Lợi ích của động cơ DC (BLDC) không chổi than là rất rõ ràng và chúng được sử dụng trong nhiều ứng dụng trong xe cộ và các nơi khác. Tuy nhiên, mặc dù mạnh hơn, nhẹ hơn và hiệu quả hơn nhưng chúng vẫn đắt hơn và yêu cầu điều khiển phức tạp hơn so với động cơ DC có chổi than. Điều này có nghĩa là phải xem xét loại động cơ nào là thích hợp nhất cho từng ứng dụng trên xe. Nói chung, động cơ được sử dụng càng ít trong hành trình thì lợi ích của việc sử dụng động cơ DC có chổi than càng lớn.
Hình 1: Có nhiều ứng dụng cho động cơ trong ô tô hiện đại
Trong nhiều ứng dụng động cơ, một bộ vi điều khiển (MCU) trong ECU nhận các đầu vào điều khiển thông qua CAN hoặc LIN. Các tín hiệu này được chuyển đổi thành tín hiệu điều khiển động cơ được điều chế độ rộng xung (PWM) và được sử dụng để điều khiển công tắc nguồn (thường là mosfet thiết bị) điều khiển động cơ bằng cách sử dụng trình điều khiển cổng để tăng công suất. Các MOSFET được cấu hình như một cầu H cho phép động cơ quay theo cả hai hướng và với tín hiệu PWM, điều khiển tốc độ của rôto.
Với nhu cầu về các thiết kế nhỏ gọn và đáng tin cậy, cần có các phương pháp tiếp cận tích hợp. Tích hợp MCU và giai đoạn tiền trình điều khiển là một tùy chọn mặc dù phần mềm MCU cho MCU đã được kiểm tra và phê duyệt an toàn, do đó, nhu cầu chuyển và chứng nhận lại phần mềm ngăn cản cách tiếp cận này.
Một giải pháp thay thế là sử dụng trình điều khiển điều khiển động cơ (MCD) tích hợp trình điều khiển trước với cầu H. Điều này cung cấp mức độ tích hợp cao trong khi để lại cho các nhà thiết kế sự lựa chọn miễn phí về MCU và phần mềm liên quan.
Toshiba vừa giới thiệu TB9053FTG và TB9054FTG được xây dựng dựa trên di sản về điện tử ô tô từ những năm 1970. Các trình điều khiển động cơ DC kênh đôi này sử dụng BiCD mạnh mẽ công nghệ, kết hợp các tính năng tốt nhất của lưỡng cực, CMOS và DMOS. Mỗi thiết bị tích hợp hai cầu H của bộ chuyển mạch DMOS kênh N, trình điều khiển trước và một số tính năng chẩn đoán và điều khiển cho phép các OEM ô tô nhanh chóng xác định nguồn gốc của các lỗi chức năng.
Các thiết bị có thể hoạt động ở chế độ NHỎ, hỗ trợ một cặp động cơ 5 A hoặc chế độ LỚN, sử dụng hai kênh song song để điều khiển động cơ 10 A. Quy trình BiCD của Toshiba mang lại điện trở đường dẫn thấp chỉ 290 mΩ, do đó giảm thiểu nhu cầu sinh nhiệt và quản lý nhiệt. Việc tích hợp các tụ điện cho các máy bơm sạc trước trình điều khiển làm giảm thêm không gian và số lượng linh kiện bên ngoài. Thiết kế tiên tiến cho phép sử dụng chu kỳ nhiệm vụ lên đến 100%.
 |
| Hình 2: TB905xFTG có thể cung cấp tối đa 5 A cho mỗi kênh cho hai động cơ ở chế độ NHỎ hoặc lên đến 10 A ở chế độ LỚN cho một động cơ. |
Bốn nửa cầu tích hợp có đầu vào PWM riêng lẻ có thể được điều khiển ở tốc độ từ 1 kHz đến 20 kHz. Để hoạt động an toàn, việc chèn thời gian chết được xử lý trong phần cứng thiết bị, trong khi các chân khác hỗ trợ cấu hình thiết bị và bật / tắt.
Giao diện SPI có sẵn cung cấp nhiều tùy chọn cấu hình và quyền truy cập vào dữ liệu chẩn đoán, cũng như cho phép kết nối đa thiết bị để điều khiển một số động cơ. Có thể đặt ngưỡng quá dòng trong khoảng 4.6 A đến 6.5 A ở chế độ NHỎ hoặc 9.2 A và 13.0 ở chế độ LỚN.
Trình điều khiển động cơ có thể được vận hành duy nhất thông qua SPI sử dụng bộ dao động 16 MHz tích hợp và bộ điều khiển PWM, do đó giảm số lượng tín hiệu yêu cầu từ MCU. Một đầu ra xung nhịp MCU duy nhất cung cấp cơ sở thời gian và, nếu điều này không thành công, bộ dao động bên trong có thể cung cấp khả năng 'tự chế'.
 |
| Hình 3: Sử dụng giao diện SPI có thể giảm số lượng chân MCU cần thiết |
Do có dòng điện động cơ lớn nên việc đáp ứng các yêu cầu về khả năng tương thích điện từ (EMC) là một thách thức, vì vậy TB905xFTG cung cấp bảy tốc độ quay (1.09 đến 26.25 V / µs) để hỗ trợ việc này. Điện trở thấp giúp giảm thiểu sự sinh nhiệt. Bất kỳ nhiệt lượng nào được tạo ra đều được tiêu tán nhanh chóng thông qua bao bì tăng cường nhiệt của TB9053FTG trong đó bộ tản nhiệt tích hợp đạt được khả năng chịu nhiệt chỉ 0.67 ° C / W, nghĩa là PCB có thể cung cấp tản nhiệt cần thiết trong một số thiết kế nhất định. TB9054FTG nằm trong một gói VQFN vuông 6 mm với bước chân 0.5 mm và hai bên có thể làm ướt, làm cho thiết bị AEC-Q100 này trở nên lý tưởng để kiểm tra quang học tự động (AOI), được ngành công nghiệp ô tô ưa chuộng.
Tổng kết
Trong khi nhiều ứng dụng hiện nay sử dụng BLDC, một số ứng dụng ô tô sẽ tiếp tục sử dụng động cơ DC có chổi than vì lý do thiết kế phức tạp và chi phí. TB905xFTG của Toshiba sử dụng quy trình BiCD tiên tiến để cung cấp khả năng điều khiển động cơ tích hợp cao, có thể định cấu hình và hiệu quả. Các thiết bị đáp ứng các nhu cầu kiểm tra và chất lượng ô tô nghiêm ngặt trong khi vẫn giữ lại các MCU hiện có và phần mềm được chứng nhận mà chúng thực thi.