创宁变频水泵拆解：观鱼与静音都可兼得

  智能变频泵是保持水族馆环境健康稳定的重要设备，也是保证流动水质的循环，使鱼的观赏性达到最佳状态。本期《半导体设备应用》杂志为创宁智能变频泵提供了一款CN-8300 拆卸图，从节能、高效、静音的角度看合格的泵需要什么设备设计？哪些设备技术质量可以带来经验。

      子非鱼，安知鱼之乐？子非吾，安知吾不知鱼之乐？

      这一段来自庄子﹒《秋水》寓言中的对话记录了庄子和惠子在濠梁桥赏鱼时的哲学辩论过程。从最初的散步到观察鱼引起的头脑风暴，他们关注的表达方式总是流动的。

      然而，与古人在水中欣赏鱼的滔滔不绝相比，现代人欣赏鱼的表达方式更加含蓄和多样化。例如，人们不仅喜欢制造周围的产品，而且还关注配件技术带来的技术感。随着科学技术的发展，这一偏好逐渐从单一容器演变为机械化和电子化的鱼类生态系统。如今，在现代鱼类生态平衡系统的水族馆中，科技产品的成本0%~80%，鱼的成本只有20%左右。可见现代人对科技设备的重视。

      目前可以看出，生态水族馆的基本版本包括：过滤循环系统（水泵、过滤设备等）；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，过滤循环系统被称为水族馆的心脏。过滤循环系统和水泵可以驱动整个水循环。它是维持水族馆环境健康稳定的重要设备。同时，流动水质也能使鱼的观赏性达到最佳状态。

      本期《半导体器件应用》杂志为创宁智能变频泵提供了一份CN-8300 拆卸图，从节能、高效、静音的角度看合格的泵需要什么设备设计？哪些设备技术质量能带来经验效果？

      水族箱水泵的工作原理

      水泵是一种由泵装置和电机集成设计的输送液体的机械设备，一般由泵体、扬水管、泵座、潜水电机和启动保护装置组成。泵运行前，吸入管和泵需要充满液体。当电机开始运行时，叶轮高速旋转，驱动设备中的液体与叶片一起旋转。在离心力的作用下，飞出叶轮到水族馆 ** 排出，然后泵壳内液体扩散速度逐渐减慢，压力逐渐增加，最后从泵口排出管排出。

      智能变频泵的区别

      在外观设计上，智能变频泵与普通水泵没有太大区别，但变频电机在运行到低速时需要考虑散热问题，需要性能更好的控制器来实现智能控制和降低成本。此外，两台电机的区别也体现在功能、尺寸、扭矩、精度和速度上。

      一、产品外观展示

      纸箱包装采用简单的白蓝配色，印有创宁品牌和Slogan

  包装正面印有产品的具体型号和基本外观

  包装包括泵体、控制器和使用说明书

  水泵电源线长2.7米，智能控制器线长2米

      创宁CN-8300智能变频功率13W，水泵体积规则，属于传统的水平结构设计，产品长度为17cm,宽度为7cm，高度为9cm(手工测量，存在±1mm误差)；外部使用ABS耐水性好的塑料材料，可防止无机酸碱盐的侵蚀。

  水泵底部一览

      输入端外壳表面标有泵参数信息

  功率：13W

  电压：220V-240V，电源频率：50HZ

  大水泵流量：3m

  水泵大液量：20000L/H

  尾部滤水网

      (附件清单)出水口螺母、出水口O型密封圈

      控制面板正面一览，包括：造浪、喂食、档位、运行等4个功能键

      控制面板背面清单

      二、产品拆解部分

      A.电机

      第一步：逆时针旋转取下尾滤网和泵盖螺母，然后沿泵输入端外壳与泵体之间的间隙撬开刮刀，取下壳盖；

      第二步：由于底部无法启动，使用螺丝刀将底座与泵体暴力分离；

      第三步：也没有办法开始，所以用螺丝刀从叶轮室和水泵体的角落暴力分离；

      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；

  水泵组件清单

      封闭叶轮和转子组件

      底座和四个橡胶垫

  电机部分

      冷却和静音一直是电机性能的两个非常重要的参考指标，越来越多的水族馆产品倾向于使用直流无刷电机，因为去除碳刷后，大大降低电机运行摩擦，在设计中特别配置厚减震橡胶垫，减少工作振动噪声，实现高效降噪。

      不仅如此，在高效、环保等质量标准的要求下，DC无刷电机的设计将很容易通过机构检测和审查；另一方面，它提高了产品整体效率，降低了产品开发和后期维护的成本。

      此外，智能变频泵CN-8300 采用纯铜无刷电机，耐久性和动力优于普通电机。与传统铝转子电机相比，它具有损耗低、效率高、温升比低、可靠性高、振动范围小、噪音低、成本低、体积小、重量轻等九个优点。

      转子组件采用陶瓷轴芯，耐磨性高，高速磨损极低，有利于提高工作速度，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，高速旋转时外圈的离心效应可降低50%，大大延长了使用寿命。适用于在海水、腐蚀和温差变化较大的情况下工作。

      B.控制器

      第一步:用螺丝刀卸下背部四个固定螺丝；

      第二步:分别卸下PCB板表面角落的四个固定螺钉；

      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；

  PCB板正面一览

      PCB板背面一览

  主控面板部分

  正面

  由于该产品的主控芯片缺乏标识，无法了解品牌和型号。通过比较三种相同功率的泵主控芯片产品您参考。

      ①　兆易创新GD32E230C8T6 系列芯片架构为ARM最新的Cortex-M内核23，主频72MHz，配备了 ** KB嵌入式闪存和8KB的SRAM，最高主频下内置硬件乘法器、除法器和加速单元的工作性能可达55DMIPS，CoreMark测试可达154分。与市场同类相比，同主频下的代码执行效率更高Cortex-M0产品比0产品增加40%，Cortex-M0 产品也增加了30%以上。

      芯片集成支持三相脉宽调制PWM16位高级定时器、多达5位16位通用定时器、1位16位基本定时器、1位高速轨道输入/输出模拟电压比较器、1位12位2位.6M SPS高性能的采样率ADC。适用于各种电机控制和变频应用。

      方案特点

      ◆ 采用最新超值Arm Cortex-M23@72MHz内核

      ◆ 快速找到转子位置，实现500ms快速启动

      ◆ 减少斩波控制，降低温升

      ◆ 高频降噪

      ◆ 转速智能控制

      ◆ 具有大功率运行限制功能

      ◆ 多种操作模式

      ②　峰岹科技FU6832系列芯片集成电机控制引擎(ME)高性能电机驱动专用芯片与8051核心，ME集成FOC、MDU、LPF、PI、SVPWM/SPWM许多其他硬件模块，如，可以自动完成电机FOC/BLDC操作控制； 8051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。8051核的指令周期大多是1T或2T，芯片内部集成有高速操作放大器、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/PM ** 电机的方波，SVPWM/SPWM、FOC驱动控制。

  FU6832L 功能框图

      FU6832有感启动无感运行FOC应用特点

      ◆FOC固化，运行速度快

      ◆控制精度和效率高

      ◆静音效果好

      ◆启动特性好

      ◆最低速度较低

      ◆硬件电路简单

      应用场景

      无感/有感的 BLDC/PM ** 、三相/单相感应电机、伺服电机。

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

  ③　灵动微MM32SPIN222Cqa该芯片采用高性能 ARM? CortexTM-M 32 位微控制器为内核(MCU)，内嵌三相半桥格栅极驱动器MOSFET。MCU 最高工作频率可达966MHz，内置高速存储器，丰富的增强 I/O 端口与外设连接到外部总线。MM32SPIN222C 系列包括 1 ADC、 4 16 通用定时器，1 32通用定时器，1 高级 PWM 定时器还包括标准 UART 通信接口与特有的单线双向通信接口。

      内建 LDO 线性稳压器提供 55V 电压，适合 MCU 和外部部件供电。MM32SPIN222C 产品系列输入电压3V ~ 15V， 1.5A，具有过温保护和欠压锁定保护功能，可进入待机模式，保证低功耗应用要求。

      此外，根据智能微向半导体器件应用网络，Mind SPIN系列MCU产品是为直流无刷电机驱动量身定制的。如果用于小功率12V鱼缸水泵产品SPIN222C 三相集成MOSFET、预驱以及LDO，大的功能可以在小空间内发挥。

  MM32SPIN222C 内部 MCU 模块框图

  虽然标志有点模糊，但从略显痕迹的商标中可以发现，该设备是一个属于士兰微电子的电源管理芯片。通过设备产品库的比较，该型号为士兰微SDH8302S该系列是用于开关电源的内置高压 MOSFET 电流模式 PWM 控制器。

      主要特点：

      内置高压启动电路。打嗝模式将在轻载下进入，从而有效降低系统的待机功耗。具有降频功能，在轻载条件下进一步优化转换效率。具有抖音功能，可提高 EMI 特性。具有软启动功能，可降低设备应力，防止变压器饱和。VDD 打嗝不仅可以预防 VDD 欠压重启也能有效降低待机功耗。

  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。保护后，电路将自动重启，直到系统正常。

      应用?

  离线开关电源

  非隔离升压降压转换器

  小家电

  两个鲁光电子快速恢复二极管LGE RS1M系列的最高级别和电子特性是25℃环境温度，单相，半波，60Hz，对于电容负载，电子或感应负载可以将电流降低20%。

      目前，快速恢复二极管应用广泛PWM脉宽调制器、开关电源、不间断电源(UPS)具有开关特性好、反向恢复时间短、耐压高、正电流大、体积小、安装简单等优点。

      线性稳压芯片7559-2

      R250贴片电阻(通用型)

      一组3位LCD数码管

      主控面板部分

  背面

  铝散热器由两个自攻螺钉固定在芯片上

  铝散热器 中间涂有导热硅脂

  晶丰明源三相全桥驱动模块在铝散热器下方BPP 10250DS新一代三相电机驱动模块系列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。

      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进行改进EMI 性能，提高功耗，提供欠压保护（UVLO）和温度感测（TS）功能。内置6个快恢复MOSFET自举二极管3 （BSD）简化了PCB 设计。支持各种保护机制和控制算法的保护机制和控制算法。

      特性

      ◆内置 6 5000V Rds(on)=3.3Ω(Max)快恢复 MOSFET

  ◆内置高压栅极驱动（HVIC），单电源供电包括欠压保护（UVLO）以及 HVIC温度感知功能

      ◆内置自举二极管（Bootstrap Diode），简化系统设计

      ◆高电平有效，3.3/5V 输入施密特触发器

      ◆采用低电磁干扰设计进行优化

      ◆绝缘级别 1500Vrms/min

      红色的圣融达MPP金属化聚丙烯膜电容器 104J耐压630V

  →共模电感 其主要功能是隔离共模信号，衰减外部共模干扰，过滤EMI干扰，从而减少对电源的影响。

      →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；自愈性好；抗湿性强；能承受大电流；使用寿命长，耐过电压好。

  CD110X铝电解电容

      需要注意的是，根据华威电子对半导体设备应用网络的披露，该电容器不是华威电子产品系列，属于商业标被盗用行为。

  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

   ZOV压敏电阻，直径10mm，电压为470V

  NTC热敏电阻，10Ω，直径11毫米，用于抑制电源浪涌电流

   方型延时保险丝，1.6A

  KBP307直插式整流桥

  全部拆解完毕

   半导体器件应用总结

   半导体器件应用网通过拆解了解到，该款智能变频水泵通过集成诸多硬件模块（参考替代MCU型号）、PWM信号控制、无传感器三相智能驱动模块、高压MOSFET以及电容电阻等架构组成。

   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。

   再次，在AC-DC电路中得益于士兰微的开关电源芯片，不仅提供高精度恒压和恒流输出性能，而且具有快速响应的电流限制功能，所以能够很好的确保电子元器件的安全和稳定。另外，在保护功能上，得益于各类的电容器件性能加持，使得该产品具备了堵转、无水、缺相、过压保护等功能。

   正弦波控制的优势在于全程静音，调高水流量高速运转下具有更高的电机效率。不过，这也对于控制器技术及电子元器件的要求也就更高。现如今，基于上述结构的水族箱水泵系统设计越来越受市场欢迎，无论是从结构、功能、成本和可靠性等方面都可以为人们在鱼类观赏体验中增添一份技术性的趣味。

  本文为哔哥哔特资讯原创文章，如需转载请在文前注明来源