Yüksek Wattlı Fırçasız Motor Kontrol Devresi

Bu çok yönlü Fırçasız (BLDC) motor kontrolörü IC, istenen herhangi bir yüksek voltaj, yüksek akım, salon etkisi sensörü ile donatılmış 3 fazlı BLDC motoru aşırı doğruluk ve güvenlik ile kontrol etmek için öne çıkar. Ayrıntıları derinlemesine öğrenelim.

IC MC33035'i kullanma

Devrenin 'kahramanı', en yüksek akım, yüksek voltaj, 3 fazlı veya 4 fazlı BLDC'yi çalıştırmak için gerekli olabilecek tüm gerekli aktif işlevleri içeren, yüksek performanslı ikinci nesil bir IC modülü olan tek çipli kontrolör MC33035'tir. açık döngülü veya kapalı döngü konfigürasyonlu motorlar.

IC, doğru bir komütasyon sıralaması, doğru sensör voltajını kolaylaştırmak için sıcaklık telafili referans, programlanabilir frekans testere dişli osilatör, üç yerleşik açık kolektör yüksek taraf sürücü aşaması ve üç yüksek akım totem direği sağlamak için bir rotor pozisyon kod çözücüsü ile donatılmıştır. 3 fazlı bir H-köprüsü yüksek güçlü mosfet motor kontrolör aşamasını çalıştırmak için özel olarak tasarlanmış düşük taraf sürücüleri yazın.

Çip ayrıca dahili olarak üst düzey koruma özellikleri ve düşük voltaj kilitleme, ayarlanabilir gecikmeli kilitli kapatma seçeneği aracılığıyla döngüsel akım sınırlama, dahili IC yüksek sıcaklık kapatma ve özel olarak tasarlanmış gibi kusursuz kontrol aşamaları ile desteklenmiştir. Tercih edilen bir gelişmiş işleme ve geri besleme için bir MCU ile arayüzlenebilen arıza çıkış pin çıkışı.

Bu IC ile gerçekleştirilebilecek tipik işlevler, açık döngü hız kontrolü, ileri geri yön kontrolü, 'çalıştırma etkinleştirme', bir acil durum dinamik fren özelliğidir.

IC, 60 ila 300 derece veya 120 ila 240 derece fazlara sahip motor sensörleri ile çalışmak üzere tasarlanmıştır, bir bonus olarak IC, geleneksel fırçalanmış motorları kontrol etmek için de kullanılabilir.

IC Nasıl Çalışır

MC33035, aşağıdakiler tarafından oluşturulan birkaç yüksek verimli monolitik DC fırçasız motor denetleyicilerinden biridir. Motorola .

Tam özellikli, açık döngülü, üç veya dört fazlı bir motor kontrol sistemini başlatmak için gereken yeteneklerden oluşur.

Ayrıca, kontrolör DC fırça motorlarını kontrol etmek için de gerçekleştirilebilir. Bipolar Analog teknolojisi ile tasarlanmış olup, acımasız endüstrileşmiş ortamda üstün bir verimlilik ve dayanıklılık düzeyine sahiptir.

MC33035, doğru komütasyon sıralaması için bir rotor pozisyon kod çözücüsü, bir sensör gücü sağlamada yetkin bir çevre geri ödemeli referans, bir frekans programlanabilir testere dişi osilatörü, tamamen erişilebilir bir hata amplifikatörü, bir darbe genişliği modülatör karşılaştırıcısı, 3 açık kollektör üst sürücü çıkışı ve 3 yüksek akım totem direği düşük sürücü çıkışları, çalıştırma gücü MOSFET'leri için doğru.

MC33035'te yerleşik olarak, düşük gerilim kilitleme, seçilebilir bir zaman gecikmeli kilitli kapatma modu ile döngüsel akım sınırlama, dahili termal kapatma ve bir mikroişlemci denetleyicisine rahatlıkla arabirim eklenecek özel bir hata çıkışı içeren koruma yetenekleri bulunur.

Standart motor kontrol özellikleri, açık döngü hız kontrolü, ileri veya geri dönüş, çalışma izni ve dinamik frenlemeyi içerir. Bunun da ötesinde, MC33035, 60 ° veya 120 ° sensörlü elektrik fazlama girişleri için rotor durum kod çözücüsünü yapılandıran 60 ° / 120 ° seçme pimine sahiptir.

PIN OUT İşlevleri:

Pim1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Bunlar, BJT'ler gibi harici olarak yapılandırılmış güç cihazlarını çalıştırmak için belirlenen IC'nin üç üst sürücü çıkışıdır. Bu pin çıkışları dahili olarak açık toplayıcı modu olarak yapılandırılmıştır.


Pin # 3 (İleri, Geri) = Bu pin düzeni, motor dönüş yönünü kontrol etmek için kullanılmak üzere tasarlanmıştır.

Pin # 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Bunlar, motorun kontrol sekansına komut vermek için atanmış IC'nin 3 sensör çıkışıdır.

Pin # 7 (Çıkışı Etkinleştir) = IC'nin bu pini, burada yüksek mantık korunduğu sürece motor çalışmasını etkinleştirmek için atanmıştır, düşük mantık ise motorun yanaşmasını sağlamak içindir.

Pin # 8 (Referans Çıkışı) = Bu pin, osilatör zamanlama kapasitörünü Ct şarj etmek için bir besleme akımı ile etkinleştirilir ve ayrıca hata amplifikatörü için bir referans seviyesi sağlar. Ayrıca motora Hall etkisi sensör IC'lerine güç sağlamak için de kullanılabilir.

Pin # 9 (Akım Algılama ters çevirmeyen Giriş) : 100mV'luk sinyal çıkışı, 15 numaralı pime referansla bu pin çıkışından elde edilebilir ve belirli bir osilatör döngüsü sırasında çıkış anahtarı iletimini iptal etmek için kullanılır. Bu pin çıkışı normalde akım algılama direncinin üst tarafına bağlanır.

Pin # 10 (Osilatör) : Bu pin çıkışı, RC ağı Rt ve Ct yardımıyla IC için osilatör frekansını belirler.

Pin # 11 (Hata amp ters çevirmeyen Giriş) : Bu pin çıkışı hız kontrol potansiyometresi ile birlikte kullanılır.

Pin # 12 (Giriş ters çevirme hatası) : Bu pin, açık döngü uygulamalarını etkinleştirmek için yukarıda belirtilen hata amp çıkışı ile dahili olarak bağlanmıştır. .


Pin # 13 (Hata amp çıkışı / PWM Girişi) : Bu pinout'un işlevi, kapalı döngü uygulamaları sırasında telafi sağlamaktır.

Pin # 14 (Hata Çıkışı) : Bu arıza göstergesi çıkışı, aşağıdakiler gibi birkaç kritik durumda aktif mantık düşük hale gelebilir: Sensör için geçersiz Giriş kodu, Sıfır mantıkla beslenen pin çıkışını etkinleştirin, 100mV'den daha yüksek akım algılama giriş pin çıkışı (pin15'e referansla @ pin9) , düşük voltaj kilitlemesinin tetiklenmesi veya termal kapatma durumu).

Pin # 15 (Mevcut anlamda ters çevirme girişi) : Bu pin, dahili 100mV eşiği için referans seviyesi sağlamak üzere ayarlanmıştır ve alt taraf akım algılama direnci ile bağlantılı olarak görülebilir.

Pin # 16 (GND) : Bu, IC'nin topraklama pimidir ve kontrol devresine toprak sinyali sağlamak için atanmıştır ve güç kaynağı topraklamasına geri dönmesi gerekir.

Pin # 17: (Vcc) : Bu, IC'nin kontrol devresine pozitif voltaj sağlamak için belirtilen besleme pozitif pimidir. Bu pinin minimum çalışma aralığı 10V ve maksimum 30V'dur.

Pin # 18 (Vc) : Bu pin çıkışı, bu pime atfedilen güç aracılığıyla daha düşük sürücü çıkışları için yüksek durumu (Voh) ayarlar. Sahne, 10 ila 30V aralığında çalışır.

Pin # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Bu üç pin çıkışı, totem kutup çıkışları şeklinde dahili olarak düzenlenmiştir ve daha düşük sürücü çıkış güç cihazlarını sürmek için atanmıştır.

Pin # 22 (60 D, 120D faz kaydırma seçimi) : Bu pinout'a atfedilen durum, kontrol devresi çalışmasını 60 derece (yüksek mantık) veya 120 derece (düşük mantık) faz açısı girişleri için Hall etkisi sensörleriyle yapılandırır.

Pin # 23 (Fren) : Bu pin çıkışındaki mantık düşük, BLDC motorun sorunsuz çalışmasına izin verirken, mantık yüksek, hızlı bir yavaşlama yoluyla motor çalışmasını anında durdurur.

FONKSİYONEL AÇIKLAMA

Temsili bir dahili blok diyagramı yukarıdaki şekilde gösterilmektedir. Aşağıda sıralanan merkezi blokların her birinin yararları ve işleyişine dair bir söylem.

Rotor Konumu Şifre Çözücü

Bir iç rotor konumu şifre çözücü, üst ve alt sürücü pin çıkışlarının doğru sıralanmasını sağlamak için 3 sensör girişini (Pin 4, 5, 6) ölçer. Sensör girişleri, açık kollektör tipi Hall Etkisi anahtarları veya opto oluklu kuplörler ile doğrudan arayüz oluşturacak şekilde üretilmiştir.

Yerleşik kaldırma dirençleri, gerekli miktarda harici parçayı azaltmak için sınıflandırılır. Girişler, karakteristik olarak 2,2 V'ta eşikleri ile TTL uyumludur.

MC33035 IC serisi, 3 fazlı motorları kontrol etmek ve en popüler 4 sensör fazlama geleneği ile çalışmak üzere tasarlanmıştır. Bir 60 ° / 120 ° Seçim (Pim 22) amaca uygun olarak sağlanır ve MC33035'in 60 °, 120 °, 240 ° veya 300 ° elektrik sensörü fazlamasına sahip motorları düzenlemek için kendi başına yapılandırmasını sağlar.

3 sensör girişi ile, 6'sı geçerli rotor yerleşimleri olan 8 potansiyel giriş kodu oluşumunu keşfedeceksiniz.

Diğer iki kod, genellikle açık veya kısa devre sensör bağlantısının bir sonucu olduklarından güncelliğini yitirmiştir.

6 gerekçelendirilebilir giriş kodu ile, kod çözücü muhtemelen motor rotor pozisyonunu 60 elektrik derecelik bir spektrum içinde halledebilir.

İleri / Geri girişi (Pim 3), gerilimi stator sargısı boyunca ters çevirerek motor programının seyrini değiştirmek için bir araç olarak kullanılır.

Giriş, atanmış bir sensör giriş programı kodu (örneğin 100) kullanarak yüksekten düşüğe durumu değiştirir değiştirmez, aynı alfa durumunu kullanan kolaylaştırılmış üst ve temel sürücü çıkışları yer değiştirir (AT'den AB'ye, BT'den BB'ye, CT'den CB).

Esasen, değiştirilebilir dizi yön değiştirilir ve motor yön sırasını tersine çevirir. Motor açma / kapama kontrolü, Çıkış Etkinleştirme (Pin 7) ile gerçekleştirilir.

Bağlantı kesildiğinde bırakıldığında, dahili bir 25 μA akım kaynağı, ana ve temel sürücü çıkışlarının sıralanmasına izin verir. Topraklandığında, üst parça sürücü çıkışları kapanır ve temel sürücüler aşağı doğru itilerek motoru yanaşmaya ve Arıza çıkışının tetiklenmesine neden olur.

Dinamik motor freni, nihai cihaza fazla bir koruma marjının geliştirilmesini mümkün kılar. Frenleme sistemi, Fren Girişinizi (Pin 23) daha yüksek bir duruma getirerek elde edilir.

Bu, üst sürücü çıkışlarının kapanmasına ve alt taraftaki sürücülerin etkinleşmesine yol açarak, yeniden EMF üretilen motoru − kısa devre yapar. Fren girdisi, diğer tüm girdiler üzerinde mutlak, içten bir düşünceye sahiptir. İçteki 40 kΩ çekme direnci, açılma veya kapanma durumunda frenin etkinleştirilmesini garanti ederek program güvenlik − anahtarını kullanarak arabirim oluşturur.

Değişim mantığı doğruluk tablosu aşağıda gösterilmektedir. 4 girişli NOR geçidi, fren girişini ve 3 üst sürücü çıkış BJT'sinin girişlerini incelemek için kullanılır.

Amaç, genellikle en iyi sürücü çıkışları yüksek bir duruma ulaşmadan önce frenlemeyi kapatmaktır. Bu, üst ve alt güç anahtarlarının senkronize olarak kiralanmasını önlemenizi sağlar.

Yarım dalga motor sürücü programlarında, üst sürücü bileşenlerine genellikle ihtiyaç duyulmaz ve çoğu durumda ayrı tutulurlar. Bu tür durumlarda frenleme yine de sağlanacaktır çünkü NOR geçidi üst sürücü çıkışına BJT'lere giden temel voltajı algılar.

Hata Yükseltici

Kapalı döngü motor hız kontrolünün yürütülmesine yardımcı olmak için, her giriş ve çıkışa (Pim # 11, 12, 13) aktif erişime sahip, geliştirilmiş verimli, tamamen telafi edilmiş bir hata amplifikatörü sunulmaktadır.

Amplifikatör, 80 dB'lik standart bir DC voltaj kazancı, 0,6 MHz kazanç bant genişliği ve yerden Vref'e uzanan geniş bir giriş ortak mod voltaj aralığı ile birlikte gelir.

Açık döngü hız kontrol programlarının çoğunda, amplifikatör, hız ayarlı voltaj beslemesine bağlanan ters çevirmeyen giriş ile bir birim kazanç voltaj izleyicisi olarak kurulur.

Osilatör İç rampa osilatörünün frekansı, RT ve CT zamanlama elemanları için kararlaştırılan değerler aracılığıyla fiziksel olarak bağlanır.

Kapasitör CT, direnç RT aracılığıyla Referans Çıkışı (Pim 8) üzerinden şarj edilecek ve bir iç deşarj transistörü aracılığıyla deşarj edilecektir.

Rampa tepe ve çukur gerilimleri normalde 4,1 V ve buna göre 1,5 V'tur. Duyulabilir gürültü ve çıkış anahtarlama performansı arasında iyi bir eksiklik sağlamak için, 20 ila 30 kHz seçiminde bir osilatör frekansı önerilir. Bileşen seçimi için Şekil 1'e bakın.

Darbe Genişliği Modülatörü

Entegre darbe genişliği modülasyonu, komutasyon serisi boyunca her stator sargısına atfedilen standart voltajı değiştirerek motor hızını yönetmek için güç açısından etkin bir yaklaşım sunar.

CT deşarj olurken, osilatör her bir mandalı modelleyerek, üst ve alt sürücü çıkışlarının iletimini sağlar. PWM karşılaştırıcısı üst mandalı sıfırlar ve CT'nin pozitif giden rampası hata amplifikatörü sonucunu aştığında alt sürücü çıkış kiralamasını sonlandırır.

Darbe genişliği modülatörü zamanlama diyagramı Şekil 21'de gösterilmektedir.

Hız yönetimi için darbe genişlik modülasyonu, kendisini yalnızca daha düşük sürücü çıkışlarında gösterir. Akım Sınırı Önemli ölçüde aşırı yüklenmiş bir motorun sürekli çalışması, aşırı ısınmaya ve kaçınılmaz arızaya yol açar.

Bu zararlı durum, en iyi şekilde, döngüsel akım kısıtlamasının kullanılmasıyla birlikte en iyi şekilde önlenebilir.

Yani, her every döngüde bağımsız bir işlev olarak ele alınır. Döngüsel akım kısıtlaması, bir çıkış anahtarı her tetiklendiğinde stator akımı oluşumunu takip ederek ve yüksek bir akım durumunu algıladıktan sonra, anahtarı anında devre dışı bırakarak ve osilatör rampa yükselme aralığının olağanüstü süresi boyunca kapalı tutarak gerçekleştirilir.

Stator akımı, 3 alt parça anahtar transistörüne (Q4, Q5, Q6) paralel olarak toprak referanslı bir algılama direnci RS (Şekil 36) uygulanarak bir voltaja dönüştürülür.

Öngörülen direnç boyunca oluşturulan voltaj, Akım Algılama Girişiyle (Pim 9 ve 15) denetlenir ve iç 100 mV referans noktasıyla karşılaştırılır.

Mevcut algılama karşılaştırıcı girişleri, yaklaşık 3,0 V'luk bir giriş ortak mod aralığı ile birlikte gelir.

100 mV akım algılama toleransının aşılması durumunda, karşılaştırıcı alt algılama kilidini sıfırlar ve çıkış anahtarı iletimini sona erdirir. Akım algılama direncinin değeri aslında şöyledir:

Rs = 0.1 / Istator (maks.)

Arıza çıkışı, yüksek amper durumundayken başlar. Çift mandallı PWM ayarı, belirli bir osilatör rutini sırasında, hata amplifikatörünün çıkışı veya akım sınırı karşılaştırıcısı yoluyla sonlandırılmış olsun veya olmasın, yalnızca bir tek çıkış tetikleme darbesinin ortaya çıkmasını sağlar.

Çip üzerindeki 6,25 V regülatör (Pim 8), osilatör zamanlama kondansatörü için şarj akımı sunar, hata amplifikatörü için bir referans noktasıdır ve bu, düşük voltajlı programlarda sensörleri özel olarak çalıştırmak için uygun 20 mA akım sağlamasına olanak tanır.

Daha büyük voltaj amaçlarında, bu, regülatörden yayılan gücü IC'den değiştirmek için önemli hale gelebilir. Bu, Şekil 22'de gösterildiği gibi kesinlikle başka bir geçiş transistörünün yardımıyla elde edilir.

Vref - VBE'nin ısı üzerinden Hall Etkisi sensörleri tarafından gerekli olan minimum gerilimi aştığı her yerde, basit NPN devresinin oluşturulmasını sağlamak için 6.25 V bir kıyaslama noktası kararlaştırılmış gibi görünüyordu.

Uygun transistör çeşitliliğine ve yeterli soğutma bloğuna sahip olarak 1 ampere kadar yük akımı satın alınabilir.

Düşük Gerilim Kilitleme

IC'ye ve alternatif güç anahtarı transistörlerine verilen zararı azaltmak için üç yollu Düşük Gerilim Kilitleme entegre edilmiştir. Düşük güç kaynağı faktörleri sırasında, IC ve sensörlerin tamamen işlevsel olmasını ve yeterli temel sürücü çıkış voltajı olmasını sağlar.

IC'ye (VCC) ve düşük sürücülere (VC) pozitif güç kaynakları, eşiklerini 9.1 V'de alan bağımsız karşılaştırıcılar tarafından incelenir. Bu özel aşama, normal gücü sürerken düşük RDS (açık) elde etmek için gereken yeterli kapı gidiş-gelişini garanti eder. MOSFET ekipmanı.

Hall sensörlerine referanstan doğrudan enerji verildiğinde, referans noktası çıkış voltajının 4,5 V'un altına düşmesi durumunda uygunsuz sensör çalışması görünür.

Bu sorunu tanımak için 3. bir karşılaştırıcı kullanılabilir.

Birden fazla karşılaştırıcı bir düşük gerilim durumu algıladığında, Hata Çıkışı açılır, üst çalıştırmalar kapatılır ve temel sürücü çıkışları düşük bir noktada düzenlenir.

Karşılaştırıcıların her biri, kendi eşikleri arasında köprü oluştururken genliklere karşı koruma sağlamak için histerezis içerir.

Hata Çıkışı

Açık kollektör Hata Çıkışı (Pim 14), bir proses arızası durumunda analiz detaylarını sunmak için tasarlanmıştı. 16 mA'lik bir batma akımı kabiliyetine sahiptir ve özellikle görünür sinyal için bir ışık yayan diyot sürebilir. Ayrıca, mikroişlemci tarafından yönetilen bir programda kullanılmak üzere aslında TTL / CMOS mantığıyla uygun bir şekilde arayüzlenir.

Hata Çıkışı, aşağıdaki durumların birden fazlası meydana gelirken etkili düşüktür:

1) Geçersiz Sensör Giriş kodları

2) [0] mantığında Çıkış Etkin

3) Akım Algılama Girişi 100 mV'den fazla

4) Düşük Gerilim Kilitleme, karşılaştırıcılardan 1 veya daha fazlasının aktivasyonu

5) Isı Kapatma, optimum bağlantı sıcaklığı maksimize ediliyor Bu özel çıktı, su altında kalmış bir durumda motor çalıştırma veya dayanıklı çalışma arasında ayrım yapmak için de kullanılabilir.

Arıza Çıkışı ve etkinleştirme girişi arasındaki bir RC ağının yardımıyla, bu, aşırı akımla ilgili olarak bir zaman gecikmeli kilitlemeli kapatma geliştirebileceğiniz anlamına gelir.

Şekil 23'te gösterilen ek devre, aşırı akım korumasını korurken, tamamlayıcı başlatma torku vererek daha yüksek atalet yükleriyle donatılmış motor sistemlerinin zahmetsizce başlatılmasına yardımcı olur. Bu görev, mevcut kısıtlamayı belirlenmiş bir süre için minimum değerden sonraki değere yerleştirerek gerçekleştirilir. Aşırı derecede uzun bir aşırı akım durumunda, CDLY kondansatörü, toleransını aşarak düşük bir duruma geçmesi için etkinleştirme girişini harekete geçirerek şarj olur.

Artık bir mandal, Hata Çıkışından Çıkış Etkinleştirmeye kadar pozitif geri besleme döngüsü ile şekillendirilebilir. Akım Algılama Girişiyle ayarlandığında, yalnızca CDLY'e kısa devre yapılarak veya güç kaynakları çevrilerek sıfırlanabilir.

Tam İşlevsel Yüksek Wattlı BLDC Şeması

Yukarıda açıklanan cihazı kullanan tamamen işlevsel bir yüksek watt, yüksek akım BLDC kontrol devresi aşağıda tanık olabilir, tam dalga, 3 fazlı, 6 adımlı mod olarak yapılandırılmıştır: