Este artigo apresenta três métodos que podem acelerar o projeto de sistemas de motores BLDC, ao mesmo tempo que fornecem soluções de economia de energia mais inteligentes e compactas.
O mundo está a trabalhar arduamente para reduzir o consumo de energia e o impulso está a tornar-se cada vez mais forte. Muitos países/regiões exigem que os eletrodomésticos (conforme mostrado na Figura 1) atendam aos padrões de eficiência estabelecidos por organizações relevantes, como o Instituto Nacional de Normalização da China (CNIS), a Energy Star dos EUA e os Blue Angels alemães.
Para atender a esses padrões, cada vez mais projetistas de sistemas abandonaram motores de indução CA monofásicos simples e fáceis de usar em seus projetos e, em vez disso, usaram motores de indução CA monofásicos mais eficientes em termos energéticos e de baixa potência.Voltagem motores DC sem escova (BLDC). A fim de alcançar uma vida útil mais longa e reduzir o ruído operacional, os projetistas de pequenos eletrodomésticos, como robôs de varredura, também recorreram a motores BLDC mais avançados em muitos de seus sistemas. Ao mesmo tempo, o progresso do ímã permanente tecnologia está simplificando continuamente a fabricação de motores BLDC, reduzindo o tamanho do sistema e ao mesmo tempo fornecendo o mesmo torque (carga), o que também pode melhorar a eficiência e reduzir o ruído do sistema.
Figura 1: Eletrodomésticos comuns
Projetar um sistema usando motores BLDC é desafiador porque hardware complexo e design de software otimizado são geralmente necessários para fornecer controle confiável em tempo real. Uma opção para acelerar o ciclo de projeto é usar módulos de motor BLDC fornecidos por fornecedores profissionais, mas esses módulos não são otimizados para as necessidades de um sistema específico.
Portanto, para construir um sistema otimizado de alto desempenho para atender aos requisitos específicos da aplicação, ainda é necessário ter um conhecimento profundo do projeto e controle do motor, mesmo quando se utiliza módulos. Neste artigo, apresentarei três métodos que podem acelerar o projeto de sistemas de motores BLDC e, ao mesmo tempo, fornecer soluções de economia de energia mais inteligentes e compactas.
Método 1: não há necessidade de programar o controle sem sensor
O driver do motor sem programação inclui um algoritmo de comutação de controle integrado, portanto, não há necessidade de desenvolvimento, manutenção e certificação do software de controle do motor. Esses drivers de motor geralmente obtêm feedback do motor (como sinais Hall ou tensão de fase do motor e sinais de corrente), calculam equações de controle complexas em tempo real para determinar o próximo estado de acionamento do motor e são drivers de porta ou óxido de metal Semicondutores transistores de efeito de campo ( mosfet) e outros componentes front-end analógicos fornecem sinais de modulação de largura de pulso (conforme mostrado na Figura 2).
Figura 2: Sistema de motor BLDC sem sensor típico
Ao usar um driver de motor com função de controle sem sensor integrado (como o driver de motor MCF8316A com função de controle orientado a campo (FOC)) para controle em tempo real, não há necessidade de um efeito Hall sensor no motor, o que pode melhorar a confiabilidade do sistema e reduzir o custo total do sistema. O driver do motor sem programação também pode gerenciar funções importantes (como detecção de falhas do motor) e implementar mecanismos de proteção para tornar o projeto geral do sistema mais confiável.
Esses dispositivos podem ser acompanhados por algoritmos de controle pré-certificados implementados por agências de certificação como a Underwriters Laboratories, permitindo que os fabricantes de equipamentos originais reduzam o tempo de projeto de seus eletrodomésticos.
Método 2: Use a função de controle inteligente do motor para ajustar facilmente o motor
Os requisitos dos parâmetros de desempenho do sistema (como velocidade, eficiência e ruído) são difíceis de resolver ajustando o motor BLDC. Este problema pode ser resolvido desenvolvendo um algoritmo de controle trapezoidal sem sensor, no qual a comutação é determinada pela tensão back-EMF do motor, de forma que a operação de ajuste não seja limitada pelos parâmetros do motor.
O driver de motor integrado (como MCT8316A) que integra a função de controle trapezoidal sem sensor pode fornecer desempenho otimizado do sistema sem a necessidade de usar uma interface complicada para conectar ao microcontrolador. Além disso, observe que durante o processo de ajuste do motor, o driver do motor integrado fornecerá sinais de feedback, como tensão de fase do motor, corrente e velocidade do motor exibidas no osciloscópio.
No algoritmo FOC sensorless, devido à integração de tecnologia de controle avançada, o ajuste do motor pode ser significativamente acelerado, por exemplo, medindo os parâmetros do motor por si só ou realizando automaticamente o ajuste da malha de controle.
A interface gráfica do usuário (GUI) de ajuste guiado fornece opções padrão de inicialização do motor (conforme mostrado na Figura 3), o que ajuda a concluir suavemente o processo de ajuste e girar o motor o mais rápido possível. Os drivers de motor que não requerem programação (como MCF8316A para FOC e MCT8316A para controle trapezoidal) incluem múltiplas opções configuráveis para partida do motor e operações de malha fechada e parada do motor. Com estas opções, o desempenho do motor pode ser otimizado em poucos minutos, encurtando significativamente o ciclo de projeto.
Figura 3: GUI de ajuste guiado
Método 3: Reduza o tamanho
Para muitos projetistas de sistemas, o trabalho de construção do hardware do sistema BLDC é muito difícil. Um sistema típico requer drivers de portão, mosfet, amplificadores de detecção de corrente, comparadores de detecção de voltagem e conversores analógico-digital. A maioria dos sistemas requer uma arquitetura de energia dedicada (incluindo dispositivos como reguladores de baixa queda ou reguladores DC / DC buck) para alimentar todos os componentes da placa. O drive BLDC integrado combina todos esses componentes para fornecer uma solução compacta, mas fácil de usar, conforme mostrado na Figura 4.
Figura 4: Solução de motor BLDC totalmente integrada
Os drivers de motor com funções de controle integradas incluem funções de proteção, como proteção contra sobrecorrente e sobretensão para MOSFETs e monitoramento de temperatura, permitindo que os projetistas forneçam facilmente soluções poderosas.
Para aplicações de motores com consumo de energia inferior a 70 W, como robôs de varredura, ventiladores de teto domésticos ou bombas usadas em máquinas de lavar, dispositivos com MOSFETs integrados podem ser selecionados para reduzir ainda mais o espaço de layout. Os dispositivos MCF8316A e MCT8316A suportam corrente de pico de até 8A em aplicações de 24V. Para aplicações de alta potência, MOSFETs de potência podem ser colocados na placa para integrar o gate driver e as funções de controle do motor em um único chip.
Os conceitos discutidos neste artigo ajudam a acelerar o ciclo de projeto do sistema enquanto fornecem um sistema de motor BLDC menor e mais inteligente. Com a ajuda de MCF8316A e MCT8316A, que não requerem programação e drivers de motor BLDC sem sensores, um sistema de controle em tempo real otimizado de alto desempenho pode ser projetado rapidamente. Esses dispositivos podem fornecer até 70 W de energia para aplicações de 24 V. Com tecnologia de controle inteligente integrada, esses dois motores são fáceis de ajustar e podem ser usados para obter soluções de sistema confiáveis e de alto desempenho. Eles são ideais para construir o próximo sistema de economia de energia de baixa tensão baseado em BLDC.
Este artigo apresenta três métodos que podem acelerar o projeto de sistemas de motores BLDC, ao mesmo tempo que fornecem soluções de economia de energia mais inteligentes e compactas.
O mundo está a trabalhar arduamente para reduzir o consumo de energia e o impulso está a tornar-se cada vez mais forte. Muitos países/regiões exigem que os eletrodomésticos (conforme mostrado na Figura 1) atendam aos padrões de eficiência estabelecidos por organizações relevantes, como o Instituto Nacional de Normalização da China (CNIS), a Energy Star dos EUA e os Blue Angels alemães.
Para atender a esses padrões, cada vez mais projetistas de sistemas abandonaram motores de indução CA monofásicos simples e fáceis de usar em seus projetos e, em vez disso, usaram motores CC sem escovas de baixa tensão (BLDC) mais eficientes em termos energéticos. A fim de alcançar uma vida útil mais longa e reduzir o ruído operacional, os projetistas de pequenos eletrodomésticos, como robôs de varredura, também recorreram a motores BLDC mais avançados em muitos de seus sistemas.
Ao mesmo tempo, o progresso da tecnologia de ímã permanente simplifica continuamente a fabricação de motores BLDC, reduzindo o tamanho do sistema e ao mesmo tempo fornecendo o mesmo torque (carga), o que também pode melhorar a eficiência e reduzir o ruído do sistema.
Figura 1: Eletrodomésticos comuns
Projetar um sistema usando motores BLDC é desafiador porque hardware complexo e design de software otimizado são geralmente necessários para fornecer controle confiável em tempo real. Uma opção para acelerar o ciclo de projeto é usar módulos de motor BLDC fornecidos por fornecedores profissionais, mas esses módulos não são otimizados para as necessidades de um sistema específico. Portanto, para construir um sistema otimizado de alto desempenho para atender aos requisitos específicos da aplicação, ainda é necessário ter um conhecimento profundo do projeto e controle do motor, mesmo com módulos. Neste artigo, apresentarei três métodos que podem acelerar o projeto de sistemas de motor BLDC, ao mesmo tempo que fornecem soluções de economia de energia mais inteligentes e compactas.
Método 1: não há necessidade de programar o controle sem sensor
O driver do motor sem programação inclui um algoritmo de comutação de controle integrado, portanto, não há necessidade de desenvolvimento, manutenção e certificação do software de controle do motor. Esses drivers de motor geralmente obtêm feedback do motor (como sinais Hall ou tensão de fase do motor e sinais de corrente), calculam equações de controle complexas em tempo real para determinar o próximo estado de acionamento do motor e são drivers de porta ou óxido de metal Semicondutor transistores de efeito de campo ( MOSFET) e outros componentes front-end analógicos fornecem sinais de modulação de largura de pulso (conforme mostrado na Figura 2).
Figura 2: Sistema de motor BLDC sem sensor típico
Ao usar um driver de motor com função de controle sem sensor integrada (como o driver de motor MCF8316A com função de controle orientado a campo (FOC)) para controle em tempo real, não há necessidade de um sensor de efeito Hall no motor, o que pode melhorar o sistema confiabilidade e reduzir o custo total do sistema.
O driver do motor sem programação também pode gerenciar funções importantes (como detecção de falhas do motor) e implementar mecanismos de proteção para tornar o projeto geral do sistema mais confiável. Esses dispositivos podem ser acompanhados por algoritmos de controle pré-certificados implementados por agências de certificação como a Underwriters Laboratories, permitindo que os fabricantes de equipamentos originais reduzam o tempo de projeto de seus eletrodomésticos.
Método 2: Use a função de controle inteligente do motor para ajustar facilmente o motor
Os requisitos dos parâmetros de desempenho do sistema (como velocidade, eficiência e ruído) são difíceis de resolver ajustando o motor BLDC. Este problema pode ser resolvido desenvolvendo um algoritmo de controle trapezoidal sem sensor, no qual a comutação é determinada pela tensão back-EMF do motor, de forma que a operação de ajuste não seja limitada pelos parâmetros do motor.
O driver de motor integrado (como MCT8316A) que integra a função de controle trapezoidal sem sensor pode fornecer desempenho otimizado do sistema sem a necessidade de usar uma interface complicada para conectar ao microcontrolador. Além disso, observe que durante o processo de ajuste do motor, o driver do motor integrado fornecerá sinais de feedback, como tensão de fase do motor, corrente e velocidade do motor exibidas no osciloscópio.
No algoritmo FOC sensorless, devido à integração de tecnologia de controle avançada, o ajuste do motor pode ser significativamente acelerado, por exemplo, medindo os parâmetros do motor por si só ou realizando automaticamente o ajuste da malha de controle.
A interface gráfica do usuário (GUI) de ajuste guiado fornece opções padrão de inicialização do motor (conforme mostrado na Figura 3), o que ajuda a concluir suavemente o processo de ajuste e girar o motor o mais rápido possível. Os drivers de motor que não requerem programação (como MCF8316A para FOC e MCT8316A para controle trapezoidal) incluem múltiplas opções configuráveis para partida do motor e operações de malha fechada e parada do motor. Com estas opções, o desempenho do motor pode ser otimizado em poucos minutos, encurtando significativamente o ciclo de projeto.
Figura 3: GUI de ajuste guiado
Método 3: Reduza o tamanho
Para muitos projetistas de sistemas, o trabalho de construção do hardware do sistema BLDC é muito difícil. Um sistema típico requer gate drivers, MOSFETs, amplificadores de detecção de corrente, comparadores de detecção de tensão e conversores analógico-digital. A maioria dos sistemas requer uma arquitetura de energia dedicada (incluindo dispositivos como reguladores de baixa queda ou reguladores DC / DC buck) para alimentar todos os componentes da placa. O drive BLDC integrado combina todos esses componentes para fornecer uma solução compacta, mas fácil de usar, conforme mostrado na Figura 4.
Figura 4: Solução de motor BLDC totalmente integrada
Drivers de motor com funções de controle integradas incluem funções de proteção, como proteção contra sobrecorrente e sobretensão para MOSFETs e monitoramento de temperatura, permitindo que os projetistas forneçam facilmente soluções poderosas. Para aplicações de motor com consumo de energia inferior a 70W, como robôs de varredura, ventiladores de teto domésticos ou bombas usadas em máquinas de lavar, dispositivos com MOSFETs integrados podem ser selecionados para reduzir ainda mais o espaço do layout. Os dispositivos MCF8316A e MCT8316A suportam até 8A de pico de corrente em aplicações de 24V. Para aplicações de alta potência, os MOSFETs de potência podem ser colocados na placa para integrar o driver do portão e as funções de controle do motor em um único chip.
Os conceitos discutidos neste artigo ajudam a acelerar o ciclo de projeto do sistema enquanto fornecem um sistema de motor BLDC menor e mais inteligente. Com a ajuda de MCF8316A e MCT8316A, que não requerem programação e drivers de motor BLDC sem sensores, um sistema de controle em tempo real otimizado de alto desempenho pode ser projetado rapidamente. Esses dispositivos podem fornecer até 70 W de energia para aplicações de 24 V. Com tecnologia de controle inteligente integrada, esses dois motores são fáceis de ajustar e podem ser usados para obter soluções de sistema confiáveis e de alto desempenho. Eles são ideais para construir o próximo sistema de economia de energia de baixa tensão baseado em BLDC.