Nagy teljesítményű, kefe nélküli motorvezérlő áramkör

Próbálja Ki A Műszerünket A Problémák Kiküszöbölésére





Ez a sokoldalú kefe nélküli (BLDC) motorvezérlő IC a kívánt nagyfeszültségű, nagy áramerősségű, hall-effektus érzékelővel felszerelt háromfázisú BLDC motor vezérléséhez, rendkívül pontos és biztonságos. Tanuljuk meg részletesen a részleteket.



Az IC MC33035 IC használatával

Az áramkör „hőse” az MC33035 egy chipes vezérlő, amely egy nagy teljesítményű második generációs IC modul, amely tartalmazza az összes szükséges aktív funkciót, amelyre szükség lehet a legtöbb nagyáramú, nagyfeszültségű, 3 vagy 4 fázisú BLDC futtatásához. motorok nyitott hurkú vagy zárt hurkú konfigurációval.



Az IC egy rotor helyzetdekóderrel van ellátva, amely lehetővé teszi a pontos kommutációs szekvenálást, hőmérséklet-kompenzált referenciát az érzékelő megfelelő feszültségének elősegítésére, programozható frekvencia fűrészfog oszcillátort, három beépített nyitott kollektoros magas oldali meghajtó fokozatot és három nagy áramú totem-pólust típusú alacsony oldalsó meghajtók, amelyeket kifejezetten egy 3 fázisú H-híd nagy teljesítményű mosfet motorvezérlő fokozat működtetésére terveztek.

A chipet belső védelem jellemzi a csúcskategóriás védelmi funkciókkal, és bolondbiztos vezérlési lépésekkel, például alulfeszültség zárolással, ciklusonkénti áramkorlátozással az állítható késleltetésű reteszelt kikapcsolás, a belső IC magas hőmérsékletű leállításának és egy kizárólagosan kidolgozott lehetőségnek köszönhetően hibakimeneti pinout, amely összekapcsolható egy MCU-val az előnyben részesített fejlett feldolgozáshoz és a feed-backekhez.

Jellemző funkciók, amelyek ezzel az IC-vel végrehajthatók, a nyitott hurkú fordulatszám-szabályozás, a hátramenet iránya, a „futás engedélyezése”, vészhelyzeti dinamikus fékezés.

Az IC-t 60–300 fokos vagy 120–240 fokos fázisú motorérzékelőkkel dolgozták, bónuszként az IC-t a hagyományos szálcsiszolt motorok vezérléséhez is használhatják.

Hogyan működik az IC

Az MC33035 a nagyhatékonyságú monolit DC kefe nélküli motorvezérlők közé tartozik Motorola .

Csak a teljes funkcionalitású, nyílt hurkú, három- vagy négyfázisú motorvezérlő rendszer elindításához szükséges képességekből áll.

Ezenkívül a vezérlő megvalósítható az egyenáramú kefe motorok vezérléséhez. A Bipolar Analog technológiával tervezték, kiemelkedő hatékonysággal és tartóssággal rendelkezik kíméletlen ipari környezetben.

Az MC33035 tartalmaz egy rotor helyzetdekódert a pontos kommutációs szekvenáláshoz, a környezettel megtérített referenciát, amely képes az érzékelő teljesítményének leadására, egy frekvenciával programozható fűrészfog-oszcillátort, egy teljesen hozzáférhető hibaerősítőt, egy impulzusszélesség-modulátor komparátort, 3 nyitott kollektor felső meghajtó kimenetet és 3 nagy áramú totem pólusú alsó meghajtó kimenetek éppen a működési teljesítményű MOSFET-ekhez.

Az MC33035 beépített árnyékoló képességekkel rendelkezik, amelyek magukban foglalják az alulfeszültség zárolását, az ciklusonkénti áramkorlátozást egy választható idő késleltetett reteszelt kikapcsolási üzemmóddal, a beépített termikus leállítással, valamint az exkluzív hibakimenetet, amely kényelmesen összekapcsolható egy mikroprocesszoros vezérlővel.

A motorvezérlés szokásos tulajdonságai magukban foglalják a nyitott hurok sebességszabályozását, az előre vagy hátra forgást, a menet engedélyezését és a dinamikus fékezést. Ráadásul az MC33035 rendelkezik egy 60 ° / 120 ° -os választótűvel, amely konfigurálja a rotorhelyzet-dekódert 60 ° -os vagy 120 ° -os érzékelő elektromos fázisbemeneteihez.

PIN OUT funkciók:

1., 2., 24. tű (Bt, At, Ct) = Ez az IC három felső meghajtó kimenete, amelyek a külső konfigurációjú tápegységek, például a BJT-k működtetésére vannak meghatározva. Ezeket a pinoutokat belsőleg nyitott kollektor módként konfigurálják.


3. sz. Tű (Fwd, Rev) = Ezt a csapot a motor forgásirányának szabályozására tervezték.

4., 5., 6. tű (Sa, Sb, Sc) = Ez az IC 3 érzékelő kimenete, amelyek a motor vezérlési sorrendjének parancsára vannak rendelve.

7. sz. Tű (kimenet engedélyezése) = Az IC ez a csapja van hozzárendelve a motor működésének engedélyezéséhez, amíg itt magas logikát tartanak fenn, míg alacsony logikával a motor leállását engedélyezik.

8. tű (referencia kimenet) = Ez a tüske tápfeszültséggel engedélyezett a Ct oszcillátor időzítő kondenzátor feltöltéséhez, valamint referenciaszintet biztosít a hibaerősítőhöz. Használható a motor Hall-érzékelő IC-k tápellátásának biztosítására is.

9. tű (Current Sense nem invertáló bemenet) : A 100mV-os jelkimenetet ezen a kivezetésen lehet elérni a # 15-ös érintkezőre hivatkozva, és arra lehet használni, hogy a kimeneti kapcsoló vezetését egy meghatározott oszcillátor-ciklus alatt megszüntesse. Ez a csatlakozó rendszerint az áramérzékelő ellenállás felső oldalához kapcsolódik.

10. tű (oszcillátor) : Ez a pinout meghatározza az IC oszcillátor frekvenciáját az Rt és a Ct RC hálózat segítségével.

11. tű (hiba erősítő nem invertáló bemenet) : Ezt a csapot a fordulatszám-szabályozó potenciométerrel együtt használják.

12. tű (hiba erősítő bemenet invertálásakor) : Ez a tű belső kapcsolatban van a fent említett hibaerősítő kimenettel az open loop alkalmazások engedélyezéséhez .


13. láb (hiba erősítő kimenet / PWM bemenet) : Ennek a pinoutnak az a feladata, hogy kompenzációt nyújtson zárt hurokú alkalmazások során.

14. sz. Tű (hibakimenet) : Ez a hibajelző kimenet alacsony logikájúvá válhat néhány kritikus körülmény között, például: Érvénytelen bemeneti kód az érzékelőhöz, Engedélyezi a nulla logikával táplált pinout-ot, Az áramérzékelő bemenet pinoutja meghaladja a 100 mV-t (@ pin9 a 15. tűre hivatkozva) , a feszültség alatti zárolás kiváltása vagy a termikus leállás helyzete).

15. tű (aktuális érzék invertáló bemenet) : Ez a csap a belső 100mV küszöb referenciaszintjének biztosítására van beállítva, és az alsó oldali áramérzékelő ellenállással összekötve látható.

Tű # 16 (GND) : Ez az IC földelő tüskéje, és arra van kijelölve, hogy a földjelet továbbítsa a vezérlő áramkörnek, és vissza kell utalni az áramforrás földjére.

17. tű: (Vcc) : Ez az áramellátás pozitív csapja, amely megadja a pozitív feszültséget az IC vezérlő áramköréhez. Ennek a tűnek a minimális működési tartománya 10 V, a maximális pedig 30 V.

18. tű (Vc) : Ez a pinout a felső állapotot (Voh) állítja be az alsó meghajtó kimeneteihez az ehhez a csaphoz rendelt teljesítményen keresztül. A színpad 10-30 V tartományban működik.

19., 20., 21. tű (Cb, Bb, Ab) : Ez a három csatlakozó belsőleg totem pólus kimenetek formájában van elrendezve, és az alsó meghajtó kimeneti tápegységeinek meghajtására vannak kijelölve.

22. sz. Tű (60 D, 120D fáziseltolás kiválasztása) : Az ehhez a pinouthoz rendelt állapot konfigurálja a vezérlő áramkör működését a Hall-effektus érzékelőkkel 60 fokos (magas logikai) vagy 120 fokos (alacsony logikai) fázisszög bemenetre.

# 23-as csap (fék) : Az alacsony logikai érték ezen a rögzítési ponton lehetővé teszi a BLDC motor zavartalan működését, míg a magas logikai érték gyors lassítással azonnal leállítja a motor működését.

FUNKCIONÁLIS LEÍRÁS

A reprezentatív belső blokkdiagramot a fenti ábra szemlélteti. Az alábbiakban felsorolt ​​központi blokkok előnyeinek és működésének beszéde.

Rotor helyzet dekóder

Egy belső rotorpozíció-dekóder méri a 3 érzékelő bemenetet (4, 5, 6 érintkezők), hogy a felső és az alsó meghajtó tűinek megfelelő sorrendje legyen. Az érzékelő bemeneteket úgy gyártják, hogy egyenesen csatlakozzanak a nyitott kollektor típusú Hall Effect kapcsolókhoz vagy opto réselt csatlakozókhoz.

A beépített felhúzható ellenállások besorolása a szükséges mennyiségű külső alkatrész csökkentését szolgálja. A bemenetek TTL-kompatibilisek, küszöbeik jellemzően 2,2 V-on vannak.

Az MC33035 IC-k 3 fázisú motorok vezérlésére szolgálnak, és az érzékelő fázisainak 4 legnépszerűbb konvenciójával működnek. Célszerű a 60 ° / 120 ° Select (22. érintkező) szállítása, amely az MC33035-öt a 60 °, 120 °, 240 ° vagy 300 ° elektromos érzékelő fokozatos motorjának szabályozására konfigurálja.

3 érzékelőbemenet segítségével 8 lehetséges bemeneti kódalakot fedezhet fel, amelyek közül 6 jogos rotor elhelyezés.

A másik két kód elavult, mivel általában egy nyitott vagy rövidzárlatos szenzorcsatlakozás eredménye.

6 megalapozott bemeneti kóddal a dekóder esetleg gondoskodhat a motor rotor helyzetéről 60 elektromos fokon belül.

A Forward / Reverse bemenet (3. érintkező) eszközként szolgál a motor ütemezésének módosításához az állórész tekercsének feszültségének megfordításával.

Amint a bemenet megváltoztatja az állapotot, magasról alacsonyra, egy hozzárendelt érzékelő bemeneti programkóddal (például 100), az azonos alfa állapotot használó megkönnyített felső és alap meghajtó kimeneteket felcserélik (AT-ről AB-re, BT-ről BB-re, CT-ről CB).

Lényegében a változtatható húr iránya megváltozik, és a motor megfordítja az iránysort. A motor be- és kikapcsolását a kimenet engedélyezése (7. érintkező) biztosítja.

Ha nem csatlakozik, a belső 25 μA áramellátás lehetővé teszi a vezető és az alap meghajtó kimenetének szekvenálását. Földeléskor a felső rész hajtás kimenetei kikapcsolnak, és az alap meghajtók alacsonyra vannak tolva, ami a motort partra és a Hiba kimenetet váltja ki.

A dinamikus motoros fékezés lehetővé teszi a védelem feleslegének kialakítását a végső eszközben. A fékrendszert úgy érik el, hogy a fékbemenetet (23. érintkező) magasabb állapotba helyezi.

Ez a felső meghajtókimenetek kikapcsolásához és az alsó meghajtók aktiválásához vezet, rövidre zárva a motor által generált EMF-et. A fékbevitel abszolút, teljes szívvel veszi figyelembe az összes többi bemenetet. A belső, 40 kΩ-os felhúzási ellenállás ütközik a program biztonsági kapcsolójával, garantálva a fék működését nyitás vagy kikapcsolás esetén.

A kommutációs logika igazságtáblázatát az alábbiakban mutatjuk be. Négy bemenetű NOR kaput használnak a fékbemenet és a 3 felső meghajtó kimeneti BJT bemeneteinek vizsgálatához.

A cél általában a fékezés kikapcsolása, mielőtt a felső hajtás kimenetei magas státuszt érnének el. Ez lehetővé teszi a felső és az alapkapcsoló szinkronizált bérbeadásának elkerülését.

A félhullámú motoros meghajtó programokban a felső meghajtó alkatrészekre általában nincs szükség, és ezeket a legtöbb esetben leválasztva tartják. Ilyen körülmények között a fékezés még mindig elérhető lesz, mert a NOR kapu érzékeli a felső meghajtó kimeneti BJT alapfeszültségét.

Hiba-erősítő

Javított hatékonyságú, teljesen kompenzált hibaerősítő, aktív hozzáféréssel az egyes bemenetekhez és kimenetekhez (# 11, 12, 13 lábak) segítséget nyújt a zárt hurkú motor fordulatszám-szabályozásának végrehajtásában.

Az erősítő normál 80 dB-es, 0,6 MHz-es erősítési sávszélességű egyenfeszültség-erősítéssel rendelkezik, valamint egy széles bemeneti közös üzemmódú feszültségtartomány, amely a földtől a Vrefig terjed.

A nyílt hurkú sebességszabályozó programok többségében az erősítő egységerősítő feszültségkövetőként van beállítva, a nem inverz bemenet a beállított sebességű feszültségellátással van összekapcsolva.

Oszcillátor A belső rámpás oszcillátor frekvenciája az RT és CT időzítő elemeknél meghatározott értékeken keresztül van bekötve.

A kondenzátor CT-t a referencia kimeneten (8. érintkező) keresztül töltjük fel az RT ellenállás segítségével, és egy belső kisülési tranzisztoron keresztül ürítjük.

A rámpa csúcs- és gödörfeszültsége általában ennek megfelelően 4,1 V és 1,5 V. A hallható zaj és a kimenet kapcsolási teljesítménye közötti megfelelő megtakarítás érdekében javasoljuk az oszcillátor frekvenciáját a 20-30 kHz közötti választásnál. A komponensek kiválasztásához lásd az 1. ábrát.

Pulzusszélesség modulátor

Az integrált impulzusszélesség-moduláció hatékony hatékonyságú megközelítést kínál a motor fordulatszámának szabályozásához azáltal, hogy megváltoztatja a kommutációs sorozat minden állórész tekercsének tulajdonított szokásos feszültséget.

A CT kisütésekor az oszcillátor mindegyik reteszt modellezi, lehetővé téve a felső és az alsó hajtás kimenetének vezetését. A PWM-összehasonlító alaphelyzetbe állítja a felső reteszt, és megszünteti az alsó meghajtó kimeneti lízingjét, ha a CT pozitív irányú rámpája meghaladja a hibaerősítő kimenetelét.

Az impulzusszélesség-modulátor időzítési diagramját a 21. ábra szemlélteti.

Az impulzusszélesség moduláció a sebességszabályozáshoz kizárólag az alsó meghajtó kimeneteknél jelenik meg. Áramkorlát A jelentősen túlterhelt motor állandó működése túlmelegedéshez és elkerülhetetlen meghibásodáshoz vezet.

Ezt a káros helyzetet legkönnyebben a ciklusonkénti áramkorlátozás alkalmazásával lehet elkerülni.

Vagyis minden cikluson független funkcióként kezelik. A ciklusonkénti áramkorlátozást úgy lehet elérni, hogy nyomon követjük az állórész áramának felépülését, valahányszor egy kimeneti kapcsoló elindul, és miután érzékeli a magas jelenlegi helyzetet, azonnal kikapcsolja a kapcsolót, és kikapcsolja az oszcillátor felfutási időtartamának hátralévő időtartama alatt.

Az állórész áramát feszültséggé alakítják át egy földelt referencia RS érzékelő ellenállás alkalmazásával (36. ábra), összhangban a 3 alsó rész kapcsoló tranzisztorral (Q4, Q5, Q6).

Az előrejelző ellenállás mentén létrehozott feszültséget az áramérzékelő bemeneten (9. és 15. érintkező) felügyelik, és összehasonlítják a belső 100 mV referenciaponttal.

Az aktuális érzék-komparátor bemenetek nagyjából 3,0 V-os bemenettel rendelkeznek.

Abban az esetben, ha a 100 mV-os érzékszervi tűrést túllépik, az összehasonlító visszaállítja az alsó érzék zárolását és befejezi a kimeneti kapcsoló vezetését. Az áramérzékelő ellenállás értéke valójában:

Rs = 0,1 / állórész (max)

A hibakimenet magas erősítő helyzetben indul. A kettős reteszes PWM beállítás biztosítja, hogy egy oszcillátor rutin során csak egyetlen kimeneti kiváltó impulzus keletkezzen, függetlenül attól, hogy a hibaerősítő kimenete vagy az áramkorlát-összehasonlító vége-e.

A chipen lévő 6,25 V-os szabályozó (8. érintkező) töltőáramot kínál az oszcillátor időzítő kondenzátorához, amely egy referenciapont a hibaerősítőhöz, amely lehetővé teszi, hogy 20 mA áramot tápláljon, amely alkalmas az érzékelők speciális áramellátására kisfeszültségű programokban.

Nagyobb feszültség esetén ez fontossá válhat a szabályozó által kibocsátott energia kicserélésére az IC-ről. Ezt mindenképpen egy másik áteresztő tranzisztor segítségével érjük el, amint azt a 22. ábra mutatja.

Úgy tűnt, hogy egy 6,25 V-os referenciapontot választanak az egyszerű NPN áramkör visszaadásának lehetővé tételére, bárhol is legyen a Vref - VBE meghaladja a Hall Effect szenzorok által hőhőmérsékleten elengedhetetlen minimális feszültséget.

Megfelelő tranzisztor választékkal és elegendő hűtőbordázással akár 1 amperes terhelési áram is megvásárolható.

Alulfeszültség-zár

Háromutas alulfeszültség-lezárást integráltak az IC és az alternatív tápkapcsoló tranzisztorok károsodásának csökkentésére. Alacsony áramellátási tényezők esetén biztosítja, hogy az IC és az érzékelők teljesen működőképesek legyenek, és hogy megfelelő alap meghajtó kimeneti feszültség legyen.

Az IC (VCC) pozitív tápellátását és az alacsony frekvenciájú meghajtókat (VC) független komparátorok vizsgálják, amelyek küszöbértékét 9,1 V-nál kapják meg. Ez a bizonyos szakasz garantálja a megfelelő kapu ingázást, amely szükséges az alacsony RDS (be) eléréséhez, amikor normál teljesítményű MOSFET berendezések.

Amikor a Hall-érzékelőket közvetlenül feszültség alá helyezik a referenciától, az érzékelő nem megfelelő működése jelenik meg abban az esetben, ha a referenciapont kimeneti feszültsége 4,5 V alá csökken.

A probléma felismerésére egy 3. összehasonlító használható.

Ha az összehasonlítók közül egynél több veszi fel a feszültséget, akkor a hibakimenetet bekapcsolják, a felső meneteket elhalasztják, és az alap meghajtó kimeneteit mélypontba rendezik.

Az összehasonlítók mindegyike beépíti a hiszterézist, hogy megvédje az amplitúdókat az egyéni küszöbök áthidalásakor.

Hibakimenet

A nyitott kollektoros hibakimenetet (14. érintkező) az elemzés részleteinek bemutatására szánták a folyamat meghibásodása esetén. A süllyesztési áram képessége 16 mA, és kifejezetten egy fénykibocsátó diódát vezethet a látható jel érdekében. Ezenkívül valójában kényelmesen összekapcsolódik a TTL / CMOS logikával mikroprocesszor által vezérelt programban történő felhasználás céljából.

A hibakimenet alacsony, míg a következő helyzetek közül több is előfordul:

1) Érvénytelen érzékelő bemeneti kódok

2) Kimenet engedélyezése logikánál [0]

3) Az áramérzékelés több mint 100 mV

4) Alulfeszültség-zár, 1 vagy annál magasabb komparátor aktiválása

5) Hőkapcsolás, az optimális csatlakozási hőmérséklet maximalizálása Ez az exkluzív kimenet arra is felhasználható, hogy megkülönböztesse a motor indítását vagy az elárasztott helyzetet elárasztott helyzetben.

A Hibakimenet és az engedélyező bemenet között található RC hálózat segítségével ez azt jelenti, hogy a túláramra vonatkozóan késleltetett időzített kikapcsolást alakíthat ki.

A 23. ábrán látható további áramkörök segítenek a nagyobb tehetetlenségi terheléssel felszerelt motorrendszerek könnyed beindításában azáltal, hogy kiegészítő felvételi nyomatékot adnak, miközben továbbra is biztonságosan védik a túláramvédelmet. Ezt a feladatot úgy érik el, hogy az aktuális korlátozást egy meghatározott időtartamra a következőnél minimálisabb értékre helyezik. Rendkívül hosszú túláramhelyzetben a CDLY kondenzátor töltődik, felidézve az engedélyező bemenetet, hogy túllépjen egy alacsony állapotig.

A reteszt most a hibakimenet és a kimenet engedélyezése közötti pozitív visszacsatolási ciklus alakíthatja. Ha a Current Sense bemenet be van állítva, akkor azt csak a CDLY rövidzárlatával vagy a tápegységek megszakításával lehet visszaállítani.

Teljesen funkcionális nagy teljesítményű BLDC sematikus

Az alábbiakban bemutatható egy teljesen működőképes, nagy teljesítményű, nagy áramú BLDC vezérlő áramkör, amely a fent ismertetett eszközt használja. Ez teljes hullámú, 3 fázisú, 6 lépéses módban van konfigurálva:




Előző: Feszültség, áram kiszámítása egy Buck induktorban Következő: Készítse el ezt az elektromos robogó / riksa áramkört