Didelio galingumo be šepetėlių variklio valdiklio grandinė

Šis universalus „Brushless“ (BLDC) variklio valdiklio IC yra skirtas valdyti bet kokį norimą aukštos įtampos, didelės srovės, salės efekto jutiklį turinčią 3 fazių BLDC variklį ypač tiksliai ir saugiai. Sužinokime išsamią informaciją.

Naudojant IC MC33035

Grandinės herojus yra vienos mikroschemos valdiklis MC33035, kuris yra didelio našumo antros kartos IC modulis, turintis visas reikalingas aktyvias funkcijas, kurių gali prireikti daugumai didelės srovės, aukštos įtampos, 3 fazių ar 4 fazių BLDC varikliai su atviros arba uždaros grandinės konfigūracija.

IC yra įrengtas rotoriaus padėties dekoderis, leidžiantis tiksliai nustatyti komutavimo seką, pagal temperatūrą kompensuojamas atskaitos taškas, palengvinantis teisingą jutiklio įtampą, programuojamas dažnio pjūklo dantų osciliatorius, trys įmontuoti atviro kolektoriaus aukšto šoninio vairuotojo pakopos ir trys didelės srovės totemo poliai tipo žemos pusės vairuotojai, specialiai suprojektuoti valdyti 3 fazių H-tilto didelės galios „mosfet“ variklio valdiklio pakopą.

Lustas taip pat yra viduje sustiprintas aukščiausios klasės apsaugos funkcijomis, o be apgaulės valdomi etapai, tokie kaip nepakankamos įtampos blokavimas, srovės ciklo trukmės ribojimas, naudojant reguliuojamo uždelsimo užfiksuoto išjungimo galimybę, vidinį IC aukštos temperatūros išjungimą ir išskirtinai sugalvotą gedimo išvesties jungtis, kuri gali būti sąsaja su MCU, kad būtų užtikrintas pageidaujamas išplėstinis apdorojimas ir tiekimo palaikymas.

Tipinės funkcijos, kurias galima atlikti naudojant šį IC, yra atviros kilpos greičio valdymas, pirmyn atgalinės krypties valdymas, „važiavimo įjungimas“, avarinio dinaminio stabdymo funkcija.

IC sukurtas darbui su variklio jutikliais, kurių fazės yra nuo 60 iki 300 laipsnių arba nuo 120 iki 240 laipsnių, be to, IC gali naudoti ir tradicinių šepečių variklių valdymui.

Kaip veikia IC

MC33035 yra vienas iš kelių didelio efektyvumo monolitinių nuolatinės srovės variklių valdiklių be šepetėlių „Motorola“ .

Jį sudaro tik galimybės, reikalingos norint sukurti pilną, atvirą, trijų ar keturių fazių variklio valdymo sistemą.

Be to, valdiklį galima valdyti nuolatinės srovės šepečių varikliais. Sukurtas naudojant „Bipolar Analog“ technologiją, jis pasižymi aukščiausio lygio efektyvumu ir ilgaamžiškumu negailestingoje pramoninėje aplinkoje.

„MC33035“ turi rotoriaus padėties dekoderį tiksliam komutavimo sekos nustatymui, aplinkos kompensuojamą etaloną, kompetentingą tiekti jutiklio galią, dažnio programuojamą pjūklo dantų osciliatorių, visiškai prieinamą klaidų stiprintuvą, impulsų pločio moduliatoriaus palygintuvą, 3 atvirus kolektoriaus viršutinės pavaros išėjimus ir 3 didelės srovės totemo poliaus apatinės tvarkyklės išėjimai yra tinkami, kad veiktų MOSFET.

„MC33035“ įmontuotos apsaugos funkcijos, kurios apima nepakankamo įtampos blokavimą, ciklo srovės ribojimą su pasirenkamu laiko atidėto fiksuoto išjungimo režimu, įmontuotu terminiu išjungimu, taip pat išskirtinį gedimo išėjimą, kuris bus patogiai sujungtas su mikroprocesoriaus valdikliu.

Standartiniai variklio valdymo atributai apima atviros kilpos greičio valdymą, sukimąsi pirmyn arba atgal, važiavimo įgalinimą ir dinaminį stabdymą. Be to, „MC33035“ turi 60 ° / 120 ° pasirinkimo kaištį, kuris sukonfigūruoja rotoriaus padėties dekoderį 60 ° arba 120 ° jutiklio elektros fazės įėjimams.

PIN OUT funkcijos:

1, 2, 24 kaištis (Bt, At, Ct) = Tai yra trys viršutiniai mikroprocesoriaus pavaros išėjimai, nurodyti valdyti išoriškai sukonfigūruotus maitinimo įtaisus, tokius kaip BJT. Šie kištukai yra sukonfigūruoti kaip atviro kolektoriaus režimas.


3 kaištis (Fwd, Rev) = Šis smeigtukas skirtas valdyti variklio sukimosi kryptį.

Kaiščiai Nr. 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Tai yra 3 jutiklio išėjimai, skirti IC valdyti variklio valdymo seką.

Smeigtukas Nr. 7 (išvestis įgalinta) = Šis IC kaištis priskiriamas tam, kad įjungtų variklį tol, kol čia išlaikoma aukšta logika, o žemos logikos - įjungiant variklį.

PIN Nr. 8 (atskaitos išvestis) = Šis kaištis įjungtas su maitinimo srove įkraunant osciliatoriaus laiko kondensatorių Ct, taip pat pateikiant klaidos stiprintuvo atskaitos lygį. Jis taip pat gali būti naudojamas tiekiant elektros energiją variklio Hall efekto jutiklio IC.

PIN Nr. 9 („Invert“ įvestis „Invert“) : 100mV signalo išvestis gali būti pasiekta naudojant šį kontaktą, atsižvelgiant į kaištį Nr. 15, ir naudojamas išėjimo jungiklio laidumui nutraukti nurodyto osciliatoriaus ciklo metu. Šis kištukas paprastai susiejamas su viršutine srovės jutiklio rezistoriaus puse.

Smeigtukas Nr. 10 (osciliatorius) : Šis kontaktas nustato IC osciliatoriaus dažnį, naudodamas RC tinklą Rt ir Ct.

Smeigtukas Nr. 11 (įvesties klaidos stiprintuvas) : Šis kontaktas naudojamas su greičio reguliavimo potenciometru.

PIN Nr. 12 (invertuojant įvestį įvyko klaida ir stiprintuvas) : Šis kaištis yra viduje sujungtas su aukščiau minėta klaidų stiprintuvo išvestimi, kad būtų galima naudoti atviros kilpos programas .


PIN kodas 13 (klaidos stiprintuvo išvestis / PWM įvestis) : Šio prisegimo funkcija yra kompensacijos suteikimas uždaro ciklo programų metu.

Kaištis Nr. 14 (gedimo išvestis) : Šis gedimo indikatoriaus išėjimas gali tapti mažu aktyvios logikos rodikliu tokiomis kritinėmis sąlygomis, kaip: Neteisingas jutiklio įvesties kodas, Įjungti įtaisą, įjungiant nulinę logiką, Dabartinės jutimo įvesties kontaktas tampa didesnis nei 100 mV (@ pin9, kai nuoroda į PIN 15) , dėl nepakankamos įtampos blokavimo arba dėl terminio išjungimo.

Smeigtukas Nr. 15 (dabartinė prasmės inversijos įvestis) : Šis kaištis nustatytas vidiniam 100mV slenksčio atskaitos lygiui nustatyti ir gali būti matomas sujungtas su apatinės pusės srovės jutikliu.

Kaištis Nr. 16 (GND) : Tai yra IC įžeminimo kaištis ir paskirtas teikti įžeminimo signalą valdymo grandinei, todėl jį reikia susieti su maitinimo šaltinio įžeminimu.

Smeigtukas Nr. 17: (Vcc) : Tai yra tiekimo teigiamas kaištis, nurodantis teigiamą įtampą IC valdymo grandinei. Mažiausias šio kaiščio veikimo diapazonas yra 10 V, o maksimalus - 30 V.

PIN kodas 18 (Vc) : Šis kontaktas nustato aukštą būseną (Voh) apatinės pavaros išėjimams per šiam kaiščiui priskirtą galią. Scena veikia nuo 10 iki 30 V diapazono.

Kaiščiai Nr. 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Šie trys kontaktai yra viduje išdėstyti toteminių polių išėjimų pavidalu ir paskirti apatinio pavaros išėjimo maitinimo įtaisams valdyti.

Kaištis Nr. 22 (60 D, 120D fazės poslinkio pasirinkimas) : Šiam sujungimui priskirta būsena sukonfigūruoja valdymo grandinės veikimą naudojant Hall efekto jutiklius 60 laipsnių (didelė logika) arba 120 laipsnių (maža logika) fazinio kampo įėjimams.

Kaištis Nr. 23 (stabdys) : Esant žemai logikai, šioje atkarpoje BLDC variklis gali veikti sklandžiai, o logika aukšta greitai sustabdys variklio darbą.

FUNKCINIS APRAŠYMAS

Tipinė vidinė blokinė schema parodyta aukščiau pateiktame paveikslėlyje. Kiekvieno iš toliau išvardytų centrinių blokų naudos ir darbo diskursas.

Rotoriaus padėties dekoderis

Vidinio rotoriaus padėties dekoderis matuoja 3 jutiklio įėjimus (4, 5, 6 kaiščiai), kad būtų atliktas tinkamas viršutinės ir apatinės pavaros smeigtukų sekos. Jutiklio įėjimai gaminami taip, kad sąsaja būtų tiesi su atvirais kolektoriaus tipo „Hall Effect“ jungikliais arba opto lizdinėmis jungtimis.

Įmontuoti traukiamieji rezistoriai klasifikuojami taip, kad sumažintų reikiamą išorinių dalių kiekį. Įėjimai yra suderinami su TTL, o jų slenksčiai būdingi 2,2 V.

IC3 MC33035 diapazonas skirtas valdyti 3 fazių variklius ir veikti su 4 populiariausiais jutiklių fazavimo būdais. Tikslingai tiekiamas 60 ° / 120 ° Select (22 kaištis) ir tiekiamas MC33035, kad jis galėtų pats sukonfigūruoti reguliuoti variklius su 60 °, 120 °, 240 ° arba 300 ° elektros jutiklio fazėmis.

Turėdami 3 jutiklio įvestis, atrasite 8 galimus įvesties kodo formavimus, iš kurių 6 yra teisėti rotoriaus išdėstymai.

Kiti du kodai yra pasenę, nes jie paprastai atsiranda dėl atviro arba trumpo jutiklio jungties.

Turėdamas 6 pateisinamus įvesties kodus, dekoderis gali pasirūpinti variklio rotoriaus padėtimi 60 elektrinių laipsnių diapazone.

„Forward / Reverse“ įvestis (3 kaištis) naudojama kaip įrankis modifikuoti variklio tvarkaraštį, pakeičiant įtampą per statoriaus apviją.

Kai tik įvestis pakeičia būseną nuo aukšto iki žemiausio, naudojant priskirtą jutiklio įvesties programos kodą (pvz., 100), palengvinti viršutinės ir pagrindinės pavaros išėjimai, naudojant tą pačią alfa būseną, keičiami (AT į AB, BT į BB, CT į CB).

Iš esmės keičiama eilutė keičia kryptį ir variklis pakeičia krypties seką. Variklio įjungimo / išjungimo valdymas pasiekiamas naudojant „Output Enable“ (7 kontaktas).

Kai tik jis paliekamas atjungtas, vidinis 25 μA srovės šaltinis leidžia sekti pagrindinio ir pagrindinio pavaros išėjimus. Kai įžeminta, viršutinės dalies pavaros išėjimai išsijungia, o pagrindinės pavaros yra nustumtos žemai, sukeldamos variklį į pakrantę, o gedimo išvestį - suveikti.

Dinaminis variklio stabdymas suteikia galimybę sukurti apsauginį perteklių į galutinį įtaisą. Stabdymo sistema pasiekiama, kai jūsų stabdžių įvestis (23 kaištis) yra aukštesnėje būsenoje.

Tai veda prie to, kad viršutiniai pavaros išėjimai išsijungtų, o apatinės pavaros - įsijungtų, vėl užtrumpinant variklio sugeneruotą EMF. Stabdžių įvestis yra visiškai nuoširdi visų kitų įvadų atžvilgiu. Vidinis 40 kΩ pasipriešinimo rezistorius sujungia laidus, naudojant programos saugos jungiklį, užtikrinant stabdžių įjungimą, jei jis atsidarytų ar išjungtų.

Žemiau parodyta komutacijos logikos tiesos lentelė. 4 įvesties NOR vartai naudojami stabdžių įėjimui ir 3 viršutinės pavaros išėjimo BJT įėjimams tirti.

Paprastai tikslas yra išjungti stabdymą, kol viršutinės pavaros išvestys pasiekia aukštą būseną. Tai leidžia išvengti sinchronizuoto viršutinio ir pagrindinio maitinimo jungiklių nuomos.

Pusinės bangos variklio pavaros programose viršutinių pavaros komponentų paprastai nereikia ir jie daugeliu atvejų laikomi atskirai. Esant tokioms aplinkybėms, vis tiek bus pasiektas stabdymas, nes NOR vartai aptinka viršutinės pavaros išėjimo BJT bazinę įtampą.

Klaidų stiprintuvas

Siūlomas patobulintas efektyvumas, visiškai kompensuojamas klaidų stiprintuvas su aktyvia prieiga prie kiekvieno įėjimo ir išėjimo (kaiščiai Nr. 11, 12, 13), padedantys vykdyti uždaro ciklo variklio greičio valdymą.

Stiprintuvas turi standartinį nuolatinės įtampos padidėjimą 80 dB, 0,6 MHz pralaidumo pralaidumą, taip pat platų įėjimo įtampos diapazoną, kuris tęsiasi nuo žemės iki Vref.

Daugumoje atviros kilpos greičio reguliavimo programų stiprintuvas yra nustatytas kaip vieningumo padidėjimo įtampos sekėjas, kurio netiesioginis įėjimas yra sujungtas su greičio nustatytu įtampos tiekimu.

Osciliatorius Vidinio rampos osciliatoriaus dažnis yra laidinis per nustatytų laiko elementų RT ir CT vertes.

Kondensatorius CT bus įkrautas per atskaitos išėjimą (8 kaištis) rezistoriaus RT pagalba ir iškraunamas per vidinį iškrovos tranzistorių.

Rampos smailės ir duobės įtampa paprastai yra atitinkamai 4,1 V ir 1,5 V. Norint tinkamai sutaupyti garsinio triukšmo ir išėjimo perjungimo efektyvumą, siūloma pasirinkti osciliatoriaus dažnį nuo 20 iki 30 kHz. Komponentų pasirinkimui nurodykite 1 paveikslą.

Pulso pločio moduliatorius

Integruota impulsų pločio moduliacija suteikia efektyvų energijos valdymą variklio greičiui reguliuoti keičiant standartinę įtampą, priskiriamą kiekvienam statoriaus apvijimui visoje komutacijos serijoje.

Išsikrovus KT, osciliatorius modeliuoja kiekvieną skląsčius, leidžiančius atlikti viršutinės ir apatinės pavaros išėjimus. PWM palygintuvas iš naujo nustato viršutinį skląstį, nutraukdamas apatinės pavaros išėjimo nuomą, kai teigiamas einantis CT pakilimas viršys klaidos stiprintuvo rezultatą.

Impulso pločio moduliatoriaus laiko schema parodyta 21 paveiksle.

Impulsų pločio moduliavimas greičio valdymui pasireiškia tik apatinėse pavaros išėjimuose. Srovės riba Nuolatinis variklio veikimas, kuris gali būti gerokai apkrautas, sukelia perkaitimą ir neišvengiamą gedimą.

Šią žalingą situaciją galima lengvai išvengti kartu naudojant ciklo srovės apribojimą.

Tai reiškia, kad kiekvienas ciklo laikas yra laikomas nepriklausoma funkcija. Srovės ciklas - ciklas - apribojimas pasiekiamas stebint statoriaus srovės kaupimąsi kiekvieną kartą, kai suveikia išėjimo jungiklis, ir pajutęs didelę dabartinę situaciją, akimirksniu išjungia jungiklį ir išlaiko jį nepertraukiamą osciliatoriaus pakilimo intervalo laikotarpį.

Statoriaus srovė transformuojama į įtampą, naudojant įžemintą jutiklinį rezistorių RS (36 pav.), Atitinkantį 3 apatinės dalies jungiklių tranzistorius (Q4, Q5, Q6).

Išankstinio rezistoriaus įtampa yra kontroliuojama naudojant srovės jutimo įvestį (9 ir 15 kaiščiai) ir lyginama su vidiniu 100 mV atskaitos tašku.

Dabartiniai pojūčių palyginimo įėjimai turi apytiksliai 3,0 V įėjimo įėjimo būdą.

Jei viršijama 100 mV srovės jutimo tolerancija, palyginamasis atstato apatinio jutimo fiksatorių ir nutraukia išėjimo jungiklio laidumą. Srovės jutiklio rezistoriaus vertė iš tikrųjų yra:

Rs = 0,1 / Istatorius (maks.)

Gedimo išvestis pradedama esant dideliam stiprintuvui. Dvigubo užrakto PWM nustatymas užtikrina, kad tam tikros osciliatoriaus rutinos metu atsiras tik vienas išėjimo paleidimo impulsas, nesvarbu, ar baigiasi klaidų stiprintuvo ar srovės ribų palygintuvo išvestimi.

„Chip“ turintis 6,25 V reguliatorius (8 kaištis) siūlo įkrovimo srovę osciliatoriaus sinchronizavimo kondensatoriui, kuris yra atskaitos taškas klaidų stiprintuvui, kuris leidžia tiekti 20 mA srovės, tinkamos specialiai jutiklių maitinimui žemos įtampos programose.

Didesnės įtampos tikslais tai gali tapti svarbu keičiant reguliatoriaus skleidžiamą galią iš IC. Tai neabejotinai pasiekiama naudojant kitą praeinamąjį tranzistorių, kaip parodyta 22 paveiksle.

Panašu, kad buvo nuspręsta 6,25 V etaloninis taškas, leidžiantis perteikti nesudėtingą NPN grandinę, kur tik „Vref - VBE“ viršija minimalią „Hall Effect“ jutiklių įtampą virš šilumos.

Turint tinkamą tranzistorių asortimentą ir pakankamą radiatorių, galima įsigyti net 1 ampero apkrovos srovę.

Nepakankamas įtampos blokavimas

Siekiant sumažinti žalą IC ir alternatyviems maitinimo jungiklių tranzistoriams, buvo integruotas trijų krypčių įtampos blokavimas. Esant mažiems energijos tiekimo koeficientams, tai užtikrina, kad IC ir jutikliai yra visiškai funkcionalūs ir kad yra tinkama pagrindinės pavaros išėjimo įtampa.

Teigiamą maitinimo šaltinį į IC (VCC) ir žemą pavarą (VC) tikrina nepriklausomi palygintojai, kurių ribos yra 9,1 V. Šis konkretus etapas garantuoja tinkamą vartų važiavimą, reikalingą norint pasiekti mažą RDS (įjungtą), kai važiuojama įprasta galia. MOSFET įranga.

Kiekvieną kartą tiesiogiai įjungiant „Hall“ jutiklius nuo atskaitos, jutiklio veikimas netinkamas, jei atskaitos taško išėjimo įtampa nukrinta žemiau 4,5 V.

Šiai problemai atpažinti galima naudoti trečiąjį palyginimą.

Kai daugiau nei vienas iš palyginamųjų paima nepakankamo įtampos situaciją, įjungiama gedimo išvestis, atidedami viršutiniai važiavimai ir pagrindinės pavaros išvestys yra sutvarkomos žemoje vietoje.

Kiekvienas iš palyginamųjų įtraukia histerezę, kad apsisaugotų nuo amplitudžių, kai pereina atskiros ribos.

Gedimų išvestis

Atviro kolektoriaus gedimo išvestis (kaištis 14) buvo skirta pateikti išsamią analizės informaciją proceso gedimo atveju. Jis turi 16 mA kriauklės srovės pajėgumą ir gali specialiai valdyti šviesos diodą matomam signalui. Be to, jis iš tikrųjų yra patogiai susietas su TTL / CMOS logika, kad būtų galima naudoti mikroprocesoriaus valdomoje programoje.

Gedimų išvestis yra efektyvi, kai įvyksta daugiau nei viena iš šių situacijų:

1) Neteisingi jutiklio įvesties kodai

2) Išvestis įgalinta pagal logiką [0]

3) srovės jutimo įvestis didesnė kaip 100 mV

4) Nepakankamo įtampos blokavimas, 1 ar aukštesnio lygintuvo aktyvavimas

5) Šilumos išjungimas, maksimali optimali jungties temperatūra. Ši išskirtinė išvestis taip pat gali būti naudojama norint atskirti variklio paleidimą ar patvarų veikimą užlietoje situacijoje.

Naudojant RC tinklą tarp gedimų išvesties ir įvesties įvesties, tai reiškia, kad jūs galite sukurti laiko atidėtą fiksuotą išjungimą, atsižvelgiant į per didelę srovę.

Papildomos schemos, parodytos 23 paveiksle, padeda lengvai paleisti variklio sistemas, kuriose sumontuotos didesnės inercinės apkrovos, suteikdamos papildomą paėmimo momentą, tuo pačiu saugiai apsaugodamos nuo viršsrovės. Ši užduotis pasiekiama nustatytą laikotarpį nustatant dabartinę ribą kitai nei minimali vertė. Nepaprastai ilgos viršsrovės situacijos metu kondensatorius CDLY įkraus, sukeldamas įvesties įvestį, kad ji atitiktų žemos būklės toleranciją.

Užraktą dabar galima suformuoti teigiamo grįžtamojo ryšio ciklu nuo gedimo išvesties iki išėjimo įgalinimo. Nustačius „Current Sense“ įvestį, jį iš naujo nustatyti galima tik sutrumpinus CDLY arba perjungiant maitinimo šaltinius.

Visiškai funkcionali didelio galingumo BLDC schema

Pilnai veikiančią didelio galingumo, didelės srovės BLDC valdiklio grandinę, naudojant aukščiau paaiškintą įrenginį, galima pamatyti toliau, ji sukonfigūruota kaip visos bangos, 3 fazių, 6 žingsnių režimas: