Estratègia per simplificar els sistemes de control i accionament de motors BLDC trifàsics
Els productes semiconductors molt integrats no són només la tendència dels productes de consum, sinó que també penetren gradualment en aplicacions de control de motors. Al mateix temps, els motors DC (BLDC) sense escombretes també mostren el mateix impuls en molts mercats, com les aplicacions mèdiques i mèdiques, i la seva quota de mercat està superant progressivament la d'altres tipus de motors. Amb la creixent demanda de motors BLDC i la maduresa de les tecnologies motores relacionades, l'estratègia de desenvolupament dels sistemes de control del motor BLDC ha evolucionat des de circuits discrets fins a tres categories diferents. Aquests tres tipus principals de solucions es divideixen en un sistema-a-xip (SoC), productes estàndard estàndard d'aplicació (ASSP) i solucions de dos xips.
Aquestes tres solucions principals són cada vegada més afavorides pels enginyers de disseny de sistemes de motor perquè redueixen la quantitat de components necessaris per a l'aplicació i redueixen la complexitat del disseny. No obstant això, cada estratègia té els seus propis punts forts i febles. En aquest article es tractaran aquestes tres opcions i com es poden canviar entre la integració del disseny i la flexibilitat.
El sistema motor bàsic consta de tres mòduls principals: la font d'alimentació, l'accionament del motor i la unitat de control. La figura 1 mostra el disseny d'un sistema motor tradicional discret. Els sistemes de motor solen incloure un processador RISC senzill amb flash integrat que acciona el MOSFET extern controlant el controlador de la porta. El processador també pot conduir el motor directament a través d'un regulador de voltatge i MOSFET integrat que alimenta el processador i el controlador.
La unitat motora SoC integra tots els mòduls anteriors i és programable per a una àmplia gamma d'aplicacions. A més, és ideal per a aplicacions que requereixen optimització d'espai a causa de restriccions d'espai. Tanmateix, el seu baix rendiment de processament i l'espai de memòria interna limitat no es poden aplicar als sistemes motors que requereixen un control avançat. Un altre desavantatge dels circuits de controladors SoC del motor són les eines de desenvolupament limitades, com ara la manca d'un entorn de desenvolupament de firmware. Això contrasta amb el fet que la majoria dels principals proveïdors de microcontroladors de la indústria ofereixen una àmplia gamma d'eines fàcils d'utilitzar.
Les unitats de motor ASSP estan dissenyades per a una àrea específica i tot està optimitzat per a una aplicació estreta. Pren molt poc espai i no requereix cap ajustament de programari. A més, és ideal per a aplicacions limitades per l'espai. La figura 2 mostra un diagrama de blocs d'un controlador de motor de ventilador DFN de 10 pins. Com que les unitats motores ASSP solen centrar-se en aplicacions de producció d'alt volum, sovint tenen relacions de preu / rendiment excel·lents. Tanmateix, això no vol dir que els motors que s'executin en unitats ASSP necessiten sacrificar el rendiment. Per exemple, les unitats motores ASSP més modernes poden conduir motors BLDC amb algorismes sensorless i sinusoidal, que en el passat requereixen microcontroladors d'alt rendiment. Tanmateix, els productes ASSP no tenen programabilitat i no ajusten la força d'accionament, el que limita la seva capacitat d'adaptació a les canviants demandes del mercat.
Encara que l'alta integració és una tendència important en l'electrònica d'avui, encara hi ha una creixent demanda de solucions de doble xip amb controladors analògics rics i microcontroladors analògics intel·ligents. L'estratègia de dos xips permet als dissenyadors seleccionar entre una varietat de microcontroladors per suportar la commutació sensorial o la commutació sense sensor amb tecnologia d'accionament trapezoïdal o sinusoidal. Quan utilitzeu aquesta solució, l'elecció del xip de control de suport és crucial. El xip de companyia ideal ha de contenir almenys les següents característiques:
Regulador eficient i ajustable per reduir el consum d'energia i alimentar tot tipus de microcontroladors
Monitorització i mòduls de processament de fons per garantir l'operació segura del motor i permetre la comunicació bidireccional entre l'amfitrió i la unitat
Paràmetres opcionals que optimitzen el rendiment sense necessitat d'un esforç de programació addicional
Controlador de potència nominal per a motors MOSFET o BLDC
En general, amb les unitats de motor SoC i ASSP, els dissenyadors de sistemes de motor no només utilitzen menys components, sinó que també tenen una flexibilitat moderada. Tanmateix, aquestes solucions altament integrades tenen diferents limitacions, com ara la funcionalitat fixa, la capacitat limitada d'emmagatzematge i la potència de processament. La taula 1 compara les tres principals estratègies de control del motor BLDC descrits anteriorment.
En comparació amb els dissenys discrets, les solucions modernes de control i accionament del motor no només redueixen la factura de materials, sinó que també redueixen el temps de desenvolupament del sistema, tot i que no tenen cap impacte en els sistemes de construcció optimitzats per a motors BLDC seleccionats. Els dissenys i biblioteques de referència de maquinari i firmware dels proveïdors de semiconductors poden reduir dràsticament el temps de desenvolupament i accelerar el temps de comercialització dels conceptes avançats de control i impulsió del motor.
