Texas Instruments (TI) heeft de eerste 70-W borstelloze DC (BLDC) motordrivers in de branche geclaimd met codevrije, sensorloze trapeziumvormige en veldgeoriënteerde besturing (FOC), waardoor de ontwerptijd wordt verkort en motorsystemen stiller en kleiner worden. De apparaten stellen ingenieurs in staat om een BLDC-motor in minder dan 10 minuten te laten draaien, zei TI, waardoor maandenlange ontwerptijd wordt geëlimineerd voor ingenieurs die industriële systemen ontwikkelen, zoals huishoudelijke apparaten en medische toepassingen zoals ventilatoren en machines met continue positieve luchtwegdruk (CPAP).
De motordrivers versnellen de reactietijd van het systeem en verminderen de bordruimte met maar liefst 70%, dankzij de geïntegreerde realtime besturing en het hoge integratieniveau.
Een groot deel van alle energie die in de wereld wordt opgewekt, wordt tegenwoordig door motoren gebruikt, dus het stiller maken van de motor is een groeiende behoefte, en gezien het feit dat een groot deel van het stroomverbruik alleen motoren zijn, is energie-efficiëntie ook van cruciaal belang, zei Kannan Soundarapandian , vice-president en algemeen directeur, motorrijders, Texas Instruments.
Maar er zijn uitdagingen bij de overgang van ouder technologie zoals AC-inductiemotoren tot vrij nieuwere technologie zoals BLDC-motoren, en tegemoetkomend aan de behoeften om de energie-efficiëntie, de akoestische prestaties en de behoefte van de ontwerpers om het product snel op de markt te brengen te bereiken, voegde hij eraan toe.
Wat er vandaag gebeurt, is dat de overstap naar plattegronden met een open concept de vraag naar stillere motoren heeft doen toenemen, zei Soundarapandian. Met open-concept plattegronden bestaat die natuurlijke geluidsblokkering die je eerder zou hebben niet meer, zei hij.
Elk apparaat in uw huis heeft mogelijk meer dan één of zelfs twee motoren, zei Soundarapandian. “Er zijn manieren om geluid veroorzaakt door motoren effectief te bestrijden, dat over het algemeen in drie emmers valt – het blokkeren door een soort geluidsabsorptiesysteem in het apparaat in te bouwen, het vorm te geven door psycho-akoestische inzichten toe te passen, zoals harmonische modificatie, en persoonlijk is mijn favoriet het vermijden van het door in de eerste plaats geen lawaai te maken.”
De stofzuiger is bijvoorbeeld aantoonbaar een van de grootste geluidsbronnen, samen met de keukenmachine, met gemiddelde geluidsniveaus van 85 tot 100 dBA, dus ze maken veel lawaai, en het is niet alleen akoestiek, er is een voortdurende behoefte aan meer energie-efficiëntie, voegde hij eraan toe.
Een van de belangrijkste manieren waarop energie-efficiëntie tegenwoordig wordt bereikt, is door over te stappen van oudere technologie zoals AC-inductiemotoren naar borstelloze DC-motoren, zei hij. “Maar BLDC-motoren zijn moeilijker aan te drijven. Ze zijn complexer; ze hebben een betere commutatie en controle van buitenaf nodig, en dat verhoogt in feite de ontwerpcyclustijd, vergroot de bordgrootte omdat het meer elektronische componenten heeft, en als geheel nemen de systeemkosten zelf toe, dus dit zijn de drie grootste uitdagingen om dat te bereiken efficiëntieverhoging.”
Soundarapandian zei dat motordrivers evolueren om aan de marktbehoeften te voldoen en dat de nieuwe TI BLDC-motordrivers de drie uitdagingen van het BLDC-motorontwerp aanpakken: een langere ontwerpcyclustijd, meer bordruimte en hogere systeemkosten.
Deze twee apparaten - een ervan is gebaseerd op een commutatieschema genaamd FOC, of veldgeoriënteerde besturing, en de andere is gebaseerd op een oudere versie van commutaties genaamd trapeziumvormige besturing, zei Soundarapandian.
Klik voor een grotere afbeelding. (Bron: Texas Instruments)
Een van de grootste voordelen van het nieuwe portfolio is dat het de afstemmingstijd van weken tot minder dan 10 minuten verkort door middel van realtime controle en dynamische mogelijkheden, wat zich vertaalt in een snellere reactie van het systeem. Ook bijdragend aan de versnelde ontwerptijd zijn de mogelijkheden om zelf motorparameters te extraheren en de huidige regellus automatisch af te stemmen.
“Vanuit het oogpunt van akoestische prestaties hebben we hier veel functies in ingebouwd. Ik heb het over een aantal dingen, zoals automatische compensatie voor dode tijd en gewoon fundamenteel FOC zelf, "zei hij. “De manier waarop we deze motor pendelen en de manier waarop we hem besturen, heeft ons in het laboratorium laten zien dat we het geluid daadwerkelijk met een groot percentage kunnen verminderen. In dit specifieke voorbeeld hebben we het over 2 dBA in een van de stilste laptops die er zijn. Zelfs in de labomgeving, zonder overmatige afstemming, draaien deze motoren al op, in dit geval, ongeveer 16 tot 20 procent lager, maar we hebben IP in het lab dat dat kan terugbrengen tot 50 procent of zelfs meer.”
Tegelijkertijd kan de totale oplossingsgrootte tot 70% kleiner worden geïmplementeerd, voegde hij eraan toe.
"Het integratieniveau dat we hebben in de MCF8316, de ingebouwde intelligentie, de diagnostiek en de robuustheid, dit niveau van integratie is wat ons in staat stelt om dit soort grootteverbetering te krijgen."
Klik voor een grotere afbeelding. (Bron: Texas Instruments)
De MCF8316A en MCT8316A motordrivers
De MCF8316A sensorloze trapeziumvormige motordriver en MCT8316A sensorloze FOC-motordriver integreren drie gate-drivers en zes high- en low-side mosfets met elk 50 mΩ aan-toestandsweerstand (RDS(aan)), waardoor ze volgens TI de eerste BLDC-motordrivers zijn die tot 70 W vermogen met 8 A piekstroom mogelijk maken voor 12- en 24-V-systemen. Andere geïntegreerde componenten zijn onder meer een lage uitval regelaar, DC/DC step-down regelaar en stroomgevoelige versterkers, waardoor maar liefst 18 afzonderlijke geïntegreerde schakelingen worden geëlimineerd.
De MCT8316A-motordriver kan een maximale elektrische motorsnelheid van 3.5 kHz bereiken, wat sneller is dan elke andere codevrije, sensorloze motordriver, waardoor hij geschikt is voor toepassingen zoals robotstofzuigers die een snelle en nauwkeurige motorbesturing vereisen, zei TI.
Klik voor een grotere afbeelding. (Bron: Texas Instruments)
TI beweert ook dat beide apparaten de eerste zijn in de branche die een snelle en gecontroleerde manier bieden om een motor actief te vertragen, waardoor ingenieurs een motor 50 procent sneller kunnen stoppen dan traditionele motorbesturingstechnieken. Ze kunnen ook een motor stoppen zonder energie terug in de rail te pompen, wat het systeem tegen beschadiging beschermt.
"We hebben behoorlijk geavanceerde technieken ingebouwd om een zeer gecontroleerde vertraging uit te voeren die over het algemeen ongeveer 50 procent sneller is dan traditionele controletechnieken en we denken dat dit iets is dat in de toekomst zeer nuttig zal zijn voor ontwerpers", zei Soundarapandian.
De MCF8316A en MCT8316A BLDC-motordrivers bevatten een unieke set commutatiebesturingsalgoritmen die de noodzaak elimineren om motorbesturingssoftware te ontwikkelen en te kwalificeren, wat maanden aan ontwerptijd elimineert, aldus Soundarapandian. De algoritmen, in combinatie met hoge integratie, stellen deze motordrivers in staat om kritieke functies zoals motorfoutdetectie te beheren en beveiligingsmechanismen te implementeren om de systeembetrouwbaarheid te vergroten.
Bovendien gebruiken de motordrivers sensorloze technologie om de rotorpositie te bepalen, waardoor er geen externe Hall-sensoren nodig zijn, wat uiteindelijk de systeemkosten verlaagt en de betrouwbaarheid verder verhoogt.
Zoals opgemerkt door Soundarapandian, haalt de MCF8316A-motordriver op intelligente wijze motorparameters uit of extraheert hij zelf motorparameters, waardoor ontwerpers een motor snel kunnen afstemmen. Het helpt ook bij het leveren van consistente systeemprestaties, ongeacht variaties in de motorproductie. Bovendien kunnen ontwerpers een motor afstemmen met slechts vijf hardwarepinnen, wat de systemen vereenvoudigt door de noodzaak van een microcontrollerinterface te elimineren.
Beide BLDC-motordrivers bieden geavanceerde realtime regelmogelijkheden voor betere akoestische prestaties in toepassingen zoals luchtreinigers, koelkasten, wasmachines en ventilatoren. De MCF8316A bevat een nauwkeurige automatische dode-tijdcompensatietechniek die stroomvervorming compenseert om ingenieurs in staat te stellen de akoestische prestaties van de motor te optimaliseren, en variabele trapeziumvormige regeltechnieken die ontwerpers kunnen gebruiken om motorruis te verminderen.
Pre-productieversies van de MCF8316A en MCT8316A zijn exclusief verkrijgbaar op TI.com in een 40-pins, 5 × mm quad plat no-lead pakket. Prijzen beginnen bij $ 1.75 in hoeveelheden van 1,000. TI zal de MCF8316A en MCT8316A demonstreren tijdens de TI Live! Tech Exchange virtueel evenement, 27-29 september 2021.
over Texas Instruments