Krug upravljačkog sklopa motora bez četkice velike snage

Ovaj svestrani IC bez upravljača motora bez četkica (BLDC) opremljen je za kontrolu bilo kojeg željenog visokog napona, jake struje, trofaznog BLDC motora opremljenog trofaznim BLDC motorom s iznimno preciznim i sigurnim senzorom visokog napona. Naučimo detalje u dubinu.

Korištenje IC MC33035

'Junak' sklopa je jednočipni kontroler MC33035 koji je IC modul druge generacije visokih performansi, a sadrži sve potrebne aktivne funkcije koje su potrebne za pokretanje većine jakih struja, visokog napona, 3-faznog ili 4-faznog BLDC-a motori s otvorenom petljom ili konfiguracijom zatvorene petlje.

IC je opremljen dekodorom položaja rotora za omogućavanje preciznog sekvenciranja komutacije, referentnom temperaturno kompenziranom referencom za olakšavanje ispravnog napona osjetnika, pilastim oscilatorom s programabilnom frekvencijom, tri ugrađena stupa pogona s visoke strane s otvorenim kolektorom i tri totem-pola velike struje tipski upravljački sklopovi niske strane, posebno dizajnirani za rad 3-faznog stupnja upravljačkog sklopa MF mosta velike snage.

Čip je također interno ojačan vrhunskim zaštitnim značajkama i pouzdanim upravljačkim stupnjevima kao što su zaključavanje podnapona, ograničavanje struje po ciklusu kroz opciju podesivog isključivanja sa zasunom, interno isključivanje visoke temperature IC i ekskluzivno osmišljen izlaz kvara kvara koji može biti povezan s MCU-om radi poželjne napredne obrade i povratnih informacija.

Tipične funkcije koje se mogu izvršiti s ovom IC-om su, kontrola brzine u otvorenom krugu, kontrola smjera unatrag, 'omogućavanje trčanja', značajka dinamičke kočnice u nuždi.

IC je dizajniran za rad s motornim senzorima koji imaju faze od 60 do 300 stupnjeva ili 120 do 240 stupnjeva, kao bonus što IC može koristiti i za upravljanje tradicionalnim četkanim motorima.

Kako IC funkcionira

MC33035 je među nekoliko visoko učinkovitih monolitnih istosmjernih regulatora motora bez četkica koje su stvorili Motorola .

Sastoji se od otprilike sposobnosti potrebnih za pokretanje cjelovitog, otvorenog kruga, trofaznog ili četverofaznog sustava upravljanja motorom.

Nadalje, regulator se može postići za upravljanje motorima istosmjerne četke. Dizajniran s bipolarnom analognom tehnologijom, ima vrhunsku razinu učinkovitosti i trajnosti u nemilosrdnom industrijskom okruženju.

MC33035 nosi dekoder položaja rotora za precizno sekvenciranje komutacije, referentno nadoknađeno okruženje kompetentno za isporuku snage senzora, frekvencijski programirani pilasti oscilator, potpuno dostupno pojačalo pogrešaka, komparator modulatora impulsne širine, 3 izlaza gornjeg pogona otvorenog kolektora i 3 donji pokretački izlazi totempolskog stupa jake struje prikladni su za MOSFET-ove radne snage.

U MC33035 ugrađene su zaštitne mogućnosti koje uključuju blokadu podnapona, ograničenje struje ciklus po ciklus s odabranim vremenom odgodenog zasunanog isključivanja, ugrađeno termičko isključivanje, zajedno s ekskluzivnim izlazom kvara koji će biti prikladno povezan s mikroprocesorskim kontrolerom.

Standardni atributi upravljanja motorom uključuju kontrolu brzine u otvorenom krugu, rotaciju prema naprijed ili unatrag, omogućavanje rada i dinamičko kočenje. Povrh toga, MC33035 ima pin za odabir od 60 ° / 120 ° koji konfigurira dekoder situacije rotora za električne fazne ulaze senzora od 60 ° ili 120 °.

PIN OUT funkcije:

Pin1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = To su tri gornja pogonska izlaza IC-a specificirana za rad eksterno konfiguriranih uređaja za napajanje poput BJT-a. Ti su pinouts interno konfigurirani kao način otvorenog kolektora.


Pribadača 3 (Fwd, Rev) = Ovaj je pinout namijenjen za upravljanje smjerom rotacije motora.

Pin # 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = To su 3 senzorska izlaza IC-a dodijeljena za zapovijedanje upravljačkog slijeda motora.

Pin # 7 (Omogući izlaz) = Ovaj pin IC-a dodijeljen je za omogućavanje rada motora dok se ovdje održava visoka logika, dok je niska logika za omogućavanje okretanja motora.

Pin # 8 (referentni izlaz) = Ovaj je pin omogućen napajajućom strujom za punjenje kondenzatora za podešavanje oscilatora Ct, kao i pruža referentnu razinu pojačala za pogreške. Također se može koristiti za opskrbu napajanjem IC-a senzora Hallovog efekta motora.

Pin # 9 (neinvertirajući ulaz trenutnog smisla) : Izlazni signal od 100mV može se postići iz ovog izvoda u odnosu na pin # 15 i koristi se za poništavanje provođenja izlaznog prekidača tijekom određenog ciklusa oscilatora. Ovaj se pinout obično povezuje s gornjom stranom otpornika osjetnika struje.

Pin # 10 (oscilator) : Ovaj pinout određuje frekvenciju oscilatora za IC uz pomoć RC mreže Rt i Ct.

Pin # 11 (Pogreška pojačala koja se ne invertira) : Ovaj se pinout koristi s potenciometrom za regulaciju brzine.

Pin # 12 (Pojačalo pogreške pri invertiranju ulaza) : Ovaj je pin interno spojen sa gore spomenutim izlazom pojačala za pogreške radi omogućavanja aplikacija otvorene petlje .


Pin # 13 (Izlaz pojačala pogreške / PWM ulaz) : Funkcija ovog pinouta je pružiti kompenzaciju tijekom primjene zatvorene petlje.

Pin # 14 (izlaz kvara) : Ovaj izlaz indikatora kvara može postati aktivni logički nizak tijekom nekoliko kritičnih stanja, kao što su: neispravan ulazni kod za senzor, omogućiti pinout napajan nulom logike, trenutni pinout ulaznog osjeta postaje veći od 100mV (@ pin9 u odnosu na pin15) , aktiviranje blokade podnapona ili situacija toplotnog isključivanja).

Pin # 15 (Invertiranje ulaznih podataka trenutnog smisla) : Ovaj je pin postavljen za pružanje referentne razine za unutarnji prag od 100 mV i može se vidjeti povezan s otporom osjetnika struje donje strane.

Pribadača # 16 (GND) : Ovo je pin za uzemljenje IC-a i namijenjen je pružanju signala uzemljenja upravljačkom krugu i mora se referencirati natrag na masu izvora napajanja.

Pin # 17: (Vcc) : Ovo je pozitivni pin napajanja koji je predviđen za pružanje pozitivnog napona upravljačkom krugu IC-a. Minimalni opseg rada ovog pina je 10V, a maksimalan na 30V.

Pin # 18 (Vc) : Ovaj pinout postavlja visoko stanje (Voh) za donje izlaze pogona putem snage pripisane ovom pinu. Pozornica radi u rasponu od 10 do 30V.

Pin # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Ova su tri izvoda međusobno raspoređena u obliku izlaza totem pola i dodijeljena su za pogon donjih pogonskih izlaznih pogonskih uređaja.

Pin # 22 (odabir faznog pomaka 60 D, 120D) : Status koji se pripisuje ovom pinoutu konfigurira rad upravljačkog kruga s senzorima Hall efekta za ulaze od 60 stupnjeva (visoka logika) ili 120 stupnjeva (niska logika) faznog kuta.

Pin # 23 (kočnica) : Logika na ovom pinoutu omogućit će BLDC motoru da radi bez zastoja, dok će logika na visokoj razini zaustaviti rad motora brzim usporavanjem.

FUNKCIONALNI OPIS

Reprezentativni unutarnji blok dijagram prikazan je na gornjoj slici. Govor o prednostima i radu svakog od središnjih blokova nabrojanih u nastavku.

Dekoder položaja rotora

Dekoder položaja unutarnjeg rotora mjeri 3 ulaza osjetnika (pinovi 4, 5, 6) kako bi pružio ispravno sekvenciranje gornjeg i donjeg pogonskog klina. Ulazi senzora proizvedeni su tako da se izravno povezuju s prekidačima Hall Effect s otvorenim kolektorom ili optičkim prorezima.

Ugrađeni pull-up otpori klasificirani su tako da umanjuju potrebnu količinu vanjskih dijelova. Ulazi su kompatibilni s TTL-om, čiji su pragovi karakteristični na 2,2 V.

Paleta IC3 MC33035 namijenjena je upravljanju trofaznim motorima i radu s 4 najpopularnije konvencije faznog senzora. Prikladno se isporučuje odabir 60 ° / 120 ° (iglica 22), koji MC33035 isporučuje za samostalno konfiguriranje za regulaciju motora koji imaju fazu električnog osjetnika od 60 °, 120 °, 240 ° ili 300 °.

S 3 ulaza senzora otkrit ćete 8 potencijalnih formacija ulaznih kodova, od kojih su 6 legitimni položaji rotora.

Druga su dva koda zastarjela, jer su uglavnom rezultat otvorenog ili kratkog spoja senzora.

Sa 6 opravdanih ulaznih kodova, dekoder se može pobrinuti za položaj rotora motora unutar spektra od 60 električnih stupnjeva.

Ulaz za naprijed / natrag (Pin 3) koristi se kao alat za izmjenu tijeka rasporeda motora preokretanjem napona na namotu statora.

Čim se ulazne promjene stanja, od visokih do najnižih pomoću dodijeljenog programskog koda za unos senzora (na primjer 100), olakšani izlazi gornjeg i osnovnog pogona koji koriste isti alfa status mijenjaju se (AT na AB, BT na BB, CT na CB).

U osnovi se promjenjivi niz mijenja smjer i motor mijenja smjer smjera. Upravljanje uključivanjem / isključivanjem motora postiže se Omogućivanjem izlaza (Pin 7).

Kad god se ostavi isključen, unutarnja opskrba strujom od 25 μA dopušta sekvenciranje izlaza glavnog i osnovnog pogona. Kada se uzemlje, izlazi pogona gornjeg dijela isključuju se, a osnovni pogoni guraju na nisko, potičući motor da se obruši i izlaz kvara da se aktivira.

Dinamično kočenje motorom omogućuje razvoj viška zaštitne granice u završni uređaj. Kočioni sustav postiže se stavljanjem vašeg ulaza za kočenje (pin 23) u viši status.

To dovodi do isključivanja gornjih pogonskih izlaza i do aktiviranja donjih pogona, ponovno uspostavljajući EMF generiran motorom. Ulaz kočnice ima apsolutno, svesrdno razmatranje svih ostalih ulaza. Unutarnji vučni otpor od 40 kΩ na liniji sučelja međusobno povezan pomoću sigurnosnog prekidača programa jamčeći aktiviranje kočnice u slučaju otvaranja ili isključivanja.

Tablica istine komutacijske logike prikazana je u nastavku. 4 ulazna NOR vrata korištena su za ispitivanje ulaza kočnice i ulaza na 3 gornja izlazna BJT-a pogona.

Cilj je obično isključiti kočenje prije nego što izlazi gornjeg pogona postignu visok status. To vam omogućuje izbjegavanje sinkroniziranog najma gornjeg i donjeg prekidača napajanja.

U programima motornih pogona s pola vala komponente gornjeg pogona uglavnom nisu potrebne i u većini slučajeva se drže odvojeno. S ovim vrstama okolnosti kočenje će se još uvijek postići jer NOR ulaz otkriva osnovni napon na gornjim izlaznim BJT-ovima pogona.

Pojačalo pogreške

Nudi se poboljšana učinkovitost, potpuno kompenzirano pojačalo pogrešaka s aktivnim pristupom svakom ulazu i izlazu (iglice # 11, 12, 13) za pomoć u izvršavanju regulacije brzine motora zatvorene petlje.

Pojačalo dolazi sa standardnim pojačavanjem istosmjernog napona od 80 dB, širinom pojasa od 0,6 MHz, zajedno sa širokim ulaznim opsegom napona koji se proteže od tla do Vrefa.

U većini programa upravljanja brzinom s otvorenom petljom, pojačalo je postavljeno kao sljednik napona s jedinstvenim pojačanjem s neinvertirajućim ulazom povezanim s napajanjem napona postavljenog na brzinu.

Oscilator Frekvencija oscilatora unutarnje rampe ožičena je kroz vrijednosti odabrane za vremenske elemente RT i CT.

Kondenzator CT puni se kroz referentni izlaz (pin 8) pomoću otpornika RT i prazni kroz tranzistor s unutarnjim pražnjenjem.

Vršni napon i napon napona obično su 4,1 V i 1,5 V, odgovarajuće. Da bi se pružilo pristojno uštede između zvučne buke i izvedbe prebacivanja izlaza, predlaže se frekvencija oscilatora u odabiru od 20 do 30 kHz. Za odabir komponenata pogledajte sliku 1.

Modulator širine impulsa

Integrirana modulacija širine impulsa nudi energetski učinkovit pristup upravljanju brzinom motora mijenjanjem standardnog napona pripisanog svakom namotu statora tijekom serije komutacije.

Kako se CT prazni, oscilator modelira svaku zasunu, omogućujući provođenje gornjeg i donjeg izlaza pogona. PWM komparator resetira gornju zasunu, završavajući donji leasing izlaza pogona kad pozitivna rampa CT-a pređe u ishod pojačala pogreške.

Dijagram vremena modulatora širine impulsa prikazan je na slici 21.

Modulacija širine impulsa za upravljanje brzinom predstavlja se isključivo na nižim izlazima pogona. Ograničenje struje Stalno funkcioniranje motora koji može biti znatno preopterećen dovodi do pregrijavanja i neizbježnih kvarova.

Ovu se štetnu situaciju lako može spriječiti uz uporabu ograničenja struje ciklus po ciklus.

To jest, svaki se ciklus tretira kao neovisna funkcija. Ograničenje struje ciklus po ciklus postiže se praćenjem nakupljanja struje statora svaki put kada se aktivira izlazni prekidač, a nakon što se osjeti jaka trenutna situacija, trenutno se onemogući prekidač i zadrži u isključenom razdoblju intervala pojačavanja oscilatora.

Struja statora pretvara se u napon primjenom osjetnika otpornika RS koji se odnosi na tlo (slika 36) u skladu s 3 tranzistora prekidača donjeg dijela (Q4, Q5, Q6).

Napon uspostavljen duž anticipirajućeg otpornika nadzire se strujnim ulaznim osjetnikom (pinovi 9 i 15) i uspoređuje s unutarnjom referentnom točkom od 100 mV.

Trenutni ulazi za usporedbu smisla dolaze s ulaznim zajedničkim načinom rada od približno 3,0 V.

U slučaju da je prekoračena tolerancija osjetnika struje od 100 mV, usporednik resetira donju blokadu osjetnika i završava provođenje izlazne sklopke. Vrijednost trenutnog otpora osjetnika zapravo je:

Rs = 0,1 / Istator (max)

Izlaz kvara se pokreće dok je u situaciji visokog pojačala. PWM postavka s dvostrukim zasunom osigurava da se tijekom određene rutine oscilatora pojavi samo jedan izlazni impuls okidača, neovisno o tome završava li se izlazom pojačala za pogreške ili komparatora ograničenja struje.

Ugrađeni regulator od 6,25 V (pin 8) nudi struju punjenja za kondenzator vremena oscilatora, referentnu točku za pojačalo pogrešaka, što mu omogućuje napajanje 20 mA struje prikladne za posebno napajanje senzora u niskonaponskim programima.

U svrhe većih napona, ovo bi moglo postati važno za izmjenu snage koja se emitira iz regulatora s IC-a. To se definitivno postiže uz pomoć drugog prolaznog tranzistora, kao što je prikazano na slici 22.

Činilo se da je odlučeno da referentna točka od 6,25 omogući renderiranje izravnog NPN kruga, gdje god Vref - VBE premašuje minimalni napon bitan preko Hall Effect senzora preko vrućine.

Imajući odgovarajući asortiman tranzistora i dovoljno hladnjaka, može se kupiti čak 1 amp struje opterećenja.

Isključivanje podnapona

Trosmjerno podnaponsko zaključavanje integrirano je kako bi se smanjila šteta na IC-u i alternativnim tranzistorima prekidača napajanja. Tijekom niskih faktora napajanja osigurava činjenicu da su IC i senzori potpuno funkcionalni i da postoji odgovarajući izlazni napon osnovnog pogona.

Pozitivna napajanja IC (VCC) i niskonaponskih pogona (VC) ispituju se neovisnim uspoređivačima čiji su pragovi 9,1 V. Ovaj određeni stupanj jamči odgovarajuće putovanje na vrata potrebno za postizanje niskog RDS-a (uključeno) kad god vozite uobičajenom snagom MOSFET oprema.

Kad god izravno napaja Hallove senzore iz referentne vrijednosti, pojavljuje se neodgovarajući rad senzora u slučaju da izlazni napon referentne točke padne ispod 4,5 V.

Treća usporednica može se koristiti za prepoznavanje ovog problema.

Kad više od jednog komparatora prepozna situaciju podnapona, uključuje se izlaz kvara, odgađaju se gornji pokreti i izlazi osnovnog pogona organiziraju u nisku točku.

Svaka od komparatora sadrži histerezu za zaštitu od amplituda prilikom premošćavanja njihovih pojedinačnih pragova.

Izlaz greške

Izlaz greške otvorenog kolektora (Pin 14) trebao je ponuditi detalje analize u slučaju kvara procesa. Ima sposobnost struje sudopera od 16 mA i može posebno pogoniti diodu koja emitira svjetlost za vidljivi signal. Nadalje, zapravo je prikladno povezan s TTL / CMOS logikom za upotrebu u programu kojim upravlja mikroprocesor.

Izlaz greške je učinkovit nizak dok se događa više od jedne od sljedećih situacija:

1) Neispravni ulazni kodovi senzora

2) Omogući izlaz na logici [0]

3) Ulaz trenutnog osjeta više od 100 mV

4) Zaključavanje podnapona, aktiviranje 1 ili više komparatora

5) Isključivanje topline, postizanje maksimalne optimalne temperature spoja Ovaj ekskluzivni izlaz također se može koristiti za razlikovanje pokretanja motora ili trajnog funkcioniranja u poplavljenoj situaciji.

Uz pomoć RC mreže između izlaza kvara i ulaza za omogućavanje, to znači da možete razviti vremenski odloženo zaključano isključivanje s obzirom na prekomjernu struju.

Dodatni strujni krugovi prikazani na slici 23 pomažu u laganom pokretanju motornih sustava koji su opremljeni većim inercijskim opterećenjima davanjem dodatnog obrtnog momenta podizanja, dok još uvijek sigurno štite od prekomjerne struje. Ovaj se zadatak postiže postavljanjem trenutnog ograničenja na sljedeću od minimalne vrijednosti za utvrđeno razdoblje. Tijekom izuzetno dugotrajne prekomjerne struje, kondenzator CDLY napunit će se, pobuđujući ulaz za omogućavanje da pređe svoju toleranciju u nisko stanje.

Zasun se sada može oblikovati ciklusom pozitivne povratne sprege od izlaza kvara do izlaza omogućen. Kad se postavi, pomoću trenutnog unosa smisla, može se resetirati samo kratkim spojem CDLY ili cikličkim napajanjem.

Potpuno funkcionalna BLDC shema velike snage

Potpuno funkcionalan visokonaponski krug BLDC upravljačkog sklopa koji koristi gore objašnjeni uređaj može se vidjeti u nastavku, konfiguriran je kao puni val, trofazni, 6-koračni način rada: