Augstas jaudas bezkontakta motora vadības ierīces ķēde

Šis daudzpusīgais bezkontaktu (BLDC) motora kontroliera IC ir parādīts, lai ārkārtīgi precīzi un droši vadītu jebkuru vēlamo augstsprieguma, lielas strāvas, halles efekta sensoru, kas aprīkots ar trīsfāzu BLDC motoru. Mācīsimies detalizēti padziļināti.

Izmantojot IC MC33035

Shēmas 'varonis' ir vienas mikroshēmas kontrolieris MC33035, kas ir augstas veiktspējas otrās paaudzes IC modulis, kurā ir visas nepieciešamās aktīvās funkcijas, kas var būt nepieciešamas lielākās strāvas, augstsprieguma, 3 fāžu vai 4 fāžu BLDC darbināšanai. motori ar atvērtu vai slēgtu loku konfigurāciju.

IC ir aprīkots ar rotora stāvokļa dekodētāju precīzas komutācijas secības nodrošināšanai, temperatūras kompensētu atsauci pareiza sensora sprieguma atvieglošanai, programmējamu frekvences zāģa zobu oscilatoru, trīs iebūvētus atvērtā kolektora augšējās puses vadītāja pakāpienus un trīs lielas strāvas totema polu tipa zemas malas draiveri, kas īpaši paredzēti trīsfāžu H tilta lieljaudas mosfet motora kontroliera darbināšanai.

Mikroshēma ir arī iekšēji atbalstīta ar augstākās klases aizsardzības funkcijām, un bezrūpīgas vadības pakāpes, piemēram, nepietiekama sprieguma bloķēšana, strāvas ierobežošana pa cikliem pa cikliem, izmantojot regulējamas aiztures izslēgšanas iespēju, iekšējās IC augstas temperatūras izslēgšanu un ekskluzīvi izstrādātu bojājuma izvades pinout, kuru var savienot ar MCU, lai iegūtu vēlamo uzlaboto apstrādi un padeves aizmuguri.

Tipiskās funkcijas, kuras var izpildīt ar šo IC, ir atvērtas cilpas ātruma kontrole, virzīšana uz priekšu atpakaļgaitā, “braukšanas iespējošana”, avārijas dinamiskās bremzēšanas funkcija.

IC ir paredzēts darbam ar motora sensoriem, kuru fāzes ir no 60 līdz 300 grādiem vai no 120 līdz 240 grādiem, kā papildinājumu IC var arī izmantot tradicionālo suku motoru vadīšanai.

Kā darbojas IC

MC33035 ir viens no vairākiem augstas efektivitātes monolītajiem DC bezmotora motoru kontrolleriem, ko izveidojis Motorola .

Tas sastāv tikai no iespējām, kas nepieciešamas, lai aktivizētu pilnvērtīgu, atvērtu cilpu, trīs vai četrfāžu motora vadības sistēmu.

Turklāt kontrolieri var veikt, lai kontrolētu līdzstrāvas suku motorus. Projektēts ar Bipolar Analog tehnoloģiju, un tam ir augstāks efektivitātes un izturības līmenis nežēlīgā rūpnieciskā vidē.

MC33035 ir rotora stāvokļa dekoderis precīzai komutācijas secībai, videi atmaksāta atsauce, kas kompetenta piegādāt sensora jaudu, programmējams frekvences zāģa zobu oscilators, pilnībā pieejams kļūdu pastiprinātājs, impulsa platuma modulatora salīdzinātājs, 3 atvērtas kolektora augšējās piedziņas izejas un 3 augstas strāvas totema pola apakšējā draivera izejas ir tieši piemērotas MOSFET darbības jaudai.

MC33035 ir iebūvētas ekranēšanas iespējas, kas ietver nepietiekama sprieguma bloķēšanu, cikla strāvas ierobežošanu ar izvēlētu laika aiztures fiksēto izslēgšanas režīmu, iebūvētu termisko izslēgšanu, kā arī ekskluzīvu bojājumu izvadi, kas ērti būs savienojams ar mikroprocesora kontrolieri.

Standarta motora vadības atribūtos ietilpst atvērta cikla ātruma kontrole, pagriešana uz priekšu vai atpakaļ, braukšanas iespējošana un dinamiska bremzēšana. Papildus tam MC33035 ir 60 ° / 120 ° izvēles tapa, kas konfigurē rotora situācijas dekoderi 60 ° vai 120 ° sensora elektriskās fāzes ieejām.

PIN OUT funkcijas:

1., 2., 24. tapa (Bt, At, Ct) = Šie ir trīs IC augšējās piedziņas izejas, kas paredzētas ārēji konfigurētu barošanas ierīču, piemēram, BJT, darbināšanai. Šie pinouts ir iekšēji konfigurēti kā atvērta kolektora režīms.


Piespraude Nr. 3 (Fwd, Rev) = Šo tapu paredzēts izmantot motora griešanās virziena kontrolei.

Tapas Nr. 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Tie ir 3 IC sensora izejas, kas piešķirtas motora vadības secības komandēšanai.

Piespraude Nr. 7 (izvade iespējot) = Šis IC kontakts ir piešķirts, lai iespējotu motora darbību, kamēr šeit tiek uzturēta augsta loģika, savukārt zema loģika ir paredzēta motora piekrastes iespiešanai.

8. piespraude (atsauces izeja) = Šī tapa ir iespējota ar barošanas strāvu, lai uzlādētu oscilatora laika kondensatoru Ct, kā arī nodrošina kļūdas pastiprinātāja atskaites līmeni. To var izmantot arī, lai nodrošinātu barošanas jaudu motora Hall efekta sensoru IC.

9. piespraude (pašreizējā Sense neinvertējošā ievade) : 100mV signāla izeju var iegūt no šīs kontaktligzdas, atsaucoties uz tapu Nr. 15, un to izmanto, lai atceltu izejas slēdža vadību noteiktā oscilatora ciklā. Šis kontakts parasti ir savienots ar strāvas sensora rezistora augšējo pusi.

10. piespraude (oscilators) : Šis pinout nosaka oscilatora frekvenci IC ar RC tīkla Rt un Ct palīdzību.

11. piespraudes (ievades kļūdas pastiprinātājs, kas nav invertējošs) : Šis stiprinājums tiek izmantots ar ātruma kontroles potenciometru.

PIN Nr. 12 (kļūdas pastiprinātājs, pārveidojot ievadi) : Šī tapa ir iekšēji savienota ar iepriekš minēto kļūdu pastiprinātāja izeju, lai iespējotu atvērtās cilpas lietojumprogrammas .


13. kontakts (kļūdas pastiprinātāja izeja / PWM ievade) : Šīs pinout funkcija ir nodrošināt kompensāciju slēgta cikla lietojumprogrammu laikā.

Piespraude Nr. 14 (kļūdas izeja) : Šī kļūmes indikatora izeja dažos kritiskos apstākļos var kļūt par zemu aktīvo loģiku, piemēram: nederīgs sensora ievades kods, iespējota pieslēguma padeve ar nulles loģiku, strāvas maņas ieejas pinout kļūst lielāks par 100mV (@ pin9 ar atsauci uz pin15) , zemas sprieguma bloķēšanas izraisīšana vai termiskas izslēgšanās situācija).

Piespraude Nr. 15 (pašreizējā sensora apgriešanas ievade) : Šī tapa ir paredzēta, lai nodrošinātu atskaites līmeni iekšējam 100mV slieksnim, un to var redzēt savienotu ar apakšējo sānu strāvas sensoru.

Piespraude Nr. 16 (GND) : Šis ir IC iezemētais kontakts un ir paredzēts, lai nodrošinātu iezemējuma signālu vadības ķēdei, un tas ir jāatsauc atpakaļ uz barošanas avota zemi.

17. piespraude: (Vcc) : Šis ir piegādes pozitīvais kontakts, kas paredzēts pozitīvajam spriegumam IC vadības ķēdē. Minimālais šīs tapas darbības diapazons ir 10 V un maksimālais pie 30 V.

Piespraude Nr. 18 (Vc) : Šis kontakts nosaka zemas piedziņas izejas augsto stāvokli (Voh), izmantojot šai tapai piešķirto jaudu. Skatuve darbojas ar diapazonu no 10 līdz 30V.

Tapas Nr. 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Šie trīs spraudņi ir iekšēji izvietoti totema stabu izeju veidā un ir piešķirti, lai darbinātu zemākās piedziņas izejas barošanas ierīces.

Piespraude Nr. 22 (60 D, 120D fāzes nobīdes izvēle) : Šim pinout piešķirtais statuss konfigurē vadības ķēdes darbību ar Hall efekta sensoriem 60 grādu (augsta loģika) vai 120 grādu (zema loģika) fāzes leņķa ieejām.

Piespraude Nr. 23 (bremze) : Zema loģika pie šīs vītnes ļaus BLDC motoram darboties nevainojami, savukārt augsta loģika ātri apturēs motora darbību, strauji palēninot.

FUNKCIONĀLS APRAKSTS

Reprezentatīva iekšējā blokshēma ir parādīta iepriekš redzamajā attēlā. Katra no zemāk uzskaitītajiem centrālajiem blokiem priekšrocību un darba diskurss.

Rotora stāvokļa dekoders

Iekšējā rotora stāvokļa dekoders mēra 3 sensora ieejas (4., 5., 6. tapas), lai nodrošinātu augšējā un apakšējā piedziņas kontaktu pareizu secību. Sensora ieejas tiek ražotas tā, lai tās saskaras ar atvērtiem kolektora tipa Hall Effect slēdžiem vai opto spraugām.

Iebūvētie pievilkšanas rezistori tiek klasificēti, lai samazinātu nepieciešamo ārējo daļu daudzumu. Ieejas ir saderīgas ar TTL, un to sliekšņi ir raksturīgi 2,2 V.

MC33035 mikroshēmu klāsts ir paredzēts, lai kontrolētu trīsfāzu motorus un darbotos ar 4 populārākajām sensoru fāzēšanas metodēm. 60 ° / 120 ° Select (22. kontakts) ir lietderīgi piegādāts, un tas nodrošina MC33035, lai pats konfigurētu, lai regulētu motorus ar 60 °, 120 °, 240 ° vai 300 ° elektrisko sensoru fāzēm.

Ar 3 sensoru ieejām jūs atradīsit 8 potenciālos ievades koda veidojumus, no kuriem 6 ir likumīgi rotora izvietojumi.

Pārējie divi kodi ir novecojuši, jo tie parasti ir atvērta vai īssavienota sensora savienojuma rezultāts.

Ar 6 pamatotiem ievades kodiem dekoders, iespējams, var rūpēties par motora rotora stāvokli 60 elektrisko grādu spektrā.

Ieeju uz priekšu / atpakaļ (tapu 3) izmanto kā instrumentu, lai modificētu motora grafiku, mainot spriegumu pāri statora tinumam.

Tiklīdz ieeja maina stāvokli no augstas līdz zemākai, izmantojot piešķirto sensora ievades programmas kodu (piemēram, 100), augšējā un pamata piedziņas atvieglotā izeja tiek mainīta, izmantojot to pašu alfa statusu (AT uz AB, BT līdz BB, CT līdz CB).

Būtībā maināmā virkne tiek mainīta virzienā, un motors maina virziena secību. Motora ieslēgšanas / izslēgšanas vadību nodrošina Output Enable (7. kontakts).

Ikreiz, kad to atstāj atvienotu, iekšējā 25 μA strāvas padeve ļauj sekvencēt galvenās un bāzes piedziņas izejas. Kad tas ir iezemēts, augšējās daļas piedziņas izejas tiek izslēgtas, un bāzes piedziņas tiek nospiestas līdz zemai, izraisot motoru uz piekrasti un aktivizējot kļūdas izeju.

Dinamiskā motora bremzēšana ļauj gala ierīcē izveidot pārmērīgu aizsardzības rezervi. Bremžu sistēma tiek panākta, iestatot augstāku statusu jūsu bremžu ievadam (23. kontakts).

Tas noved pie augšējās piedziņas izejas, lai izslēgtos, un apakšējās piedziņas, lai aktivizētos, atkal saīsinot motora ģenerēto EMF. Bremžu ievadei ir absolūta, no visas sirds vērsta attieksme pret visām pārējām ieejām. Iekšējais 40 kΩ pievilkšanas rezistors saskaras, izmantojot programmas drošības slēdzi, garantējot bremžu aktivizēšanu, ja tā tiek atvērta vai izslēgta.

Komutācijas loģikas patiesības tabula ir parādīta zemāk. 4 ieejas NOR vārti tiek izmantoti, lai pārbaudītu bremžu ieeju un ieejas 3 augšējās piedziņas izejas BJT.

Mērķis parasti ir izslēgt bremzēšanu, pirms augšējā piedziņas izvadiem ir augsts statuss. Tas ļauj izvairīties no augšējo un pamatnes slēdžu sinhronizētas nomāšanas.

Puse viļņu motora piedziņas programmās augšējie piedziņas komponenti parasti nav vajadzīgi, un tie vairumā gadījumu tiek turēti atdalīti. Šādos apstākļos bremzēšana joprojām tiks sasniegta, jo NOR vārti nosaka bāzes spriegumu augšējās piedziņas izejas BJT.

Kļūdu pastiprinātājs

Tiek piedāvāta uzlabota efektivitāte, pilnībā kompensēts kļūdu pastiprinātājs ar aktīvu piekļuvi katrai ieejai un izejai (tapas Nr. 11, 12, 13), lai palīdzētu izpildīt slēgta cikla motora ātruma kontroli.

Pastiprinātājam ir standarta līdzstrāvas sprieguma pieaugums 80 dB, 0,6 MHz pieauguma joslas platums, kā arī plašs ieejas kopējā režīma sprieguma diapazons, kas stiepjas no zemes līdz Vref.

Lielākajā daļā atvērtās cilpas ātruma vadības programmu pastiprinātājs ir iestatīts kā vienotības pieauguma sprieguma sekotājs ar neinvertējošo ieeju, kas savienota ar ātruma iestatīto sprieguma padevi.

Oscilators Iekšējās rampas oscilatora frekvence tiek vadīta, izmantojot vērtības, kas noteiktas laika elementiem RT un CT.

Kondensatora CT tiks uzlādēta caur atsauces izeju (8. kontakts) ar rezistora RT palīdzību un izlādēta caur iekšējo izlādes tranzistoru.

Rampas pīķa un bedres spriegums parasti ir attiecīgi 4,1 V un 1,5 V. Lai piedāvātu pienācīgu taupību starp dzirdamo troksni un izejas pārslēgšanas veiktspēju, tiek ieteikta oscilatora frekvence 20 līdz 30 kHz izvēlē. Komponentu izvēlei izmantojiet 1. attēlu.

Pulsa platuma modulators

Integrētā impulsa platuma modulācija piedāvā efektīvu pieeju motora ātruma regulēšanai, mainot standarta spriegumu, kas piešķirts katram statora tinumam visā komutācijas sērijā.

Kad CT izlādējas, oscilators modelē katru aizbīdni, ļaujot vadīt augšējo un apakšējo piedziņas izvadi. PWM salīdzinātājs atiestata augšējo aizbīdni, pārtraucot zemākās piedziņas izejas nomu, tiklīdz CT pozitīvā pāreja pārsniedz kļūdas pastiprinātāja iznākumu.

Impulsa platuma-modulatora laika shēma ir parādīta 21. attēlā.

Impulsu platuma modulācija ātruma pārvaldībai ir raksturīga tikai zemākajām piedziņas izejām. Pašreizējā robeža Motora pastāvīga darbība, kas var būt ievērojami pārslogota, noved pie pārkaršanas un neizbēgamas nepareizas darbības.

Šo nelabvēlīgo situāciju vislabāk var novērst, izmantojot ciklu pa ciklam strāvas ierobežojumus.

Tas ir, katrs cikls tiek uzskatīts par neatkarīgu funkciju. Strāvas ierobežojums ciklā pa ciklam tiek panākts, izsekojot statora strāvas uzkrāšanos ikreiz, kad iedarbojas izejas slēdzis, un, nojaušot augstu pašreizējo situāciju, uzreiz atspējojiet slēdzi un noturiet to nenokārtoto oscilatora uzbrauktuves intervāla laiku.

Statora strāva tiek pārveidota spriegumā, pielietojot uz zemi saistītu sensoru rezistoru RS (36. attēls) saskaņā ar 3 apakšējās daļas slēdža tranzistoriem (Q4, Q5, Q6).

Spriegumu, kas izveidots gar paredzamo rezistoru, kontrolē ar strāvas sajūtas ieeju (9. un 15. kontakts) un salīdzina ar iekšējo 100 mV atskaites punktu.

Pašreizējās jēgas salīdzinājuma ieejām ir ieejas kopējā režīma diapazons aptuveni 3,0 V.

Gadījumā, ja tiek pārsniegta 100 mV strāvas jutības pielaide, salīdzinātājs atiestata zemākās sajūtas bloķēšanu un pārtrauc izejas slēdža vadīšanu. Pašreizējā sensora rezistora vērtība faktiski ir:

Rs = 0,1 / Istator (maks.)

Kļūdas izeja tiek aktivizēta, atrodoties lielā ampēra situācijā. Divkāršā fiksatora PWM iestatījums nodrošina, ka noteiktā oscilatoru rutīnā rodas tikai viens izejas sprūda impulss, neatkarīgi no tā, vai tas ir vai nav beidzies ar kļūdas pastiprinātāja vai strāvas robežu salīdzinātāja izeju.

Mikroshēmas 6,25 V regulators (8. kontakts) piedāvā uzlādes strāvu oscilatora laika kondensatoram, kas ir atskaites punkts kļūdu pastiprinātājam, kas ļauj tam piegādāt 20 mA strāvu, kas piemērota īpaši sensoru barošanai zemsprieguma programmās.

Lielākos sprieguma nolūkos tas varētu kļūt svarīgi, lai apmainītu strāvu, ko izstaro regulators ārpus IC. Tas noteikti tiek panākts ar cita pārejas tranzistora palīdzību, kā parādīts 22. attēlā.

Šķiet, ka tika nolemts 6,25 V etalona punkts, lai ļautu atveidot tiešu NPN ķēdi visur, kur Vref - VBE pārsniedz Hall Effect sensoru minimālo spriegumu virs siltuma.

Ar atbilstošu tranzistora sortimentu un pietiekamu dzesēšanas sistēmu var iegādāties pat 1 amp. Slodzes strāvu.

Nepietiekama sprieguma bloķēšana

Lai mazinātu kaitējumu IC un alternatīvajiem strāvas slēdža tranzistoriem, ir integrēts trīsceļu nepietiekama sprieguma bloķētājs. Zema strāvas padeves koeficientu laikā tas nodrošina to, ka IC un sensori ir pilnīgi funkcionāli un ka ir pietiekams bāzes piedziņas izejas spriegums.

Pozitīvo barošanas avotu IC (VCC) un zemo piedziņu (VC) katru pārbauda neatkarīgi salīdzinātāji, kuru sliekšņi tiek sasniegti 9.1 V. Šis konkrētais posms garantē pietiekamu vārtu pārvietošanos, kas nepieciešama, lai sasniegtu zemu RDS (ieslēgtu) ikreiz, kad brauc ar parasto jaudu. MOSFET aprīkojums.

Ikreiz, kad Hall sensori tieši tiek baroti no atskaites, sensora darbība parādās neatbilstoši, ja atskaites punkta izejas spriegums pazeminās zem 4,5 V.

Šī jautājuma atpazīšanai var izmantot 3. salīdzinājumu.

Kad vairāk nekā viens no salīdzinātājiem uztver zemsprieguma situāciju, tiek ieslēgta kļūmes izeja, augšējie braucieni tiek atcelti un bāzes piedziņas izejas tiek sakārtotas zemā punktā.

Katrs no salīdzinājumiem iekļauj histerēzi, lai aizsargātu pret amplitūdām, pārvarot savus individuālos sliekšņus.

Kļūdu izvade

Atvērtā kolektora defektu izvade (14. kontakts) bija paredzēta, lai piedāvātu detalizētu analīzi procesa sadalījuma gadījumā. Tam ir izlietnes strāvas spēja 16 mA, un tas var īpaši vadīt gaismas diodi redzamajam signālam. Turklāt tas faktiski ir ērti saskarne ar TTL / CMOS loģiku lietošanai mikroprocesoru pārvaldītā programmā.

Kļūdu izeja ir zema, kamēr notiek vairāk nekā viena no sekojošajām situācijām:

1) Nederīgi sensora ievades kodi

2) Izeja iespējot pie loģikas [0]

3) strāvas sajūtas ieeja ir lielāka par 100 mV

4) Zemsprieguma bloķēšana, 1 vai lielāka salīdzinātāja aktivizēšana

5) Siltuma izslēgšana, optimāla krustojuma temperatūra tiek maksimāli palielināta. Šo ekskluzīvo izeju var izmantot arī, lai atšķirtu starp motora palaišanu vai ilgstošu darbību applūstošā situācijā.

Izmantojot RC tīklu starp kļūdu izvadi un iespējošanas ieeju, tas nozīmē, ka jūs varat izveidot laika aizkavētu fiksētu izslēgšanu attiecībā uz pārmērīgu strāvu.

Papildu shēmas, kas parādītas 23. attēlā, palīdz bez piepūles iedarbināt motora sistēmas, kas aprīkotas ar lielākām inerciālām slodzēm, dodot papildu uzņemšanas griezes momentu, vienlaikus droši aizsargājot pret strāvas aizsardzību. Šis uzdevums tiek sasniegts, pašreizējo ierobežojumu uz noteiktu periodu liekot uz nākamo, nevis minimālo. Pārāk ilgstošas ​​pārmērīgas strāvas situācijas laikā kondensators CDLY uzlādēsies, izraisot iespējošanas ievadi, lai pārvarētu tā toleranci zemā stāvoklī.

Fiksatoru tagad var veidot pozitīvas atgriezeniskās saites cikls no kļūmes izvades līdz izvades iespējošanai. Kad tas ir iestatīts, izmantojot pašreizējās sajūtas ieeju, to var atiestatīt, tikai īssavienojot ar CDLY vai pārslēdzot barošanas avotus.

Pilnībā funkcionāla augstas jaudas BLDC shēma

Pilnībā funkcionāla augstas jaudas, lielas strāvas BLDC kontroliera ķēde, izmantojot iepriekš izskaidroto ierīci, var būt redzama zemāk, tā ir konfigurēta kā pilna viļņa, 3 fāžu, 6 pakāpju režīms: