Strategija za pojednostavljivanje trofaznog BLDC motora i pogonskih sustava
Visoko integrirani poluvodički proizvodi nisu samo trend potrošačkih proizvoda, već i postupno prodiru u primjenu motora. Istodobno, motori s četkom bez četkica (BLDC) također pokazuju isti zamah na mnogim tržištima, kao što su automobilska i medicinska primjena, a tržišni udio postupno nadmašuje razinu ostalih vrsta motora. S rastućom potražnjom za BLDC motora i zrelosti povezanih motorskih tehnologija, strategija razvoja BLDC sustava upravljanja motorom razvila se iz diskretnih sklopova u tri različite kategorije. Te tri glavne vrste rješenja podijeljene su na sustav-na-čip (SoC), standardne proizvode specifične za pojedine aplikacije (ASSP) i rješenja s dva čipa.
Ove tri glavna rješenja sve više favoriziraju inženjeri dizajna motoričkih sustava jer smanjuju broj komponenata potrebnih za primjenu i smanjuju složenost dizajna. Međutim, svaka strategija ima svoje snage i slabosti. Ovaj će članak raspravljati o ovim tri opcije i kako se mogu trgovati između integracije dizajna i fleksibilnosti.
Osnovni motorni sustav sastoji se od tri glavna modula: napajanja, pogona motora i upravljačke jedinice. Slika 1 prikazuje projekt tradicionalnog diskretnog motornog sustava. Sustavi motora obično uključuju jednostavan RISC procesor s integriranom bljeskalicom koja pokreće vanjski MOSFET kontroliranjem upravljačkog sklopa vrata. Procesor također može pogoniti motor izravno kroz integrirani MOSFET i regulator napona koji napaja procesor i upravljački program.
SoC motorni pogon integrira sve gore navedene module i programira se za širok raspon primjena. Osim toga, idealno je za aplikacije koje zahtijevaju optimizaciju prostora zbog ograničenja prostora. Međutim, niska performanse obrade i ograničeni unutarnji memorijski prostor ne mogu se primijeniti na motorne sustave koji zahtijevaju naprednu kontrolu. Drugi nedostatak SoC motornih upravljačkih IC-ova ograničeni su razvojni alati, kao što je nedostatak okruženja za razvoj firmvera. To je u velikoj suprotnosti s činjenicom da većina vodećih proizvođača mikrokontrolera u industriji nudi širok raspon jednostavnih alata.
ASSP motori su dizajnirani za određeno područje, a sve je optimirano za usku primjenu. Zauzima vrlo malo prostora i ne zahtijeva prilagodbu softvera. Osim toga, idealan je za aplikacije ograničene prostore. Slika 2 prikazuje blok dijagram 10-polnog DFN vozača motora ventilatora. Budući da su ASSP motori često usredotočeni na velike aplikacije za proizvodnju velikih količina, često imaju izvrsne omjere cijene i performansi. Međutim, to ne znači da motori koji trče na ASSP pogonima moraju žrtvovati izvedbu. Na primjer, najmoderniji ASSP motori mogu voziti BLDC motore bez senzora i sinusoidnih algoritama, koji su u prošlosti zahtijevali mikrokontrolere visokih performansi. Međutim, ASSP proizvodi nemaju programabilnost i ne prilagođavaju snagu pogona, što ograničava njihovu sposobnost prilagodbe promjenama tržišnih zahtjeva.
Iako je visoka integracija glavni trend u današnjoj elektronici, još uvijek raste potražnja za dual-chip rješenjima s bogatim analognim upravljačkim programima i inteligentnim analognim mikrokontrolerima. Dvije čip-strategije omogućuju dizajneri odabir iz različitih mikrokontrolera kako bi podržao senzorsku komutaciju ili senzorsku komutaciju s trapezoidnom ili sinusoidnom tehnologijom pogona. Kada koristite ovo rješenje, ključni je čimbenik za odabir vozačkog čipa. Idealni čip s popratnim oglasima mora sadržavati barem sljedeće značajke:
Učinkovit, prilagodljiv regulator za smanjenje potrošnje energije i napajanje svih vrsta mikrokontrolera
Moduli praćenja i pozadinske obrade kako bi se osiguralo siguran rad motora i dopušta dvosmjerna komunikacija između računala i pogona
Opcionalni parametri koji optimiziraju performanse bez potrebe za dodatnim programskim naporima
Nazvan vozač snage za motore MOSFET ili BLDC
Općenito, s SoC i ASSP motornim pogonima, dizajneri motornih sustava ne upotrebljavaju samo manje komponenti nego imaju umjerenu fleksibilnost. Međutim, takva visoko integrirana rješenja imaju različita ograničenja, kao što su fiksna funkcionalnost, ograničeni kapacitet pohrane i moć procesora. Tablica 1 uspoređuje tri glavne strategije kontrole BLDC motora opisane gore.
U usporedbi s diskretnim dizajnom, moderna kontrola motora i pogonska rješenja ne samo da smanjuju količinu materijala nego i smanjuju vrijeme razvoja sustava, a bez utjecaja na sustave zgrade optimizirane za odabrane BLDC motore. Hardverski i firmware referentni dizajni i knjižnice iz poluvodičkih dobavljača mogu dramatično smanjiti vrijeme razvoja i ubrzati vrijeme na tržište za napredne kontrole motora i pogon koncepata.
