Obvod riadenia bezkartáčového motora s vysokým príkonom

Tento univerzálny bezkartáčový (BLDC) motorový ovládač IC je určený na riadenie každého požadovaného vysokofrekvenčného a vysokoprúdového snímača vybaveného trojfázovým BLDC motorom s Hallovým efektom s extrémnou presnosťou a bezpečnosťou. Poďme sa dozvedieť podrobnosti podrobne.

Pomocou IC MC33035

„Hrdinom“ obvodu je jednočipový radič MC33035, čo je vysoko výkonný modul IC druhej generácie, ktorý obsahuje všetky požadované aktívne funkcie, ktoré môžu byť potrebné na prevádzkovanie väčšiny vysokoprúdových, vysokonapäťových, trojfázových alebo štvorfázových BLDC motory s otvorenou alebo uzavretou slučkou.

IC je vybavený dekodérom polohy rotora pre umožnenie presného sekvenovania komutácie, teplotne kompenzovanou referenciou pre uľahčenie správneho napätia snímača, programovateľným kmitočtovým pílkovým oscilátorom, tromi zabudovanými otvorenými kolektormi na vysokej strane budiča a tromi vysokoprúdovými totemovými pólmi nízkoenergetické budiče typu špeciálne vyvinuté na prevádzku trojfázového vysokofrekvenčného regulátora motora s vysokým výkonom s mosfetom typu H.

Čip je tiež vnútorne posilnený vysoko kvalitnými ochrannými prvkami a spoľahlivo ovláda riadiace stupne, ako napríklad blokovanie podpätia, obmedzenie prúdu medzi cyklami prostredníctvom možnosti nastaviteľného vypnutia s oneskorením, interné vypnutie pri vysokej teplote a špeciálne vyvinuté poruchový výstup pinout, ktorý môže byť prepojený s MCU pre preferované pokročilé spracovanie a spätnú väzbu.

Typické funkcie, ktoré je možné vykonať pomocou tohto integrovaného obvodu, sú: riadenie rýchlosti otvorenej slučky, riadenie smeru dopredu a dozadu, „povolenie chodu“, funkcia núdzovej dynamickej brzdy.

Integrovaný obvod je navrhnutý na prácu so snímačmi motorov, ktoré majú fázy 60 až 300 stupňov alebo 120 až 240 stupňov, ako bonus môže IC tiež slúžiť na ovládanie tradičných kartáčovaných motorov.

Ako IC funguje

MC33035 patrí medzi niekoľko vysoko účinných jednosmerných jednosmerných regulátorov jednosmerného prúdu vytvorených spoločnosťou Motorola .

Skladá sa iba z možností potrebných na spustenie plnohodnotného trojfázového alebo štvorfázového riadiaceho systému s otvorenou slučkou.

Ďalej je možné ovládač riadiť tak, aby riadil jednosmerné motory kefiek. Je navrhnutý s bipolárnou analógovou technológiou a vyznačuje sa vynikajúcou úrovňou účinnosti a trvanlivosti v bezohľadnom priemyselnom prostredí.

MC33035 nesie dekodér polohy rotora pre presné sekvenovanie komutácie, referenčné prostredie s kompenzáciou prostredia schopné dodávať výkon snímača, frekvenčne programovateľný pílkový oscilátor, plne prístupný zosilňovač chýb, komparátor modulátora šírky impulzu, 3 výstupy horného pohonu otvoreného kolektora a 3 vysokoprúdový totemový pól, nižšie výstupy budiča, práve pre MOSFET s prevádzkovým výkonom.

V MC33035 sú zabudované tieniace schopnosti, ktoré zahŕňajú podpäťové blokovanie, obmedzenie prúdu medzi cyklami s voliteľným časovo oneskoreným blokovaným vypínacím režimom, zabudované tepelné vypínanie spolu s exkluzívnym výstupom poruchy, ktorý bude pohodlne prepojený s mikroprocesorovým radičom.

Štandardné atribúty ovládania motora zahŕňajú riadenie rýchlosti otvorenej slučky, otáčanie dopredu alebo dozadu, povolenie chodu a dynamické brzdenie. Okrem toho má MC33035 voliaci kolík 60 ° / 120 °, ktorý konfiguruje dekodér situácie rotora pre elektrické fázovacie vstupy snímača 60 ° alebo 120 °.

Funkcie PIN OUT:

Pin 1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Toto sú tri horné výstupy pohonu integrovaného obvodu špecifikované na prevádzku externe nakonfigurovaných napájacích zariadení, napríklad BJT. Tieto zásuvky sú interne konfigurované ako režim otvoreného zberača.


Kolík č. 3 (Fwd, Rev) = Tento vývod je určený na použitie na riadenie smeru otáčania motora.

Pin č. 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Jedná sa o 3 výstupy snímača integrovaného obvodu priradené k ovládaniu riadiacej sekvencie motora.

Pin č. 7 (výstup povolený) = Tento pin IC je určený na umožnenie chodu motora, pokiaľ je tu zachovaná vysoká logika, zatiaľ čo nízka logika slúži na umožnenie dobehu motora.

Pin # 8 (referenčný výstup) = Tento pin má napájací prúd na nabíjanie časovacieho kondenzátora oscilátora Ct a tiež poskytuje referenčnú úroveň pre chybový zosilňovač. Môže sa tiež použiť na napájanie integrovaných obvodov snímača Hallovho efektu motora.

Pin č. 9 (neinvertujúci vstup Current Sense) : Z tohto zapojenia možno dosiahnuť výstup signálu 100 mV s odkazom na pin # 15 a používa sa na zrušenie vedenia výstupného spínača počas stanoveného cyklu oscilátora. Tento vývod sa zvyčajne spája s hornou stranou rezistora snímajúceho prúd.

Pin # 10 (oscilátor) : Tento vývod určuje frekvenciu oscilátora pre IC pomocou RC siete Rt a Ct.

Pin # 11 (neinvertujúci vstup zosilňovača chýb) : Tento pin sa používa s potenciometrom regulácie rýchlosti.

Pin # 12 (Chyba pri invertovaní vstupu zosilňovača) : Tento pin je interne prepojený s vyššie uvedeným výstupom chybového zosilňovača na povolenie aplikácií otvorenej slučky .


Pin # 13 (výstup chyby zosilňovača / vstup PWM) : Funkciou tohto pinoutu je poskytnúť kompenzáciu počas aplikácií v uzavretej slučke.

Pin č. 14 (chybový výstup) : Tento výstup indikátora poruchy sa môže stať aktívnym logickým minimom počas niekoľkých kritických podmienok, ako sú: Neplatný vstupný kód pre senzor, Povoliť pinout napájaný s nulovou logikou, Vstupný prúdový vstup pinout je vyšší ako 100 mV (@ pin9 s odkazom na pin15) , spustenie blokovania podpätia alebo situácia tepelného vypnutia).

Pin # 15 (invertujúci vstup snímania prúdu) : Tento pin je nastavený na poskytovanie referenčnej úrovne pre internú prahovú hodnotu 100 mV a môže byť videný v spojení s odporom snímania prúdu na spodnej strane.

Pin č. 16 (GND) : Toto je uzemňovací kolík IC a je určený na poskytovanie zemného signálu do riadiaceho obvodu a je potrebné ho spätne prepojiť so zemou zdroja energie.

Pin č. 17: (Vcc) : Toto je kladný kolík napájania určený na zabezpečenie kladného napätia do riadiaceho obvodu IC. Minimálny rozsah činnosti tohto kolíka je 10 V a maximálny pri 30 V.

Pin č. 18 (Vc) : Tento vývod nastavuje vysoký stav (Voh) pre nižšie výstupy meniča prostredníctvom sily pripisovanej tomuto kolíku. Javisko pracuje s rozsahom 10 až 30V.

Kolíky # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Tieto tri pinouty sú vnútorne usporiadané vo forme výstupov totemu a sú určené na napájanie výkonových zariadení s dolným výstupom pohonu.

Pin # 22 (60 D, 120D výber fázového posuvu) : Stav priradený tomuto pinoutu konfiguruje činnosť riadiaceho obvodu so snímačmi Hall efektu buď pre vstupy fázového uhla 60 stupňov (vysoká logika) alebo 120 stupňov (nízka logika).

Kolík 23 (brzda) : Logické minimum pri tomto pripájaní umožní motoru BLDC bežať hladko, zatiaľ čo logické maximum okamžite zastaví činnosť motora rýchlym spomalením.

FUNKČNÝ POPIS

Reprezentatívny interný blokový diagram je znázornený na vyššie uvedenom obrázku. Diskusia o výhodách a fungovaní každého z centrálnych blokov vymenovaných nižšie.

Dekodér polohy rotora

Dekodér polohy vnútorného rotora meria 3 vstupy snímača (piny 4, 5, 6), aby poskytoval správne radenie horných a dolných vývodov pohonu. Vstupy snímačov sú vyrábané tak, aby boli prepojené priamo s prepínačmi typu Hall Effect s otvoreným kolektorom, alebo s optočlenenými spojkami.

Zabudované pull-up rezistory sú klasifikované tak, aby obmedzovali potrebné množstvo externých častí. Vstupy sú kompatibilné s TTL a ich prahové hodnoty sú charakteristicky 2,2 V.

Rad integrovaných obvodov MC33035 je určený na riadenie 3fázových motorov a prevádzku so 4 najpopulárnejšími konvenciami fázovania senzorov. 60 ° / 120 ° Select (vývod 22) je účelne dodávaný a dodáva MC33035 samostatnú konfiguráciu na reguláciu motorov s fázovaním elektrického senzora 60 °, 120 °, 240 ° alebo 300 °.

S 3 vstupmi snímača objavíte 8 potenciálnych formácií vstupného kódu, z ktorých 6 je legitímne umiestnenie rotora.

Ostatné dva kódy sú zastarané, pretože sú spravidla výsledkom otvoreného alebo skratovaného pripojenia snímača.

Vďaka 6 oprávneným vstupným kódom sa môže dekodér prípadne postarať o polohu rotora motora v rozmedzí 60 elektrických stupňov.

Vstup Forward / Reverse (Pin 3) sa používa ako nástroj na úpravu priebehu harmonogramu motora obrátením napätia na vinutí statora.

Akonáhle vstup zmení stav, z vysokej na nízku pomocou prideleného vstupného programového kódu snímača (napríklad 100), prepnú sa uľahčené výstupy hornej a základnej jednotky s rovnakým stavom alfa (AT na AB, BT na BB, CT na CB).

V podstate je vymeniteľný reťazec zmenený smer a motor obráti smerovú postupnosť. Ovládanie zapínania a vypínania motora je dosiahnuté povolením výstupu (pin 7).

Kedykoľvek, keď je odpojenie ponechané, vnútorné napájanie prúdom 25 μA umožňuje radenie výstupov predného a základného meniča. Keď sú uzemnené, výstupy pohonu hornej časti sa vypnú a pohony základne sú stlačené na nízku úroveň, čo evokuje, že motor dobehol a spustil sa poruchový výstup.

Dynamické brzdenie motorom umožňuje vyvinúť prebytočnú rezervu ochrany v konečné zariadenie. Brzdový systém sa dosiahne uvedením brzdného vstupu (pin 23) do vyššieho stavu.

To vedie k tomu, že horné výstupy pohonu sa vypnú a spodné pohony sa aktivujú, čo skratuje generovanie motora znova EMF. Brzdový vstup má absolútne, z celého srdca ohľad na všetky ostatné vstupy. Vnútorné smerové čiary odporu pull-up 40 kΩ prepojené pomocou bezpečnostného spínača programu zaručujú aktiváciu brzdy v prípade otvorenia alebo vypnutia.

Tabuľka pravdivostnej logiky komutácie je uvedená nižšie. Na vstup brzdy a vstupy do 3 horných výstupných výstupov BJT sa používa brána so 4 vstupmi NOR.

Cieľom je zvyčajne vypnúť brzdenie skôr, ako výstupy horného pohonu dosiahnu vysoký stav. Takto sa môžete vyhnúť synchronizovanému prenájmu horných a základných vypínačov.

V polovodičových programoch motorového pohonu nie sú vrchné komponenty pohonu všeobecne potrebné a vo väčšine prípadov sú odpojené. Za týchto okolností bude brzdenie ešte dosiahnuté, pretože hradlo NOR deteguje základné napätie na výstupných BJT výstupného pohonu.

Zosilňovač chýb

Na vykonávanie regulácie otáčok motora s uzavretou slučkou je ponúkaný vylepšený, plne kompenzovaný zosilňovač chýb s aktívnym prístupom ku každému vstupu a výstupu (piny č. 11, 12, 13).

Zosilňovač je dodávaný so štandardným ziskom jednosmerného napätia 80 dB, šírkou pásma zisku 0,6 MHz, spolu so širokým rozsahom vstupného spoločného napätia, ktorý sa tiahne od zeme po Vref.

Vo väčšine programov riadenia rýchlosti otvorenej slučky je zosilňovač nastavený ako sledovač napätia zosilňovača jednoty s neinvertujúcim vstupom spojeným s napájacím zdrojom nastavenej rýchlosti.

Oscilátor Frekvencia vnútorného rampy oscilátora je pevne prepojená s hodnotami určenými pre časovacie prvky RT a CT.

Kondenzátor CT sa bude nabíjať cez referenčný výstup (pin 8) pomocou odporu RT a vybíjať sa cez vnútorný výbojový tranzistor.

Špičkové a jamkové napätie rampy je zvyčajne zodpovedajúcim spôsobom 4,1 V a 1,5 V. Aby sa ponúkol slušný útlm medzi počuteľným šumom a výkonom prepínania výstupu, navrhuje sa frekvencia oscilátora pri výbere 20 až 30 kHz. Výber komponentov nájdete na obrázku 1.

Modulátor šírky impulzu

Integrovaná modulácia šírky impulzu ponúka energeticky efektívny prístup k riadeniu otáčok motora zmenou štandardného napätia pripisovaného každému vinutiu statora v celej komutačnej sérii.

Pri výbojoch CT oscilátor modeluje všetky západky, čo umožňuje vedenie horných a spodných výstupov pohonu. Komparátor PWM resetuje hornú západku a ukončí lízing dolného výstupu pohonu, akonáhle sa kladná rampa CT zmení na výsledok presahujúci chybový zosilňovač.

Schéma časovania modulátora šírky impulzu je znázornená na obrázku 21.

Pulzná šírková modulácia pre riadenie rýchlosti sa prezentuje výlučne na spodných výstupoch pohonu. Prúdová hranica Neustále fungovanie motora, ktoré môže byť výrazne preťažené, vedie k prehriatiu a nevyhnutnej poruche.

Táto škodlivá situácia sa dá ľahko odvrátiť spolu s použitím obmedzenia prúdu od cyklu k cyklu.

To znamená, že každý cyklus je považovaný za nezávislú funkciu. Prúdové obmedzenie cyklu po cykle sa dosahuje sledovaním nárastu statorového prúdu zakaždým, keď sa aktivuje výstupný spínač, a po zistení situácie s vysokým prúdom okamžité vypnutie spínača a jeho udržanie po vynikajúcu dobu intervalu rozbehu oscilátora.

Prúd statora sa transformuje na napätie aplikovaním uzemňovacieho snímacieho odporu RS (obrázok 36) v súlade s 3 spodnými časťami spínacích tranzistorov (Q4, Q5, Q6).

Na napätie stanovené pozdĺž predbiehajúceho rezistora sa dohliada pomocou vstupu Current Sense (piny 9 a 15) a porovnáva sa s vnútorným referenčným bodom 100 mV.

Aktuálne vstupy pre komparátor snímania majú vstupný rozsah spoločného režimu zhruba 3,0 V.

V prípade, že je prekročená tolerancia snímacieho prúdu 100 mV, komparátor resetuje dolnú zámku snímania a ukončí vedenie výstupného spínača. Hodnota pre odpor snímajúci prúd je v skutočnosti:

Rs = 0,1 / Istator (max)

Poruchový výstup sa inicializuje, keď je v situácii vysokého zosilňovača. Nastavenie PWM s dvojitou západkou zaisťuje, že v priebehu určitej rutiny oscilátora vznikne iba jeden jediný spúšťací impulz výstupu, bez ohľadu na to, či je alebo nie je ukončený výstupom chybového zosilňovača alebo komparátorom limitov prúdu.

Regulátor na čipu 6,25 V (pin 8) ponúka nabíjací prúd pre časovací kondenzátor oscilátora, referenčný bod pre chybový zosilňovač, ktorý mu umožňuje dodávať prúd 20 mA vhodný pre konkrétne napájanie snímačov v programoch nízkeho napätia.

Pri vyšších napätiach by to mohlo byť dôležité pre výmenu energie emitovanej z regulátora z IC. To sa určite dosiahne pomocou iného prechodového tranzistora, ako je to znázornené na obrázku 22.

Zdá sa, že bolo rozhodnuté o referenčnom bode 6,25 V, aby sa umožnilo vykreslenie priameho obvodu NPN, kdekoľvek Vref - VBE prekročí minimálne vysoké napätie potrebné snímačmi Hall Effect cez teplo.

So správnym sortimentom tranzistorov a dostatočným chladičom je možné zakúpiť až 1 ampér zaťažovacieho prúdu.

Blokovanie podpätia

Pre zníženie poškodenia IC a alternatívnych výkonových tranzistorov bolo integrované trojcestné blokovanie podpätia. Pri nízkych faktoroch napájania zaisťuje skutočnosť, že IC a snímače sú úplne funkčné a že je k dispozícii adekvátne výstupné napätie základného pohonu.

Kladné napájacie zdroje pre IC (VCC) a nízke pohony (VC) sú skúmané nezávislými komparátormi, ktorých prahové hodnoty sú 9,1 V. Tento konkrétny stupeň zaručuje adekvátne dochádzanie na hradlo potrebné na dosiahnutie nízkeho RDS (zapnuté) pri každom napájaní bežného napájania. MOSFET zariadenie.

Kedykoľvek priamo napájate Hallove snímače z referencie, objaví sa nesprávna činnosť snímača v prípade, že výstupné napätie referenčného bodu klesne pod 4,5 V.

Na rozpoznanie tohto problému možno použiť tretí komparátor.

Keď viac ako jeden z komparátorov zachytí situáciu s podpätím, chybový výstup je zapnutý, horné dráhy sú odložené a výstupy základnej jednotky sú usporiadané do nízkeho bodu.

Každý z komparátorov obsahuje hysterézu na ochranu proti amplitúdam pri preklenutí svojich individuálnych prahových hodnôt.

Poruchový výstup

Chybový výstup otvoreného kolektora (pin 14) mal poskytnúť podrobnosti analýzy v prípade poruchy procesu. Má schopnosť klesacieho prúdu 16 mA a môže špecificky riadiť svetlo emitujúcu diódu pre viditeľný signál. Ďalej je skutočne pohodlne prepojený s logikou TTL / CMOS na použitie v programe riadenom mikroprocesorom.

Poruchový výstup je efektívny nízky, zatiaľ čo nastane viac ako jedna z nasledujúcich situácií:

1) Neplatné vstupné kódy snímača

2) Povolenie výstupu pri logike [0]

3) Vstup súčasného snímania viac ako 100 mV

4) Blokovanie podpätia, aktivácia najmenej jedného komparátora

5) Vypínanie tepla, maximálna teplota križovatky sa zvyšuje na maximum Tento exkluzívny výstup sa môže použiť aj na odlíšenie medzi spustením motora alebo trvalou funkciou v zaplavenej situácii.

Pomocou RC siete medzi chybovým výstupom a povoleným vstupom to znamená, že môžete vytvoriť časovo oneskorené blokované vypnutie s ohľadom na nadprúd.

Dodatočné obvody zobrazené na obrázku 23 pomáhajú uľahčiť spustenie motorových systémov, ktoré sú vybavené vyššími zotrvačnými záťažami, poskytnutím dodatočného krútiaceho momentu pri súčasnom bezpečnom strážení nadprúdovej ochrany. Táto úloha sa dosiahne umiestnením súčasného obmedzenia na nasledujúcu ako minimálnu hodnotu počas stanoveného obdobia. V priebehu mimoriadne dlhej nadprúdovej situácie sa kondenzátor CDLY nabije, čím evokuje vstup povolení, aby sa dostal cez svoju toleranciu do nízkych podmienok.

Západku je možné teraz tvarovať cyklom pozitívnej spätnej väzby z chybového výstupu na výstup povolený. Ak je nastavený pomocou vstupu Current Sense, je možné ho resetovať iba skratom CDLY alebo cyklovaním napájacích zdrojov.

Schéma plne funkčného vysokého príkonu BLDC

Plne funkčný vysokonapäťový, vysokoprúdový obvod radiča BLDC s použitím vyššie vysvetleného zariadenia je možné vidieť ďalej, je nakonfigurovaný ako plnofázový, 3-fázový, 6-krokový režim: