이 기사에서는 BLDC 모터 시스템의 설계 속도를 높이는 동시에 더 스마트하고 컴팩트한 에너지 절약 솔루션을 제공할 수 있는 세 가지 방법을 소개합니다.
세계는 전력 소비를 줄이기 위해 열심히 노력하고 있으며 그 추진력은 점점 더 강해지고 있습니다. 많은 국가/지역에서는 중국 국립 표준화 연구소(CNIS), 미국 Energy Star 및 독일 Blue Angels와 같은 관련 기관에서 정한 효율성 표준을 충족하기 위해 가전 제품(그림 1 참조)을 요구합니다.
이러한 표준을 충족하기 위해 점점 더 많은 시스템 설계자가 간단하고 사용하기 쉬운 단상 AC 유도 모터를 설계에서 포기하고 대신 보다 에너지 효율적인 저전력 모터를 사용하고 있습니다.전압 브러시리스 DC(BLDC) 모터. 더 긴 서비스 수명과 더 낮은 작동 소음을 달성하기 위해 청소 로봇과 같은 소형 가전 제품 설계자들은 많은 시스템에서 더욱 발전된 BLDC 모터를 채택해 왔습니다. 동시에 영구자석의 발전도 technology 은 BLDC 모터 제조를 지속적으로 단순화하여 시스템 크기를 줄이는 동시에 동일한 토크(부하)를 제공하여 효율성을 향상시키고 시스템 소음을 줄일 수 있습니다.
그림 1: 일반 가전 제품
BLDC 모터를 사용하여 시스템을 설계하는 것은 일반적으로 안정적인 실시간 제어를 제공하기 위해 복잡한 하드웨어와 최적화된 소프트웨어 설계가 필요하기 때문에 어렵습니다. 설계 주기를 단축하는 한 가지 옵션은 전문 공급업체에서 제공하는 BLDC 모터 모듈을 사용하는 것이지만 이러한 모듈은 특정 시스템의 요구 사항에 최적화되어 있지 않습니다.
따라서 특정 애플리케이션 요구 사항을 충족하는 최적화된 고성능 시스템을 구축하려면 모듈을 사용하는 경우에도 모터 설계 및 제어에 대한 심층적인 이해가 필요합니다. 이 기사에서는 BLDC 모터 시스템의 설계 속도를 높이는 동시에 더 스마트하고 컴팩트한 에너지 절약 솔루션을 제공할 수 있는 세 가지 방법을 소개하겠습니다.
방법 1: 센서리스 제어를 프로그래밍할 필요가 없습니다.
프로그래밍이 없는 모터 드라이버에는 제어 정류 알고리즘이 내장되어 있어 모터 제어 소프트웨어 개발, 유지 보수 및 인증이 필요하지 않습니다. 이러한 모터 드라이버는 일반적으로 모터로부터 피드백(예: 홀 신호 또는 모터 위상 전압 및 전류 신호)을 얻고 복잡한 제어 방정식을 실시간으로 계산하여 다음 모터 드라이브 상태를 결정하며 게이트 드라이버 또는 금속 산화물입니다. 반도체 전계 효과 트랜지스터( 이끼) 및 기타 아날로그 프런트 엔드 구성 요소는 펄스 폭 변조 신호를 제공합니다(그림 2 참조).
그림 2: 일반적인 센서리스 BLDC 모터 시스템
실시간 제어를 위해 센서리스 제어 기능이 통합된 모터 드라이버(예: FOC(Field Oriented Control) 기능이 있는 MCF8316A 모터 드라이버)를 사용하는 경우 홀 효과가 필요하지 않습니다. 감지기 이는 시스템 신뢰성을 향상시키고 전체 시스템 비용을 절감할 수 있습니다. 프로그래밍이 필요 없는 모터 드라이버는 중요한 기능(예: 모터 결함 감지)을 관리하고 보호 메커니즘을 구현하여 전체 시스템 설계의 신뢰성을 높일 수도 있습니다.
이러한 장치에는 Underwriters Laboratories와 같은 인증 기관에서 구현한 사전 인증된 제어 알고리즘이 함께 제공되므로 OEM이 가전 제품의 설계 시간을 단축할 수 있습니다.
방법 2: 지능형 모터 제어 기능을 사용하여 모터를 쉽게 조정
시스템 성능 매개변수 요구 사항(예: 속도, 효율성, 소음)은 BLDC 모터를 조정하여 해결하기 어렵습니다. 이 문제는 모터의 역기전력 전압에 따라 정류가 결정되어 조정 작업이 모터 매개변수에 의해 제한되지 않는 무센서 사다리꼴 제어 알고리즘을 개발하여 해결할 수 있습니다.
센서리스 사다리꼴 제어 기능을 통합한 통합 모터 드라이버(예: MCT8316A)는 마이크로컨트롤러에 연결하기 위해 복잡한 인터페이스를 사용할 필요 없이 최적화된 시스템 성능을 제공할 수 있습니다. 또한 모터 튜닝 프로세스 중에 통합 모터 드라이버는 오실로스코프에 표시되는 모터 위상 전압, 전류 및 모터 속도와 같은 피드백 신호를 제공합니다.
센서리스 FOC 알고리즘에서는 고급 제어 기술이 통합되어 모터 매개변수를 자체적으로 측정하거나 제어 루프 튜닝을 자동으로 수행하는 등 모터 튜닝을 크게 가속화할 수 있습니다.
안내식 튜닝 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 기본 모터 시동 옵션(그림 3 참조)을 제공하여 튜닝 프로세스를 원활하게 완료하고 가능한 한 빨리 모터를 회전시키는 데 도움이 됩니다. 프로그래밍이 필요하지 않은 모터 드라이버(예: FOC용 MCF8316A 및 사다리꼴 제어용 MCT8316A)에는 모터 시작, 폐쇄 루프 및 모터 정지 작동을 위한 여러 구성 가능한 옵션이 포함되어 있습니다. 이러한 옵션을 사용하면 모터 성능을 몇 분 내에 최적화할 수 있어 설계 주기가 크게 단축됩니다.
그림 3: 가이드 튜닝 GUI
방법 3: 크기 줄이기
많은 시스템 설계자에게 BLDC 시스템 하드웨어 구축 작업은 매우 어렵습니다. 일반적인 시스템에는 게이트 드라이버가 필요하며, MOSFET, 전류 감지 증폭기, 전압 감지 비교기 및 아날로그-디지털 변환기. 대부분의 시스템에는 보드의 모든 구성 요소에 전원을 공급하기 위해 전용 전원 아키텍처(저드롭아웃 조정기 또는 DC/DC 벅 조정기와 같은 장치 포함)가 필요합니다. 통합 BLDC 드라이브는 이러한 모든 구성 요소를 결합하여 그림 4와 같이 작지만 사용하기 쉬운 솔루션을 제공합니다.
그림 4: 완전히 통합된 BLDC 모터 솔루션
제어 기능이 통합된 모터 드라이버에는 MOSFET에 대한 과전류 및 과전압 보호, 온도 모니터링과 같은 보호 기능이 포함되어 있어 설계자가 강력한 솔루션을 쉽게 제공할 수 있습니다.
청소 로봇, 가정용 천장 팬, 세탁기에 사용되는 펌프 등 전력 소비가 70W 미만인 모터 애플리케이션의 경우 MOSFET이 통합된 장치를 선택하여 레이아웃 공간을 더욱 줄일 수 있습니다. MCF8316A 및 MCT8316A 장치는 8V 애플리케이션에서 최대 24A 피크 전류를 지원합니다. 고전력 애플리케이션의 경우 전력 MOSFET을 보드에 배치하여 게이트 드라이버와 모터 제어 기능을 단일 칩에 통합할 수 있습니다.
이 기사에서 논의된 개념은 시스템 설계 주기의 속도를 높이는 동시에 더 작고 스마트한 BLDC 모터 시스템을 제공하는 데 도움이 됩니다. 프로그래밍 및 센서리스 BLDC 모터 드라이버가 필요하지 않은 MCF8316A 및 MCT8316A의 도움으로 최적화된 고성능 실시간 제어 시스템을 신속하게 설계할 수 있습니다. 이러한 장치는 70V 애플리케이션에 최대 24W의 전력을 제공할 수 있습니다. 통합 지능형 제어 기술을 통해 이 두 모터 드라이브는 조정이 쉽고 고성능의 안정적인 시스템 솔루션을 달성하는 데 사용할 수 있습니다. BLDC를 기반으로 하는 차세대 저전압 에너지 절약 시스템을 구축하는 데 이상적입니다.
이 기사에서는 BLDC 모터 시스템의 설계 속도를 높이는 동시에 더 스마트하고 컴팩트한 에너지 절약 솔루션을 제공할 수 있는 세 가지 방법을 소개합니다.
세계는 전력 소비를 줄이기 위해 열심히 노력하고 있으며 그 추진력은 점점 더 강해지고 있습니다. 많은 국가/지역에서는 중국 국립 표준화 연구소(CNIS), 미국 Energy Star 및 독일 Blue Angels와 같은 관련 기관에서 정한 효율성 표준을 충족하기 위해 가전 제품(그림 1 참조)을 요구합니다.
이러한 표준을 충족하기 위해 점점 더 많은 시스템 설계자가 간단하고 사용하기 쉬운 단상 AC 유도 모터를 설계에서 버리고 대신 에너지 효율적인 저전압 BLDC(저전압 브러시리스 DC) 모터를 사용하고 있습니다. 더 긴 서비스 수명과 더 낮은 작동 소음을 달성하기 위해 청소 로봇과 같은 소형 가전 제품 설계자들은 많은 시스템에서 더욱 발전된 BLDC 모터를 채택해 왔습니다.
동시에 영구 자석 기술의 발전으로 BLDC 모터의 제조가 지속적으로 단순화되고 시스템 크기가 줄어들면서 동일한 토크(부하)를 제공하여 효율성이 향상되고 시스템 소음도 감소할 수 있습니다.
그림 1: 일반 가전 제품
BLDC 모터를 사용하여 시스템을 설계하는 것은 일반적으로 안정적인 실시간 제어를 제공하기 위해 복잡한 하드웨어와 최적화된 소프트웨어 설계가 필요하기 때문에 어렵습니다. 설계 주기를 단축하는 한 가지 옵션은 전문 공급업체에서 제공하는 BLDC 모터 모듈을 사용하는 것이지만 이러한 모듈은 특정 시스템의 요구 사항에 최적화되어 있지 않습니다. 따라서 특정 애플리케이션 요구 사항을 충족하는 최적화된 고성능 시스템을 구축하려면 모듈을 포함하더라도 모터 설계 및 제어에 대한 심층적인 이해가 여전히 필요합니다. 이 기사에서는 BLDC 모터 시스템의 설계 속도를 높이는 동시에 더 스마트하고 컴팩트한 에너지 절약 솔루션을 제공할 수 있는 세 가지 방법을 소개합니다.
방법 1: 센서리스 제어를 프로그래밍할 필요가 없습니다.
프로그래밍이 없는 모터 드라이버에는 제어 정류 알고리즘이 내장되어 있어 모터 제어 소프트웨어 개발, 유지 보수 및 인증이 필요하지 않습니다. 이러한 모터 드라이버는 일반적으로 모터로부터 피드백(예: 홀 신호 또는 모터 위상 전압 및 전류 신호)을 얻고 복잡한 제어 방정식을 실시간으로 계산하여 다음 모터 드라이브 상태를 결정하며 게이트 드라이버 또는 금속 산화물입니다. 반도체 전계 효과 트랜지스터( MOSFET) 및 기타 아날로그 프런트 엔드 구성 요소는 펄스 폭 변조 신호를 제공합니다(그림 2 참조).
그림 2: 일반적인 센서리스 BLDC 모터 시스템
실시간 제어를 위해 센서리스 제어 기능이 통합된 모터 드라이버(예: FOC(자속 기준 제어) 기능이 있는 MCF8316A 모터 드라이버)를 사용하는 경우 모터에 홀 효과 센서가 필요하지 않아 시스템을 개선할 수 있습니다. 신뢰성을 높이고 전체 시스템 비용을 절감합니다.
프로그래밍이 필요 없는 모터 드라이버는 중요한 기능(예: 모터 결함 감지)을 관리하고 보호 메커니즘을 구현하여 전체 시스템 설계의 신뢰성을 높일 수도 있습니다. 이러한 장치에는 Underwriters Laboratories와 같은 인증 기관에서 구현한 사전 인증된 제어 알고리즘이 함께 제공되므로 OEM이 가전 제품의 설계 시간을 단축할 수 있습니다.
방법 2: 지능형 모터 제어 기능을 사용하여 모터를 쉽게 조정
시스템 성능 매개변수 요구 사항(예: 속도, 효율성, 소음)은 BLDC 모터를 조정하여 해결하기 어렵습니다. 이 문제는 모터의 역기전력 전압에 따라 정류가 결정되어 조정 작업이 모터 매개변수에 의해 제한되지 않는 무센서 사다리꼴 제어 알고리즘을 개발하여 해결할 수 있습니다.
센서리스 사다리꼴 제어 기능을 통합한 통합 모터 드라이버(예: MCT8316A)는 마이크로컨트롤러에 연결하기 위해 복잡한 인터페이스를 사용할 필요 없이 최적화된 시스템 성능을 제공할 수 있습니다. 또한 모터 튜닝 프로세스 중에 통합 모터 드라이버는 오실로스코프에 표시되는 모터 위상 전압, 전류 및 모터 속도와 같은 피드백 신호를 제공합니다.
센서리스 FOC 알고리즘에서는 고급 제어 기술이 통합되어 모터 매개변수를 자체적으로 측정하거나 제어 루프 튜닝을 자동으로 수행하는 등 모터 튜닝을 크게 가속화할 수 있습니다.
안내식 튜닝 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)는 기본 모터 시동 옵션(그림 3 참조)을 제공하여 튜닝 프로세스를 원활하게 완료하고 가능한 한 빨리 모터를 회전시키는 데 도움이 됩니다. 프로그래밍이 필요하지 않은 모터 드라이버(예: FOC용 MCF8316A 및 사다리꼴 제어용 MCT8316A)에는 모터 시작, 폐쇄 루프 및 모터 정지 작동을 위한 여러 구성 가능한 옵션이 포함되어 있습니다. 이러한 옵션을 사용하면 모터 성능을 몇 분 내에 최적화할 수 있어 설계 주기가 크게 단축됩니다.
그림 3: 가이드 튜닝 GUI
방법 3: 크기 줄이기
많은 시스템 설계자에게 BLDC 시스템 하드웨어 구축 작업은 매우 어렵습니다. 일반적인 시스템에는 게이트 드라이버, MOSFET, 전류 감지 증폭기, 전압 감지 비교기 및 아날로그-디지털 변환기가 필요합니다. 대부분의 시스템에는 보드의 모든 구성 요소에 전원을 공급하기 위해 전용 전원 아키텍처(저드롭아웃 조정기 또는 DC/DC 벅 조정기와 같은 장치 포함)가 필요합니다. 통합 BLDC 드라이브는 이러한 모든 구성 요소를 결합하여 그림 4와 같이 작지만 사용하기 쉬운 솔루션을 제공합니다.
그림 4: 완전히 통합된 BLDC 모터 솔루션
통합 제어 기능이 있는 모터 드라이버에는 MOSFET에 대한 과전류 및 과전압 보호와 같은 보호 기능과 온도 모니터링이 포함되어 설계자가 강력한 솔루션을 쉽게 제공할 수 있습니다. 청소 로봇, 가정용 천장 선풍기 또는 세탁기에 사용되는 펌프와 같이 전력 소비가 70W 미만인 모터 애플리케이션의 경우 통합 MOSFET이 있는 장치를 선택하여 레이아웃 공간을 더욱 줄일 수 있습니다. MCF8316A 및 MCT8316A 장치는 8V 애플리케이션에서 최대 24A 피크 전류를 지원합니다. 고전력 애플리케이션의 경우 전력 MOSFET을 보드에 배치하여 게이트 드라이버와 모터 제어 기능을 단일 칩에 통합할 수 있습니다.
이 기사에서 논의된 개념은 시스템 설계 주기의 속도를 높이는 동시에 더 작고 스마트한 BLDC 모터 시스템을 제공하는 데 도움이 됩니다. 프로그래밍 및 센서리스 BLDC 모터 드라이버가 필요하지 않은 MCF8316A 및 MCT8316A의 도움으로 최적화된 고성능 실시간 제어 시스템을 신속하게 설계할 수 있습니다. 이러한 장치는 70V 애플리케이션에 최대 24W의 전력을 제공할 수 있습니다. 통합 지능형 제어 기술을 통해 이 두 모터 드라이브는 조정이 쉽고 고성능의 안정적인 시스템 솔루션을 달성하는 데 사용할 수 있습니다. BLDC를 기반으로 하는 차세대 저전압 에너지 절약 시스템을 구축하는 데 이상적입니다.