Strategi för att förenkla trefas-BLDC motorstyrnings- och drivsystem
Högintegrerade halvledarprodukter är inte bara trenden med konsumentprodukter, utan tränger också gradvis in i motorstyrningsapplikationer. Samtidigt visar motorns borstfria DC (BLDC) motorer samma dynamik på många marknader som fordons- och medicintekniska applikationer, och deras marknadsandel övergår gradvis från andra motortyper. Med den växande efterfrågan på BLDC-motorer och mognad av relaterad motorteknik har utvecklingsstrategin för BLDC-motorstyrningssystem utvecklats från diskreta kretsar till tre olika kategorier. Dessa tre huvudtyper av lösningar är indelade i system-on-a-chip (SoC), applikationsspecifika standardprodukter (ASSP) och två-chip-lösningar.
Dessa tre huvudlösningar gynnas alltmer av motordesignsingenjörer eftersom de minskar antalet komponenter som krävs för applikationen och reducerar designens komplexitet. Varje strategi har emellertid sina egna styrkor och svagheter. Denna artikel kommer att diskutera dessa tre alternativ och hur de kan handlas mellan designintegration och flexibilitet.
Grundmotorsystemet består av tre huvudmoduler: strömförsörjning, motordrift och styrenhet. Figur 1 visar konstruktionen av ett traditionellt diskret motorsystem. Motorsystem innehåller vanligtvis en enkel RISC-processor med integrerad blixt som driver den externa MOSFET-enheten genom att styra grinddrivrutinen. Processorn kan också driva motorn direkt genom en integrerad MOSFET- och spänningsregulator som driver processorn och drivrutinen.
SoC-motorens enhet integrerar alla ovanstående moduler och är programmerbar för ett brett utbud av applikationer. Dessutom är den idealisk för applikationer som kräver utrymmeoptimering på grund av rymdbegränsningar. Dess låga bearbetningsförmåga och begränsat internminneutrymme kan emellertid inte tillämpas på motorsystem som kräver avancerad kontroll. En annan nackdel med SoC-drivrutins-IC: er är de begränsade utvecklingsverktygen, till exempel bristen på en utvecklingsmiljö för fast programvara. Detta står i stark kontrast till det faktum att de flesta av industrins ledande leverantörer av mikrokontroller erbjuder ett brett utbud av lättanvända verktyg.
ASSP-motordrivna enheter är utformade för ett visst område och allt är optimerat för en smal applikation. Det tar upp mycket lite utrymme och kräver inga programvarujusteringar. Dessutom är den idealisk för rymdbegränsade applikationer. Figur 2 visar ett blockschema över en 10-bens DFN-fläktmotorförare. Eftersom ASSP-motorer ofta är inriktade på högvolymproduktionstillämpningar, har de ofta bra pris / prestandaförhållanden. Men det betyder inte att motorer som körs på ASSP-enheter behöver offra prestanda. Till exempel kan de flesta moderna ASSP-motorer köra BLDC-motorer med sensorlösa och sinusformiga algoritmer, som tidigare krävde högpresterande mikrokontroller. ASSP-produkter saknar programmerbarhet och anpassar inte drivstyrkan, vilket begränsar deras förmåga att anpassa sig till förändrade marknadskrav.
Även om hög integration är en stor trend i dagens elektronik, finns det fortfarande en växande efterfrågan på dual-chip-lösningar med rika analoga drivrutiner och intelligenta analoga mikrocontrollers. Två-chip-strategin gör det möjligt för designers att välja från en mängd olika mikrokontroller för att stödja sensorisk kommutation eller sensorlös kommutering med trapezoidal eller sinusformad drivenhetsteknik. När du använder den här lösningen är valet av det bärande drivchipset avgörande. Det idealiska kompanietchipset bör innehålla åtminstone följande funktioner:
Effektiv, justerbar regulator för att minska strömförbrukningen och driva alla typer av mikrokontroller
Övervakning och bakgrundsbehandling moduler för att säkerställa säker motor drift och tillåta dubbelriktad kommunikation mellan värden och enheten
Valfria parametrar som optimerar prestanda utan behov av ytterligare programmeringsansträngning
Nominell strömförare för MOSFET- eller BLDC-motorer
I allmänhet använder motorsystemdesignersna inte bara de minsta komponenterna, utan även en måttlig flexibilitet med SoC och ASSP-motorer. Sådana starkt integrerade lösningar har dock olika begränsningar, såsom fast funktionalitet, begränsad lagringskapacitet och bearbetningskraft. Tabell 1 jämför de tre huvudsakliga BLDC-motorstyrstrategierna som beskrivs ovan.
Jämfört med diskreta konstruktioner reducerar moderna motorstyrnings- och körlösningar inte bara materialräkningen utan minskar också systemutvecklingstiden, men har ingen inverkan på byggsystem optimerade för utvalda BLDC-motorer. Referensmönster för hårdvara och firmware från halvledarleverantörer kan dramatiskt minska utvecklings tiden och påskynda tiden till marknaden för avancerade motorstyrnings- och drivkoncept.
