Artikel ini memperkenalkan tiga metode yang dapat mempercepat desain sistem motor BLDC sekaligus memberikan solusi hemat energi yang lebih cerdas dan ringkas.
Dunia sedang bekerja keras untuk mengurangi konsumsi listrik, dan momentumnya semakin kuat. Banyak negara/wilayah mewajibkan peralatan rumah tangga (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1) untuk memenuhi standar efisiensi yang ditetapkan oleh organisasi terkait seperti China National Institute of Standardization (CNIS), US Energy Star, dan German Blue Angels.
Untuk memenuhi standar ini, semakin banyak perancang sistem yang meninggalkan motor induksi AC satu fasa yang sederhana dan mudah digunakan dalam desainnya, dan sebagai gantinya menggunakan motor induksi AC satu fasa yang lebih hemat energi.tegangan motor DC tanpa sikat (BLDC). Untuk mencapai masa pakai yang lebih lama dan kebisingan pengoperasian yang lebih rendah, perancang peralatan rumah tangga kecil seperti robot penyapu juga telah beralih ke motor BLDC yang lebih canggih di banyak sistem mereka. Pada saat yang sama, kemajuan magnet permanen teknologi terus menyederhanakan pembuatan motor BLDC, mengurangi ukuran sistem sekaligus memberikan torsi (beban) yang sama, yang juga dapat meningkatkan efisiensi dan mengurangi kebisingan sistem.
Gambar 1: Peralatan rumah tangga biasa
Merancang sistem menggunakan motor BLDC merupakan tantangan karena perangkat keras yang kompleks dan desain perangkat lunak yang dioptimalkan biasanya diperlukan untuk memberikan kontrol waktu nyata yang andal. Salah satu opsi untuk mempercepat siklus desain adalah dengan menggunakan modul motor BLDC yang disediakan oleh pemasok profesional, tetapi modul ini tidak dioptimalkan untuk kebutuhan sistem tertentu.
Oleh karena itu, untuk membangun sistem berkinerja tinggi yang dioptimalkan untuk memenuhi persyaratan aplikasi tertentu, pemahaman mendalam tentang desain dan kontrol motor masih diperlukan, bahkan saat menggunakan modul. Pada artikel ini, saya akan memperkenalkan tiga metode yang dapat mempercepat desain sistem motor BLDC sekaligus memberikan solusi hemat energi yang lebih cerdas dan ringkas.
Metode 1: Tidak perlu memprogram kontrol tanpa sensor
Pengemudi motor tanpa pemrograman menyertakan algoritme pergantian kontrol bawaan, sehingga tidak perlu pengembangan, pemeliharaan, dan sertifikasi perangkat lunak kontrol motor. Driver motor ini biasanya memperoleh umpan balik dari motor (seperti sinyal Hall atau tegangan fasa motor dan sinyal arus), menghitung persamaan kontrol yang kompleks secara real time untuk menentukan status penggerak motor berikutnya, dan merupakan driver gerbang atau oksida logam. Semikonduktor transistor efek medan ( MOSFET) dan komponen ujung depan analog lainnya memberikan sinyal modulasi lebar pulsa (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2).
Gambar 2: Sistem motor BLDC tanpa sensor tipikal
Saat menggunakan driver motor dengan fungsi kontrol tanpa sensor terintegrasi (seperti driver motor MCF8316A dengan fungsi Field Oriented Control (FOC)) untuk kontrol real-time, tidak diperlukan efek Hall Sensor di motor, yang dapat meningkatkan keandalan sistem dan mengurangi total biaya sistem. Pengemudi motor tanpa pemrograman juga dapat mengelola fungsi-fungsi penting (seperti deteksi kesalahan motor) dan menerapkan mekanisme perlindungan untuk membuat desain sistem secara keseluruhan lebih andal.
Perangkat ini dapat disertai dengan algoritma kontrol pra-sertifikasi yang diterapkan oleh lembaga sertifikasi seperti Underwriters Laboratories, sehingga memungkinkan produsen peralatan asli mempersingkat waktu desain peralatan rumah tangga mereka.
Metode 2: Gunakan fungsi kontrol motor cerdas untuk menyetel motor dengan mudah
Persyaratan parameter kinerja sistem (seperti kecepatan, efisiensi, dan kebisingan) sulit diselesaikan dengan menyetel motor BLDC. Masalah ini dapat diatasi dengan mengembangkan algoritma kontrol trapesium tanpa sensor, di mana pergantian ditentukan oleh tegangan EMF balik motor, sehingga operasi penyesuaian tidak dibatasi oleh parameter motor.
Driver motor terintegrasi (seperti MCT8316A) yang mengintegrasikan fungsi kontrol trapesium tanpa sensor dapat memberikan kinerja sistem yang optimal tanpa perlu menggunakan antarmuka yang rumit untuk terhubung ke mikrokontroler. Selain itu, perlu diketahui bahwa selama proses penyetelan motor, driver motor terintegrasi akan memberikan sinyal umpan balik, seperti tegangan fasa motor, arus, dan kecepatan motor yang ditampilkan pada osiloskop.
Dalam algoritma FOC tanpa sensor, karena integrasi teknologi kontrol canggih, penyetelan motor dapat dipercepat secara signifikan, misalnya dengan mengukur parameter motor dengan sendirinya atau secara otomatis melakukan penyetelan loop kontrol.
Antarmuka pengguna grafis (GUI) penyetelan terpandu menyediakan opsi penyalaan motor default (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3), yang membantu menyelesaikan proses penyetelan dengan lancar dan memutar motor secepat mungkin. Driver motor yang tidak memerlukan pemrograman (seperti MCF8316A untuk FOC dan MCT8316A untuk kontrol trapesium) mencakup beberapa opsi yang dapat dikonfigurasi untuk pengoperasian motor start dan loop tertutup serta penghentian motor. Dengan opsi ini, performa motor dapat dioptimalkan dalam beberapa menit, sehingga memperpendek siklus desain secara signifikan.
Gambar 3: GUI penyetelan terpandu
Metode 3: Kurangi ukurannya
Bagi banyak perancang sistem, pekerjaan konstruksi perangkat keras sistem BLDC sangat sulit. Sistem tipikal membutuhkan driver gerbang, MOSFET, penguat indra arus, komparator indra tegangan, dan konverter analog-ke-digital. Sebagian besar sistem memerlukan arsitektur daya khusus (termasuk perangkat seperti regulator putus-putus rendah atau regulator arus DC/DC) untuk memberi daya pada semua komponen di papan. Drive BLDC terintegrasi menggabungkan semua komponen ini untuk memberikan solusi yang ringkas namun mudah digunakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4: Solusi motor BLDC terintegrasi penuh
Driver motor dengan fungsi kontrol terintegrasi mencakup fungsi perlindungan, seperti perlindungan arus lebih dan tegangan lebih untuk MOSFET, dan pemantauan suhu, memungkinkan perancang dengan mudah memberikan solusi yang kuat.
Untuk aplikasi motor dengan konsumsi daya kurang dari 70W, seperti robot penyapu, kipas langit-langit rumah tangga, atau pompa yang digunakan pada mesin cuci, perangkat dengan MOSFET terintegrasi dapat dipilih untuk semakin mengurangi ruang tata letak. Perangkat MCF8316A dan MCT8316A mendukung arus puncak hingga 8A dalam aplikasi 24V. Untuk aplikasi daya tinggi, MOSFET daya dapat ditempatkan di papan untuk mengintegrasikan fungsi driver gerbang dan kontrol motor ke dalam satu chip.
Konsep yang dibahas dalam artikel ini membantu mempercepat siklus desain sistem sambil menyediakan sistem motor BLDC yang lebih kecil dan lebih cerdas. Dengan bantuan MCF8316A dan MCT8316A, yang tidak memerlukan pemrograman dan driver motor BLDC tanpa sensor, sistem kontrol real-time berkinerja tinggi yang dioptimalkan dapat dirancang dengan cepat. Perangkat ini dapat menyediakan daya hingga 70W untuk aplikasi 24V. Dengan teknologi kontrol cerdas terintegrasi, kedua penggerak motor ini mudah disetel dan dapat digunakan untuk mencapai solusi sistem berkinerja tinggi dan andal. Mereka ideal untuk membangun sistem hemat energi tegangan rendah berikutnya berdasarkan BLDC.
Artikel ini memperkenalkan tiga metode yang dapat mempercepat desain sistem motor BLDC sekaligus memberikan solusi hemat energi yang lebih cerdas dan ringkas.
Dunia sedang bekerja keras untuk mengurangi konsumsi listrik, dan momentumnya semakin kuat. Banyak negara/wilayah mewajibkan peralatan rumah tangga (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1) untuk memenuhi standar efisiensi yang ditetapkan oleh organisasi terkait seperti China National Institute of Standardization (CNIS), US Energy Star, dan German Blue Angels.
Untuk memenuhi standar ini, semakin banyak perancang sistem yang meninggalkan motor induksi AC satu fasa yang sederhana dan mudah digunakan dalam desainnya, dan sebagai gantinya menggunakan motor DC brushless tegangan rendah (BLDC) yang lebih hemat energi. Untuk mencapai masa pakai yang lebih lama dan kebisingan pengoperasian yang lebih rendah, perancang peralatan rumah tangga kecil seperti robot penyapu juga telah beralih ke motor BLDC yang lebih canggih di banyak sistem mereka.
Pada saat yang sama, kemajuan teknologi magnet permanen terus menyederhanakan pembuatan motor BLDC, mengurangi ukuran sistem sekaligus memberikan torsi (beban) yang sama, yang juga dapat meningkatkan efisiensi dan mengurangi kebisingan sistem.
Gambar 1: Peralatan rumah tangga biasa
Merancang sistem menggunakan motor BLDC merupakan tantangan karena perangkat keras yang kompleks dan desain perangkat lunak yang dioptimalkan biasanya diperlukan untuk menyediakan kontrol waktu nyata yang andal. Salah satu opsi untuk mempercepat siklus desain adalah dengan menggunakan modul motor BLDC yang disediakan oleh pemasok profesional, tetapi modul ini tidak dioptimalkan untuk kebutuhan sistem tertentu. Oleh karena itu, untuk membangun sistem kinerja tinggi yang dioptimalkan untuk memenuhi persyaratan aplikasi tertentu, masih perlu memiliki pemahaman mendalam tentang desain dan kontrol motor, bahkan dengan modul. Dalam artikel ini, saya akan memperkenalkan tiga metode yang dapat mempercepat desain sistem motor BLDC sekaligus memberikan solusi hemat energi yang lebih cerdas dan ringkas.
Metode 1: Tidak perlu memprogram kontrol tanpa sensor
Pengemudi motor tanpa pemrograman menyertakan algoritme pergantian kontrol bawaan, sehingga tidak perlu pengembangan, pemeliharaan, dan sertifikasi perangkat lunak kontrol motor. Driver motor ini biasanya memperoleh umpan balik dari motor (seperti sinyal Hall atau tegangan fasa motor dan sinyal arus), menghitung persamaan kontrol yang kompleks secara real time untuk menentukan status penggerak motor berikutnya, dan merupakan driver gerbang atau oksida logam. semikonduktor transistor efek medan ( MOSFET) dan komponen ujung depan analog lainnya memberikan sinyal modulasi lebar pulsa (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2).
Gambar 2: Sistem motor BLDC tanpa sensor tipikal
Saat menggunakan driver motor dengan fungsi kontrol tanpa sensor terintegrasi (seperti driver motor MCF8316A dengan fungsi Field Oriented Control (FOC)) untuk kontrol real-time, tidak diperlukan sensor efek Hall di motor, yang dapat meningkatkan sistem keandalan dan mengurangi total biaya sistem.
Pengemudi motor tanpa pemrograman juga dapat mengelola fungsi-fungsi penting (seperti deteksi kesalahan motor) dan menerapkan mekanisme perlindungan untuk membuat desain sistem secara keseluruhan lebih andal. Perangkat ini dapat disertai dengan algoritma kontrol pra-sertifikasi yang diterapkan oleh lembaga sertifikasi seperti Underwriters Laboratories, sehingga memungkinkan produsen peralatan asli mempersingkat waktu desain peralatan rumah tangga mereka.
Metode 2: Gunakan fungsi kontrol motor cerdas untuk menyetel motor dengan mudah
Persyaratan parameter kinerja sistem (seperti kecepatan, efisiensi, dan kebisingan) sulit diselesaikan dengan menyetel motor BLDC. Masalah ini dapat diatasi dengan mengembangkan algoritma kontrol trapesium tanpa sensor, di mana pergantian ditentukan oleh tegangan EMF balik motor, sehingga operasi penyesuaian tidak dibatasi oleh parameter motor.
Driver motor terintegrasi (seperti MCT8316A) yang mengintegrasikan fungsi kontrol trapesium tanpa sensor dapat memberikan kinerja sistem yang optimal tanpa perlu menggunakan antarmuka yang rumit untuk terhubung ke mikrokontroler. Selain itu, perlu diketahui bahwa selama proses penyetelan motor, driver motor terintegrasi akan memberikan sinyal umpan balik, seperti tegangan fasa motor, arus, dan kecepatan motor yang ditampilkan pada osiloskop.
Dalam algoritma FOC tanpa sensor, karena integrasi teknologi kontrol canggih, penyetelan motor dapat dipercepat secara signifikan, misalnya dengan mengukur parameter motor dengan sendirinya atau secara otomatis melakukan penyetelan loop kontrol.
Antarmuka pengguna grafis (GUI) penyetelan terpandu menyediakan opsi penyalaan motor default (seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3), yang membantu menyelesaikan proses penyetelan dengan lancar dan memutar motor secepat mungkin. Driver motor yang tidak memerlukan pemrograman (seperti MCF8316A untuk FOC dan MCT8316A untuk kontrol trapesium) mencakup beberapa opsi yang dapat dikonfigurasi untuk pengoperasian motor start dan loop tertutup serta penghentian motor. Dengan opsi ini, performa motor dapat dioptimalkan dalam beberapa menit, sehingga memperpendek siklus desain secara signifikan.
Gambar 3: GUI penyetelan terpandu
Metode 3: Kurangi ukurannya
Bagi banyak perancang sistem, pekerjaan konstruksi perangkat keras sistem BLDC sangat sulit. Sistem tipikal memerlukan driver gerbang, MOSFET, penguat indra arus, pembanding indra tegangan, dan konverter analog-ke-digital. Sebagian besar sistem memerlukan arsitektur daya khusus (termasuk perangkat seperti regulator putus-putus rendah atau regulator arus DC/DC) untuk memberi daya pada semua komponen di papan. Drive BLDC terintegrasi menggabungkan semua komponen ini untuk memberikan solusi yang ringkas namun mudah digunakan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4: Solusi motor BLDC terintegrasi penuh
Driver motor dengan fungsi kontrol terintegrasi mencakup fungsi perlindungan, seperti perlindungan arus lebih dan tegangan lebih untuk MOSFET, dan pemantauan suhu, yang memungkinkan desainer untuk dengan mudah memberikan solusi yang kuat. Untuk aplikasi motor dengan konsumsi daya kurang dari 70W, seperti robot penyapu, kipas langit-langit rumah tangga, atau pompa yang digunakan pada mesin cuci, perangkat dengan MOSFET terintegrasi dapat dipilih untuk lebih mengurangi ruang tata letak. Perangkat MCF8316A dan MCT8316A mendukung arus puncak hingga 8A dalam aplikasi 24V. Untuk aplikasi berdaya tinggi, MOSFET daya dapat ditempatkan di papan untuk mengintegrasikan fungsi driver gerbang dan kontrol motor ke dalam satu chip.
Konsep yang dibahas dalam artikel ini membantu mempercepat siklus desain sistem sambil menyediakan sistem motor BLDC yang lebih kecil dan lebih cerdas. Dengan bantuan MCF8316A dan MCT8316A, yang tidak memerlukan pemrograman dan driver motor BLDC tanpa sensor, sistem kontrol real-time berkinerja tinggi yang dioptimalkan dapat dirancang dengan cepat. Perangkat ini dapat menyediakan daya hingga 70W untuk aplikasi 24V. Dengan teknologi kontrol cerdas terintegrasi, kedua penggerak motor ini mudah disetel dan dapat digunakan untuk mencapai solusi sistem berkinerja tinggi dan andal. Mereka ideal untuk membangun sistem hemat energi tegangan rendah berikutnya berdasarkan BLDC.