Los beneficios de los motores de CC sin escobillas (BLDC) son claros y se utilizan en muchas aplicaciones dentro de los vehículos y en otros lugares. Sin embargo, aunque son más potentes, más ligeros y más eficientes, siguen siendo más caros y requieren un control más complejo que los motores de CC con escobillas. Esto significa que se debe considerar qué tipo de motor es el más apropiado para cada aplicación dentro de un vehículo. En general, cuanto menos se use el motor durante un viaje, mayor será el beneficio de usar un motor de CC con escobillas.
Figura 1: Hay muchas aplicaciones para motores en el automóvil moderno.
En muchas aplicaciones de motores, un microcontrolador (MCU) dentro de la ECU recibe entradas de control a través de CAN o LIN. Estas señales se convierten en señales de control de motor con modulación de ancho de pulso (PWM) y se utilizan para controlar los interruptores de potencia (generalmente mosfets dispositivos) que accionan el motor utilizando un controlador de puerta para aumentar la potencia. Los MOSFET están configurados como un puente en H que permite que el motor gire en ambas direcciones y con señales PWM, controle la velocidad del rotor.
Con la necesidad de diseños compactos y confiables, se requieren enfoques integrados. La integración de la MCU y la etapa previa al controlador es una opción, aunque el software de la MCU para la MCU está probado y aprobado por seguridad, por lo que la necesidad de transferir y recertificar el software excluye este enfoque.
Una alternativa es utilizar un controlador de control de motor (MCD) que integre el pre-controlador con el puente H. Esto proporciona un alto grado de integración al tiempo que deja a los diseñadores con la libre elección de MCU y software asociado.
Los modelos TB9053FTG y TB9054FTG recientemente presentados por Toshiba se basan en una herencia en electrónica automotriz de la década de 1970. Estos controladores de motor de CC de doble canal utilizan BiCD robusto la tecnología, combinando las mejores características de bipolar, CMOS y DMOS. Cada dispositivo integra dos puentes H de conmutadores DMOS de canal N, precontroladores y varias funciones de diagnóstico y control que permiten a los fabricantes de equipos originales de automóviles localizar rápidamente la fuente de fallas funcionales.
Los dispositivos pueden operar en modo PEQUEÑO, admitiendo un par de motores de 5 A, o en modo GRANDE, usando dos canales paralelos para controlar un motor de 10 A. El proceso BiCD de Toshiba ofrece una resistencia de trayectoria baja de solo 290 mΩ, lo que minimiza la generación de calor y las necesidades de gestión térmica. La integración de los condensadores para las bombas de carga del pre-impulsor reduce aún más la cantidad de componentes externos y el espacio. El diseño avanzado permite utilizar ciclos de trabajo de hasta el 100%.
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| Figura 2: El TB905xFTG puede entregar hasta 5 A por canal para dos motores en modo PEQUEÑO, o hasta 10 A en modo GRANDE para un solo motor. |
Los cuatro semipuentes integrados tienen entradas PWM individuales que se pueden manejar a velocidades de 1 kHz a 20 kHz. Para una operación segura, la inserción de tiempo muerto se maneja dentro del hardware del dispositivo, mientras que otros pines admiten la configuración del dispositivo y habilitan / deshabilitan.
La interfaz SPI incorporada brinda múltiples opciones de configuración y acceso a datos de diagnóstico, además de permitir la conexión en cadena de múltiples dispositivos para controlar varios motores. Se puede establecer un umbral de sobrecorriente entre 4.6 A y 6.5 A en modo PEQUEÑO o 9.2 A y 13.0 en modo GRANDE.
El controlador del motor se puede operar únicamente a través de SPI utilizando un oscilador de 16 MHz integrado y un controlador PWM, lo que reduce el recuento de señales requerido de la MCU. Una única salida de reloj de MCU proporciona la base de tiempo y, si falla, el oscilador interno puede proporcionar una capacidad de recuperación.
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| Figura 3: El uso de la interfaz SPI puede reducir la cantidad de pines MCU requeridos |
Dado que existen grandes corrientes de motor, cumplir con los requisitos de compatibilidad electromagnética (EMC) es un desafío, por lo que el TB905xFTG ofrece siete velocidades de respuesta (1.09 a 26.25 V / µs) para ayudar con esto. La baja resistencia minimiza la generación de calor. Cualquier calor generado se disipa rápidamente a través del empaque mejorado térmicamente del TB9053FTG, donde un disipador de calor integrado logra una resistencia térmica de solo 0.67 ° C / W, lo que significa que una PCB puede proporcionar el disipador de calor requerido en ciertos diseños. El TB9054FTG está en un paquete VQFN cuadrado de 6 mm con un paso de clavija de 0.5 mm y flancos humectables, lo que hace que este dispositivo AEC-Q100 sea ideal para la inspección óptica automatizada (AOI), como lo prefiere la industria automotriz.
Resumen
Si bien muchas aplicaciones ahora usan BLDC, varias aplicaciones automotrices continuarán usando motores de CC con escobillas por razones de complejidad de diseño y costos. El TB905xFTG de Toshiba utiliza un proceso BiCD avanzado para ofrecer un control de motor altamente integrado que es configurable y eficiente. Los dispositivos cumplen con estrictas exigencias de inspección y calidad automotriz, al tiempo que conservan las MCU existentes y el software certificado que ejecutan.