塵器、吹風機、工業(yè)風機、水泵、壓縮機、電動汽車、電動工具、航模等。

  ③　靈動微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)動器MOSFET。MCU 最高工作頻率可達966MHz，內(nèi)置高速存儲器，豐富的增強 I/O 端口與外設連接到外部總線。MM32SPIN222C 系列包括 1 ADC、 4 16 通用定時器，1 32通用定時器，1 高級 PWM 定時器還包括標準 UART 通信接口與特有的單線雙向通信接口。

      內(nèi)建 LDO 線性穩(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，具有過溫保護和欠壓鎖定保護功能，可進入待機模式，保證低功耗應用要求。

      此外，根據(jù)智能微向半導體器件應用網(wǎng)絡，Mind SPIN系列MCU產(chǎn)品是為直流無刷電機驅(qū)動量身定制的。如果用于小功率12V魚缸水泵產(chǎn)品SPIN222C 三相集成MOSFET、預驅(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

  雖然標志有點模糊，但從略顯痕跡的商標中可以發(fā)現(xiàn)，該設備是一個屬于士蘭微電子的電源管理芯片。通過設備產(chǎn)品庫的比較，該型號為士蘭微SDH8302S該系列是用于開關電源的內(nèi)置高壓 MOSFET 電流模式 PWM 控制器。

      主要特點：

      內(nèi)置高壓啟動電路。打嗝模式將在輕載下進入，從而有效降低系統(tǒng)的待機功耗。具有降頻功能，在輕載條件下進一步優(yōu)化轉(zhuǎn)換效率。具有抖音功能，可提高 EMI 特性。具有軟啟動功能，可降低設備應力，防止變壓器飽和。VDD 打嗝不僅可以預防 VDD 欠壓重啟也能有效降低待機功耗。

  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。保護后，電路將自動重啟，直到系統(tǒng)正常。

      應用?

  離線開關電源

  非隔離升壓降壓轉(zhuǎn)換器

  小家電

  兩個魯光電子快速恢復二極管LGE RS1M系列的最高級別和電子特性是25℃環(huán)境溫度，單相，半波，60Hz，對于電容負載，電子或感應負載可以將電流降低20%。

      目前，快速恢復二極管應用廣泛PWM脈寬調(diào)制器、開關電源、不間斷電源(UPS)具有開關特性好、反向恢復時間短、耐壓高、正電流大、體積小、安裝簡單等優(yōu)點。

      線性穩(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

  鋁散熱器由兩個自攻螺釘固定在芯片上

  鋁散熱器 中間涂有導熱硅脂

  晶豐明源三相全橋驅(qū)動模塊在鋁散熱器下方BPP 10250DS新一代三相電機驅(qū)動模塊系列主要為小功率電機驅(qū)動應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（HVIC）基于智能驅(qū)動技術，采用優(yōu)化的柵級電阻選項進行改進EMI 性能，提高功耗，提供欠壓保護（UVLO）和溫度感測（TS）功能。內(nèi)置6個快恢復MOSFET自舉二極管3 （BSD）簡化了PCB 設計。支持各種保護機制和控制算法的保護機制和控制算法。

      特性

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

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

      ◆內(nèi)置自舉二極管（Bootstrap Diode），簡化系統(tǒng)設計

      ◆高電平有效，3.3/5V 輸入施密特觸發(fā)器

      ◆采用低電磁干擾設計進行優(yōu)化

      ◆絕緣級別 1500Vrms/min

      紅色的圣融達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，衰減外部共模干擾，過濾EMI干擾，從而減少對電源的影響。

      →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；自愈性好；抗?jié)裥詮?；能承受大電流；使用壽命長，耐過電壓好。

  CD110X鋁電解電容

      需要注意的是，根據(jù)華威電子對半導體設備應用網(wǎng)絡的披露，該電容器不是華威電子產(chǎn)品系列，屬于商業(yè)標被盜用行為。

  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

   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

   方型延時保險絲，1.6A

  KBP307直插式整流橋

  全部拆解完畢

   半導體器件應用總結(jié)

   半導體器件應用網(wǎng)通過拆解了解到，該款智能變頻水泵通過集成諸多硬件模塊（參考替代MCU型號）、PWM信號控制、無傳感器三相智能驅(qū)動模塊、高壓MOSFET以及電容電阻等架構組成。

   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。

   再次，在AC-DC電路中得益于士蘭微的開關電源芯片，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，在保護功能上，得益于各類的電容器件性能加持，使得該產(chǎn)品具備了堵轉(zhuǎn)、無水、缺相、過壓保護等功能。

   正弦波控制的優(yōu)勢在于全程靜音，調(diào)高水流量高速運轉(zhuǎn)下具有更高的電機效率。不過，這也對于控制器技術及電子元器件的要求也就更高?，F(xiàn)如今，基于上述結(jié)構的水族箱水泵系統(tǒng)設計越來越受市場歡迎，無論是從結(jié)構、功能、成本和可靠性等方面都可以為人們在魚類觀賞體驗中增添一份技術性的趣味。

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