I vantaggi dei motori DC senza spazzole (BLDC) sono evidenti e vengono utilizzati in molte applicazioni all'interno dei veicoli e altrove. Tuttavia, sebbene siano più potenti, leggeri ed efficienti, rimangono più costosi e richiedono un controllo più complesso rispetto ai motori CC con spazzole. Ciò significa che è necessario considerare quale tipo di motore è il più appropriato per ciascuna applicazione all'interno di un veicolo. In generale, meno il motore viene utilizzato durante un viaggio, maggiore è il vantaggio derivante dall'utilizzo di un motore CC a spazzole.
Figura 1: Ci sono molte applicazioni per i motori nell'automobile moderna
In molte applicazioni per motori, un microcontrollore (MCU) all'interno dell'ECU riceve input di controllo tramite CAN o LIN. Questi segnali vengono convertiti in segnali di controllo del motore a modulazione di larghezza di impulso (PWM) e vengono utilizzati per controllare gli interruttori di alimentazione (di solito mosfet dispositivi) che azionano il motore utilizzando un gate driver per aumentare la potenza. I MOSFET sono configurati come un H-bridge che permette al motore di ruotare in entrambe le direzioni e con segnali PWM, controlla la velocità del rotore.
Con la necessità di progetti compatti e affidabili, sono necessari approcci integrati. L'integrazione dell'MCU e della fase pre-driver è un'opzione, sebbene il software MCU per l'MCU sia testato e approvato per la sicurezza, quindi la necessità di trasferire e ricertificare il software preclude questo approccio.
Un'alternativa consiste nell'utilizzare un driver di controllo del motore (MCD) che integra il pre-driver con l'H-bridge. Ciò fornisce un alto grado di integrazione lasciando ai progettisti la libera scelta dell'MCU e del software associato.
I modelli TB9053FTG e TB9054FTG recentemente introdotti da Toshiba si basano su un'eredità nell'elettronica automobilistica degli anni '1970. Questi driver per motori CC a doppio canale utilizzano un robusto BiCD la tecnologia, combinando le migliori caratteristiche di bipolare, CMOS e DMOS. Ogni dispositivo integra due ponti H di interruttori DMOS a canale N, pre-driver e diverse funzionalità di diagnostica e controllo che consentono agli OEM automobilistici di individuare rapidamente la fonte dei guasti funzionali.
I dispositivi possono funzionare in modalità SMALL, supportando una coppia di motori da 5 A, oppure in modalità LARGE, utilizzando due canali paralleli per controllare un motore da 10 A. Il processo BiCD di Toshiba offre una bassa resistenza di percorso di soli 290 mΩ, riducendo così al minimo la generazione di calore e le esigenze di gestione termica. L'integrazione dei condensatori per le pompe di carica pre-driver riduce ulteriormente il numero e lo spazio dei componenti esterni. Il design avanzato consente di utilizzare cicli di lavoro fino al 100%.
 |
| Figura 2: Il TB905xFTG può fornire fino a 5 A per canale per due motori in modalità SMALL o fino a 10 A in modalità LARGE per un singolo motore. |
I quattro semiponti integrati hanno ingressi PWM individuali che possono essere pilotati a velocità da 1 kHz a 20 kHz. Per un funzionamento sicuro, l'inserimento del tempo morto viene gestito all'interno dell'hardware del dispositivo, mentre altri pin supportano la configurazione del dispositivo e l'abilitazione/disabilitazione.
L'interfaccia SPI integrata offre molteplici opzioni di configurazione e accesso ai dati diagnostici, oltre a consentire il collegamento a margherita di più dispositivi per controllare più motori. È possibile impostare una soglia di sovracorrente tra 4.6 A e 6.5 A in modalità SMALL o 9.2 A e 13.0 in modalità LARGE.
Il driver del motore può essere azionato esclusivamente tramite SPI utilizzando un oscillatore a 16 MHz integrato e un controller PWM, riducendo così il conteggio del segnale richiesto dall'MCU. Una singola uscita di clock dell'MCU fornisce la base dei tempi e, se questo fallisce, l'oscillatore interno può fornire una capacità di "limp-home".
 |
| Figura 3: l'utilizzo dell'interfaccia SPI può ridurre il numero di pin MCU richiesti |
Poiché sono presenti grandi correnti del motore, soddisfare i requisiti di compatibilità elettromagnetica (EMC) è impegnativo, quindi il TB905xFTG offre sette velocità di variazione (da 1.09 a 26.25 V/µs) per aiutare in questo. La bassa resistenza all'accensione riduce al minimo la generazione di calore. Qualsiasi calore generato viene rapidamente dissipato tramite l'imballaggio termicamente migliorato del TB9053FTG, dove un dissipatore di calore integrato raggiunge una resistenza termica di appena 0.67°C/W, il che significa che un PCB può fornire il dissipatore di calore richiesto in determinati progetti. Il TB9054FTG è in un contenitore VQFN quadrato da 6 mm con un passo dei pin di 0.5 mm e fianchi bagnabili, rendendo questo dispositivo AEC-Q100 ideale per l'ispezione ottica automatizzata (AOI), come preferito dall'industria automobilistica.
In breve
Mentre molte applicazioni ora utilizzano BLDC, un certo numero di applicazioni automobilistiche continuerà a utilizzare motori CC con spazzole per motivi di complessità di progettazione e costi. Il TB905xFTG di Toshiba utilizza un processo BiCD avanzato per fornire un controllo motore altamente integrato, configurabile ed efficiente. I dispositivi soddisfano rigorosi requisiti di qualità e ispezione automobilistica, pur mantenendo gli MCU esistenti e il software certificato che eseguono.