Texas Instruments (TI) ha reclamado los primeros controladores de motor de CC sin escobillas (BLDC) de 70 W de la industria con control trapezoidal y orientado al campo (FOC) sin códigos, sin sensores, lo que reduce el tiempo de diseño y hace que los sistemas de motor sean más silenciosos y pequeños. Los dispositivos permiten a los ingenieros hacer girar un motor BLDC en menos de 10 minutos, dijo TI, lo que elimina meses de tiempo de diseño para los ingenieros que desarrollan sistemas industriales como electrodomésticos y aplicaciones médicas como ventiladores y máquinas de presión positiva continua en las vías respiratorias (CPAP).
Los controladores del motor aceleran el tiempo de respuesta del sistema al tiempo que reducen el espacio en la placa hasta en un 70%, gracias a su control integrado en tiempo real y su alto nivel de integración.
Una gran parte de toda la energía generada en el mundo es utilizada por motores hoy en día, por lo que hacer que el motor sea más silencioso es una necesidad creciente, y dado que gran parte del consumo de energía es solo motores, la eficiencia energética también es clave, dijo Kannan Soundarapandian. , vicepresidente y gerente general, conductores de motores, Texas Instruments.
Pero existen desafíos al hacer la transición de una persona mayor a otra. la tecnología como motores de inducción de CA hasta tecnologías bastante más nuevas como motores BLDC, y satisfacer las necesidades de lograr eficiencia energética, rendimiento acústico y la necesidad de los diseñadores de lanzar el producto al mercado rápidamente, añadió.
Lo que está sucediendo hoy es que el cambio a planos de planta de concepto abierto ha aumentado la demanda de motores más silenciosos, dijo Soundarapandian. Con los planos de planta de concepto abierto, ese bloqueo de sonido natural que tenía antes ya no existe, dijo.
Cada aparato en su casa tiene posiblemente más de uno o incluso dos motores, dijo Soundarapandian. “Hay formas de combatir eficazmente el ruido creado por los motores, que generalmente se divide en tres cubos: bloquearlo incorporando algún tipo de sistema de absorción de sonido en el electrodoméstico, dándole forma aplicando conocimientos psicoacústicos, como la modificación armónica, y personalmente mi favorito es evitar esto al no crear ruido en primer lugar ".
Por ejemplo, la aspiradora es posiblemente una de las fuentes de ruido más altas junto con el procesador de alimentos con niveles de ruido promedio de 85 a 100 dBA, por lo que hacen mucho ruido, y no es solo acústica, existe una necesidad constante de más eficiencia energética, añadió.
Una de las principales formas en que se logra la eficiencia energética en estos días es alejarse de la tecnología más antigua, como los motores de inducción de CA, a los motores de CC sin escobillas, dijo. “Pero los motores BLDC son más difíciles de manejar. Son más complejos; necesitan una mejor conmutación y control desde el exterior, y eso básicamente aumenta el tiempo del ciclo de diseño, aumenta el tamaño de la placa porque tiene más componentes electrónicos y, en general, el costo del sistema en sí aumenta, por lo que estos son los tres desafíos principales para lograr que aumento de la eficiencia ".
Soundarapandian dijo que los controladores de motor están evolucionando para satisfacer las necesidades del mercado y los nuevos controladores de motor TI BLDC abordan los tres desafíos del diseño del motor BLDC: mayor tiempo de ciclo de diseño, mayor espacio en la placa y mayor costo del sistema.
Estos dos dispositivos, uno de ellos se basa en un esquema de conmutación llamado FOC, o control orientado al campo, y el otro se basa en una versión anterior de conmutaciones llamada control trapezoidal, dijo Soundarapandian.
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Uno de los mayores beneficios de la nueva cartera es que reduce el tiempo de ajuste de semanas a menos de 10 minutos mediante el control en tiempo real y la capacidad dinámica, lo que se traduce en una respuesta de velocidad del sistema más rápida. También contribuyen al tiempo de diseño acelerado las capacidades para extraer automáticamente los parámetros del motor y sintonizar automáticamente el circuito de control de corriente.
“Desde el punto de vista del rendimiento acústico, tenemos muchas características integradas en esto. Me refiero a un par de cosas como la compensación automática de tiempo muerto y, fundamentalmente, al FOC en sí mismo ”, dijo. “La forma en que conmutamos este motor y la forma en que lo controlamos nos ha demostrado en el laboratorio que en realidad podemos reducir el ruido en un gran porcentaje. En este ejemplo en particular, estamos hablando de 2 dBA en una de las computadoras portátiles más silenciosas que existen. Incluso en el entorno de laboratorio sin un ajuste excesivo, estos motores ya están funcionando, en este caso, entre un 16 y un 20 por ciento menos, pero tenemos IP en el laboratorio que puede reducir eso al 50 por ciento o incluso más ".
Al mismo tiempo, el tamaño total de la solución se puede implementar hasta un 70% más pequeño, agregó.
"El nivel de integración que tenemos en el MCF8316, la inteligencia incorporada, los diagnósticos y las capacidades de robustez, este nivel de integración es lo que nos permite obtener este tipo de mejora de tamaño".
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Los controladores de motor MCF8316A y MCT8316A
El controlador de motor de control trapezoidal sin sensor MCF8316A y el controlador de motor FOC sin sensor MCT8316A integran tres controladores de compuerta y seis de lado alto y bajo mosfets con 50 mΩ de resistencia en estado encendido (RDS(on)) cada uno, lo que los convierte en los primeros controladores de motor BLDC que permiten hasta 70 W de potencia con 8 A de corriente máxima para sistemas de 12 y 24 V, según TI. Otros componentes integrados incluyen un bajo abandono organismo regulador, regulador reductor CC/CC y amplificadores de detección de corriente, eliminando hasta 18 circuitos integrados discretos.
El controlador de motor MCT8316A puede alcanzar una velocidad eléctrica máxima del motor de 3.5 kHz, que es más rápido que cualquier otro controlador de motor sin sensores y sin código, lo que lo hace adecuado para aplicaciones como aspiradoras robóticas que requieren un control de motor rápido y preciso, dijo TI.
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TI también afirma que ambos dispositivos son los primeros de la industria en proporcionar una forma rápida y controlada de desacelerar activamente un motor, lo que permite a los ingenieros detener un motor un 50 por ciento más rápido que las técnicas tradicionales de control de motores. También pueden detener un motor sin bombear energía de regreso al riel, lo que protege el sistema de daños.
“Tenemos algunas técnicas bastante sofisticadas incorporadas para hacer una desaceleración muy controlada que generalmente es aproximadamente un 50 por ciento más rápida que las técnicas de control tradicionales y creemos que esto es algo que será muy útil para los diseñadores en el futuro”, dijo Soundarapandian.
Los controladores de motor MCF8316A y MCT8316A BLDC incluyen un conjunto único de algoritmos de control de conmutación que eliminan la necesidad de desarrollar y calificar software de control de motores, lo que elimina meses de tiempo de diseño, según Soundarapandian. Los algoritmos, en combinación con una alta integración, permiten que estos controladores de motor administren funciones críticas como la detección de fallas del motor e implementen mecanismos de protección para aumentar la confiabilidad del sistema.
Además, los controladores de motor utilizan tecnología sin sensores para determinar la posición del rotor, lo que elimina la necesidad de sensores Hall externos, lo que finalmente reduce el costo del sistema y aumenta aún más la confiabilidad.
Como señaló Soundarapandian, el controlador de motor MCF8316A extrae de forma inteligente o automática los parámetros del motor, lo que permite a los diseñadores sintonizar rápidamente un motor. También ayuda a ofrecer un rendimiento constante del sistema independientemente de las variaciones de fabricación del motor. Además, los diseñadores pueden ajustar un motor utilizando solo cinco pines de hardware, lo que simplifica los sistemas al eliminar la necesidad de una interfaz de microcontrolador.
Ambos controladores de motor BLDC brindan capacidades avanzadas de control en tiempo real para un mayor rendimiento acústico en aplicaciones como purificadores de aire, refrigeradores, lavadoras y ventiladores. El MCF8316A incluye una técnica precisa de compensación automática de tiempo muerto que compensa la distorsión de la corriente para permitir a los ingenieros optimizar el rendimiento acústico del motor y técnicas de control trapezoidal variable que los diseñadores pueden utilizar para reducir el ruido del motor.
Las versiones de preproducción de MCF8316A y MCT8316A están disponibles exclusivamente en TI.com en un paquete quad flat sin cables de 40 pines y 5 × mm. El precio comienza en $ 1.75 en cantidades de 1,000. TI demostrará el MCF8316A y el MCT8316A durante el TI Live de la compañía. Evento virtual de Tech Exchange, 27-29 de septiembre de 2021.
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