Cet article présente trois méthodes qui peuvent accélérer la conception des systèmes de moteurs BLDC tout en fournissant des solutions d'économie d'énergie plus intelligentes et plus compactes.
Le monde travaille dur pour réduire la consommation d’énergie, et la dynamique devient de plus en plus forte. De nombreux pays/régions exigent que les appareils électroménagers (comme le montre la figure 1) répondent aux normes d'efficacité fixées par des organisations compétentes telles que l'Institut national chinois de normalisation (CNIS), l'Energy Star américain et les Blue Angels allemands.
Afin de répondre à ces normes, de plus en plus de concepteurs de systèmes ont abandonné dans leurs conceptions les moteurs à induction CA monophasés simples et faciles à utiliser, et ont plutôt utilisé des moteurs à faible consommation d'énergie plus économes en énergie.Tension Moteurs CC sans balais (BLDC). Afin d'obtenir une durée de vie plus longue et un bruit de fonctionnement réduit, les concepteurs de petits appareils électroménagers tels que les robots de balayage se sont également tournés vers des moteurs BLDC plus avancés dans bon nombre de leurs systèmes. Dans le même temps, les progrès de l'aimant permanent sans souci simplifie continuellement la fabrication des moteurs BLDC, en réduisant la taille du système tout en fournissant le même couple (charge), ce qui peut également améliorer l'efficacité et réduire le bruit du système.
Figure 1 : Appareils électroménagers courants
La conception d'un système utilisant des moteurs BLDC est un défi car un matériel complexe et une conception logicielle optimisée sont généralement nécessaires pour fournir un contrôle en temps réel fiable. Une option pour accélérer le cycle de conception consiste à utiliser des modules de moteur BLDC fournis par des fournisseurs professionnels, mais ces modules ne sont pas optimisés pour les besoins d'un système spécifique.
Par conséquent, afin de construire un système hautes performances optimisé pour répondre aux exigences d'application spécifiques, il est toujours nécessaire d'avoir une compréhension approfondie de la conception et du contrôle du moteur, même lors de l'utilisation de modules. Dans cet article, je présenterai trois méthodes qui peuvent accélérer la conception de systèmes de moteurs BLDC tout en fournissant des solutions d'économie d'énergie plus intelligentes et plus compactes.
Méthode 1 : Pas besoin de programmer le contrôle sans capteur
Le pilote de moteur sans programmation comprend un algorithme de commutation de commande intégré, il n'y a donc pas besoin de développement, de maintenance et de certification de logiciel de commande de moteur. Ces pilotes de moteur obtiennent généralement un retour du moteur (tels que des signaux Hall ou des signaux de tension et de courant de phase du moteur), calculent des équations de contrôle complexes en temps réel pour déterminer l'état d'entraînement du moteur suivant et sont des pilotes de grille ou d'oxyde métallique. Semi-conducteurs transistors à effet de champ ( mosfet) et d'autres composants frontaux analogiques fournissent des signaux de modulation de largeur d'impulsion (comme illustré à la Figure 2).
Figure 2 : Système de moteur BLDC sans capteur typique
Lors de l'utilisation d'un pilote de moteur avec fonction de contrôle sans capteur intégrée (tel que le pilote de moteur MCF8316A avec fonction de contrôle orienté sur le terrain (FOC)) pour le contrôle en temps réel, il n'y a pas besoin d'un effet Hall capteur dans le moteur, ce qui peut améliorer la fiabilité du système et réduire le coût total du système. Le pilote de moteur sans programmation peut également gérer des fonctions importantes (telles que la détection des défauts du moteur) et mettre en œuvre des mécanismes de protection pour rendre la conception globale du système plus fiable.
Ces appareils peuvent être accompagnés d'algorithmes de contrôle pré-certifiés mis en œuvre par des agences de certification telles que Underwriters Laboratories, permettant aux fabricants d'équipement d'origine de raccourcir le temps de conception de leurs appareils électroménagers.
Méthode 2 : utilisez la fonction de contrôle intelligent du moteur pour régler facilement le moteur
Les exigences en matière de paramètres de performances du système (telles que la vitesse, l'efficacité et le bruit) sont difficiles à répondre en réglant le moteur BLDC. Ce problème peut être résolu en développant un algorithme de contrôle trapézoïdal sans capteur, dans lequel la commutation est déterminée par la tension contre-EMF du moteur, de sorte que l'opération de réglage ne soit pas limitée par les paramètres du moteur.
Le pilote de moteur intégré (tel que le MCT8316A) qui intègre la fonction de contrôle trapézoïdal sans capteur peut fournir des performances système optimisées sans avoir besoin d'utiliser une interface compliquée pour se connecter au microcontrôleur. De plus, veuillez noter que pendant le processus de réglage du moteur, le pilote de moteur intégré fournira des signaux de retour, tels que la tension de phase du moteur, le courant et la vitesse du moteur affichés sur l'oscilloscope.
Dans l'algorithme FOC sans capteur, grâce à l'intégration d'une technologie de contrôle avancée, le réglage du moteur peut être considérablement accéléré, par exemple en mesurant les paramètres du moteur par lui-même ou en effectuant automatiquement le réglage de la boucle de contrôle.
L'interface utilisateur graphique (GUI) de réglage guidé fournit des options de démarrage du moteur par défaut (comme illustré dans la figure 3), ce qui permet de terminer en douceur le processus de réglage et de faire tourner le moteur le plus rapidement possible. Les pilotes de moteur qui ne nécessitent pas de programmation (tels que MCF8316A pour FOC et MCT8316A pour le contrôle trapézoïdal) incluent plusieurs options configurables pour les opérations de démarrage et de boucle fermée et d'arrêt du moteur. Grâce à ces options, les performances du moteur peuvent être optimisées en quelques minutes, raccourcissant considérablement le cycle de conception.
Figure 3 : GUI de réglage guidé
Méthode 3 : réduire la taille
Pour de nombreux concepteurs de systèmes, le travail de construction du matériel du système BLDC est très difficile. Un système typique nécessite des pilotes de porte, mosfet, amplificateurs de détection de courant, comparateurs de détection de tension et convertisseurs analogique-numérique. La plupart des systèmes nécessitent une architecture d'alimentation dédiée (y compris des dispositifs tels que des régulateurs à faible chute de tension ou des régulateurs abaisseurs CC/CC) pour alimenter tous les composants de la carte. Le variateur BLDC intégré combine tous ces composants pour fournir une solution compacte mais facile à utiliser, comme le montre la figure 4.
Figure 4 : Solution de moteur BLDC entièrement intégrée
Les pilotes de moteur avec fonctions de contrôle intégrées incluent des fonctions de protection, telles que la protection contre les surintensités et les surtensions pour les MOSFET, ainsi que la surveillance de la température, permettant aux concepteurs de fournir facilement des solutions puissantes.
Pour les applications de moteur dont la consommation électrique est inférieure à 70 W, telles que les robots de balayage, les ventilateurs de plafond domestiques ou les pompes utilisées dans les machines à laver, des appareils avec MOSFET intégrés peuvent être sélectionnés pour réduire davantage l'espace d'implantation. Les appareils MCF8316A et MCT8316A prennent en charge un courant de crête jusqu'à 8 A dans les applications 24 V. Pour les applications haute puissance, des MOSFET de puissance peuvent être placés sur la carte pour intégrer les fonctions de commande de grille et de commande de moteur dans une seule puce.
Les concepts abordés dans cet article aident à accélérer le cycle de conception du système tout en fournissant un système de moteur BLDC plus petit et plus intelligent. Avec l'aide des MCF8316A et MCT8316A, qui ne nécessitent pas de programmation et des pilotes de moteur BLDC sans capteur, un système de contrôle en temps réel optimisé hautes performances peut être rapidement conçu. Ces appareils peuvent fournir jusqu'à 70 W de puissance pour les applications 24 V. Grâce à la technologie de commande intelligente intégrée, ces deux entraînements de moteur sont faciles à régler et peuvent être utilisés pour obtenir des solutions système hautes performances et fiables. Ils sont idéaux pour construire le prochain système d'économie d'énergie basse tension basé sur BLDC.
Cet article présente trois méthodes qui peuvent accélérer la conception des systèmes de moteurs BLDC tout en fournissant des solutions d'économie d'énergie plus intelligentes et plus compactes.
Le monde travaille dur pour réduire la consommation d’énergie, et la dynamique devient de plus en plus forte. De nombreux pays/régions exigent que les appareils électroménagers (comme le montre la figure 1) répondent aux normes d'efficacité fixées par des organisations compétentes telles que l'Institut national chinois de normalisation (CNIS), l'Energy Star américain et les Blue Angels allemands.
Afin de répondre à ces normes, de plus en plus de concepteurs de systèmes ont abandonné dans leurs conceptions les moteurs à induction CA monophasés simples et faciles à utiliser, et utilisent à la place des moteurs CC sans balais basse tension (BLDC) plus économes en énergie. Afin d'obtenir une durée de vie plus longue et un bruit de fonctionnement réduit, les concepteurs de petits appareils électroménagers tels que les robots de balayage se sont également tournés vers des moteurs BLDC plus avancés dans bon nombre de leurs systèmes.
Dans le même temps, les progrès de la technologie des aimants permanents simplifient continuellement la fabrication des moteurs BLDC, réduisant la taille du système tout en fournissant le même couple (charge), ce qui peut également améliorer l'efficacité et réduire le bruit du système.
Figure 1 : Appareils électroménagers courants
La conception d'un système utilisant des moteurs BLDC est un défi car un matériel complexe et une conception logicielle optimisée sont généralement nécessaires pour fournir un contrôle en temps réel fiable. Une option pour accélérer le cycle de conception consiste à utiliser des modules de moteur BLDC fournis par des fournisseurs professionnels, mais ces modules ne sont pas optimisés pour les besoins d'un système spécifique. Par conséquent, afin de construire un système hautes performances optimisé pour répondre aux exigences d'applications spécifiques, il est toujours nécessaire d'avoir une compréhension approfondie de la conception et du contrôle des moteurs, même avec des modules. Dans cet article, je présenterai trois méthodes qui peuvent accélérer la conception de systèmes de moteurs BLDC tout en fournissant des solutions d'économie d'énergie plus intelligentes et plus compactes.
Méthode 1 : Pas besoin de programmer le contrôle sans capteur
Le pilote de moteur sans programmation comprend un algorithme de commutation de commande intégré, il n'y a donc pas besoin de développement, de maintenance et de certification de logiciel de commande de moteur. Ces pilotes de moteur obtiennent généralement un retour du moteur (tels que des signaux Hall ou des signaux de tension et de courant de phase du moteur), calculent des équations de contrôle complexes en temps réel pour déterminer l'état d'entraînement du moteur suivant et sont des pilotes de grille ou d'oxyde métallique. semi-conducteur transistors à effet de champ ( MOSFET) et d'autres composants frontaux analogiques fournissent des signaux de modulation de largeur d'impulsion (comme illustré à la Figure 2).
Figure 2 : Système de moteur BLDC sans capteur typique
Lorsque vous utilisez un pilote de moteur avec fonction de contrôle sans capteur intégrée (tel que le pilote de moteur MCF8316A avec fonction de contrôle orienté champ (FOC)) pour le contrôle en temps réel, il n'est pas nécessaire d'avoir un capteur à effet Hall dans le moteur, ce qui peut améliorer le système. fiabilité et réduire le coût total du système.
Le pilote de moteur sans programmation peut également gérer des fonctions importantes (telles que la détection des défauts du moteur) et mettre en œuvre des mécanismes de protection pour rendre la conception globale du système plus fiable. Ces appareils peuvent être accompagnés d'algorithmes de contrôle pré-certifiés mis en œuvre par des agences de certification telles que Underwriters Laboratories, permettant aux fabricants d'équipement d'origine de raccourcir le temps de conception de leurs appareils électroménagers.
Méthode 2 : utilisez la fonction de contrôle intelligent du moteur pour régler facilement le moteur
Les exigences en matière de paramètres de performances du système (telles que la vitesse, l'efficacité et le bruit) sont difficiles à répondre en réglant le moteur BLDC. Ce problème peut être résolu en développant un algorithme de contrôle trapézoïdal sans capteur, dans lequel la commutation est déterminée par la tension contre-EMF du moteur, de sorte que l'opération de réglage ne soit pas limitée par les paramètres du moteur.
Le pilote de moteur intégré (tel que le MCT8316A) qui intègre la fonction de contrôle trapézoïdal sans capteur peut fournir des performances système optimisées sans avoir besoin d'utiliser une interface compliquée pour se connecter au microcontrôleur. De plus, veuillez noter que pendant le processus de réglage du moteur, le pilote de moteur intégré fournira des signaux de retour, tels que la tension de phase du moteur, le courant et la vitesse du moteur affichés sur l'oscilloscope.
Dans l'algorithme FOC sans capteur, grâce à l'intégration d'une technologie de contrôle avancée, le réglage du moteur peut être considérablement accéléré, par exemple en mesurant les paramètres du moteur par lui-même ou en effectuant automatiquement le réglage de la boucle de contrôle.
L'interface utilisateur graphique (GUI) de réglage guidé fournit des options de démarrage du moteur par défaut (comme illustré dans la figure 3), ce qui permet de terminer en douceur le processus de réglage et de faire tourner le moteur le plus rapidement possible. Les pilotes de moteur qui ne nécessitent pas de programmation (tels que MCF8316A pour FOC et MCT8316A pour le contrôle trapézoïdal) incluent plusieurs options configurables pour les opérations de démarrage et de boucle fermée et d'arrêt du moteur. Grâce à ces options, les performances du moteur peuvent être optimisées en quelques minutes, raccourcissant considérablement le cycle de conception.
Figure 3 : GUI de réglage guidé
Méthode 3 : réduire la taille
Pour de nombreux concepteurs de systèmes, le travail de construction du matériel du système BLDC est très difficile. Un système typique nécessite des pilotes de grille, des MOSFET, des amplificateurs de détection de courant, des comparateurs de détection de tension et des convertisseurs analogique-numérique. La plupart des systèmes nécessitent une architecture d'alimentation dédiée (y compris des dispositifs tels que des régulateurs à faible chute de tension ou des régulateurs abaisseurs CC/CC) pour alimenter tous les composants de la carte. Le variateur BLDC intégré combine tous ces composants pour fournir une solution compacte mais facile à utiliser, comme le montre la figure 4.
Figure 4 : Solution de moteur BLDC entièrement intégrée
Les pilotes de moteur avec fonctions de contrôle intégrées incluent des fonctions de protection, telles que la protection contre les surintensités et les surtensions pour les MOSFET, et la surveillance de la température, permettant aux concepteurs de fournir facilement des solutions puissantes. Pour les applications de moteur avec une consommation d'énergie inférieure à 70 W, telles que les robots de balayage, les ventilateurs de plafond domestiques ou les pompes utilisées dans les machines à laver, des appareils avec MOSFET intégrés peuvent être sélectionnés pour réduire davantage l'espace d'implantation. Les dispositifs MCF8316A et MCT8316A prennent en charge jusqu'à 8 A de courant de crête dans les applications 24 V. Pour les applications haute puissance, des MOSFET de puissance peuvent être placés sur la carte pour intégrer les fonctions de commande de grille et de commande de moteur dans une seule puce.
Les concepts abordés dans cet article aident à accélérer le cycle de conception du système tout en fournissant un système de moteur BLDC plus petit et plus intelligent. Avec l'aide des MCF8316A et MCT8316A, qui ne nécessitent pas de programmation et des pilotes de moteur BLDC sans capteur, un système de contrôle en temps réel optimisé hautes performances peut être rapidement conçu. Ces appareils peuvent fournir jusqu'à 70 W de puissance pour les applications 24 V. Grâce à la technologie de commande intelligente intégrée, ces deux entraînements de moteur sont faciles à régler et peuvent être utilisés pour obtenir des solutions système hautes performances et fiables. Ils sont idéaux pour construire le prochain système d'économie d'énergie basse tension basé sur BLDC.