Ebben a bejegyzésben azt vizsgáljuk, hogy mi a BLDC motor, és utána megtanuljuk az érzékelők nélküli BLDC motorvezérlő áramkör kialakítását.
BLDC CPU-rajongók
Látta azokat a gyorsan mozgó ventilátorokat CPU-kban, feszültségstabilizátorokban, DVD-lejátszókban és más hasonló berendezésekben, amelyek a legnagyobb hatékonysággal működnek, minimális helyet és áramot fogyasztanak, és mégis képesek végrehajtani a fontos műveleteket az adott berendezés számára előírtak szerint?
Igen, ezek a BLDC ventilátorok vagy a kefe nélküli egyenáramú motorok modern változatai, amelyek sokkal jobbak, mint a régi, hagyományos szálcsiszolt motorok.
Kép jóvoltából: https://en.wikipedia.org/wiki/Computer_fan#/media/File:Geh%C3%A4usel%C3%BCfter.jpg
A BLDC motorhoz azonban kifinomult meghajtó áramkörre lesz szükség, és igen, ezek a CPU-ventilátorok tartalmazzák ezeket a meghajtó modulokat beépítetten, bár ezek a közönséges DC használatával könnyen kezelhetőnek tűnnek, a rendszer belsejében már van intelligens áramkör.
BLDC motorvezérlő
Itt megtudhatunk egy ilyen intelligens BLDC motorvezérlő áramkört, amely egyetlen chipet használ a DRV10963 segítségével bármilyen kicsi BLDC motor vezetésére hihetetlen hatékonysággal, majd később a következő cikkek egyikében meglátjuk, hogyan lehet ezt az IC áramkört még a vezetés érdekében is továbbfejleszteni az erős nagyáramú BLDC-k, mint amilyenek kvadrokopterekben használják.
De előtte érdekes lenne egy kicsit megismerni a BLDC motorokat.
Különbség a csiszolt és a kefe nélküli egyenáramú motorok között
A különbség a szálcsiszolt motor és a kefe nélküli motor és a hatásfok között meglehetősen nyilvánvaló.
Mivel a szálcsiszolt motoroknál a tekercs maga a mágnesek között mozog, „keféket” (dörzsölő érintkezőket) kell alkalmaznia, hogy a mozgó tekercs sorkapcsai képesek legyenek folyamatosan befogadni a tápfeszültséget anélkül, hogy maguknak kellene elérniük a tápforrást, ami különben a lehetetlen munka és veszélyeztetik a műveleteket.
Kefe nélküli motorban a tekercs vagy a tekercs soha nem mozog és állandó, itt a rotor állandó mágneseket hordoz, és a környező tekercs mágneses fluxusainak hatására forog.
Mivel a mágnes mentes minden problémától, és képes terminálok bevonása nélkül működni az energia kezeléséhez vagy fogadásához, könnyedén, gyors sebességgel és gyakorlatilag zajmentes szinten foroghat.
De itt van egy fogás. Annak érdekében, hogy az elektromágnes reagáljon az állandó mágnes fluxusaira, állandó mágneses fázis vagy pólusok eltolódására van szükség, hogy a két partner folyamatosan reagálni tudjon és átmehessen egy ellentétes erővel, ezáltal felszabadítva a szükséges torziós erőt a rotort és hajtsa végre a forgatást a kapott nyomatékkal.
Egy szálcsiszolt motorban ez könnyebbé válik az armatúra tekercs önbeállító jellege miatt, amely képes forogni és létrehozni egy önfenntartó ellentétes mágneses erőt, és folyamatosan forogni anélkül, hogy bármilyen külső impulzus vagy feldolgozás kellene hozzá.
A BLDC-ben azonban ez problémává válik, mivel a mágneses rotor továbbra is „tanácstalan”, és számított mágneses parancsot igényel a tekercstől annak érdekében, hogy értelmesen és ne véletlenszerűen forogjon.
Éppen ezért minden BLDC motor kötelezően megköveteli a motorvezérlő áramkört a motor belsejében lévő három különféle tekercskészlet irányításához.
Így az összes BLDC lényegében háromfázisú motor, és kötelezően 3 fázist igényel a rotor forgatónyomatékának előállításához.
Mit csinálnak az érzékelő nélküli BLDC illesztőprogramok
Az érzékelő nélküli BLDC meghajtó áramkör egyszerűen felvillanyozza a 3 tekercskészletet egymás után úgy, hogy a mágneses rotor képes állandó ellentétes erőn átmenni, amely lehetővé teszi a motor számára a tartós forgatónyomatékot és forgási erőt.
De a BLDC tekercselésnek ezt az áramkör általi szekvenciális bekapcsolását nem lehet véletlenszerűen beállítani, annak tandemben kell lennie, vagy a rotor mágnes forgási helyzetére reagálva, különben a megvalósítás széthúzódhat, és szemtanúi lehetünk a motor tengelyének (rotor) ) véletlenszerűen forog, vagyis az óramutató járásával megegyező és az óramutató járásával ellentétes irányba rándul, ésszerű forgatás nélkül.
Miért használják az érzékelőket a BLDC motorokban?
Ezért sok BLDC motorváltozatban helyezzük el az érzékelőket, ezek az érzékelők (általában Hall-effektus-érzékelők) „megértik” a rotormágnes mágneses pólusainak változó helyzetét, utasítják a mellékelt processzor áramkört, hogy villamosítsa fel a megfelelő tekercselést és hajtson végre egy forgási mozgást optimális nyomatékkal.
A Hall-effektus-érzékelőket hatékonyan alkalmazzák a legtöbb, viszonylag nagyobb méretű BLDC motorban, de kisebb motorokhoz, például CPU-ventilátorokhoz, CPU-meghajtókhoz, DVD-lejátszókhoz, kis kipufogóventilátorokhoz, a quadrokopterekben használt motorokhoz a Hall-effektus-érzékelők nem megfelelőek és ezért alternatív szenzor nélküli megközelítést alkalmaznak.
Ez magában foglalja a tekercsben rejlő hátsó elektromágneses áram felhasználását, amelyet referenciaforrásnak tekintenek a vonatkozó tekercskészletek feldolgozásához és villamosításához, valamint a forgatónyomaték végrehajtásához.
A BLDC rotor mozgásának szimulálása
A fenti nyers szimulációban szemléltethetjük, hogy a felszabadított hátsó EMF-et hogyan vesszük referenciaként és hogyan használjuk fel a szekvenáló impulzusok előállítására a következő tekercskészletekhez, forgási nyomatékot szabva a központi állandó mágneses rotorra. Lehet, hogy a szimuláció nem a pontos replikáció, ennek ellenére durva képet ad a működési elvről.
Érdekes megjegyezni, hogy az impulzus akkor kapcsol be, amikor a mágnes N / S pontja a tekercsmag középpontjában van, ami lehetővé teszi, hogy a tekercs N vagy S alakban energiát adjon az impulzus polaritásától függően, és vonzó és taszító hatású legyen. erő az N / S mágnesekre, ezáltal létrehozva a szükséges nyomatékot a lehető legnagyobb szinten.
Ez pedig az előző tekercselés kapcsolása révén felszabaduló hátsó EMF miatt válik lehetővé.
A fenti megbeszélés tisztázza egy érzékelővel kevesebb BLDC motor működését, most megtudhatjuk, hogyan kezeli egy meghatározott áramkör a 3 fázisú kapcsolás fenti komplex végrehajtását
BLDC illesztőprogram DRV10963
Némi guglizás után megtaláltam ezt az érzékelő nélküli BLDC meghajtó áramkört egyetlen chip DRV10963 segítségével, amely elhanyagolható mennyiségű alkatrészt alkalmaz a konfigurációban, és mégis képes egy kifinomult feldolgozást végrehajtani a tervezett műveletekhez.
A DRV10963 egy korszerű chip, amelyet kifejezetten az érzékelőkkel kevesebb BLDC motor működtetésére terveztek, csupán azzal, hogy a motor tekercséből csak a hátsó EMF-et várta el, és pontos parancsot adott a tekercselésre, és a rotor felett elérte az optimális forgatónyomatékot.
Kördiagramm
A fenti kép az áramkör egyszerű elrendezését mutatja, amely nyilvánvalóan nem tartalmaz mást, csak magát az IC-t.
A különféle csatlakozókat a meghatározott funkciók, például a motor PWM fordulatszám-szabályozása, irányirányítás stb. Elvégzésére osztják ki úgy, hogy a megfelelő csatlakozókat egyszerűen megadják a megadott adatokkal egy külső forrásból.
A következő kép a chip csomagját mutatja, amely 10 tűs DIL IC-nek tűnik, ennek különböző kivezetési funkciói tanulmányozhatók az ábrán bemutatott adatokból:
Hivatkozva a javasolt érzékelő nélküli BLDC meghajtó áramkörének kapcsolási rajzára amint azt az előző cikk és a fenti chip kép is bemutatta, a pinouts részletei a következők:
IC Pinout részletek
FG = Ez a motor fordulatszám-jelző tüskéje (kimenete), amelyet nyitott kollektoros üzemmódban belső BJT-vel kötnek össze.
A nyitott kollektor azt jelenti, hogy ezen a csatlakozón a kimenet negatív PWM-eket eredményez a nyitott kollektoron és a földön keresztül süllyedő logikákon keresztül, így az érvényes olvasat megszerzéséhez a felhasználónak fel kell húznia egy ellenállást ezen a nyitott kollektoron és a pozitív tápláláson (5 V ) a sebességjelzés végrehajtásához ezen a csapon.
FGS = Ez a sebességjelző választó bemenete, vagyis itt logikai magas vagy alacsony logikát lehet bevezetni az FG jelzőtű be- és kikapcsolásához.
Vcc = Az IC pozitív működése a működésének lehetővé tétele érdekében nem haladhatja meg az 5V-ot.
W, U és V a 3 fázisú kimenetek a BLDC motorhoz, amelyet állítólag ezen az IC-n keresztül kell működtetni. Ez ugyanúgy működik, mint bemenet a motor EMF impulzusainak érzékeléséhez a motor tekercsek szükséges szinkron kapcsolásához.
GND = Az IC negatív tápvezetékére vonatkozik a Vdd csaphoz képest.
FR = Segít kiválasztani vagy parancsolni a motor irányát, és a rendszer bekapcsolása után bármikor dinamikusan megváltoztatható, egyszerűen egy magas vagy alacsony logikai logika bevezetésével.
PWM = Jelöli az PWM vezérlő bemenetét külső PWM hullámforma generátor.
Ez a PWM bemenet változó lehet a csatlakoztatott BLDC motor kívánt sebességszabályozásának megvalósításához.
A chip közepén található pontozott hely jelzi a hőbetétet, amelyet hűtőbordával lehet befogni vagy megnyomni annak érdekében, hogy a forgács lehetséges hőtermelését elnyomják, miközben azt terhelt BLDC motorral használják.
A fenti megbeszélés a DRV10963 szenzor nélküli BLDC motorvezérlő chip pinoutját vagy csatlakozási részleteit tartalmazza, most elemezzük részletesen a chip belső konfigurációját és működését a következő pontok segítségével:
Készülék leírása
A DRV10963 egy 3 fázisú szenzor nélküli villanymotor-kezelő, beépített tápellátású MOSFET-ekkel (háromfázisú H-hidas). A nagyobb termelékenységre, csökkentett zajszintre és a minimális másodlagos anyagszámú motorhajtási funkciókra lett szabva. Az exkluzív szenzor nélküli ablak nélküli Iess 180 ° szinuszos menedzsment rendszer zajmentes motor-ingázási hatékonyságot biztosít.
Az intelligens zárfelismerő funkcióból álló DRV10963 a beépített kiegészítő biztonsági áramkörökkel együtt a biztonságos teljesítmény elérése érdekében. A DRV10963 termikusan hatékony, 10 tűs USON csomagolásban található, fedetlen hőszőnyeggel.
Hogyan működik az IC
A DRV10963 termék egy háromfázisú szenzor nélküli motorkezelő, infúziós energiájú MOSFET-ekkel
kifejezetten a kiemelkedő teljesítmény, a csökkentett rezonancia és a minimális felszíni alkatrészszámú motorhajtási funkciók számára készült.
A fő, szenzor nélküli, ablak nélküli, 180 ° -os szinuszos vezérlési terv zajtalan motor működését mutatja be, miközben fenntartja az elektromosan stimulált nyomaték hullámosságát. Az inicializálás után a DRV10963 eszköz az FR bemeneti tüskén keresztül fogja forgatni a motort.
A DRV10963 chip egy háromfázisú BLDC motort fog működni, szinuszos vezérlési tervet felhasználva.
Az alkalmazott szinuszos fázisfeszültségek jelentősége a PWM tű munkaterhelésétől függ. Amíg a motor mozog, a DRV10963 IC szállítja a sebességadatokat az FG csapnál.
A DRV10963 egység intelligens zár érzékelő képességből áll. Ilyen esetben, amikor a motort idegen nyomás akadályozza, a program azonosítani fogja a reteszelési problémát, és intézkedéseket fog hozni a motor védelmével együtt.
A zárérzékelő áramkör sajátos eljárását részletesen bemutatja a zárfelismerés. A DRV10963 IC ezenkívül tartalmaz több beépített biztonsági áramkört, például túláramvédelmet, túlfeszültségvédelmet, feszültségvédelmet és túlmelegedés elleni védelmet.
Jellemző magyarázat
Sebességbevitel és vezérlés
A DRV10963 3 fázisú 25-kl-lz PWM kimeneteket mutat be, amelyek fázisról fázisra standard százalékos szinuszos hullámformákat tartalmazhatnak. Abban az esetben, ha bármely ciklust a talajhoz viszonyítva határoznak meg, a detektált hullámforma valószínűleg PWM-védett szinuszos, kombinálva a 3. rendű harmonikusokkal, amint az a 2. ábrán látható.
Ez a kódolási stratégia egyszerűsíti az illesztőprogram specifikációit, mivel valószínűleg egy fázis kimenet lesz, amely nullával egyenértékű lehet.
Az eredmény amplitúdója a tápfeszültség (VCC) és a kötelező PWM munkaciklus (PWM) függvényében változik, az 1. egyenletben meghatározottak szerint és a 3. ábrán kiemelve. Az optimális amplitúdó akkor valósul meg, ha az utasított PWM munkaciklus 100 PERCENT.
Vphpk = PWMdc>
A motor fordulatszámát nem közvetlenül a PWM segítségével szabályozzák a motorhoz használt fázisfeszültségek amplitúdójának szabályozására.
A PWM bemenet működési ciklusa 9 bites digitális mennyiséggé módosul (0 és 511 között).
A szabályozási felbontás 1/512 == 0,2%. A munkaciklus-analizátor megkönnyíti a kezdeti rendeléscsere műveletet a bemeneti munkaciklus és a 9 bit digitális ábra között.
Ezt emeli ki a 4. ábra, amelyben r = 80 ms.
A PWM által rendelt munkaciklus és a kimeneti maximális amplitúdó közötti csereteljesítmény változó a DRV10963 eszközben.
Az eredmény maximális amplitúdóját az 1. egyenlet tárgyalja, amikor a PWM parancs> minimális működési ciklus. A legalacsonyabb működési ciklus gyakran 13%, 10%, 5% vagy nincs korlátozás az OTP beállításával (MINOP_DC1: 0).
Az 1. táblázat bemutatja a minimális működési ciklushoz ajánlott konfigurációkat.
Ha a PWM által előírt munkaciklus kevesebb, mint a legalacsonyabb működési ciklus, és meghaladja az 1,5% -ot, a kimenetet a minimális üzemi ciklus alatt kell szabályozni. Ha a bemeneti ciklus 1,5% alatt van, akkor a DRV10963 eszköz valószínűleg nem futtatja a kimenetet, és készenléti üzemmódba kerül.
Ezt a 6. ábra szemlélteti.
Rotációs konfigurációk
A DRV10963 a 7. ábrán részletesen ismertetett technikával indítja el a motort.
A motor inicializáló grafikonja az eszköz által konfigurálható alternatívákból áll a nyitott hurok bezárásához a hurok váltási határértékéhez (HOW.), Az igazítási időhöz (TAHQH) és a gyorsítási sebességhez (RACE).
A rotor kommutációs logikához rendezéséhez a DRV10963 x% -os munkaciklust hajt végre az V és W fázisokon, egyidejűleg vezérelve az U fázist GND-nél.
Ez a forgatókönyv a TAIign másodpercekig fennmarad. Az x% -os jelentőséget a VCC feszültség határozza meg (amint azt a 2. táblázat mutatja), hogy a különféle tápfeszültségek mellett megtartsa a nagy forgatónyomatékot.
Amint az igazítási szekvencia megvalósul, a motor kénytelen felgyorsulni, amikor a 2. táblázatban bemutatott csúcsszintű szinuszos fázisfeszültségeket kapcsol be, és a kommutációs tartomány segítségével növeli a RACE által képviselt táguló sebességgel, amíg a kommutáció szintje Hom-ra nem nő. , Hz.
Amint eléri ezt a határt, a DRV’l0963 zárt hurkú üzemmódra vált, ahol a kommutációs hajtás progresszióját a beépített vezérlő algoritmus felismeri, míg az alkalmazott feszültséget a PWM által engedélyezett munkaciklus bemenet határozza meg.
A nyitott hurok bezárási hurok váltási határérték (Hom), az igazítási idő (TAHQH) és a gyorsítási sebesség (RACE) az OTP konfigurációk révén konfigurálható.
Az átadási küszöb (HOGYAN) kiválasztását tipikusan próba-hiba értékeléssel hagyják jóvá. A cél az lenne, hogy olyan átadási tűrést részesítsenek előnyben, amely a lehető legkevesebb lehet, és lehetővé teszi a motor számára, hogy könnyedén és hűségesen váltson a nyitott hurok és a zárt hurok gyorsulása között.
A megnövelt sebességű motorok (maximális fordulatszám) általában nagyobb átadási tűrést igényelnek, mivel az emelt fordulatszámú motorok csökkent Kt-t tartalmaznak, így megfizethetőbb BEMF-et.
A 3. táblázat bemutatja az átadás-tolerancia konfigurálható preferenciáit. A legnagyobb elektromos Hz-es fordulatszám referenciaként bizonyítottan segít kiválasztani a kívánt átadási sebességet egy adott beadáshoz.
Az igazítási idő (TAHQH) és a gyorsulási sebesség (RACE) megválasztása akár a próba és a hibajavítás függvénye is lehet.
A nagyobb tehetetlenséggel rendelkező motorok általában hosszabb beállítási időt és lassabb gyorsítási sebességet igényelnek, szemben az alacsony tehetetlenségű motorokkal, amelyek általában rövidebb beállítási időt és gyorsabb gyorsulási százalékot igényelnek. A program kompromisszumokat kell végrehajtani az indulás stabilitásának kiaknázása érdekében, szemben a felfutási idővel.
A TI jóváhagyja a kevésbé intenzív konfigurációk (lassabb RACE és jelentős Tmign) eldöntésétől kezdve annak érdekében, hogy kompromisszumot nyújtson a maximális teljesítési arányt támogató nyomatékidővel.
Amint megerősítik a berendezés lelkiismeretes elvégzését, az extra erőteljes konfigurációk (nagyobb RACC és kisebb TAHQH) felhasználhatók a bekapcsolási pillanat csökkentésére és egyúttal óvatosan a teljesítési arány figyelemmel kísérésére.
A 4. táblázat a TA'g ,, és a RACE konfigurálható beállításait mutatja be.
Az érzékelő nélküli BLDC IC-vel kapcsolatos magyarázat fennmaradó része meg van adva ebben az eredeti adatlapban
Kérjük, tegye meg észrevételeit, ha többet szeretne megtudni a fent tárgyalt szenzor nélküli BLDC motorvezérlő áramkör részleteiről
Előző: 12V LED hátizsák tápegység Következő: Quadcopter távirányító áramkör MCU nélkül
