Dit artikel introduceert drie methoden die het ontwerp van BLDC-motorsystemen kunnen versnellen en tegelijkertijd slimmere en compactere energiebesparende oplossingen kunnen bieden.
De wereld werkt er hard aan om het energieverbruik terug te dringen, en het momentum wordt steeds sterker. Veel landen/regio's vereisen dat huishoudelijke apparaten (zoals weergegeven in figuur 1) voldoen aan de efficiëntienormen die zijn vastgesteld door relevante organisaties zoals het China National Institute of Standardization (CNIS), de Amerikaanse Energy Star en de Duitse Blue Angels.
Om aan deze normen te voldoen, hebben steeds meer systeemontwerpers eenvoudige en gemakkelijk te gebruiken enkelfasige AC-inductiemotoren in hun ontwerpen achterwege gelaten, en in plaats daarvan energiezuinigere, energiezuinigere motoren gebruikt.spanning borstelloze gelijkstroommotoren (BLDC). Om een langere levensduur en minder bedrijfsgeluid te bereiken, hebben ontwerpers van kleine huishoudelijke apparaten, zoals veegrobots, in veel van hun systemen ook gebruik gemaakt van geavanceerdere BLDC-motoren. Tegelijkertijd is de vooruitgang van de permanente magneet technologie vereenvoudigt voortdurend de productie van BLDC-motoren, waardoor de systeemgrootte wordt verkleind terwijl hetzelfde koppel (belasting) wordt geleverd, wat ook de efficiëntie kan verbeteren en het systeemgeluid kan verminderen.
Figuur 1: Algemene huishoudelijke apparaten
Het ontwerpen van een systeem met BLDC-motoren is een uitdaging omdat complexe hardware en geoptimaliseerd softwareontwerp meestal nodig zijn om betrouwbare realtime besturing te bieden. Een optie om de ontwerpcyclus te versnellen is het gebruik van BLDC-motormodules van professionele leveranciers, maar deze modules zijn niet geoptimaliseerd voor de behoeften van een specifiek systeem.
Om een geoptimaliseerd, krachtig systeem te bouwen dat aan specifieke toepassingseisen voldoet, is het daarom nog steeds noodzakelijk om een diepgaand inzicht te hebben in het motorontwerp en de besturing, zelfs bij gebruik van modules. In dit artikel introduceer ik drie methoden die het ontwerp van BLDC-motorsystemen kunnen versnellen en tegelijkertijd slimmere en compactere energiebesparende oplossingen kunnen bieden.
Methode 1: Het is niet nodig om sensorloze besturing te programmeren
De motorbesturing zonder programmering bevat een ingebouwd besturingscommutatie-algoritme, dus er is geen behoefte aan ontwikkeling, onderhoud en certificering van motorbesturingssoftware. Deze motordrivers krijgen meestal feedback van de motor (zoals Hall-signalen of motorfasespannings- en stroomsignalen), berekenen complexe besturingsvergelijkingen in realtime om de volgende motoraandrijvingstoestand te bepalen, en zijn gate-drivers of metaaloxide Halfgeleider veldeffecttransistors ( mosfet) en andere analoge front-endcomponenten leveren pulsbreedtemodulatiesignalen (zoals weergegeven in afbeelding 2).
Afbeelding 2: Typisch sensorloos BLDC-motorsysteem
Bij gebruik van een motordriver met geïntegreerde sensorloze besturingsfunctie (zoals de MCF8316A motordriver met Field Oriented Control (FOC)-functie) voor realtime besturing, is er geen Hall-effect nodig sensor in de motor, wat de systeembetrouwbaarheid kan verbeteren en de totale systeemkosten kan verlagen. De motorbestuurder kan zonder programmering ook belangrijke functies beheren (zoals detectie van motorfouten) en beveiligingsmechanismen implementeren om het algehele systeemontwerp betrouwbaarder te maken.
Deze apparaten kunnen vergezeld gaan van vooraf gecertificeerde besturingsalgoritmen die zijn geïmplementeerd door certificeringsinstanties zoals Underwriters Laboratories, waardoor fabrikanten van originele apparatuur de ontwerptijd van hun huishoudelijke apparaten kunnen verkorten.
Methode 2: Gebruik de intelligente motorbesturingsfunctie om de motor eenvoudig af te stemmen
Systeemprestatieparametervereisten (zoals snelheid, efficiëntie en geluid) zijn moeilijk op te lossen door de BLDC-motor af te stemmen. Dit probleem kan worden opgelost door een sensorloos trapeziumvormig besturingsalgoritme te ontwikkelen, waarbij de commutatie wordt bepaald door de tegen-EMF-spanning van de motor, zodat de aanpassingsoperatie niet wordt beperkt door de motorparameters.
De geïntegreerde motordriver (zoals MCT8316A) die de sensorloze trapeziumvormige besturingsfunctie integreert, kan geoptimaliseerde systeemprestaties bieden zonder dat er een ingewikkelde interface nodig is om verbinding te maken met de microcontroller. Houd er bovendien rekening mee dat tijdens het motorafstemmingsproces de geïntegreerde motordriver feedbacksignalen zal geven, zoals de motorfasespanning, stroom en motorsnelheid die op de oscilloscoop worden weergegeven.
In het sensorloze FOC-algoritme kan, dankzij de integratie van geavanceerde besturingstechnologie, de motorafstemming aanzienlijk worden versneld, bijvoorbeeld door de motorparameters zelf te meten of door automatisch de afstemming van de regellus uit te voeren.
De grafische gebruikersinterface (GUI) voor begeleide afstemming biedt standaard opstartopties voor de motor (zoals weergegeven in afbeelding 3), wat helpt om het afstemmingsproces soepel te voltooien en de motor zo snel mogelijk te laten draaien. Motordrivers waarvoor geen programmering nodig is (zoals MCF8316A voor FOC en MCT8316A voor trapeziumvormige besturing) omvatten meerdere configureerbare opties voor motorstart, gesloten lus en motorstop. Met deze opties kunnen de motorprestaties binnen enkele minuten worden geoptimaliseerd, waardoor de ontwerpcyclus aanzienlijk wordt verkort.
Afbeelding 3: GUI voor begeleide afstemming
Methode 3: Verklein de maat
Voor veel systeemontwerpers is het constructiewerk van de BLDC-systeemhardware erg moeilijk. Een typisch systeem vereist poortbestuurders, mosfets, stroomdetectieversterkers, spanningsdetectiecomparators en analoog-naar-digitaalomzetters. De meeste systemen hebben een speciale voedingsarchitectuur nodig (inclusief apparaten zoals low-dropout-regelaars of DC/DC-buck-regelaars) om alle componenten op het bord van stroom te voorzien. De geïntegreerde BLDC-drive combineert al deze componenten om een compacte maar gebruiksvriendelijke oplossing te bieden, zoals weergegeven in afbeelding 4.
Afbeelding 4: Volledig geïntegreerde BLDC-motoroplossing
Motordrivers met geïntegreerde besturingsfuncties omvatten beveiligingsfuncties, zoals overstroom- en overspanningsbeveiliging voor MOSFET's, en temperatuurbewaking, waardoor ontwerpers eenvoudig krachtige oplossingen kunnen bieden.
Voor motortoepassingen met een stroomverbruik van minder dan 70 W, zoals veegrobots, plafondventilatoren voor huishoudelijk gebruik of pompen die in wasmachines worden gebruikt, kunnen apparaten met geïntegreerde MOSFET's worden geselecteerd om de lay-outruimte verder te verkleinen. De MCF8316A- en MCT8316A-apparaten ondersteunen maximaal 8A piekstroom in 24V-toepassingen. Voor toepassingen met hoog vermogen kunnen krachtige MOSFET's op het bord worden geplaatst om de poortaansturing en motorbesturingsfuncties in één chip te integreren.
De concepten die in dit artikel worden besproken, helpen om de systeemontwerpcyclus te versnellen en tegelijkertijd een kleiner en slimmer BLDC-motorsysteem te bieden. Met behulp van MCF8316A en MCT8316A, waarvoor geen programmering en sensorloze BLDC-motordrivers nodig zijn, kan snel een geoptimaliseerd, krachtig realtime besturingssysteem worden ontworpen. Deze apparaten kunnen tot 70 W stroom leveren voor 24 V-toepassingen. Met geïntegreerde intelligente besturingstechnologie zijn deze twee motoraandrijvingen eenvoudig af te stemmen en kunnen ze worden gebruikt om hoogwaardige en betrouwbare systeemoplossingen te realiseren. Ze zijn ideaal voor het bouwen van het volgende laagspannings-energiebesparende systeem op basis van BLDC.
Dit artikel introduceert drie methoden die het ontwerp van BLDC-motorsystemen kunnen versnellen en tegelijkertijd slimmere en compactere energiebesparende oplossingen kunnen bieden.
De wereld werkt er hard aan om het energieverbruik terug te dringen, en het momentum wordt steeds sterker. Veel landen/regio's vereisen dat huishoudelijke apparaten (zoals weergegeven in figuur 1) voldoen aan de efficiëntienormen die zijn vastgesteld door relevante organisaties zoals het China National Institute of Standardization (CNIS), de Amerikaanse Energy Star en de Duitse Blue Angels.
Om aan deze normen te voldoen, hebben steeds meer systeemontwerpers eenvoudige en gebruiksvriendelijke enkelfasige AC-inductiemotoren in hun ontwerpen achterwege gelaten en in plaats daarvan energiezuinigere laagspanningsborstelloze DC (BLDC)-motoren gebruikt. Om een langere levensduur en minder bedrijfsgeluid te bereiken, hebben ontwerpers van kleine huishoudelijke apparaten, zoals veegrobots, in veel van hun systemen ook gebruik gemaakt van geavanceerdere BLDC-motoren.
Tegelijkertijd vereenvoudigt de vooruitgang van de permanente magneettechnologie voortdurend de productie van BLDC-motoren, waardoor de systeemgrootte wordt verkleind terwijl hetzelfde koppel (belasting) wordt geleverd, wat ook de efficiëntie kan verbeteren en systeemgeluid kan verminderen.
Figuur 1: Algemene huishoudelijke apparaten
Het ontwerpen van een systeem met BLDC-motoren is een uitdaging omdat complexe hardware en geoptimaliseerd softwareontwerp meestal nodig zijn om betrouwbare realtime besturing te bieden. Een optie om de ontwerpcyclus te versnellen is het gebruik van BLDC-motormodules van professionele leveranciers, maar deze modules zijn niet geoptimaliseerd voor de behoeften van een specifiek systeem. Om een geoptimaliseerd systeem met hoge prestaties te bouwen dat aan specifieke toepassingsvereisten voldoet, is het daarom nog steeds nodig om een diepgaand begrip te hebben van het motorontwerp en de besturing, zelfs met modules. In dit artikel zal ik drie methoden introduceren die het ontwerp van BLDC-motorsystemen kunnen versnellen en tegelijkertijd slimmere en compactere energiebesparende oplossingen kunnen bieden.
Methode 1: Het is niet nodig om sensorloze besturing te programmeren
De motorbesturing zonder programmering bevat een ingebouwd besturingscommutatie-algoritme, dus er is geen behoefte aan ontwikkeling, onderhoud en certificering van motorbesturingssoftware. Deze motordrivers krijgen meestal feedback van de motor (zoals Hall-signalen of motorfasespannings- en stroomsignalen), berekenen complexe besturingsvergelijkingen in realtime om de volgende motoraandrijvingstoestand te bepalen, en zijn gate-drivers of metaaloxide halfgeleider veldeffecttransistors ( MOSFET) en andere analoge front-endcomponenten leveren pulsbreedtemodulatiesignalen (zoals weergegeven in afbeelding 2).
Afbeelding 2: Typisch sensorloos BLDC-motorsysteem
Bij gebruik van een motordriver met geïntegreerde sensorloze besturingsfunctie (zoals de MCF8316A-motordriver met Field Oriented Control (FOC)-functie) voor realtime besturing, is er geen Hall-effectsensor in de motor nodig, wat het systeem kan verbeteren betrouwbaarheid en verlagen de totale systeemkosten.
De motorbestuurder kan zonder programmering ook belangrijke functies beheren (zoals detectie van motorfouten) en beveiligingsmechanismen implementeren om het algehele systeemontwerp betrouwbaarder te maken. Deze apparaten kunnen vergezeld gaan van vooraf gecertificeerde besturingsalgoritmen die zijn geïmplementeerd door certificeringsinstanties zoals Underwriters Laboratories, waardoor fabrikanten van originele apparatuur de ontwerptijd van hun huishoudelijke apparaten kunnen verkorten.
Methode 2: Gebruik de intelligente motorbesturingsfunctie om de motor eenvoudig af te stemmen
Systeemprestatieparametervereisten (zoals snelheid, efficiëntie en geluid) zijn moeilijk op te lossen door de BLDC-motor af te stemmen. Dit probleem kan worden opgelost door een sensorloos trapeziumvormig besturingsalgoritme te ontwikkelen, waarbij de commutatie wordt bepaald door de tegen-EMF-spanning van de motor, zodat de aanpassingsoperatie niet wordt beperkt door de motorparameters.
De geïntegreerde motordriver (zoals MCT8316A) die de sensorloze trapeziumvormige besturingsfunctie integreert, kan geoptimaliseerde systeemprestaties bieden zonder dat er een ingewikkelde interface nodig is om verbinding te maken met de microcontroller. Houd er bovendien rekening mee dat tijdens het motorafstemmingsproces de geïntegreerde motordriver feedbacksignalen zal geven, zoals de motorfasespanning, stroom en motorsnelheid die op de oscilloscoop worden weergegeven.
In het sensorloze FOC-algoritme kan, dankzij de integratie van geavanceerde besturingstechnologie, de motorafstemming aanzienlijk worden versneld, bijvoorbeeld door de motorparameters zelf te meten of door automatisch de afstemming van de regellus uit te voeren.
De grafische gebruikersinterface (GUI) voor begeleide afstemming biedt standaard opstartopties voor de motor (zoals weergegeven in afbeelding 3), wat helpt om het afstemmingsproces soepel te voltooien en de motor zo snel mogelijk te laten draaien. Motordrivers waarvoor geen programmering nodig is (zoals MCF8316A voor FOC en MCT8316A voor trapeziumvormige besturing) omvatten meerdere configureerbare opties voor motorstart, gesloten lus en motorstop. Met deze opties kunnen de motorprestaties binnen enkele minuten worden geoptimaliseerd, waardoor de ontwerpcyclus aanzienlijk wordt verkort.
Afbeelding 3: GUI voor begeleide afstemming
Methode 3: Verklein de maat
Voor veel systeemontwerpers is het constructiewerk van de BLDC-systeemhardware erg moeilijk. Een typisch systeem vereist gate-drivers, MOSFET's, stroomdetectieversterkers, spanningsdetectiecomparators en analoog-naar-digitaalomzetters. De meeste systemen hebben een speciale voedingsarchitectuur nodig (inclusief apparaten zoals low-dropout-regelaars of DC/DC-buck-regelaars) om alle componenten op het bord van stroom te voorzien. De geïntegreerde BLDC-drive combineert al deze componenten om een compacte maar gebruiksvriendelijke oplossing te bieden, zoals weergegeven in afbeelding 4.
Afbeelding 4: Volledig geïntegreerde BLDC-motoroplossing
Motordrivers met geïntegreerde besturingsfuncties omvatten beveiligingsfuncties, zoals overstroom- en overspanningsbeveiliging voor MOSFET's, en temperatuurbewaking, waardoor ontwerpers eenvoudig krachtige oplossingen kunnen bieden. Voor motortoepassingen met een stroomverbruik van minder dan 70 W, zoals veegrobots, huishoudelijke plafondventilatoren of pompen die in wasmachines worden gebruikt, kunnen apparaten met geïntegreerde MOSFET's worden geselecteerd om de lay-outruimte verder te verkleinen. De MCF8316A- en MCT8316A-apparaten ondersteunen tot 8A piekstroom in 24V-toepassingen. Voor toepassingen met een hoog vermogen kunnen vermogens-MOSFET's op het bord worden geplaatst om de gate-driver en motorbesturingsfuncties in een enkele chip te integreren.
De concepten die in dit artikel worden besproken, helpen om de systeemontwerpcyclus te versnellen en tegelijkertijd een kleiner en slimmer BLDC-motorsysteem te bieden. Met behulp van MCF8316A en MCT8316A, waarvoor geen programmering en sensorloze BLDC-motordrivers nodig zijn, kan snel een geoptimaliseerd, krachtig realtime besturingssysteem worden ontworpen. Deze apparaten kunnen tot 70 W stroom leveren voor 24 V-toepassingen. Met geïntegreerde intelligente besturingstechnologie zijn deze twee motoraandrijvingen eenvoudig af te stemmen en kunnen ze worden gebruikt om hoogwaardige en betrouwbare systeemoplossingen te realiseren. Ze zijn ideaal voor het bouwen van het volgende laagspannings-energiebesparende systeem op basis van BLDC.