Questo articolo introduce tre metodi che possono accelerare la progettazione dei sistemi di motori BLDC fornendo anche soluzioni di risparmio energetico più intelligenti e compatte.
Il mondo sta lavorando duramente per ridurre il consumo energetico e lo slancio sta diventando sempre più forte. Molti paesi/regioni richiedono che gli elettrodomestici (come mostrato nella Figura 1) soddisfino gli standard di efficienza stabiliti da organizzazioni pertinenti come il China National Institute of Standardization (CNIS), l'Energy Star statunitense e i Blue Angels tedeschi.
Per soddisfare questi standard, sempre più progettisti di sistemi hanno abbandonato nei loro progetti motori a induzione CA monofase semplici e facili da usare, e utilizzano invece motori a basso consumo più efficienti dal punto di vista energetico.voltaggio motori DC senza spazzole (BLDC). Per ottenere una maggiore durata e una minore rumorosità di funzionamento, i progettisti di piccoli elettrodomestici come i robot spazzatori si sono rivolti anche a motori BLDC più avanzati in molti dei loro sistemi. Allo stesso tempo, il progresso del magnete permanente la tecnologia sta semplificando continuamente la produzione di motori BLDC, riducendo le dimensioni del sistema fornendo allo stesso tempo la stessa coppia (carico), il che può anche migliorare l'efficienza e ridurre il rumore del sistema.
Figura 1: Elettrodomestici comuni
La progettazione di un sistema che utilizza motori BLDC è impegnativa perché di solito sono necessari hardware complesso e progettazione software ottimizzata per fornire un controllo affidabile in tempo reale. Un'opzione per accelerare il ciclo di progettazione è utilizzare moduli motore BLDC forniti da fornitori professionali, ma questi moduli non sono ottimizzati per le esigenze di un sistema specifico.
Pertanto, per costruire un sistema ottimizzato ad alte prestazioni per soddisfare requisiti applicativi specifici, è comunque necessario avere una conoscenza approfondita della progettazione e del controllo del motore, anche quando si utilizzano i moduli. In questo articolo presenterò tre metodi che possono accelerare la progettazione di sistemi di motori BLDC fornendo allo stesso tempo soluzioni di risparmio energetico più intelligenti e compatte.
Metodo 1: non è necessario programmare il controllo sensorless
Il driver del motore senza programmazione include un algoritmo di commutazione del controllo integrato, quindi non è necessario lo sviluppo, la manutenzione e la certificazione del software di controllo del motore. Questi driver del motore di solito ottengono feedback dal motore (come segnali di Hall o segnali di tensione e corrente di fase del motore), calcolano complesse equazioni di controllo in tempo reale per determinare lo stato successivo dell'azionamento del motore e sono gate driver o ossido di metallo Semiconduttore transistor ad effetto di campo ( mosfet) e altri componenti front-end analogici forniscono segnali di modulazione a larghezza di impulso (come mostrato nella Figura 2).
Figura 2: Tipico sistema motore BLDC senza sensori
Quando si utilizza un driver del motore con funzione di controllo sensorless integrata (come il driver del motore MCF8316A con funzione Field Oriented Control (FOC)) per il controllo in tempo reale, non è necessario un effetto Hall sensore nel motore, che può migliorare l'affidabilità del sistema e ridurre il costo totale del sistema. Il driver del motore senza programmazione può anche gestire funzioni importanti (come il rilevamento dei guasti del motore) e implementare meccanismi di protezione per rendere più affidabile la progettazione complessiva del sistema.
Questi dispositivi possono essere accompagnati da algoritmi di controllo precertificati implementati da agenzie di certificazione come Underwriters Laboratories, consentendo ai produttori di apparecchiature originali di ridurre i tempi di progettazione dei propri elettrodomestici.
Metodo 2: utilizzare la funzione di controllo del motore intelligente per sintonizzare facilmente il motore
I requisiti dei parametri prestazionali del sistema (come velocità, efficienza e rumore) sono difficili da risolvere mettendo a punto il motore BLDC. Questo problema può essere risolto sviluppando un algoritmo di controllo trapezoidale sensorless, in cui la commutazione è determinata dalla tensione back-EMF del motore, in modo che l'operazione di regolazione non sia limitata dai parametri del motore.
Il driver del motore integrato (come MCT8316A) che integra la funzione di controllo trapezoidale sensorless può fornire prestazioni di sistema ottimizzate senza la necessità di utilizzare un'interfaccia complicata per connettersi al microcontrollore. Inoltre, tenere presente che durante il processo di messa a punto del motore, il driver del motore integrato fornirà segnali di feedback, come la tensione di fase del motore, la corrente e la velocità del motore visualizzati sull'oscilloscopio.
Nell'algoritmo FOC sensorless, grazie all'integrazione di una tecnologia di controllo avanzata, la messa a punto del motore può essere notevolmente accelerata, ad esempio misurando autonomamente i parametri del motore o eseguendo automaticamente la messa a punto del circuito di controllo.
L'interfaccia utente grafica (GUI) di regolazione guidata fornisce opzioni predefinite di avvio del motore (come mostrato nella Figura 3), che aiutano a completare senza problemi il processo di regolazione e a far girare il motore il più rapidamente possibile. I driver motore che non richiedono programmazione (come MCF8316A per FOC e MCT8316A per controllo trapezoidale) includono molteplici opzioni configurabili per le operazioni di avvio motore, anello chiuso e arresto motore. Con queste opzioni, le prestazioni del motore possono essere ottimizzate in pochi minuti, accorciando notevolmente il ciclo di progettazione.
Figura 3: GUI di sintonizzazione guidata
Metodo 3: ridurre le dimensioni
Per molti progettisti di sistemi, il lavoro di costruzione dell'hardware del sistema BLDC è molto difficile. Un sistema tipico richiede gate driver, mosfet, amplificatori di rilevamento della corrente, comparatori di rilevamento della tensione e convertitori analogico-digitali. La maggior parte dei sistemi richiede un'architettura di alimentazione dedicata (inclusi dispositivi come regolatori a bassa caduta di tensione o regolatori buck CC/CC) per alimentare tutti i componenti sulla scheda. L'unità BLDC integrata combina tutti questi componenti per fornire una soluzione compatta ma facile da usare, come mostrato nella Figura 4.
Figura 4: Soluzione motore BLDC completamente integrata
I driver del motore con funzioni di controllo integrate includono funzioni di protezione, come la protezione da sovracorrente e sovratensione per MOSFET e il monitoraggio della temperatura, consentendo ai progettisti di fornire facilmente soluzioni potenti.
Per le applicazioni motore con consumo energetico inferiore a 70 W, come robot spazzatori, ventilatori a soffitto domestici o pompe utilizzate nelle lavatrici, è possibile selezionare dispositivi con MOSFET integrati per ridurre ulteriormente lo spazio di layout. I dispositivi MCF8316A e MCT8316A supportano una corrente di picco fino a 8 A in applicazioni a 24 V. Per le applicazioni ad alta potenza, è possibile posizionare MOSFET di potenza sulla scheda per integrare le funzioni del gate driver e di controllo del motore in un unico chip.
I concetti discussi in questo articolo aiutano ad accelerare il ciclo di progettazione del sistema fornendo un sistema motore BLDC più piccolo e intelligente. Con l'aiuto di MCF8316A e MCT8316A, che non richiedono programmazione e driver del motore BLDC sensorless, è possibile progettare rapidamente un sistema di controllo in tempo reale ottimizzato ad alte prestazioni. Questi dispositivi possono fornire fino a 70 W di potenza per applicazioni a 24 V. Grazie alla tecnologia di controllo intelligente integrata, questi due azionamenti motore sono facili da regolare e possono essere utilizzati per ottenere soluzioni di sistema affidabili e ad alte prestazioni. Sono ideali per costruire il prossimo sistema di risparmio energetico a bassa tensione basato su BLDC.
Questo articolo introduce tre metodi che possono accelerare la progettazione dei sistemi di motori BLDC fornendo anche soluzioni di risparmio energetico più intelligenti e compatte.
Il mondo sta lavorando duramente per ridurre il consumo energetico e lo slancio sta diventando sempre più forte. Molti paesi/regioni richiedono che gli elettrodomestici (come mostrato nella Figura 1) soddisfino gli standard di efficienza stabiliti da organizzazioni pertinenti come il China National Institute of Standardization (CNIS), l'Energy Star statunitense e i Blue Angels tedeschi.
Per soddisfare questi standard, sempre più progettisti di sistemi hanno abbandonato nei loro progetti i motori a induzione CA monofase semplici e facili da usare e utilizzano invece motori CC senza spazzole a bassa tensione (BLDC) più efficienti dal punto di vista energetico. Per ottenere una maggiore durata e una minore rumorosità di funzionamento, i progettisti di piccoli elettrodomestici come i robot spazzatori si sono rivolti anche a motori BLDC più avanzati in molti dei loro sistemi.
Allo stesso tempo, il progresso della tecnologia a magneti permanenti semplifica continuamente la produzione di motori BLDC, riducendo le dimensioni del sistema e fornendo la stessa coppia (carico), il che può anche migliorare l’efficienza e ridurre il rumore del sistema.
Figura 1: Elettrodomestici comuni
La progettazione di un sistema che utilizza motori BLDC è impegnativa perché di solito sono necessari hardware complesso e progettazione software ottimizzata per fornire un controllo affidabile in tempo reale. Un'opzione per accelerare il ciclo di progettazione è utilizzare moduli motore BLDC forniti da fornitori professionali, ma questi moduli non sono ottimizzati per le esigenze di un sistema specifico. Pertanto, al fine di costruire un sistema ottimizzato ad alte prestazioni per soddisfare requisiti applicativi specifici, è ancora necessario avere una conoscenza approfondita della progettazione e del controllo del motore, anche con i moduli. In questo articolo, introdurrò tre metodi che possono accelerare la progettazione dei sistemi di motori BLDC fornendo anche soluzioni di risparmio energetico più intelligenti e compatte.
Metodo 1: non è necessario programmare il controllo sensorless
Il driver del motore senza programmazione include un algoritmo di commutazione del controllo integrato, quindi non è necessario lo sviluppo, la manutenzione e la certificazione del software di controllo del motore. Questi driver del motore di solito ottengono feedback dal motore (come segnali di Hall o segnali di tensione e corrente di fase del motore), calcolano complesse equazioni di controllo in tempo reale per determinare lo stato successivo dell'azionamento del motore e sono gate driver o ossido di metallo semiconduttore transistor ad effetto di campo ( MOSFET) e altri componenti front-end analogici forniscono segnali di modulazione a larghezza di impulso (come mostrato nella Figura 2).
Figura 2: Tipico sistema motore BLDC senza sensori
Quando si utilizza un driver motore con funzione di controllo sensorless integrata (come il driver motore MCF8316A con funzione Field Oriented Control (FOC)) per il controllo in tempo reale, non è necessario un sensore ad effetto Hall nel motore, che può migliorare il sistema affidabilità e ridurre il costo totale del sistema.
Il driver del motore senza programmazione può anche gestire funzioni importanti (come il rilevamento dei guasti del motore) e implementare meccanismi di protezione per rendere più affidabile la progettazione complessiva del sistema. Questi dispositivi possono essere accompagnati da algoritmi di controllo precertificati implementati da agenzie di certificazione come Underwriters Laboratories, consentendo ai produttori di apparecchiature originali di ridurre i tempi di progettazione dei propri elettrodomestici.
Metodo 2: utilizzare la funzione di controllo del motore intelligente per sintonizzare facilmente il motore
I requisiti dei parametri prestazionali del sistema (come velocità, efficienza e rumore) sono difficili da risolvere mettendo a punto il motore BLDC. Questo problema può essere risolto sviluppando un algoritmo di controllo trapezoidale sensorless, in cui la commutazione è determinata dalla tensione back-EMF del motore, in modo che l'operazione di regolazione non sia limitata dai parametri del motore.
Il driver del motore integrato (come MCT8316A) che integra la funzione di controllo trapezoidale sensorless può fornire prestazioni di sistema ottimizzate senza la necessità di utilizzare un'interfaccia complicata per connettersi al microcontrollore. Inoltre, tenere presente che durante il processo di messa a punto del motore, il driver del motore integrato fornirà segnali di feedback, come la tensione di fase del motore, la corrente e la velocità del motore visualizzati sull'oscilloscopio.
Nell'algoritmo FOC sensorless, grazie all'integrazione di una tecnologia di controllo avanzata, la messa a punto del motore può essere notevolmente accelerata, ad esempio misurando autonomamente i parametri del motore o eseguendo automaticamente la messa a punto del circuito di controllo.
L'interfaccia utente grafica (GUI) di regolazione guidata fornisce opzioni predefinite di avvio del motore (come mostrato nella Figura 3), che aiutano a completare senza problemi il processo di regolazione e a far girare il motore il più rapidamente possibile. I driver motore che non richiedono programmazione (come MCF8316A per FOC e MCT8316A per controllo trapezoidale) includono molteplici opzioni configurabili per le operazioni di avvio motore, anello chiuso e arresto motore. Con queste opzioni, le prestazioni del motore possono essere ottimizzate in pochi minuti, accorciando notevolmente il ciclo di progettazione.
Figura 3: GUI di sintonizzazione guidata
Metodo 3: ridurre le dimensioni
Per molti progettisti di sistemi, il lavoro di costruzione dell'hardware del sistema BLDC è molto difficile. Un sistema tipico richiede gate driver, MOSFET, amplificatori di rilevamento della corrente, comparatori di rilevamento della tensione e convertitori analogico-digitale. La maggior parte dei sistemi richiede un'architettura di alimentazione dedicata (inclusi dispositivi come regolatori a bassa caduta di tensione o regolatori buck CC/CC) per alimentare tutti i componenti sulla scheda. L'unità BLDC integrata combina tutti questi componenti per fornire una soluzione compatta ma facile da usare, come mostrato nella Figura 4.
Figura 4: Soluzione motore BLDC completamente integrata
I driver per motori con funzioni di controllo integrate includono funzioni di protezione, come la protezione da sovracorrente e sovratensione per MOSFET e il monitoraggio della temperatura, consentendo ai progettisti di fornire facilmente soluzioni potenti. Per le applicazioni dei motori con un consumo energetico inferiore a 70 W, come robot spazzatrici, ventilatori a soffitto per uso domestico o pompe utilizzate nelle lavatrici, è possibile selezionare dispositivi con MOSFET integrati per ridurre ulteriormente lo spazio di layout. I dispositivi MCF8316A e MCT8316A supportano fino a 8 A di corrente di picco in applicazioni a 24 V. Per applicazioni ad alta potenza, è possibile posizionare MOSFET di potenza sulla scheda per integrare le funzioni di gate driver e controllo motore in un unico chip.
I concetti discussi in questo articolo aiutano ad accelerare il ciclo di progettazione del sistema fornendo un sistema motore BLDC più piccolo e intelligente. Con l'aiuto di MCF8316A e MCT8316A, che non richiedono programmazione e driver del motore BLDC sensorless, è possibile progettare rapidamente un sistema di controllo in tempo reale ottimizzato ad alte prestazioni. Questi dispositivi possono fornire fino a 70 W di potenza per applicazioni a 24 V. Grazie alla tecnologia di controllo intelligente integrata, questi due azionamenti motore sono facili da regolare e possono essere utilizzati per ottenere soluzioni di sistema affidabili e ad alte prestazioni. Sono ideali per costruire il prossimo sistema di risparmio energetico a bassa tensione basato su BLDC.