Преимущества бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC) очевидны, и они используются во многих приложениях в транспортных средствах и в других местах. Однако, будучи более мощными, легкими и более эффективными, они остаются более дорогими и требуют более сложного управления, чем щеточные двигатели постоянного тока. Это означает, что необходимо учитывать, какой тип двигателя наиболее подходит для каждого применения в транспортном средстве. В целом, чем меньше двигатель используется во время поездки, тем больше преимуществ от использования щеточного двигателя постоянного тока.
Рисунок 1: Моторы в современных автомобилях находят множество применений.
Во многих двигателях микроконтроллер (MCU) в ECU получает управляющие сигналы через CAN или LIN. Эти сигналы преобразуются в сигналы управления двигателем с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и используются для управления переключателями мощности (обычно МОП-транзисторы устройства), которые приводят в действие двигатель с помощью драйвера затвора для увеличения мощности. МОП-транзисторы сконфигурированы как H-мост, который позволяет двигателю вращаться в обоих направлениях и с помощью сигналов ШИМ управлять скоростью ротора.
При необходимости компактных и надежных конструкций требуются комплексные подходы. Интеграция MCU и стадии предварительного драйвера является вариантом, хотя программное обеспечение MCU для MCU протестировано и одобрено для обеспечения безопасности, поэтому необходимость переноса и повторной сертификации программного обеспечения исключает этот подход.
Альтернативой является использование драйвера управления двигателем (MCD), который объединяет предварительный драйвер с H-мостом. Это обеспечивает высокую степень интеграции, оставляя разработчикам свободный выбор микроконтроллера и сопутствующего программного обеспечения.
Недавно представленные Toshiba TB9053FTG и TB9054FTG основаны на наследии автомобильной электроники 1970-х годов. Эти двухканальные драйверы двигателей постоянного тока используют надежный BiCD. technology, сочетающий в себе лучшие характеристики биполярной, CMOS и DMOS. Каждое устройство включает в себя два H-моста N-канальных DMOS-переключателей, предварительные драйверы и несколько функций диагностики и управления, которые позволяют OEM-производителям автомобилей быстро обнаружить источник функциональных сбоев.
Устройства могут работать в МАЛЕНЬКОМ режиме, поддерживая пару двигателей на 5 А, или в БОЛЬШОМ режиме, используя два параллельных канала для управления двигателем на 10 А. Технология BiCD от Toshiba обеспечивает низкое сопротивление тракта, всего 290 мОм, что сводит к минимуму тепловыделение и потребности в управлении температурой. Интеграция конденсаторов для насосов заряда перед драйвером еще больше уменьшает количество внешних компонентов и пространство. Усовершенствованная конструкция позволяет использовать рабочие циклы до 100%.
 |
| Рисунок 2: TB905xFTG может выдавать до 5 А на канал для двух двигателей в МАЛЕНЬКОМ режиме или до 10 А в БОЛЬШОМ режиме для одного двигателя. |
Четыре интегрированных полумоста имеют индивидуальные входы ШИМ, которые могут управляться со скоростью от 1 кГц до 20 кГц. Для безопасной работы вставка мертвого времени обрабатывается аппаратным обеспечением устройства, в то время как другие контакты поддерживают конфигурацию устройства и включают / выключают.
Встроенный интерфейс SPI предоставляет несколько вариантов конфигурации и доступ к диагностическим данным, а также позволяет подключать несколько устройств в цепочку для управления несколькими двигателями. Порог перегрузки по току может быть установлен в пределах от 4.6 до 6.5 А в МАЛЕНЬКОМ режиме или от 9.2 до 13.0 в БОЛЬШОМ режиме.
Драйвером двигателя можно управлять исключительно через SPI с использованием встроенного генератора 16 МГц и ШИМ-контроллера, тем самым уменьшая количество сигналов, требуемых от MCU. Один тактовый выход микроконтроллера обеспечивает временную развертку, и в случае сбоя внутренний генератор может обеспечить «аварийный режим».
 |
| Рисунок 3: Использование интерфейса SPI может уменьшить количество требуемых выводов MCU |
Поскольку двигатель имеет большие токи, соблюдение требований электромагнитной совместимости (ЭМС) является сложной задачей, поэтому TB905xFTG предлагает семь скоростей нарастания напряжения (от 1.09 до 26.25 В / мкс), чтобы помочь в этом. Низкое сопротивление при включении сводит к минимуму тепловыделение. Любое выделяемое тепло быстро рассеивается через термически усиленный корпус TB9053FTG, в котором встроенный радиатор обеспечивает тепловое сопротивление всего 0.67 ° C / Вт, что означает, что печатная плата может обеспечить необходимый радиатор в определенных конструкциях. TB9054FTG находится в квадратном корпусе VQFN размером 6 мм с шагом выводов 0.5 мм и смачиваемыми боковыми сторонами, что делает это устройство AEC-Q100 идеальным для автоматизированного оптического контроля (AOI), предпочитаемого автомобильной промышленностью.
Обзор
Хотя во многих приложениях сейчас используются BLDC, в ряде автомобильных приложений будут по-прежнему использоваться щеточные электродвигатели постоянного тока из-за сложности конструкции и стоимости. TB905xFTG от Toshiba использует усовершенствованный процесс BiCD для обеспечения высокоинтегрированного управления двигателем, которое можно настраивать и эффективно. Устройства соответствуют строгим требованиям автомобильного качества и инспекции, сохраняя при этом существующие микроконтроллеры и сертифицированное программное обеспечение, которое они выполняют.