この記事では、BLDCモーターシステムの設計をスピードアップすると同時に、よりスマートでコンパクトな省エネソリューションを提供できるXNUMXつの方法を紹介します。
世界は電力消費量の削減に熱心に取り組んでおり、その勢いはますます高まっています。多くの国/地域では、家庭用電化製品 (図 1 を参照) が、中国国家標準化研究所 (CNIS)、米国の Energy Star、ドイツの Blue Angels などの関連組織によって設定された効率基準を満たすことが求められています。
これらの基準を満たすために、ますます多くのシステム設計者が、設計においてシンプルで使いやすい単相 AC 誘導モーターを放棄し、代わりにエネルギー効率の高い低消費電力のモーターを使用しています。電圧 ブラシレス DC (BLDC) モーター。 より長い耐用年数とより低い動作ノイズを達成するために、掃除ロボットなどの小型家電製品の設計者は、多くのシステムでより高度な BLDC モーターを採用しています。 同時に永久磁石の進歩 テクノロジー は、BLDC モーターの製造を継続的に簡素化し、同じトルク (負荷) を提供しながらシステム サイズを縮小し、効率を向上させ、システム ノイズを低減することもできます。
図1：一般的な家電製品
信頼性の高いリアルタイム制御を提供するには、通常、複雑なハードウェアと最適化されたソフトウェア設計が必要になるため、BLDCモーターを使用したシステムの設計は困難です。 設計サイクルをスピードアップするXNUMXつのオプションは、専門のサプライヤーが提供するBLDCモーターモジュールを使用することですが、これらのモジュールは特定のシステムのニーズに合わせて最適化されていません。
したがって、特定のアプリケーション要件を満たす最適化された高性能システムを構築するには、モジュールを使用する場合でも、モーターの設計と制御について深く理解する必要があります。この記事では、BLDC モーター システムの設計を高速化しながら、よりスマートでコンパクトな省エネ ソリューションを提供できる 3 つの方法を紹介します。
方法1：センサーレス制御をプログラムする必要はありません
プログラミングなしのモータードライバーには制御転流アルゴリズムが組み込まれているため、モーター制御ソフトウェアの開発、保守、認証は必要ありません。 これらのモータードライバーは通常、モーターからフィードバック（ホール信号、モーターの相電圧および電流信号など）を取得し、複雑な制御方程式をリアルタイムで計算して次のモーター駆動状態を決定します。これらはゲートドライバーまたは金属酸化物です。 半導体 電界効果トランジスタ（ モスフェット）およびその他のアナログフロントエンドコンポーネントは、パルス幅変調信号を提供します（図2を参照）。
図2：典型的なセンサーレスBLDCモーターシステム
センサーレス制御機能を内蔵したモータードライバー（フィールド指向制御（FOC）機能を備えたMCF8316Aモータードライバーなど）をリアルタイム制御に使用する場合、ホール効果は不要です。 センサー これにより、システムの信頼性が向上し、システムの総コストが削減されます。プログラミングを必要としないモータードライバーは、重要な機能 (モーター障害検出など) を管理し、システム全体の設計の信頼性を高める保護メカニズムを実装することもできます。
これらのデバイスには、Underwriters Laboratories などの認証機関によって実装された事前認証済みの制御アルゴリズムを組み込むことができるため、OEM は家電製品の設計時間を短縮できます。
方法2：インテリジェントモーター制御機能を使用して、モーターを簡単に調整します
システム性能パラメータ要件 (速度、効率、ノイズなど) は、BLDC モーターを調整することで解決するのが困難です。この問題は、整流がモータの逆起電力電圧によって決定されるセンサレス台形制御アルゴリズムを開発することで解決でき、調整動作はモータパラメータによって制限されません。
センサーレス台形制御機能を統合した統合モータードライバー (MCT8316A など) は、複雑なインターフェイスを使用してマイクロコントローラーに接続することなく、最適化されたシステムパフォーマンスを提供できます。さらに、モーターの調整プロセス中に、統合されたモータードライバーが、オシロスコープに表示されるモーターの相電圧、電流、モーター速度などのフィードバック信号を提供することに注意してください。
センサーレスFOCアルゴリズムでは、高度な制御技術の統合により、モーターパラメータを自ら測定したり、制御ループのチューニングを自動的に実行したりするなど、モーターチューニングを大幅に高速化できます。
ガイド付き調整グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) には、デフォルトのモーター起動オプション (図 3 を参照) が用意されており、調整プロセスをスムーズに完了し、モーターをできるだけ早く回転させるのに役立ちます。プログラミングを必要としないモーター ドライバー (FOC 用の MCF8316A や台形制御用の MCT8316A など) には、モーターの開始、閉ループ、およびモーターの停止動作のための複数の構成可能なオプションが含まれています。これらのオプションを使用すると、モーターの性能を数分以内に最適化でき、設計サイクルを大幅に短縮できます。
図3：ガイド付きチューニングGUI
方法3：サイズを小さくする
多くのシステム設計者にとって、BLDCシステムのハードウェア構築作業は非常に困難です。 一般的なシステムにはゲートドライバが必要です。 MOSFET、電流センスアンプ、電圧センスコンパレータ、およびアナログ-デジタルコンバータ。 ほとんどのシステムでは、ボード上のすべてのコンポーネントに電力を供給するために、専用の電源アーキテクチャ（低ドロップアウトレギュレータやDC / DCバックレギュレータなどのデバイスを含む）が必要です。 統合されたBLDCドライブは、図4に示すように、これらすべてのコンポーネントを組み合わせて、コンパクトでありながら使いやすいソリューションを提供します。
図4：完全に統合されたBLDCモーターソリューション
制御機能が統合されたモーター ドライバーには、MOSFET の過電流および過電圧保護、温度監視などの保護機能が含まれており、設計者は強力なソリューションを簡単に提供できます。
掃除ロボット、家庭用シーリングファン、洗濯機で使用されるポンプなど、消費電力が70W未満のモーターアプリケーションの場合は、MOSFETを内蔵したデバイスを選択することで、レイアウトスペースをさらに縮小できます。 MCF8316A および MCT8316A デバイスは、8V アプリケーションで最大 24A のピーク電流をサポートします。高電力アプリケーションの場合、パワー MOSFET を基板上に配置して、ゲート ドライバーとモーター制御機能を単一のチップに統合できます。
この記事で説明する概念は、より小型でスマートなBLDCモーターシステムを提供しながら、システム設計サイクルをスピードアップするのに役立ちます。 プログラミングやセンサーレスBLDCモータードライバーを必要としないMCF8316AおよびMCT8316Aの助けを借りて、最適化された高性能リアルタイム制御システムを迅速に設計できます。 これらのデバイスは、70Vアプリケーションに最大24Wの電力を供給できます。 統合されたインテリジェント制御テクノロジーにより、これらXNUMXつのモータードライブは簡単に調整でき、高性能で信頼性の高いシステムソリューションを実現するために使用できます。 BLDCをベースにした次の低電圧省エネシステムの構築に最適です。
この記事では、BLDCモーターシステムの設計をスピードアップすると同時に、よりスマートでコンパクトな省エネソリューションを提供できるXNUMXつの方法を紹介します。
世界は電力消費量の削減に熱心に取り組んでおり、その勢いはますます高まっています。多くの国/地域では、家庭用電化製品 (図 1 を参照) が、中国国家標準化研究所 (CNIS)、米国の Energy Star、ドイツの Blue Angels などの関連組織によって設定された効率基準を満たすことが求められています。
これらの基準を満たすために、ますます多くのシステム設計者が、設計においてシンプルで使いやすい単相 AC 誘導モーターを放棄し、代わりにエネルギー効率の高い低電圧ブラシレス DC (BLDC) モーターを使用しています。より長い耐用年数とより低い動作ノイズを達成するために、掃除ロボットなどの小型家電製品の設計者は、多くのシステムでより高度な BLDC モーターを採用しています。
同時に、永久磁石技術の進歩により、BLDC モーターの製造が継続的に簡素化され、同じトルク (負荷) を提供しながらシステムのサイズが縮小され、効率の向上とシステムのノイズの低減も可能になります。
図1：一般的な家電製品
信頼性の高いリアルタイム制御を提供するには、通常、複雑なハードウェアと最適化されたソフトウェア設計が必要になるため、BLDCモーターを使用したシステムの設計は困難です。 設計サイクルをスピードアップするXNUMXつのオプションは、専門のサプライヤーが提供するBLDCモーターモジュールを使用することですが、これらのモジュールは特定のシステムのニーズに合わせて最適化されていません。 したがって、特定のアプリケーション要件を満たすように最適化された高性能システムを構築するには、モジュールを使用する場合でも、モーターの設計と制御を深く理解する必要があります。 この記事では、BLDCモーターシステムの設計をスピードアップすると同時に、よりスマートでコンパクトな省エネソリューションを提供できるXNUMXつの方法を紹介します。
方法1：センサーレス制御をプログラムする必要はありません
プログラミングなしのモータードライバーには制御転流アルゴリズムが組み込まれているため、モーター制御ソフトウェアの開発、保守、認証は必要ありません。 これらのモータードライバーは通常、モーターからフィードバック（ホール信号、モーターの相電圧および電流信号など）を取得し、複雑な制御方程式をリアルタイムで計算して次のモーター駆動状態を決定します。これらはゲートドライバーまたは金属酸化物です。 半導体 電界効果トランジスタ（ MOSFET）およびその他のアナログフロントエンドコンポーネントは、パルス幅変調信号を提供します（図2を参照）。
図2：典型的なセンサーレスBLDCモーターシステム
センサレス制御機能を統合したモータドライバ（フィールド指向制御（FOC）機能を備えたMCF8316Aモータドライバなど）をリアルタイム制御に使用する場合、モータにホール効果センサが不要となり、システムを改善できます。信頼性を高め、システムの総コストを削減します。
プログラミングを必要としないモータードライバーは、重要な機能 (モーター障害検出など) を管理し、システム全体の設計の信頼性を高める保護メカニズムを実装することもできます。これらのデバイスには、Underwriters Laboratories などの認証機関によって実装された事前認証済みの制御アルゴリズムを組み込むことができるため、OEM は家電製品の設計時間を短縮できます。
方法2：インテリジェントモーター制御機能を使用して、モーターを簡単に調整します
システム性能パラメータ要件 (速度、効率、ノイズなど) は、BLDC モーターを調整することで解決するのが困難です。この問題は、整流がモータの逆起電力電圧によって決定されるセンサレス台形制御アルゴリズムを開発することで解決でき、調整動作はモータパラメータによって制限されません。
センサーレス台形制御機能を統合した統合モータードライバー (MCT8316A など) は、複雑なインターフェイスを使用してマイクロコントローラーに接続することなく、最適化されたシステムパフォーマンスを提供できます。さらに、モーターの調整プロセス中に、統合されたモータードライバーが、オシロスコープに表示されるモーターの相電圧、電流、モーター速度などのフィードバック信号を提供することに注意してください。
センサーレスFOCアルゴリズムでは、高度な制御技術の統合により、モーターパラメータを自ら測定したり、制御ループのチューニングを自動的に実行したりするなど、モーターチューニングを大幅に高速化できます。
ガイド付き調整グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI) には、デフォルトのモーター起動オプション (図 3 を参照) が用意されており、調整プロセスをスムーズに完了し、モーターをできるだけ早く回転させるのに役立ちます。プログラミングを必要としないモーター ドライバー (FOC 用の MCF8316A や台形制御用の MCT8316A など) には、モーターの開始、閉ループ、およびモーターの停止動作のための複数の構成可能なオプションが含まれています。これらのオプションを使用すると、モーターの性能を数分以内に最適化でき、設計サイクルを大幅に短縮できます。
図3：ガイド付きチューニングGUI
方法3：サイズを小さくする
多くのシステム設計者にとって、BLDCシステムのハードウェア構築作業は非常に困難です。 一般的なシステムには、ゲートドライバ、MOSFET、電流センスアンプ、電圧センスコンパレータ、およびアナログ-デジタルコンバータが必要です。 ほとんどのシステムでは、ボード上のすべてのコンポーネントに電力を供給するために、専用の電源アーキテクチャ（低ドロップアウトレギュレータやDC / DCバックレギュレータなどのデバイスを含む）が必要です。 統合されたBLDCドライブは、図4に示すように、これらすべてのコンポーネントを組み合わせて、コンパクトでありながら使いやすいソリューションを提供します。
図4：完全に統合されたBLDCモーターソリューション
統合制御機能を備えたモータードライバーには、MOSFETの過電流および過電圧保護などの保護機能、および温度監視が含まれているため、設計者は強力なソリューションを簡単に提供できます。 スイープロボット、家庭用シーリングファン、洗濯機で使用されるポンプなど、消費電力が70W未満のモーターアプリケーションでは、MOSFETが統合されたデバイスを選択して、レイアウトスペースをさらに削減できます。 MCF8316AおよびMCT8316Aデバイスは、8Vアプリケーションで最大24Aのピーク電流をサポートします。 高電力アプリケーションの場合、パワーMOSFETをボードに配置して、ゲートドライバとモーター制御機能をXNUMXつのチップに統合できます。
この記事で説明する概念は、より小型でスマートなBLDCモーターシステムを提供しながら、システム設計サイクルをスピードアップするのに役立ちます。 プログラミングやセンサーレスBLDCモータードライバーを必要としないMCF8316AおよびMCT8316Aの助けを借りて、最適化された高性能リアルタイム制御システムを迅速に設計できます。 これらのデバイスは、70Vアプリケーションに最大24Wの電力を供給できます。 統合されたインテリジェント制御テクノロジーにより、これらXNUMXつのモータードライブは簡単に調整でき、高性能で信頼性の高いシステムソリューションを実現するために使用できます。 BLDCをベースにした次の低電圧省エネシステムの構築に最適です。