Стратегия упрощения трехфазных систем управления и привода двигателя BLDC
Высоко интегрированные полупроводниковые продукты - это не только тенденция потребительских товаров, но и постепенно проникают в приложения для управления двигателем. В то же время бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) также демонстрируют тот же импульс на многих рынках, как, например, автомобильные и медицинские приложения, а их доля на рынке постепенно превосходит мощность других типов двигателей. Учитывая растущий спрос на двигатели BLDC и зрелость связанных с ним технологий, стратегия развития систем управления двигателем BLDC эволюционировала от дискретных схем до трех различных категорий. Эти три основных типа решений делятся на системы на кристалле (SoC), стандартные приложения (ASSP) и двухчиповые решения.
Эти три основных решения все чаще пользуются спросом инженеров по проектированию двигателей, поскольку они уменьшают количество компонентов, необходимых для применения, и уменьшают сложность конструкции. Однако каждая стратегия имеет свои сильные и слабые стороны. В этой статье мы обсудим эти три варианта и способы их обмена между интеграцией дизайна и гибкостью.
Основная система двигателя состоит из трех основных модулей: источника питания, привода двигателя и блока управления. На рисунке 1 показана конструкция традиционной дискретной двигательной системы. Моторные системы обычно включают в себя простой RISC-процессор со встроенной вспышкой, которая управляет внешним MOSFET, управляя драйвером затвора. Процессор также может управлять двигателем непосредственно через встроенный MOSFET и регулятор напряжения, который питает процессор и драйвер.
Привод двигателя SoC объединяет все вышеперечисленные модули и программируется для широкого спектра применений. Кроме того, он идеально подходит для приложений, для которых требуется оптимизация пространства из-за ограничений пространства. Однако его низкая производительность обработки и ограниченное внутреннее пространство памяти не могут применяться к двигательным системам, требующим расширенного управления. Другим недостатком микросхем драйверов SoC является ограниченный инструментарий разработки, такой как отсутствие среды разработки прошивки. Это резко контрастирует с тем, что большинство ведущих поставщиков микроконтроллеров в отрасли предлагают широкий спектр простых в использовании инструментов.
Приводы электродвигателей ASSP предназначены для конкретной области, и все оптимизировано для узкого применения. Он занимает очень мало места и не требует настройки программного обеспечения. Кроме того, он идеально подходит для приложений с ограниченным пространством. На рисунке 2 показана блок-схема 10-контактного двигателя вентилятора вентилятора DFN. Поскольку двигатели ASSP часто фокусируются на приложениях с большим объемом производства, они часто имеют отличные соотношения цена / производительность. Однако это не означает, что двигатели, работающие на приводах ASSP, должны жертвовать производительностью. Например, большинство современных электродвигателей ASSP могут приводить в действие двигатели BLDC с бессенсорными и синусоидальными алгоритмами, которые в прошлом требовали высокопроизводительных микроконтроллеров. Однако продукты ASSP не имеют программируемости и не корректируют прочность привода, что ограничивает их способность адаптироваться к меняющимся требованиям рынка.
Хотя высокая интеграция является важной тенденцией в современной электронике, все еще растет спрос на двухчиповые решения с богатыми аналоговыми драйверами и интеллектуальными аналоговыми микроконтроллерами. Двухчиповая стратегия позволяет дизайнерам выбирать из множества микроконтроллеров для поддержки сенсорной коммутации или бессенсорной коммутации с трапециевидной или синусоидальной технологией привода. При использовании этого решения выбор микросхемы поддерживающего драйвера имеет решающее значение. Идеальный компаньонный чип должен содержать по крайней мере следующие функции:
Эффективный, регулируемый регулятор для снижения энергопотребления и питания всех типов микроконтроллеров
Модули мониторинга и фоновой обработки для обеспечения безопасной работы двигателя и обеспечения двухсторонней связи между хостом и приводом
Дополнительные параметры, которые оптимизируют производительность без необходимости дополнительных усилий по программированию
Номинальный драйвер мощности для двигателей MOSFET или BLDC
В общем, с приводами двигателей SoC и ASSP разработчики моторных систем не только используют наименьшие компоненты, но и обладают умеренной гибкостью. Однако такие высокоинтегрированные решения имеют разные ограничения, такие как фиксированная функциональность, ограниченная емкость хранилища и вычислительная мощность. В таблице 1 сравниваются три основные стратегии управления двигателем BLDC, описанные выше.
По сравнению с дискретными конструкциями современные средства управления двигателем и привода не только сокращают расходные материалы, но также сокращают время разработки системы, не влияя на системы зданий, оптимизированные для выбранных двигателей BLDC. Образцовые проекты и библиотеки аппаратного обеспечения и микропрограмм от поставщиков полупроводников могут значительно сократить время разработки и ускорить время выхода на рынок для усовершенствованных концепций управления двигателем и привода.
