Стратегия за опростяване на трифазния BLDC моторно управление и задвижващи системи
Високо интегрираните полупроводникови продукти са не само тенденцията на потребителските продукти, но и постепенно проникват в моторните контролни приложения. В същото време двигателите DC (BLDC) без четки също показват същия натиск на много пазари, като автомобилни и медицински приложения, като пазарният им дял постепенно надхвърля този на другите видове двигатели. С нарастващото търсене на двигатели BLDC и зрелостта на свързаните моторни технологии, стратегията за разработване на BLDC моторни системи за управление се е развила от дискретни схеми до три различни категории. Тези три основни типа решения са разделени на системи със системен интерфейс (SoC), специфични за приложението стандартни продукти (ASSP) и решения с два чипа.
Тези три основни решения са все по-предпочитани от инженерите за проектиране на моторни системи, тъй като намаляват броя на компонентите, необходими за приложението, и намаляват сложността на дизайна. Всяка стратегия обаче има свои собствени силни и слаби страни. Тази статия ще обсъди тези три варианта и как те могат да се търгуват между дизайна интеграция и гъвкавост.
Основната моторна система се състои от три основни модула: захранването, задвижването на двигателя и управляващото устройство. Фигура 1 показва конструкцията на традиционна дискретна моторна система. Моторните системи обикновено включват прост процесор RISC с вградена светкавица, който задвижва външния MOSFET, като контролира порталния драйвер. Процесорът може да управлява мотора директно чрез интегриран MOSFET и регулатор на напрежението, който захранва процесора и драйвера.
Моторното задвижване SoC интегрира всички горепосочени модули и е програмируемо за широк спектър от приложения. Освен това, той е идеален за приложения, които изискват оптимизиране на пространството поради ограничения на пространството. Неговата ниска производителност на обработка и ограничено пространство за вътрешна памет обаче не могат да се приложат към моторни системи, които изискват усъвършенствано управление. Друг недостатък на софтуера за управление на софтуера за мотори на SoC е ограничените инструменти за разработка, като например липсата на среда за разработване на фърмуер. Това е в ярък контраст с факта, че повечето водещи доставчици на микроконтролери в индустрията предлагат широка гама от лесни за употреба инструменти.
ASSP моторните задвижвания са проектирани за конкретна област и всичко е оптимизирано за тясно приложение. Заема много малко място и не изисква софтуерни настройки. Освен това е идеален за приложения с ограничено пространство. Фигура 2 показва блокова схема на 10-пинов DFN мотор на вентилатора. Тъй като моторните задвижвания ASSP често са насочени към приложения с голям обем на производство, те често имат отлични съотношения цена / производителност. Това обаче не означава, че двигателите, работещи на ASSP устройства, трябва да пожертват ефективността. Например, повечето съвременни ASSP моторни задвижвания могат да задвижват двигатели BLDC с безсензови и синусоидални алгоритми, които в миналото са изисквали високопроизводителни микроконтролери. Въпреки това, продуктите на ASSP нямат програмируемост и не коригират силата на задвижване, което ограничава способността им да се приспособяват към променящите се пазарни изисквания.
Въпреки че високата интеграция е основна тенденция в съвременната електроника, все още има нарастващо търсене на решения с двоен чип с богати аналогови драйвери и интелигентни аналогови микроконтролери. Стратегията с две чипове позволява на дизайнерите да избират от различни микроконтролери, за да поддържат сензорна комутация или безсмислена комутация с трапецовидна или синусоидална задвижваща технология. При използването на това решение изборът на поддържащия драйвер чип е от решаващо значение. Идеалният чип придружител трябва да съдържа най-малко следните характеристики:
Ефективен, регулируем регулатор за намаляване на консумацията на енергия и захранване на всички видове микроконтролери
Мониторинг и модули за обработка на фона, за да осигурят безопасна работа на двигателя и да позволят двупосочна комуникация между хоста и устройството
Незадължителни параметри, които оптимизират ефективността, без да е необходимо допълнително програмиране
Номинален мотор за мотори MOSFET или BLDC
По принцип, с моторни задвижвания SoC и ASSP, дизайнерите на моторни системи не само използват най-малко компоненти, но и имат умерена гъвкавост. Все пак, такива високо интегрирани решения имат различни ограничения, като например фиксирана функционалност, ограничен капацитет за съхранение и мощност на обработка. Таблица 1 сравнява трите главни стратегии за контрол на BLDC, описани по-горе.
В сравнение с дискретните проекти, съвременните решения за управление на двигателя и задвижване не само намаляват размера на материалите, но също така намаляват времето за разработка на системата, без да оказват влияние върху оптимизираните системи за сгради за избрани двигатели BLDC. Хардуерните и фърмуерните референтни дизайни и библиотеки от производителите на полупроводници могат драстично да намалят времето за разработка и да ускорят времето за пускане на пазара за усъвършенстван моторно управление и концепции за задвижване.
