Suure võimsusega harjadeta mootori juhtimisahel

See mitmekülgne harjadeta (BLDC) mootori kontroller IC on mõeldud kõigi soovitud kõrgepinge, suure voolu, halli efekti anduriga varustatud kolmefaasilise BLDC mootori juhtimiseks äärmiselt täpselt ja ohutult. Õppime üksikasju põhjalikult.

IC MC33035 kasutamine

Vooluahela kangelaseks on ühe kiibiga kontroller MC33035, mis on suure jõudlusega teise põlvkonna IC-moodul, millel on kõik vajalikud aktiivsed funktsioonid, mis võivad olla vajalikud suurema voolu-, kõrgepinge-, 3- või 4-faasilise BLDC käitamiseks avatud ahela või suletud ahela konfiguratsiooniga mootorid.

IC on varustatud rootori asendi dekoodriga, mis võimaldab täpset kommuteerimise järjestust, temperatuuri kompenseeritud võrdlusandurit anduri õige pinge hõlbustamiseks, programmeeritava sagedusega saehamba ostsillaatorit, kolme sisseehitatud avatud kollektoriga kõrgel asuvat juhi astet ja kolme suure vooluga totemipooli tüüpi madala küljega draiverid, mis on spetsiaalselt loodud töötama kolmefaasilise H-silla suure võimsusega mosfeti mootori kontrolleri etapis.

Kiip on ka sisemiselt toetatud kõrgekvaliteediliste kaitsefunktsioonidega ja lollikindlate juhtimisetappidega nagu alarõhuline lukustus, tsüklite kaupa voolu piiramine reguleeritava viivitusega fikseeritud väljalülituse, sisemise mikrokomponendi kõrge temperatuuri väljalülitamise ja eranditult välja töötatud etappidega veaväljundi kinnitus, mis võib eelistatud täpsema töötlemise ja etteande tagakülgede jaoks olla liides MCU-ga.

Tüüpilised funktsioonid, mida selle IC abil saab täita, on avatud silmusekiiruse juhtimine, tagasisuuna juhtimine, sõidu lubamine, dünaamilise hädapidurduse funktsioon.

IC on mõeldud töötama mootorianduritega, mille faasid on 60 kuni 300 kraadi või 120 kuni 240 kraadi, boonusena saab IC-d kasutada ka traditsiooniliste harjatud mootorite juhtimiseks.

Kuidas IC töötab

MC33035 on mitmete suure kasuteguriga monoliitsete alalisvooluharjata mootorikontrollerite seas, mille on loonud Motorola .

See koosneb peaaegu kõigist funktsioonidest, mis on vajalikud täisfunktsionaalse, avatud ahela, kolme- või neljafaasilise mootori juhtimissüsteemi käivitamiseks.

Lisaks sellele saab kontrollerit juhtida alalisvooluharja mootorite juhtimiseks. Disainitud Bipolar Analog tehnoloogiaga, on see hästitoimivas tööstuspiirkonnas kõrgema tõhususe ja vastupidavusega.

MC33035-l on rootori asendi dekooder täpse kommuteerimise järjestuse jaoks, andurite võimsuse andmiseks pädev keskkonnale hüvitatav võrdlusalus, programmeeritav saehamba ostsillaator, täielikult ligipääsetav veavõimendi, impulsi laiuse modulaatori võrdleja, 3 avatud kollektori ülemise ajami väljundit ja 3 suure vooluga totemipoldi madalam draiver väljub täpselt töövõimsusega MOSFET-ide jaoks.

MC33035 sisse on ehitatud varjestusvõimalused, mis hõlmavad alampinge lukustust, voolu piiramist tsükli kaupa koos valitava ajalise viivitusega fikseeritud väljalülitusrežiimiga, sisseehitatud termilise väljalülitamise ja eksklusiivse rikkeväljundiga, mis on mugavalt liidetud mikroprotsessori kontrolleriga.

Mootori juhtimise tavalised atribuudid hõlmavad avatud kontuuriga kiiruse reguleerimist, edasi- või tagasikäiku, sõidu lubamist ja dünaamilist pidurdamist. Lisaks on MC33035-l 60 ° / 120 ° valimisnõel, mis konfigureerib rootori olukorra dekoodri kas anduri 60 ° või 120 ° elektrilise faasisisendi jaoks.

PIN OUT funktsioonid:

Tihvt 1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Need on kolm IC-i ülemist draiviväljundit, mis on ette nähtud väliselt konfigureeritud toiteseadmete, näiteks BJT-de käitamiseks. Need kinnitusdetailid on sisemiselt konfigureeritud avatud kollektori režiimina.


Pin # 3 (Fwd, Rev) = See tihvt on ette nähtud mootori pöörlemissuuna juhtimiseks.

Tihvtid nr 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Need on 3 IC anduri väljundit, mis on määratud mootori juhtimisjärjestuse juhtimiseks.

Pin # 7 (väljund on lubatud) = See mikrokiibi tihvt on määratud mootori töö võimaldamiseks seni, kuni siin säilitatakse kõrge loogika, samas kui madal loogika on mootori liikumise lubamiseks.

Pin # 8 (võrdlusväljund) = See tihvt on lubatud toitevooluga nii ostsillaatori ajastuskondensaatori Ct laadimiseks kui ka veavõimendi võrdlustaseme pakkumiseks. Seda saab kasutada ka Halli efekti anduri IC-de toiteallika pakkumiseks.

Pin # 9 (praeguse tunde mitteinverteeriv sisend) : 100 mV signaaliväljundi võib saada sellest tihvtist viitega kontaktile nr 15 ja seda kasutatakse väljundlüliti juhtivuse katkestamiseks määratud ostsillaatori tsükli ajal. See tihvt ühendub tavaliselt voolutundliku takisti ülemise küljega.

Pin # 10 (ostsillaator) : See pinout määrab IC-võrgu ostsillaatori sageduse RC-võrgu Rt ja Ct abil.

PIN-kood 11 (viga amp-inverteerimata sisendis) : Seda kinnitusdetaili kasutatakse koos kiiruse reguleerimise potentsiomeetriga.

PIN-kood 12 (viga amp sisendi ümberpööramisel) : See tihvt on avatud silmusrakenduste lubamiseks sisemiselt ühendatud ülalnimetatud veavõimendi väljundiga .


Pin # 13 (veavõimendi väljund / PWM-sisend) : Selle kinnitusfunktsiooni ülesanne on pakkuda kompensatsiooni suletud ahelaga rakenduste ajal.

Pin # 14 (tõrke väljund) : See rikkeindikaatori väljund võib muutuda aktiivse loogika madalaks mõne kriitilise olukorra ajal, näiteks: anduri sisendkood on kehtetu, nullloogikaga toidetava pinouti lubamine, voolutunde sisendi pinout muutub kõrgemaks kui 100mV (@ pin9 viitega pin15) , alampinge lukustuse käivitamine või termilise seiskamise olukord).

PIN-kood 15 (praegune meele inverteeriv sisend) : See tihvt on ette nähtud sisemise 100mV künnise võrdlustaseme tagamiseks ja seda võib näha ühendatuna alumise külgvoolutaju takistiga.

Pin # 16 (GND) : See on IC maandustihvt ja see on ette nähtud maandussignaali edastamiseks juhtimisahelale ja sellele tuleb viidata tagasi toiteallika maandusele.

Pin 17: (Vcc) : See on toiteallika positiivne tihvt, mis on ette nähtud positiivse pinge andmiseks IC juhtimisahelasse. Selle tihvti minimaalne tööpiirkond on 10 V ja maksimaalne 30 V juures.

Pin # 18 (Vc) : See tihvt määrab ajami madalamate väljundite kõrge oleku (Voh) sellele tihvtile omistatud võimsuse kaudu. Lava töötab vahemikus 10 kuni 30 V.

Tihvtid nr 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Need kolm kinnitusdetaili on sisemiselt paigutatud totempooluse väljunditena ja on määratud ajami alumise väljundseadme juhtimiseks.

Pin # 22 (60 D, 120D faasinihke valik) : Sellele pinoutile omistatud olek konfigureerib juhtimisahela töö Halli efektianduritega kas 60-kraadise (kõrge loogika) või 120-kraadise (madal loogika) faasinurga sisendi jaoks.

Tihvt nr 23 (pidur) : Selle lüüsi juures on madal loogika võimaldab BLDC mootoril sujuvalt töötada, samal ajal kui kõrge loogika peatab mootori töö kiiresti aeglustades.

FUNKTSIONAALNE KIRJELDUS

Tüüpiline sisemine plokkskeem on näidatud ülaltoodud joonisel. Kõigi allpool loetletud kesksete plokkide eeliste ja toimimise diskursus.

Rootori asendi dekooder

Rootori sisemise asendi dekooder mõõdab 3 anduri sisendit (tihvtid 4, 5, 6), et tagada ülemise ja alumise ajami tihvtide õige järjestus. Anduri sisendid on toodetud nii, et need liidetakse otse avatud kollektori tüüpi Hall Effecti lülitite või opto-pesadega.

Sisseehitatud tõmmetakistid klassifitseeritakse vajaliku hulga väliste osade vähendamiseks. Sisendid on ühilduvad TTL-iga, nende künnised on iseloomulikult 2,2 V.

MC33035 mikroskeemide valik on ette nähtud kolmefaasiliste mootorite juhtimiseks ja töötamiseks 4 kõige populaarsema anduri faasimise kokkuleppega. Tarnitakse otstarbekohaselt 60 ° / 120 ° valikut (tihvt 22), mis varustab MC33035 seadistamiseks iseseisvalt 60 °, 120 °, 240 ° või 300 ° elektrisensori faasiga mootorite reguleerimiseks.

Kolme andurisisendiga avastate 8 potentsiaalset sisendkoodi koosseisu, millest 6 on seaduslik rootori paigutus.

Kaks ülejäänud koodi on vananenud, kuna need on tavaliselt avatud või lühikese anduriühenduse tagajärg.

Kuue õigustatud sisendkoodiga võib dekooder hoolitseda mootori rootori asendi eest 60 elektrilise kraadi ulatuses.

Sisendit Edasi / Tagurpidi (tihvt 3) kasutatakse tööriistana mootori ajakava muutmiseks, pöörates staatori mähises pinget.

Niipea kui sisend muudab olekut kõrgelt madalamale, kasutades määratud anduri sisendprogrammi koodi (näiteks 100), vahetatakse sama alfa olekut kasutavad lihtsustatud ülemise ja aluse ajami väljundid (AT kuni AB, BT kuni BB, CT kuni CB).

Põhimõtteliselt muudetakse muudetavat stringi suunda ja mootor muudab suuna järjestust. Mootori sisse / välja lülitamine saavutatakse väljundi lubamise (tihvt 7) abil.

Kui lahku jäetakse, võimaldab sisemine 25 μA vooluallikas järjestada juht- ja baasajami väljundeid. Maandumisel lülituvad ülemise osa ajami väljundid välja ja põhiajamid surutakse madalale, tekitades mootori rannikule ja tõrke väljundi.

Dünaamiline mootorpidurdus võimaldab lõplikule seadmele arendada üleliigse kaitsemarginaali. Pidurisüsteem saavutatakse, kui asetate oma pidurisisendi (tihvt 23) kõrgemasse olekusse.

See viib ajami ülemiste väljundite väljalülitumiseni ja alakülgede aktiveerimiseni, mis põhjustab mootori taas genereeritud EMF-i lühise. Pidurisisend arvestab kõigi teiste sisenditega absoluutselt kogu südamest. Sisemine 40 kΩ ülestakisti takistusliin ühendab programmi ohutuslülitit, tagades piduri aktiveerimise avamise või välja lülitamise korral.

Allpool on näidatud kommuteerimisloogika tõetabel. 4 sisendiga NOR-väravat kasutatakse pidurisisendi ja 3 ülemise ajamiväljundi BJT sisendite uurimiseks.

Eesmärk on tavaliselt pidurdamine välja lülitada, enne kui ülemise ajami väljundid saavutavad kõrge staatuse. See võimaldab teil vältida ülemise ja alumise toitelüliti sünkroniseeritud rentimist.

Poollaine mootoriga ajamiprogrammides pole ajami ülemisi komponente tavaliselt vaja ja neid hoitakse enamasti lahti. Seda tüüpi olukordades on pidurdamine endiselt saavutatud, kuna NOR-värav tuvastab baaspinget ülemise ajami väljundi BJT-dele.

Veavõimendi

Pakutakse täiustatud efektiivsusega, täielikult kompenseeritud veavõimendit, millel on aktiivne juurdepääs igale sisendile ja väljundile (tihvtid nr 11, 12, 13), et aidata suletud ahelaga mootori kiiruse juhtimist.

Võimendil on tavaline alalispinge võimendus 80 dB, 0,6 MHz võimenduse ribalaius koos laia sisendiga ühismoodilise pinge vahemikuga, mis ulatub maast Vrefini.

Enamikus avatud kontuuriga kiiruse reguleerimise programmidest on võimendi seatud ühtsuse suurendamise pinge järgijaks, kui mittepööratav sisend on ühendatud kiiruse seatud pingeallikaga.

Ostsillaator Sisemise kaldtee ostsillaatori sagedus on juhtmega elementide RT ja CT jaoks määratud väärtuste kaudu juhtmega ühendatud.

Kondensaatori CT laetakse võrdlusväljundi (tihvt 8) kaudu takisti RT abil ja tühjendatakse sisemise tühjendustransistori kaudu.

Kaldtee piigi ja süvendi pinged on tavaliselt vastavalt 4,1 V ja 1,5 V. Korraliku kokkuhoiu pakkumiseks kuuldava müra ja väljundi vahetamise jõudluse vahel on soovitatav valida ostsillaatori sagedus 20 kuni 30 kHz. Komponentide valimisel viidake joonisele 1.

Pulsilaiuse modulaator

Integreeritud impulsi laiuse modulatsioon pakub energiatõhusat lähenemist mootori kiiruse reguleerimisele, muutes igale staatori mähisele omistatud standardpinget kogu kommuteerimissarja jooksul.

Kui CT tühjeneb, modelleerib ostsillaator kõiki riive, võimaldades juhtida ülemise ja alumise ajami väljundeid. PWM-i komparaator lähtestab ülemise riivi, lõpetades ajami alumise väljundi rentimise, kui CT positiivne minev ramm muutub üle veavõimendi tulemuse.

Impulsi laiuse modulaatori ajastamise skeem on näidatud joonisel 21.

Impulsi laiuse moduleerimine kiiruse juhtimiseks on ainult ajami madalam väljund. Voolupiirang Mootori pidev töö, mis võib olla oluliselt üle koormatud, viib ülekuumenemiseni ja vältimatu rikkeni.

Seda kahjulikku olukorda saab kõige paremini vältida koos tsükli kaupa voolu piiramise kasutamisega.

See tähendab, et igat tsüklit käsitletakse iseseisva funktsioonina. Tsükkel - tsükli kaupa - voolu piiramine saavutatakse staatori voolu suurenemise jälgimisega alati, kui väljundlüliti käivitub, ja pärast kõrge praeguse olukorra tajumist lülitab lüliti koheselt välja ja hoiab seda välja lülitamata ostsillaatori kaldtee intervalli jaoks.

Staatori vool muundatakse pingeks maandusega viidatud sensoritakisti RS (joonis 36) rakendamise teel vastavalt 3 alumise osa transistorile (Q4, Q5, Q6).

Pinge, mis on loodud piki ennetavat takistit, jälgitakse voolutunde sisendiga (kontaktid 9 ja 15) ja võrreldakse sisemise 100 mV võrdluspunktiga.

Praeguse mõistuse võrdlus sisenditel on sisendi ühise režiimi vahemik umbes 3,0 V.

Kui 100 mV voolutundlikkuse tolerants ületatakse, lähtestab võrdlusmõõt alumise meeleolu lukustuse ja lõpetab väljundlüliti juhtivuse. Voolutundliku takisti väärtus on tegelikult:

Rs = 0,1 / staator (max)

Rikke väljund käivitatakse kõrge võimendi olukorras olles. Kahekordse riiviga PWM-i seadistus tagab, et teatud ostsillaatori rutiini käigus tekib ainult üks väljundi päästikimpulss, olenemata sellest, kas see on lõppenud veavõimendi või voolupiiri võrdleja väljundiga.

Kiibil olev 6,25 V regulaator (kontakt 8) pakub laadimisvoolu ostsillaatori ajastuskondensaatorile, mis on veavõimendi võrdluspunkt, mis võimaldab tal toita 20 mA voolu, mis sobib spetsiaalselt andurite toitmiseks madalpinge programmides.

Suuremates pinge eesmärkides võib see muutuda oluliseks regulaatorist eralduva võimsuse vahetamiseks IC-st. See saavutatakse kindlasti teise läbipääsutransistori abil, nagu on näidatud joonisel 22.

Tundus, et otsese NPN-ahela renderdamise võimaldamiseks otsustati 6,25 V võrdluspunkt, kus iganes Vref - VBE ületab Hall Effecti andurite poolt soojuse jaoks vajaliku minimaalse pinge.

Nõuetekohase transistorivaliku ja piisava jahutusradiaatoriga saab osta kuni 1 amprit koormusvoolu.

Ala pinge-lukustus

Integreeritud mikrolülituse ja alternatiivsete toitelülititransistoride kahjustuste vähendamiseks on integreeritud kolmepoolne alarõhulukk. Madalate toiteallikate korral tagab see asjaolu, et mikrokomponendid ja andurid on täiesti töökorras ning et baasajami väljundpinge on piisav.

Mikrofoni positiivset toiteallikat (VCC) ja madalseadmeid (VC) uurivad sõltumatud komparaatorid, mille läviväärtus on 9,1 V. See konkreetne etapp tagab piisava värava pendelringi, mis on vajalik madala RDS (sisselülitamise) saavutamiseks tavalise võimsuse juhtimisel. MOSFET seadmed.

Alati, kui Halli andureid pingestatakse tugipunktist, ilmneb anduri sobimatu töö juhul, kui võrdluspunkti väljundpinge langeb 4,5 V alla.

Selle probleemi tuvastamiseks võib kasutada 3. võrdlust.

Kui rohkem kui üks võrdlejatest leiab alarõhu olukorra, lülitatakse rikke väljund sisse, ülemine käik lükatakse välja ja põhiajami väljundid on korraldatud madalas punktis.

Kõik võrdlejad hõlmavad hüstereesi, et kaitsta amplituudide eest nende individuaalsete künniste ületamisel.

Rikke väljund

Avatud kollektori tõrke väljund (tihvt 14) oli mõeldud pakkuma analüüsi üksikasju protsessi lagunemise korral. Selle valamuvoolu võime on 16 mA ja see võib spetsiaalselt juhtida nähtava signaali jaoks valgusdioodi. Lisaks on see tegelikult mugavalt liidestatud TTL / CMOS-i loogikaga kasutamiseks mikroprotsessoriga juhitavas programmis.

Rikkeväljund on efektiivne madal, kui toimub mitu järgmist olukorda:

1) Vigased anduri sisendkoodid

2) Väljund lubatakse loogikal [0]

3) voolutunde sisend üle 100 mV

4) Ala pinge blokeerimine, 1 või suurema võrdlusseadme aktiveerimine

5) Soojuse väljalülitamine, ristmiku optimaalse temperatuuri saavutamine Seda eksklusiivset väljundit võib kasutada ka selleks, et eristada mootori käivitamist või üleujutatud olukorras töötamist.

Rikkeväljundi ja lubatava sisendi vahel asuva RC-võrgu abil saate üleliigse voolu korral välja töötada viivitatud fikseeritud väljalülituse.

Joonisel 23 kujutatud lisalülitused aitavad suurema inertskoormusega mootorisüsteemide lihtsat käivitamist, andes täiendava pealevõtmomendi, kaitstes samal ajal ülekoormuse kaitset. See ülesanne saavutatakse praeguse piirangu seadmisega määratud ajavahemiku jaoks järgmisele kui minimaalsele väärtusele. Ülitundlikult pika ülekoormuse korral laadib kondensaator CDLY, kutsudes esile lubava sisendi, et jõuda oma tolerantsini madalale seisundile.

Riivi saab nüüd kujundada positiivse tagasiside tsükli abil tõrke väljundist väljundi lubamiseni. Kui see on praeguse meele sisendi abil seatud, saab seda lähtestada ainult CDLY lühise abil või toiteallikate jalgrattaga.

Täielikult toimiv suure võimsusega BLDC skeem

Ülalkirjeldatud seadet kasutava täisfunktsionaalse suure võimsusega, suure vooluga BLDC kontrolleri vooluringi saab kontrollida allpool, see on konfigureeritud täislaine, 3-faasilise, 6-astmelise režiimina: