Sirkuit Kontroler Motor Tanpa Sikat dengan Watt Tinggi

IC pengontrol motor Brushless (BLDC) serbaguna ini ditampilkan untuk mengontrol tegangan tinggi, arus tinggi, sensor efek hall yang diinginkan yang dilengkapi motor BLDC 3-fase dengan akurasi dan keamanan ekstrem. Mari pelajari detailnya secara mendalam.

Menggunakan IC MC33035

'Pahlawan' dari rangkaian ini adalah pengontrol chip tunggal MC33035 yang merupakan modul IC generasi kedua berkinerja tinggi, yang menampilkan semua fungsi aktif yang diperlukan yang mungkin diperlukan untuk menjalankan BLDC arus tinggi, tegangan tinggi, 3 fasa atau 4 fasa. motor dengan loop terbuka atau konfigurasi loop tertutup.

IC dilengkapi dengan dekoder posisi rotor untuk memungkinkan pengurutan pergantian yang akurat, referensi kompensasi suhu untuk memfasilitasi tegangan sensor yang benar, osilator gigi gergaji frekuensi yang dapat diprogram, tiga tahap driver sisi tinggi kolektor terbuka built-in, dan tiga tiang totem arus tinggi jenis driver sisi rendah, yang dirancang khusus untuk mengoperasikan tahap pengontrol motor mosfet daya tinggi 3-fase H-bridge.

Chip ini juga secara internal didukung dengan fitur perlindungan kelas atas, dan tahapan kontrol yang sangat mudah seperti penguncian di bawah tegangan, pembatasan arus siklus demi siklus melalui opsi penonaktifan latched penundaan yang dapat disesuaikan, penghentian suhu tinggi IC internal, dan dirancang secara eksklusif. pinout keluaran kesalahan yang dapat dihubungkan dengan MCU untuk pemrosesan lanjutan yang disukai dan umpan balik.

Fungsi khas yang dapat dijalankan dengan IC ini adalah, kontrol kecepatan loop terbuka, kontrol arah mundur maju, 'run enable', fitur rem dinamis darurat.

IC dirancang untuk bekerja dengan sensor motor yang memiliki fase 60 hingga 300 derajat atau 120 hingga 240 derajat, sebagai bonus, IC dapat juga digunakan untuk mengendalikan motor sikat tradisional.

Bagaimana IC Bekerja

MC33035 adalah di antara beberapa pengontrol motor brushless DC monolitik efisiensi tinggi yang dibuat oleh Motorola .

Ini terdiri dari hanya tentang kemampuan yang diperlukan untuk memulai sistem kontrol motor tiga atau empat fase berfitur lengkap.

Selanjutnya, pengontrol dapat dilakukan untuk mengontrol motor sikat DC. Didesain dengan teknologi Bipolar Analog, fitur ini memiliki tingkat efisiensi dan daya tahan yang unggul di lingkungan industri yang kejam.

MC33035 membawa dekoder posisi rotor untuk urutan pergantian yang akurat, referensi lingkungan diganti yang kompeten dalam memberikan daya sensor, osilator gigi gergaji yang dapat diprogram frekuensi, penguat kesalahan yang dapat diakses sepenuhnya, komparator modulator lebar pulsa, 3 output drive atas kolektor terbuka, dan 3 output driver tiang totem arus tinggi yang lebih rendah tepat untuk mengoperasikan daya MOSFET.

Dibangun ke dalam MC33035 adalah kemampuan pelindung yang mencakup penguncian tegangan rendah, pembatasan arus siklus demi siklus dengan mode shutdown terkunci tertunda waktu yang dapat dipilih, shutdown termal internal, bersama dengan output kesalahan eksklusif yang akan dengan mudah dihubungkan ke pengontrol mikroprosesor.

Atribut kontrol motor standar menggabungkan kontrol kecepatan loop terbuka, rotasi maju atau mundur, pengaktifan jalan, dan pengereman dinamis. Selain itu, MC33035 memiliki pin pilihan 60 ° / 120 ° yang mengkonfigurasi dekoder situasi rotor untuk input pentahapan listrik sensor 60 ° atau 120 °.

Fungsi PIN OUT:

Pin1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Ini adalah tiga output drive atas dari IC yang ditentukan untuk mengoperasikan perangkat daya yang dikonfigurasi secara eksternal seperti BJT. Pinout ini dikonfigurasi secara internal sebagai mode kolektor terbuka.


Pin # 3 (Fwd, Rev) = Pinout ini dimaksudkan untuk digunakan untuk mengontrol arah putaran motor.

Pin # 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Ini adalah 3 keluaran sensor dari IC yang ditugaskan untuk memerintahkan urutan kontrol motor.

Pin # 7 (Output Aktif) = Pin IC ini ditetapkan untuk mengaktifkan operasi motor selama logika tinggi dipertahankan di sini, sedangkan logika rendah digunakan untuk memungkinkan peluncuran motor.

Pin # 8 (Output Referensi) = Pin ini diaktifkan dengan arus suplai untuk mengisi daya kapasitor timing osilator Ct serta memberikan tingkat referensi untuk penguat kesalahan. Ini juga dapat digunakan untuk menyediakan daya suplai ke IC sensor efek Hall motor.

Pin # 9 (Input non-pembalik Rasa Saat Ini) : Output sinyal 100mV dapat dicapai dari pinout ini dengan mengacu pada pin # 15 dan digunakan untuk membatalkan konduksi sakelar keluaran selama siklus osilator yang ditentukan. Pinout ini biasanya terhubung dengan sisi atas resistor penginderaan arus.

Pin # 10 (Osilator) : Pinout ini menentukan frekuensi osilator untuk IC dengan bantuan jaringan RC Rt, dan Ct.

Pin # 11 (Kesalahan amp masukan non-pembalik) : Pinout ini digunakan dengan potensiometer kontrol kecepatan.

Pin # 12 (Kesalahan amp pembalik Input) : Pin ini secara internal dihubungkan dengan keluaran amp kesalahan yang disebutkan di atas untuk mengaktifkan aplikasi loop terbuka .


Pin # 13 (Output amp kesalahan / Input PWM) : Fungsi pinout ini adalah untuk memberikan kompensasi selama aplikasi loop tertutup.

Pin # 14 (Output Kesalahan) : Output indikator kesalahan ini dapat menjadi logika aktif rendah selama beberapa kondisi kritis seperti: Kode input tidak valid untuk sensor, Aktifkan pinout yang diumpankan dengan logika nol, Pinout input sensor saat ini menjadi lebih tinggi dari 100mV (@ pin9 dengan referensi ke pin15) , memicu penguncian tegangan bawah, atau situasi penghentian termal).

Pin # 15 (Input pembalik rasa saat ini) : Pin ini diatur untuk memberikan tingkat referensi untuk ambang batas internal 100mV, dan dapat dilihat terhubung dengan resistor penginderaan arus sisi bawah.

Pin # 16 (GND) : Ini adalah pin arde dari IC dan ditujukan untuk memberikan sinyal arde ke rangkaian kontrol dan harus direferensikan kembali ke arde sumber daya.

Pin # 17: (Vcc) : Ini adalah pin positif suplai yang ditentukan untuk memberikan tegangan positif ke rangkaian kontrol IC. Kisaran minimum pengoperasian pin ini adalah 10V dan maks pada 30V.

Pin # 18 (Vc) : Pinout ini menetapkan status tinggi (Voh) untuk output drive yang lebih rendah melalui daya yang dihubungkan ke pin ini. Panggung bekerja dengan kisaran 10 hingga 30V.

Pin # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Ketiga pinout ini secara internal diatur dalam bentuk output tiang totem dan ditetapkan untuk menggerakkan perangkat daya output drive yang lebih rendah.

Pin # 22 (60 D, pemilihan pergeseran fasa 120D) : Status yang dikaitkan dengan pinout ini mengonfigurasi operasi sirkuit kontrol dengan sensor efek Hall untuk input sudut fase 60 derajat (logika tinggi) atau 120 derajat (logika rendah).

Pin # 23 (Rem) : Logika rendah pada pinout ini akan memungkinkan motor BLDC bekerja dengan mulus sedangkan logika tinggi akan langsung menghentikan pengoperasian motor melalui perlambatan yang cepat.

DESKRIPSI FUNGSIONAL

Diagram blok internal yang representatif ditunjukkan pada gambar di atas. Wacana tentang manfaat dan cara kerja masing-masing blok pusat yang disebutkan di bawah ini.

Dekoder Posisi Rotor

Dekoder posisi rotor bagian dalam mengukur 3 input sensor (Pin 4, 5, 6) untuk membuat urutan yang tepat dari pinout drive atas dan bawah. Input sensor dibuat untuk antarmuka langsung dengan sakelar Efek Hall tipe kolektor terbuka atau skrup opto slotted.

Resistor pull-up built-up diklasifikasikan untuk membatasi jumlah bagian eksternal yang diperlukan. Inputnya kompatibel dengan TTL, dengan ambang batasnya yang khas pada 2,2 V.

Jajaran IC MC33035 dimaksudkan untuk mengontrol motor 3 fase dan dijalankan dengan 4 konvensi pentahapan sensor yang paling populer. A 60 ° / 120 ° Select (Pin 22) dengan cepat disediakan dan melengkapi MC33035 untuk dikonfigurasi sendiri untuk mengatur motor yang memiliki pentahapan sensor listrik 60 °, 120 °, 240 ° atau 300 °.

Dengan 3 input sensor, Anda akan menemukan 8 formasi kode input potensial, 6 di antaranya merupakan penempatan rotor yang sah.

Dua kode lainnya sudah usang karena umumnya merupakan hasil dari koneksi sensor yang terbuka atau korsleting.

Dengan 6 kode input yang dapat dibenarkan, decoder dapat menjaga posisi rotor motor hingga dalam spektrum 60 derajat kelistrikan.

Input Maju / Mundur (Pin 3) digunakan sebagai alat untuk memodifikasi jalannya skedul motor dengan membalikkan tegangan melintasi belitan stator.

Segera setelah input mengubah status, dari tinggi ke rendah menggunakan kode program input sensor yang ditetapkan (misalnya 100), output drive atas dan dasar yang difasilitasi menggunakan status alfa yang sama ditukar (AT ke AB, BT ke BB, CT ke CB).

Pada dasarnya, string yang dapat diubah diubah arahnya dan motor membalikkan urutan arah. Kontrol hidup / mati motor dicapai dengan Output Enable (Pin 7).

Setiap kali dibiarkan terputus, pasokan arus internal 25 μA memungkinkan pengurutan output drive utama dan dasar. Saat diarde, output drive bagian atas mati dan drive dasar didorong ke posisi rendah, yang menyebabkan motor meluncur dan output kesalahan terpicu.

Pengereman motor dinamis memungkinkan margin perlindungan surplus untuk dikembangkan menjadi perangkat akhir. Sistem pengereman dicapai dengan menempatkan Input Brake (Pin 23) Anda dalam status yang lebih tinggi.

Hal ini menyebabkan output drive atas dimatikan dan drive bawah aktif, menyingkat EMF yang dihasilkan motor lagi. Input rem memiliki pertimbangan mutlak dan sepenuh hati atas semua input lainnya. Bagian dalam 40 kΩ pull-up resistor streeamlines interfacing menggunakan program safety-switch dengan menjamin aktivasi rem jika terbuka atau mati.

Tabel kebenaran logika pergantian ditunjukkan di bawah ini. Gerbang NOR 4 masukan digunakan untuk memeriksa masukan rem dan masukan ke 3 BJT keluaran penggerak atas.

Tujuannya biasanya untuk mematikan pengereman sebelum keluaran drive atas mencapai status tinggi. Hal ini memungkinkan Anda untuk menghindari penyewaan yang disinkronkan dari sakelar daya atas dan dasar.

Dalam program penggerak motor setengah gelombang, komponen penggerak atas umumnya tidak diperlukan dan dalam banyak kasus mereka tetap terlepas. Dengan keadaan seperti ini pengereman masih akan dicapai karena gerbang NOR mendeteksi tegangan basis ke BJT keluaran drive atas.

Penguat Kesalahan

Peningkatan efisiensi, penguat kesalahan terkompensasi penuh dengan akses aktif ke setiap input dan output (Pin # 11, 12, 13) ditawarkan untuk membantu dalam pelaksanaan kontrol kecepatan motor loop tertutup.

Penguat dilengkapi dengan gain tegangan DC standar 80 dB, bandwidth gain 0,6 MHz, bersama dengan rentang tegangan mode umum input lebar yang membentang dari ground ke Vref.

Pada sebagian besar program kontrol kecepatan loop terbuka, penguat diatur sebagai pengikut tegangan gain dengan input noninverting digabungkan ke suplai tegangan set kecepatan.

Osilator Frekuensi osilator ramp bagian dalam diprogram melalui nilai yang ditentukan untuk elemen waktu RT dan CT.

Kapasitor CT akan diisi melalui Output Referensi (Pin 8) melalui resistor RT dan dibuang melalui transistor pelepasan bagian dalam.

Tegangan puncak ramp dan pit biasanya 4,1 V dan 1,5 V. Untuk menawarkan penghematan yang layak di antara kebisingan yang dapat didengar dan kinerja perpindahan keluaran, frekuensi osilator dalam pemilihan 20 hingga 30 kHz disarankan. Buat referensi ke Gambar 1 untuk pemilihan komponen.

Modulator Lebar Pulsa

Modulasi lebar-pulsa terintegrasi menawarkan pendekatan efektif daya untuk mengatur kecepatan motor dengan mengubah tegangan standar yang diberikan ke setiap belitan stator di seluruh rangkaian pergantian.

Saat CT dilepaskan, osilator memodelkan setiap kait, memungkinkan konduksi output drive atas dan bawah. Komparator PWM me-reset kait atas, menghentikan leasing output drive yang lebih rendah setelah jalan positif CT berubah menjadi melebihi hasil penguat kesalahan.

Diagram waktu modulator-lebar-pulsa ditunjukkan pada Gambar 21.

Modulasi lebar pulsa untuk manajemen kecepatan menampilkan dirinya secara eksklusif pada output drive yang lebih rendah. Batasan Arus Fungsi konstan dari motor yang mungkin kelebihan beban secara signifikan menyebabkan panas berlebih dan kerusakan yang tak terhindarkan.

Situasi yang merugikan ini dapat dengan mudah dihindari bersama-sama dengan penggunaan pembatasan arus siklus-demi-siklus.

Artinya, setiap on − cycle dianggap sebagai fungsi independen. Pembatasan arus siklus demi siklus dicapai dengan melacak arus stator yang terbentuk setiap kali sakelar keluaran terpicu, dan setelah merasakan situasi arus tinggi, langsung menonaktifkan sakelar dan menahannya selama periode interval ramp-up osilator yang luar biasa.

Arus stator diubah menjadi tegangan melalui penerapan resistor penginderaan referensi ground RS (Gambar 36) sejalan dengan 3 transistor sakelar bagian bawah (Q4, Q5, Q6).

Tegangan yang ditetapkan di sepanjang resistor antisipasi diawasi dengan Input Sensor Arus (Pin 9 dan 15), dan dibandingkan dengan titik referensi 100 mV bagian dalam.

Input komparator indra saat ini datang dengan kisaran mode umum input sekitar 3,0 V.

Jika toleransi sensor arus 100 mV terlampaui, komparator menyetel ulang kunci sensor bawah dan mengakhiri konduksi sakelar keluaran. Nilai resistor penginderaan saat ini sebenarnya:

Rs = 0.1 / Istator (maks)

Output kesalahan dimulai saat berada dalam situasi amp tinggi. Pengaturan PWM kait ganda memastikan bahwa hanya satu pulsa pemicu keluaran tunggal yang muncul dalam rangkaian rutin osilator tertentu, apakah diakhiri atau tidak dengan cara keluaran penguat kesalahan atau pembanding batas arus.

Regulator 6,25 V on − chip (Pin 8) menawarkan arus pengisian untuk kapasitor timing osilator, titik referensi untuk penguat kesalahan, yang memungkinkannya untuk memasok arus 20 mA yang sesuai untuk menyalakan sensor secara khusus dalam program tegangan rendah.

Dalam tujuan tegangan yang lebih besar, ini bisa menjadi penting untuk menukar daya yang dipancarkan dari regulator dari IC. Ini pasti dicapai dengan bantuan transistor lintasan lain seperti yang ditunjukkan pada Gambar 22.

Titik patokan 6,25 V tampaknya diputuskan untuk memungkinkan rendering sirkuit NPN langsung, di mana Vref - VBE melampaui tegangan minimal yang penting oleh sensor Efek Hall atas panas.

Memiliki bermacam-macam transistor yang tepat dan heatsinking yang cukup, arus beban sebanyak 1 amp dapat dibeli.

Undervoltage-Lockout

Penguncian Tegangan Bawah tiga arah telah diintegrasikan untuk mengurangi kerusakan pada IC dan transistor sakelar daya alternatif. Selama faktor catu daya rendah, ini memastikan fakta bahwa IC dan sensor berfungsi sepenuhnya, dan bahwa ada tegangan output drive dasar yang memadai.

Pasokan daya positif ke IC (VCC) dan drive rendah (VC) masing-masing diperiksa oleh komparator independen yang mendapatkan ambang batasnya pada 9,1 V. Tahap khusus ini menjamin perjalanan gerbang yang memadai yang diperlukan untuk mencapai RDS rendah (hidup) setiap kali menggerakkan daya biasa Peralatan MOSFET.

Kapanpun secara langsung memberi energi pada sensor Hall dari referensi, operasi sensor yang tidak sesuai muncul jika tegangan output titik referensi turun di bawah 4,5 V.

Pembanding ke-3 dapat digunakan untuk mengenali masalah ini.

Ketika lebih dari satu komparator mengambil situasi tegangan rendah, Output Kesalahan dihidupkan, operasi teratas ditunda dan output drive dasar diatur dalam titik rendah.

Masing-masing pembanding menggunakan histeresis untuk melindungi dari amplitudo saat menjembatani ambang masing-masing.

Output Kesalahan

Output Kesalahan kolektor terbuka (Pin 14) dimaksudkan untuk menawarkan detail analisis jika terjadi kerusakan proses. Ini memiliki kemampuan arus tenggelam 16 mA dan secara khusus dapat menggerakkan dioda pemancar cahaya untuk sinyal terlihat. Lebih lanjut, ini sebenarnya dengan mudah dihubungkan dengan logika TTL / CMOS untuk digunakan dalam program yang diatur mikroprosesor.

Output Kesalahan efektif rendah sementara lebih dari satu situasi berikut terjadi:

1) Kode Input Sensor tidak valid

2) Output Aktifkan pada logika [0]

3) Input Sense Saat Ini lebih dari 100 mV

4) Undervoltage Lockout, aktivasi 1 atau lebih tinggi dari komparator

5) Heat Shutdown, suhu persimpangan optimal semakin dimaksimalkan Output eksklusif ini juga dapat digunakan untuk membedakan antara motor start-up atau bertahan berfungsi dalam situasi tergenang.

Dengan bantuan jaringan RC di antara Fault Output dan input pengaktifan, ini berarti Anda dapat mengembangkan pematian latch yang tertunda waktu sehubungan dengan arus lebih.

Sirkuit tambahan yang ditampilkan pada Gambar 23 membantu memulai dengan mudah sistem motor yang dilengkapi dengan beban inersia lebih tinggi dengan memberikan torsi penjemputan tambahan, sambil tetap menjaga perlindungan arus berlebih dengan aman. Tugas ini dicapai dengan menempatkan batasan saat ini ke nilai berikutnya dari nilai minimal untuk periode yang ditetapkan. Dalam situasi arus berlebih yang sangat lama, kapasitor CDLY akan mengisi daya, membangkitkan input pengaktifan untuk melewati toleransinya ke kondisi rendah.

Latch sekarang dapat dibentuk oleh siklus umpan balik positif dari Keluaran Kesalahan ke Pengaktifan Keluaran. Saat diatur, oleh Input Sense Saat Ini, itu hanya dapat diatur ulang dengan menyingkat CDLY atau bersepeda catu daya.

Skema BLDC Berfungsi Tinggi Penuh Fungsional

Rangkaian pengontrol BLDC arus tinggi dengan watt tinggi yang berfungsi penuh menggunakan perangkat yang dijelaskan di atas dapat disaksikan di bawah ini, dikonfigurasi sebagai mode gelombang penuh, 3 fase, 6 langkah: