Artikel ini memperkenalkan tiga kaedah yang boleh mempercepatkan reka bentuk sistem motor BLDC sambil turut menyediakan penyelesaian penjimatan tenaga yang lebih pintar dan padat.
The world is working hard to reduce power consumption, and the momentum is getting stronger and stronger. Many countries/regions require household appliances (as shown in Figure 1) to meet the efficiency standards set by relevant organizations such as the China National Institute of Standardization (CNIS), the US Energy Star, and the German Blue Angels.
In order to meet these standards, more and more system designers have abandoned simple and easy-to-use single-phase AC induction motors in their designs, and instead use more energy-efficient low-voltan motor DC tanpa berus (BLDC). Untuk mencapai hayat perkhidmatan yang lebih lama dan bunyi operasi yang lebih rendah, pereka peralatan rumah kecil seperti robot penyapu juga telah beralih kepada motor BLDC yang lebih maju dalam kebanyakan sistem mereka. Pada masa yang sama, kemajuan magnet kekal teknologi secara berterusan memudahkan pembuatan motor BLDC, mengurangkan saiz sistem sambil memberikan tork (beban) yang sama, yang juga boleh meningkatkan kecekapan dan mengurangkan bunyi sistem.
Rajah 1: Perkakas rumah biasa
Mereka bentuk sistem menggunakan motor BLDC adalah mencabar kerana perkakasan yang kompleks dan reka bentuk perisian yang dioptimumkan biasanya diperlukan untuk menyediakan kawalan masa nyata yang boleh dipercayai. Satu pilihan untuk mempercepatkan kitaran reka bentuk ialah menggunakan modul motor BLDC yang disediakan oleh pembekal profesional, tetapi modul ini tidak dioptimumkan untuk keperluan sistem tertentu.
Therefore, in order to build an optimized high-performance system to meet specific application requirements, it is still necessary to have an in-depth understanding of motor design and control, even when using modules. In this article, I will introduce three methods that can speed up the design of BLDC motor systems while also providing smarter and more compact energy-saving solutions.
Kaedah 1: Tidak perlu memprogram kawalan tanpa sensor
Pemacu motor tanpa pengaturcaraan termasuk algoritma penukaran kawalan terbina dalam, jadi tidak ada keperluan untuk pembangunan perisian kawalan motor, penyelenggaraan dan pensijilan. Pemacu motor ini biasanya mendapat maklum balas daripada motor (seperti isyarat Hall atau voltan fasa motor dan isyarat semasa), mengira persamaan kawalan kompleks dalam masa nyata untuk menentukan keadaan pemacu motor seterusnya, dan merupakan pemacu pintu atau oksida logam Semikonduktor transistor kesan medan ( mosfet) dan komponen hadapan analog lain menyediakan isyarat modulasi lebar denyut (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2).
Rajah 2: Sistem motor BLDC tanpa sensor biasa
Apabila menggunakan pemacu motor dengan fungsi kawalan tanpa sensor bersepadu (seperti pemacu motor MCF8316A dengan fungsi Kawalan Berorientasikan Medan (FOC)) untuk kawalan masa nyata, kesan Hall tidak diperlukan. sensor in the motor, which can improve system reliability and reduce total system cost. The motor driver without programming can also manage important functions (such as motor fault detection) and implement protection mechanisms to make the overall system design more reliable.
Peranti ini boleh disertakan dengan algoritma kawalan pra-perakuan yang dilaksanakan oleh agensi pensijilan seperti Makmal Penaja Jamin, yang membolehkan pengeluar peralatan asal memendekkan masa reka bentuk peralatan rumah mereka.
Kaedah 2: Gunakan fungsi kawalan motor pintar untuk menala motor dengan mudah
System performance parameter requirements (such as speed, efficiency, and noise) are difficult to solve by tuning the BLDC motor. This problem can be solved by developing a sensorless trapezoidal control algorithm, in which the commutation is determined by the back-EMF voltage of the motor, so that the adjustment operation is not limited by the motor parameters.
The integrated motor driver (such as MCT8316A) that integrates the sensorless trapezoidal control function can provide optimized system performance without the need to use a complicated interface to connect to the microcontroller. In addition, please note that during the motor tuning process, the integrated motor driver will provide feedback signals, such as the motor phase voltage, current, and motor speed displayed on the oscilloscope.
Dalam algoritma FOC tanpa sensor, disebabkan oleh penyepaduan teknologi kawalan lanjutan, penalaan motor boleh dipercepatkan dengan ketara, contohnya, dengan mengukur parameter motor dengan sendirinya atau secara automatik melakukan penalaan gelung kawalan.
The guided tuning graphical user interface (GUI) provides default motor startup options (as shown in Figure 3), which helps to smoothly complete the tuning process and spin the motor as quickly as possible. Motor drivers that do not require programming (such as MCF8316A for FOC and MCT8316A for trapezoidal control) include multiple configurable options for motor start and closed loop and motor stop operations. With these options, the motor performance can be optimized within a few minutes, significantly shortening the design cycle.
Rajah 3: GUI penalaan berpandu
Kaedah 3: Kecilkan saiz
Bagi kebanyakan pereka sistem, kerja pembinaan perkakasan sistem BLDC adalah sangat sukar. Sistem biasa memerlukan pemandu pintu, mosfet, penguat deria semasa, pembanding deria voltan dan penukar analog-ke-digital. Kebanyakan sistem memerlukan seni bina kuasa khusus (termasuk peranti seperti pengawal selia keciciran rendah atau pengawal selia buck DC/DC) untuk menggerakkan semua komponen pada papan. Pemacu BLDC bersepadu menggabungkan semua komponen ini untuk menyediakan penyelesaian yang padat tetapi mudah digunakan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.
Rajah 4: Penyelesaian motor BLDC bersepadu sepenuhnya
Motor drivers with integrated control functions include protection functions, such as overcurrent and overvoltage protection for MOSFETs, and temperature monitoring, allowing designers to easily provide powerful solutions.
For motor applications with power consumption less than 70W, such as sweeping robots, household ceiling fans, or pumps used in washing machines, devices with integrated MOSFETs can be selected to further reduce the layout space. The MCF8316A and MCT8316A devices support up to 8A peak current in 24V applications. For high-power applications, power MOSFETs can be placed on the board to integrate the gate driver and motor control functions into a single chip.
Konsep yang dibincangkan dalam artikel ini membantu mempercepatkan kitaran reka bentuk sistem sambil menyediakan sistem motor BLDC yang lebih kecil dan lebih pintar. Dengan bantuan MCF8316A dan MCT8316A, yang tidak memerlukan pengaturcaraan dan pemacu motor BLDC tanpa sensor, sistem kawalan masa nyata berprestasi tinggi yang dioptimumkan boleh direka bentuk dengan cepat. Peranti ini boleh menyediakan sehingga 70W kuasa untuk aplikasi 24V. Dengan teknologi kawalan pintar bersepadu, kedua-dua pemacu motor ini mudah ditala dan boleh digunakan untuk mencapai penyelesaian sistem berprestasi tinggi dan boleh dipercayai. Ia sesuai untuk membina sistem penjimatan tenaga voltan rendah seterusnya berdasarkan BLDC.
Artikel ini memperkenalkan tiga kaedah yang boleh mempercepatkan reka bentuk sistem motor BLDC sambil turut menyediakan penyelesaian penjimatan tenaga yang lebih pintar dan padat.
The world is working hard to reduce power consumption, and the momentum is getting stronger and stronger. Many countries/regions require household appliances (as shown in Figure 1) to meet the efficiency standards set by relevant organizations such as the China National Institute of Standardization (CNIS), the US Energy Star, and the German Blue Angels.
In order to meet these standards, more and more system designers have abandoned simple and easy-to-use single-phase AC induction motors in their designs, and instead use more energy-efficient low-voltage brushless DC (BLDC) motors. In order to achieve longer service life and lower operating noise, designers of small household appliances such as sweeping robots have also turned to more advanced BLDC motors in many of their systems.
Pada masa yang sama, kemajuan teknologi magnet kekal secara berterusan memudahkan pembuatan motor BLDC, mengurangkan saiz sistem sambil memberikan tork (beban) yang sama, yang juga boleh meningkatkan kecekapan dan mengurangkan bunyi sistem.
Rajah 1: Perkakas rumah biasa
Mereka bentuk sistem menggunakan motor BLDC adalah mencabar kerana perkakasan yang kompleks dan reka bentuk perisian yang dioptimumkan biasanya diperlukan untuk menyediakan kawalan masa nyata yang boleh dipercayai. Satu pilihan untuk mempercepatkan kitaran reka bentuk ialah menggunakan modul motor BLDC yang disediakan oleh pembekal profesional, tetapi modul ini tidak dioptimumkan untuk keperluan sistem tertentu. Oleh itu, untuk membina sistem berprestasi tinggi yang dioptimumkan untuk memenuhi keperluan aplikasi tertentu, masih perlu mempunyai pemahaman yang mendalam tentang reka bentuk dan kawalan motor, walaupun dengan modul. Dalam artikel ini, saya akan memperkenalkan tiga kaedah yang boleh mempercepatkan reka bentuk sistem motor BLDC di samping menyediakan penyelesaian penjimatan tenaga yang lebih pintar dan lebih padat.
Kaedah 1: Tidak perlu memprogram kawalan tanpa sensor
Pemacu motor tanpa pengaturcaraan termasuk algoritma penukaran kawalan terbina dalam, jadi tidak ada keperluan untuk pembangunan perisian kawalan motor, penyelenggaraan dan pensijilan. Pemacu motor ini biasanya mendapat maklum balas daripada motor (seperti isyarat Hall atau voltan fasa motor dan isyarat semasa), mengira persamaan kawalan kompleks dalam masa nyata untuk menentukan keadaan pemacu motor seterusnya, dan merupakan pemacu pintu atau oksida logam semikonduktor transistor kesan medan ( MOSFET) dan komponen hadapan analog lain menyediakan isyarat modulasi lebar denyut (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2).
Rajah 2: Sistem motor BLDC tanpa sensor biasa
When using a motor driver with integrated sensorless control function (such as the MCF8316A motor driver with Field Oriented Control (FOC) function) for real-time control, there is no need for a Hall-effect sensor in the motor, which can improve system reliability and reduce total system cost.
The motor driver without programming can also manage important functions (such as motor fault detection) and implement protection mechanisms to make the overall system design more reliable. These devices can be accompanied by pre-certified control algorithms implemented by certification agencies such as Underwriters Laboratories, enabling original equipment manufacturers to shorten the design time of their home appliances.
Kaedah 2: Gunakan fungsi kawalan motor pintar untuk menala motor dengan mudah
System performance parameter requirements (such as speed, efficiency, and noise) are difficult to solve by tuning the BLDC motor. This problem can be solved by developing a sensorless trapezoidal control algorithm, in which the commutation is determined by the back-EMF voltage of the motor, so that the adjustment operation is not limited by the motor parameters.
The integrated motor driver (such as MCT8316A) that integrates the sensorless trapezoidal control function can provide optimized system performance without the need to use a complicated interface to connect to the microcontroller. In addition, please note that during the motor tuning process, the integrated motor driver will provide feedback signals, such as the motor phase voltage, current, and motor speed displayed on the oscilloscope.
Dalam algoritma FOC tanpa sensor, disebabkan oleh penyepaduan teknologi kawalan lanjutan, penalaan motor boleh dipercepatkan dengan ketara, contohnya, dengan mengukur parameter motor dengan sendirinya atau secara automatik melakukan penalaan gelung kawalan.
The guided tuning graphical user interface (GUI) provides default motor startup options (as shown in Figure 3), which helps to smoothly complete the tuning process and spin the motor as quickly as possible. Motor drivers that do not require programming (such as MCF8316A for FOC and MCT8316A for trapezoidal control) include multiple configurable options for motor start and closed loop and motor stop operations. With these options, the motor performance can be optimized within a few minutes, significantly shortening the design cycle.
Rajah 3: GUI penalaan berpandu
Kaedah 3: Kecilkan saiz
Bagi kebanyakan pereka sistem, kerja pembinaan perkakasan sistem BLDC adalah sangat sukar. Sistem biasa memerlukan pemacu get, MOSFET, penguat deria semasa, pembanding deria voltan dan penukar analog-ke-digital. Kebanyakan sistem memerlukan seni bina kuasa khusus (termasuk peranti seperti pengawal selia keciciran rendah atau pengawal selia buck DC/DC) untuk menggerakkan semua komponen pada papan. Pemacu BLDC bersepadu menggabungkan semua komponen ini untuk menyediakan penyelesaian yang padat tetapi mudah digunakan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4.
Rajah 4: Penyelesaian motor BLDC bersepadu sepenuhnya
Pemacu motor dengan fungsi kawalan bersepadu termasuk fungsi perlindungan, seperti perlindungan arus lebih dan voltan lampau untuk MOSFET, dan pemantauan suhu, membolehkan pereka bentuk menyediakan penyelesaian berkuasa dengan mudah. Untuk aplikasi motor dengan penggunaan kuasa kurang daripada 70W, seperti robot penyapu, kipas siling isi rumah atau pam yang digunakan dalam mesin basuh, peranti dengan MOSFET bersepadu boleh dipilih untuk mengurangkan lagi ruang susun atur. Peranti MCF8316A dan MCT8316A menyokong sehingga 8A arus puncak dalam aplikasi 24V. Untuk aplikasi berkuasa tinggi, MOSFET kuasa boleh diletakkan pada papan untuk menyepadukan pemacu pintu dan fungsi kawalan motor ke dalam satu cip.
Konsep yang dibincangkan dalam artikel ini membantu mempercepatkan kitaran reka bentuk sistem sambil menyediakan sistem motor BLDC yang lebih kecil dan lebih pintar. Dengan bantuan MCF8316A dan MCT8316A, yang tidak memerlukan pengaturcaraan dan pemacu motor BLDC tanpa sensor, sistem kawalan masa nyata berprestasi tinggi yang dioptimumkan boleh direka bentuk dengan cepat. Peranti ini boleh menyediakan sehingga 70W kuasa untuk aplikasi 24V. Dengan teknologi kawalan pintar bersepadu, kedua-dua pemacu motor ini mudah ditala dan boleh digunakan untuk mencapai penyelesaian sistem berprestasi tinggi dan boleh dipercayai. Ia sesuai untuk membina sistem penjimatan tenaga voltan rendah seterusnya berdasarkan BLDC.