Strategija za poenostavitev trifaznih BLDC nadzornih in pogonskih sistemov
Visoko integrirani polprevodniški izdelki niso le trend potrošniških izdelkov, temveč tudi postopoma prodirajo v aplikacije za nadzor motorja. Istočasno se na številnih trgih pojavljajo tudi brezkrtačni DC (BLDC) motorji, na primer avtomobilske in medicinske aplikacije, njihov tržni delež pa postopoma preseže druge modele. Zaradi naraščajočega povpraševanja po motorjih BLDC in zrelosti s tem povezanih motoričnih tehnologij se je razvojna strategija za sisteme krmiljenja motorjev BLDC razvila iz diskretnih tokokrogov v tri različne kategorije. Te tri glavne vrste rešitev so razdeljene na sistem-on-a-chip (SoC), standardne izdelke, specifične za aplikacije (ASSP), in dvo-čipske rešitve.
Te tri glavne rešitve vse bolj spodbujajo inženirji inženirjev motornega sistema, ker zmanjšujejo število komponent, potrebnih za uporabo, in zmanjša kompleksnost zasnove. Vendar ima vsaka strategija svoje lastne prednosti in pomanjkljivosti. Ta članek bo razpravljal o teh treh možnostih in kako jih je mogoče zamenjati med integracijo dizajna in fleksibilnostjo.
Osnovni motorni sistem sestavljajo trije glavni moduli: napajalnik, pogon motorja in krmilna enota. Slika 1 prikazuje zasnovo tradicionalnega diskretnega motornega sistema. Motorni sistemi navadno vključujejo preprost RISC procesor z integrirano bliskavico, ki poganja zunanji MOSFET z nadzorom vratnega gonilnika. Procesor lahko tudi poganja motor neposredno z integriranim MOSFET in regulatorjem napetosti, ki upravlja procesor in gonilnik.
Motorni pogon SoC združuje vse zgoraj navedene module in je programljiv za široko paleto aplikacij. Poleg tega je idealen za aplikacije, ki zahtevajo prostorsko optimizacijo zaradi omejitev prostora. Vendar pa se njegova nizka zmogljivost obdelave in omejen notranji pomnilnik ne morejo uporabljati za motorne sisteme, ki zahtevajo napredno kontrolo. Še ena pomanjkljivost IC voznikov motorjev motorja je omejena razvojna orodja, kot je pomanjkanje razvojnega okolja. To je v bistvu v nasprotju z dejstvom, da večina vodilnih dobaviteljev mikrokrmilnikov v industriji ponuja široko paleto enostavnih orodij.
Motorni pogoni ASSP so zasnovani za določeno področje in vse je optimizirano za ozko uporabo. Traja zelo malo prostora in ne zahteva nobenih prilagoditev programske opreme. Poleg tega je idealen za aplikacije, omejene s prostorom. Na sliki 2 je prikazan blokovni diagram 10-polnega gonilnika motorja ventilatorjev DFN. Ker pogonske pogone ASSP pogosto osredotočajo na aplikacije velikega obsega, imajo pogosto odlične razmerje med ceno in zmogljivostjo. Vendar to ne pomeni, da morajo motorji, ki delujejo na pogonih ASSP, žrtvovati zmogljivosti. Na primer, večina sodobnih motornih pogonov ASSP lahko poganja motorje BLDC s senzorskimi in sinusoidnimi algoritmi, ki so v preteklosti zahtevali mikrokontrolerje visoke zmogljivosti. Vendar pa izdelki ASSP nimajo programabilnosti in ne prilagajajo moči pogona, kar omejuje njihovo sposobnost prilagajanja na spreminjajoče se potrebe trga.
Čeprav je visoka integracija glavni trend v današnji elektroniki, še vedno narašča povpraševanje po dvojnih čipih z bogatimi analognimi gonilniki in inteligentnimi analognimi mikrokontrolerji. Strategija z dvema čipoma omogoča oblikovalcem, da izbirajo med različnimi mikrokontrolerji, da podpirajo senzorično komutacijo ali brezžično komutacijo s trapezoidno ali sinusoidno tehnologijo pogona. Pri uporabi te rešitve je ključna izbira podpornega voznega čipa. Idealni spremljevalni čip naj vsebuje vsaj naslednje funkcije:
Učinkovit, nastavljiv regulator za zmanjšanje porabe energije in napajanje vseh vrst mikrokontrolerjev
Moduli za spremljanje in obdelavo ozadja, ki zagotavljajo varno delovanje motorja in omogočajo dvosmerno komunikacijo med gostiteljem in pogonom
Izbirni parametri, ki optimizirajo učinkovitost brez potrebe po dodatnih programskih naporih
Nazivna moč gonila za motorje MOSFET ali BLDC
Na splošno z motornimi pogoni SoC in ASSP oblikovalci motornih sistemov ne uporabljajo le najmanjših komponent, temveč imajo tudi zmerno fleksibilnost. Vendar pa imajo take zelo integrirane rešitve različne omejitve, kot so fiksna funkcionalnost, omejena zmogljivost shranjevanja in procesna moč. Tabela 1 primerja tri glavne strategije nadzora motorja BLDC, opisane zgoraj.
V primerjavi z diskretnimi modeli sodobne rešitve za krmiljenje motorja in pogonske rešitve ne samo zmanjšujejo stroške materiala, ampak tudi zmanjšujejo čas razvoja sistema, ne da bi vplivali na gradbene sisteme, optimizirane za izbrane motorje BLDC. Referenčni modeli in knjižnice strojne in programske opreme iz polprevodniških prodajalcev lahko dramatično zmanjšajo čas razvoja in pospešijo čas na trgu za napredne koncepte nadzora motorja in pogona.
