Üç fazlı BLDC motor kontrol ve tahrik sistemlerini basitleştirmek için strateji
Son derece entegre yarı iletken ürünler sadece tüketici ürünlerinin eğilimi değil, aynı zamanda yavaş yavaş motor kontrol uygulamalarına da girmektedir. Aynı zamanda, fırçasız DC (BLDC) motorlar aynı zamanda otomotiv ve tıbbi uygulamalar gibi birçok pazarda aynı momentumu göstermekte ve pazar payları diğer motor tiplerinin kademelerini aşmaktadır. BLDC motorları için artan talep ve ilgili motor teknolojilerinin olgunlaşması ile BLDC motor kontrol sistemleri için geliştirme stratejisi, ayrı devrelerden üç farklı kategoriye dönüşmüştür. Bu üç ana çözüm türü, çip üzerinde sisteme (SoC), uygulamaya özel standart ürünlere (ASSP) ve iki çipli çözümlere bölünmüştür.
Bu üç ana çözüm, motor sistem tasarım mühendisleri tarafından giderek daha fazla tercih edilmektedir çünkü uygulama için gerekli olan bileşenlerin sayısını azaltır ve tasarımın karmaşıklığını azaltır. Bununla birlikte, her stratejinin kendine özgü güçlü ve zayıf yönleri vardır. Bu makale bu üç seçeneği ve tasarım entegrasyonu ile esneklik arasında nasıl alışveriş yapılabileceğini tartışacak.
Temel motor sistemi üç ana modülden oluşur: güç kaynağı, motor sürücü ve kontrol ünitesi. Şekil 1, geleneksel bir ayrı motor sisteminin tasarımını göstermektedir. Motor sistemleri tipik olarak, kapı sürücüsünü kontrol ederek harici MOSFET'i çalıştıran entegre flaşlı basit bir RISC işlemci içerir. İşlemci ayrıca motoru doğrudan işlemci ve sürücüye güç veren entegre bir MOSFET ve voltaj regülatörü üzerinden de çalıştırabilir.
SoC motor sürücü, yukarıdaki modüllerin tümünü birleştirir ve geniş bir uygulama yelpazesi için programlanabilir. Ek olarak, alan kısıtlamalarından dolayı alan optimizasyonu gerektiren uygulamalar için idealdir. Bununla birlikte, düşük işleme performansı ve sınırlı dahili bellek alanı, gelişmiş kontrol gerektiren motor sistemlerine uygulanamaz. SoC motor sürücü IC'lerinin bir başka dezavantajı, bir bellenim geliştirme ortamı olmaması gibi sınırlı geliştirme araçlarıdır. Bu, endüstrinin önde gelen mikrodenetleyici tedarikçilerinin birçoğunun geniş bir kullanımı kolay araç yelpazesi sunduğunun tam tersidir.
ASSP motor sürücüleri belirli bir alan için tasarlanmıştır ve her şey dar bir uygulama için optimize edilmiştir. Çok az yer kaplar ve hiçbir yazılım ayarlaması gerektirmez. Ek olarak, alan kısıtlamalı uygulamalar için idealdir. Şekil 2, 10 pimli DFN fan motor sürücüsünün bir blok diyagramını göstermektedir. ASSP motor sürücüleri genellikle yüksek hacimli üretim uygulamalarına odaklandığından, genellikle mükemmel fiyat / performans oranlarına sahiptirler. Ancak bu, ASSP sürücülerinde çalışan motorların performansı feda etmeleri gerektiği anlamına gelmez. Örneğin, modern ASSP motor sürücülerinin çoğu, BLDC motorlarını geçmişte yüksek performanslı mikrodenetleyiciler gerektiren sensörsüz ve sinüzoidal algoritmalarla çalıştırabilir. Bununla birlikte, ASSP ürünleri programlanabilirlikten yoksundur ve değişen pazar taleplerine uyum sağlama yeteneklerini sınırlayan tahrik gücünü ayarlamamaktadır.
Günümüz elektroniklerinde yüksek entegrasyon önemli bir trend olsa da, zengin analog sürücüler ve akıllı analog mikro denetleyiciler ile çift çipli çözümler için hala artan bir talep var. İki çipli strateji tasarımcıların, trapezoidal veya sinüzoidal tahrik teknolojisi ile duyusal komütasyon veya sensörsüz komutasyonu desteklemek için çeşitli mikrodenetleyicilerden seçim yapmalarını sağlar. Bu çözümü kullanırken, destekleyici sürücü çipinin seçimi çok önemlidir. İdeal refakatçi çipi en azından aşağıdaki özellikleri içermelidir:
Güç tüketimini azaltmak ve her tür mikrodenetleyiciyi çalıştırmak için verimli, ayarlanabilir bir regülatör
Güvenli motor çalışmasını sağlamak ve ana bilgisayar ile sürücü arasında iki yönlü iletişim sağlamak için izleme ve arka plan işleme modülleri
Ek programlama çabasına ihtiyaç duymadan performansı optimize eden isteğe bağlı parametreler
MOSFET veya BLDC motorlar için nominal güç sürücüsü
Genel olarak, SoC ve ASSP motor sürücüleri ile motor sistem tasarımcıları sadece en az bileşenleri değil, aynı zamanda orta derecede esnekliğe sahiptir. Ancak, bu kadar yüksek oranda entegre edilmiş çözümlerin her birinin, sabit işlevsellik, sınırlı depolama kapasitesi ve işlem gücü gibi farklı sınırlamaları vardır. Tablo 1, yukarıda açıklanan üç ana BLDC motor kontrol stratejisini karşılaştırmaktadır.
Ayrık tasarımlarla kıyaslandığında, modern motor kontrol ve tahrik çözümleri, sadece BLDC motorları için optimize edilmiş bina sistemleri üzerinde hiçbir etkiye sahip olmakla kalmayıp aynı zamanda malzeme gelişimini azaltmakla kalmaz, aynı zamanda sistem geliştirme süresini de azaltır. Yarı iletken satıcıların donanım ve ürün yazılımı referans tasarımları ve kitaplıkları, gelişmiş motor kontrolü ve sürüş konseptleri için geliştirme süresini önemli ölçüde azaltabilir ve pazara çıkış süresini hızlandırabilir.
