Високомощна безчеткова верига на моторния контролер

Високомощна безчеткова верига на моторния контролер

Този универсален безчетков (BLDC) контролер на мотора IC е предназначен за управление на всяко желано високо напрежение, силен ток, сензор за ефект на Hall, оборудван с 3-фазен BLDC мотор с изключителна точност и безопасност. Нека научим подробностите в дълбочина.



Използване на IC MC33035

„Героят“ на веригата е едночиповият контролер MC33035, който е високопроизводителен IC модул от второ поколение, включващ всички необходими активни функции, които може да са необходими за работа с най-висок ток, високо напрежение, 3-фазен или 4-фазен BLDC двигатели с отворена или затворена конфигурация.





IC е снабден с декодер за положение на ротора, за да позволи точна последователност на комутацията, температурно компенсирана референция за улесняване на правилното напрежение на сензора, програмируем честотен триъгълен осцилатор, три вградени отворени колекторни стъпала от високата страна и три тотемни полюса тип драйвери с ниска страна, специално проектирани за работа с 3-фазен H-мост с висока мощност на MOSFET етап на контролера на двигателя.



Чипът също е вътрешно подсилен с висококачествени функции за защита и надеждни контролни етапи като блокиране под напрежение, ограничаване на тока цикъл по цикъл чрез опция за регулируемо закъснение, изключено заключване, вътрешно изключване при висока температура на IC и изключително разработен изход за извеждане на неизправност, който може да бъде свързан с MCU за предпочитана усъвършенствана обработка и обратни връзки.

Типични функции, които могат да бъдат изпълнени с тази интегрална схема, са контрол на скоростта с отворен контур, управление на посоката на обратната посока напред, „активиране на движението“, аварийна динамична спирачна функция

IC е проектиран да работи с моторни сензори с фази от 60 до 300 градуса или 120 до 240 градуса, като бонус IC може да се използва и за управление на традиционните двигатели с четка.

Как работи IC

MC33035 е сред няколко високоефективни монолитни DC безчеткови моторни контролера, създадени от Motorola .

Състои се от почти всички възможности, необходими за създаване на пълнофункционална, отворена верига, три или четирифазна система за управление на двигателя.

Освен това контролерът може да бъде изпълнен за управление на двигатели с постоянен ток. Проектиран с биполярна аналогова технология, той се отличава с превъзходно ниво на ефективност и издръжливост в безмилостната индустриална среда.

MC33035 носи декодер на положението на ротора за точно последователност на комутация, реимбурсирана среда, компетентна за подаване на мощност на сензора, програмируем честота трионно осцилатор, напълно достъпен усилвател на грешки, компаратор на модулатор на широчина на импулса, 3 изхода на отворен колектор и 3 силен тотем полюс на долния драйвер извежда точно за MOSFET с работна мощност.

В MC33035 са вградени екраниращи възможности, които включват блокиране на ниско напрежение, ограничаване на тока цикъл по цикъл с избираем режим на закъснение със закъснение, вградено термично изключване, заедно с изключителен изход за повреда, който удобно ще бъде свързан към микропроцесорен контролер.

Стандартните атрибути за управление на двигателя включват контрол на скоростта с отворен контур, въртене напред или назад, активиране на движението и динамично спиране. На всичкото отгоре MC33035 има щифт за избор на 60 ° / 120 °, който конфигурира декодера на ситуацията на ротора за електрически фазирани входове на 60 ° или 120 °.

PIN OUT функции:

Pin1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Това са трите горни изхода на задвижването на IC, определени за работа с външно конфигурирани захранващи устройства като BJT. Тези щифтове са конфигурирани вътрешно като режим на отворен колектор.


ПИН # 3 (Fwd, Rev) = Този щифт е предназначен да се използва за управление на посоката на въртене на двигателя.

Пин # 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Това са 3 сензорни изхода на IC, назначени за командване на последователността на управление на двигателя.

ПИН # 7 (Активиране на изхода) = Този щифт на интегралната схема е назначен, за да даде възможност за работа на двигателя, докато тук се поддържа висока логика, докато ниската логика е за активиране на движението на двигателя.

ПИН # 8 (Референтен изход) = Този щифт е активиран с захранващ ток за зареждане на кондензатора за синхронизация на осцилатора Ct, както и осигурява референтно ниво за усилвателя на грешките. Може да се използва и за осигуряване на захранващо напрежение към интегралните схеми на датчика на ефекта на Хол.

ПИН # 9 (Текущ смисъл неинвертиращ вход) : Изходният сигнал от 100 mV може да се постигне от този пиноут по отношение на щифт # 15 и се използва за отмяна на проводимостта на изходния превключвател по време на определен цикъл на осцилатора. Този щифт обикновено се свързва с горната страна на текущия сензорен резистор.

ПИН # 10 (Осцилатор) : Този pinout определя честотата на осцилатора за IC с помощта на RC мрежата Rt и Ct.

ПИН # 11 (Грешка, усилвател неинвертиращ вход) : Този щифт се използва с потенциометъра за контрол на скоростта.

ПИН # 12 (Грешка при инвертиране на входа) : Този щифт е вътрешно свързан с гореспоменатия изход за усилвател на грешки за активиране на приложенията с отворен цикъл .


ПИН # 13 (Изход за усилвател на грешка / PWM вход) : Функцията на този pinout е да осигури компенсация по време на приложения със затворен цикъл.

ПИН # 14 (Изход за неизправност) : Този изход на индикатора за повреда може да стане активен логически нисък при няколко критични състояния като: Невалиден входен код за сензора, Активиране на пиноут, захранван с нулева логика, Входящ пинот на текущия смисъл става по-висок от 100mV (@ pin9 по отношение на pin15) , задействане на блокиране под напрежение или ситуация на термично изключване).

ПИН # 15 (Входящ инвертиращ вход) : Този щифт е настроен за осигуряване на референтно ниво за вътрешния праг от 100 mV и може да се види свързан с долния страничен токов резистор.

ПИН # 16 (GND) : Това е заземителният щифт на интегралната схема и е предназначен да подава сигнал за заземяване към управляващата верига и се изисква да се препраща обратно към земята на източника на захранване.

ПИН # 17: (Vcc) : Това е захранващият положителен щифт, посочен за осигуряване на положителното напрежение към управляващата верига на IC. Минималният обхват на работа на този щифт е 10V, а максималният при 30V.

ПИН # 18 (Vc) : Този щифт задава високото състояние (Voh) за по-ниските изходи на задвижването чрез мощността, приписана на този щифт. Сцената работи в диапазона от 10 до 30V.

ПИН # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Тези три извода са разположени вътрешно под формата на изходи на тотем полюс и са назначени за задвижване на устройствата за захранване с по-ниско задвижване.

ПИН # 22 (60 D, 120D избор на фазово отместване) : Състоянието, приписано на този пиноут, конфигурира работата на управляващата верига със сензори за ефект на Хол за входове за фаза от 60 градуса (висока логика) или 120 градуса (ниска логика).

ПИН # 23 (спирачка) : Логиката при този пиноут ще позволи на BLDC двигателя да работи безпроблемно, докато логически високата моментално ще спре работата на двигателя чрез бързо забавяне.

ФУНКЦИОНАЛНО ОПИСАНИЕ

Представителна вътрешна блок-схема е показана на горната фигура. Дискурс за предимствата и работата на всеки един от централните блокове, изброени по-долу.

Декодер на позицията на ротора

Декодер на вътрешното положение на ротора измерва 3-те входа на сензора (щифтове 4, 5, 6), за да направи правилната последователност на горните и долните щифтове на задвижването. Сензорните входове са произведени така, че да се свързват направо с превключватели на Hall Effect от отворен колектор или с опънати съединители.

Вградените изтеглящи резистори се класифицират, за да ограничат необходимото количество външни части. Входовете са съвместими с TTL, като техните прагове са характерни при 2,2 V.

Гамата MC33035 на интегралните схеми е предназначена да управлява 3-фазни двигатели и да работи с 4 от най-популярните конвенции за фазово фазиране. Подходящо се доставя 60 ° / 120 ° Select (Pin 22) и осигурява MC33035 да се конфигурира самостоятелно за регулиране на двигатели с фазиране на електрически сензор от 60 °, 120 °, 240 ° или 300 °.

С 3 сензорни входа ще откриете 8 потенциални образувания на входен код, 6 от които са законни разположения на ротора.

Другите два кода са остарели, тъй като обикновено са резултат от отворена или къса връзка на сензора.

С 6 оправдани входни кода, декодерът може да се погрижи за положението на ротора на двигателя в рамките на спектър от 60 електрически градуса.

Входът Forward / Reverse (Pin 3) се използва като инструмент за промяна на хода на графика на двигателя чрез обръщане на напрежението в намотката на статора.

Веднага след като входните промени променят състоянието, от високо към ниско, използвайки зададен програмен код за вход на сензора (например 100), улеснените изходи на горния и базовия диск, използващи едно и също състояние на алфа, се сменят (AT към AB, BT до BB, CT до CB).

По същество сменяемият низ се променя по посока и двигателят обръща посоката на посоката. Управлението на включването / изключването на двигателя се постига чрез Активиране на изхода (щифт 7).

Винаги, когато се остави изключен, вътрешно захранване с ток от 25 μA позволява последователност на водещите и базовите изходи на задвижването. Когато са заземени, изходите на горната част на задвижването се изключват и базовите задвижвания се натискат на ниско ниво, предизвиквайки мотора да се спуска и изхода на повредата да се задейства.

Динамичното спиране на двигателя дава възможност за излишък на защита да бъде разработен в крайното устройство. Спирачната система се постига чрез поставяне на вашия спирачен вход (Пин 23) в по-висок статус.

Това води до изключване на горните изходи на задвижването и задействане на долните задвижвания, късо съединение, генерирано от двигателя отново EMF. Спирачният вход има абсолютно искрено съображение спрямо всички останали входове. Вътрешният 40 kΩ издърпващ резистор, стриймлайн линии, свързва с помощта на програмния превключвател за безопасност, като гарантира задействане на спирачката в случай на отваряне или изключване.

Таблицата на истината на комутационната логика е показана по-долу. 4 входа NOR порта се използва за проверка на входа на спирачките и входовете към 3-те най-изходни BJT на задвижването.

Целта обикновено е да се изключи спирането, преди горните изходи на задвижването да постигнат висок статус. Това ви позволява да избегнете синхронизиран лизинг на горния и базовия превключвател на захранването.

В програмите за моторно задвижване с половин вълна компонентите на горното задвижване обикновено не са необходими и в повечето случаи се държат отделени. При тези видове обстоятелства спирането все още ще бъде постигнато, защото NOR портата открива базовото напрежение към BJT на горното задвижване.

Усилвател за грешки

Подобрена ефективност, напълно компенсиран усилвател на грешки с активен достъп до всеки вход и изход (изводи №11, 12, 13) се предлага, за да подпомогне изпълнението на контрол на скоростта на двигателя със затворен цикъл.

Усилвателят се предлага със стандартно усилване на постояннотоково напрежение от 80 dB, широчина на честотната лента на усилване 0,6 MHz, заедно с широк обхват на входното честотно напрежение, който се простира от земята до Vref.

В повечето програми за контрол на скоростта с отворен контур усилвателят е настроен като последовател на напрежение с единично усилване с неинвертиращ вход, свързан към захранващото напрежение.

Осцилатор Честотата на вътрешния осцилатор на рампата е свързана твърдо чрез стойностите, определени за синхронизиращите елементи RT и CT.

Кондензаторът CT ще се зарежда през референтния изход (Pin 8) посредством резистор RT и ще се разрежда през вътрешен разряден транзистор.

Пиковите и напреженията на рампата обикновено са съответно 4,1 V и 1,5 V. За да се предложи прилично оскъпяване сред звуковия шум и производителността на превключване на изхода, се препоръчва честота на осцилатора при избора от 20 до 30 kHz. Направете препратка към Фигура 1 за избор на компонент.

Модулатор на широчината на импулса

Интегрираната широчинно-импулсна модулация предлага енергийно ефективен подход за управление на скоростта на двигателя, като променя стандартното напрежение, приписвано на всяка намотка на статора през цялата серия на комутация.

Когато CT се разрежда, осцилаторът моделира всяка ключалка, позволявайки провеждане на горния и долния изход на задвижването. PWM компараторът нулира горния фиксатор, прекратявайки долния лизинг на изходното задвижване, след като положително преминаващата рампа на CT се превърне в надвишаваща резултата от усилвателя на грешка.

Диаграмата на времевия модулатор с широчина на импулса е показана на фигура 21.

Широко-импулсна модулация за управление на скоростта се представя изключително при по-ниските изходи на задвижването. Текуща граница Постоянното функциониране на двигател, който може да бъде значително претоварен, води до прегряване и неизбежна неизправност.

Тази вредна ситуация може лесно да бъде предотвратена заедно с използването на ограничение на тока цикъл по цикъл.

Тоест, всеки цикъл се разглежда като независима функция. Ограничението на тока цикъл по цикъл се постига чрез проследяване на натрупването на ток на статора всеки път, когато се задейства изходен превключвател, и след усещане на висока текуща ситуация, незабавно деактивиране на превключвателя и задържането му за изключителния период на интервала на нарастване на осцилатора.

Токът на статора се трансформира в напрежение чрез прилагане на земно-референтен сензорен резистор RS (Фигура 36) в съответствие с 3-те превключващи транзистора от долната част (Q4, Q5, Q6).

Напрежението, установено по изпреварващия резистор, се контролира с Current Sense Input (изводи 9 и 15) и се сравнява с вътрешната референтна точка 100 mV.

Настоящите входове за сравнение на смисъла идват с общ обхват на входа от около 3,0 V.

В случай, че толерансът на чувствителността на тока 100 mV е надвишен, компараторът нулира долната сензорна ключалка и прекратява проводимостта на изходния превключвател. Стойността за текущия сензорен резистор всъщност е:

Rs = 0,1 / Istator (макс.)

Изходът за повреда се стартира, докато е в ситуация с висок усилвател. Настройката на ШИМ с двойно заключване гарантира, че само един изходен импулс на задействане възниква в хода на определена рутина на осцилатора, независимо дали е завършен или не чрез изхода на усилвателя на грешките или компаратора на текущата граница.

Вграденият 6,25 V регулатор (Pin 8) предлага заряден ток за синхронизаторния кондензатор на осцилатора, референтна точка за усилвателя на грешките, който му позволява да подава 20 mA ток, подходящ за специално захранване на сензори в програми с ниско напрежение.

При по-големи напрежения това може да стане важно за обмен на мощност, излъчвана от регулатора, извън IC. Това определено се постига с помощта на друг проходен транзистор, както е показано на фигура 22.

Избира се, че е решена точка от 6,25 V, за да се даде възможност за рендиране на пряката NPN верига, където Vref - VBE надвишава минималното напрежение, необходимо от сензорите на Hall Effect над топлината.

С подходящ транзисторен асортимент и достатъчно радиатор, може да се закупи до 1 ампер ток на натоварване.

Изключване под ниско напрежение

Интегрирано е трипосочно заключване за понижено напрежение, за да се намали вредата за интегралната схема и алтернативните транзистори на превключвателя на захранването. По време на ниски коефициенти на захранване, той гарантира факта, че интегралните схеми и сензорите са напълно функционални и че има адекватно изходно напрежение на базовото задвижване.

Положителните захранвания към IC (VCC) и ниските задвижвания (VC) се изследват от независими компаратори, които получават своите прагове при 9.1 V. Този конкретен етап гарантира адекватно пътуване до порта, необходимо за постигане на ниско RDS (включено) при задвижване на обикновена мощност MOSFET оборудване.

Всеки път, когато директно захранва сензорите на Hall от еталона, се появява неподходяща работа на сензора, в случай че изходното напрежение на референтната точка падне под 4,5 V.

3-ти сравнител може да се използва за разпознаване на този проблем.

Когато повече от един от компараторите открие ситуация с понижено напрежение, изходът за повреда се включва, горните пробези се отлагат и изходите на базовото устройство се организират в ниска точка.

Всеки един от сравнителите включва хистерезис за защита срещу амплитуди при преодоляване на техните индивидуални прагове.

Изход за неизправност

Изходът за неизправност на отворен колектор (ПИН 14) беше предназначен да предложи подробности за анализ в случай на повреда на процеса. Той има способност за ток на мивка от 16 mA и може специално да задвижва светодиод за видим сигнал. Освен това той всъщност е удобно свързан с TTL / CMOS логика за използване в управлявана от микропроцесор програма.

Изходът за грешка е ефективен нисък, докато се случват повече от една от следващите ситуации:

1) Невалидни входни кодове на сензора

2) Активиране на изхода при логика [0]

3) Входящ токов сигнал над 100 mV

4) Локация за понижено напрежение, активиране на 1 или по-висока от сравнителните устройства

5) Топлинно изключване, максимална температура на кръстовището се увеличава. Тази изключителна мощност може също да се използва за разграничаване между пускането на двигателя или продължителното функциониране в затрупана ситуация.

С помощта на RC мрежа между изхода за грешки и входа за разрешаване, това означава, че можете да развиете закъснение във времето със закъснение по отношение на свръхток.

Допълнителните схеми, показани на фигура 23, помагат за лесното стартиране на моторни системи, които са оборудвани с по-високи инерционни натоварвания, като осигуряват допълнителен въртящ момент на вдигане, като същевременно предпазват защитата от свръхток. Тази задача се постига чрез поставяне на текущото ограничение на следващата от минималната стойност за установен период. По време на изключително продължителна свръхток, кондензаторът CDLY ще се зареди, предизвиквайки разрешения вход, за да преодолее толеранса си до ниско състояние.

Резето вече може да бъде оформено от цикъла на положителна обратна връзка от изхода за грешка до разрешаването на изхода. Когато е зададен, от Current Sense Input, той може да бъде нулиран само чрез късо съединение на CDLY или циклиране на захранващите устройства.

Напълно функционална BLDC схема с висока мощност

Напълно функционална схема с висока мощност и силен ток на BLDC контролер, използваща описаното по-горе устройство, може да бъде засвидетелствана по-долу, тя е конфигурирана като пълен вълнен, 3-фазен, 6-стъпков режим:




Предишна: Изчисляване на напрежение, ток в индуктор Напред: Направете тази електрическа верига за скутер / рикша