Strategia yksinkertaistaa kolmivaiheisia BLDC-moottorin ohjaus- ja käyttöjärjestelmiä
Erittäin integroidut puolijohdetuotteet eivät ole vain kuluttajatuotteiden trendi vaan myös vähitellen tunkeutuvat moottorinohjaussovelluksiin. Samaan aikaan harjaton DC (BLDC) -moottorit näyttävät samalta vauhtia monilta markkinoilta, kuten auto- ja lääketieteellisiltä sovelluksilta, ja niiden markkinaosuus ylittää asteittain muiden moottoreiden. BLDC-moottoreiden kasvavan kysynnän ja siihen liittyvän moottoritekniikan kypsyyden vuoksi BLDC-moottorinohjausjärjestelmien kehitysstrategia on kehittynyt erillispiireistä kolmeen eri luokkaan. Nämä kolme päätyyppistä ratkaisua jaetaan System-on-chip (SoC), sovelluskohtaisiin vakiotuotteisiin (ASSP) ja kahden sirun ratkaisuihin.
Nämä kolme pääratkaisua suosivat yhä enemmän moottorijärjestelmien suunnittelijat, koska ne vähentävät sovelluksen vaatimien komponenttien lukumäärää ja vähentävät suunnittelun monimutkaisuutta. Jokaisella strategialla on kuitenkin omat vahvuutensa ja heikkoutensa. Tässä artikkelissa käsitellään näitä kolmea vaihtoehtoa ja miten niitä voidaan vaihtaa suunnittelun integroinnin ja joustavuuden välillä.
Perusmoottorijärjestelmä koostuu kolmesta päämoduulista: virtalähteestä, moottorikäytöstä ja ohjausyksiköstä. Kuva 1 esittää perinteisen erillisen moottorijärjestelmän suunnittelua. Moottorijärjestelmissä on tyypillisesti yksinkertainen RISC-prosessori, jossa on integroitu salama, joka ohjaa ulkoista MOSFETä ohjaamalla portin ohjainta. Prosessori voi myös ohjata moottoria suoraan integroidulla MOSFET- ja jännitesäätimellä, joka ohjaa prosessoria ja ohjainta.
SoC-moottoriohjain integroi kaikki edellä mainitut moduulit ja on ohjelmoitavissa monenlaisille sovelluksille. Lisäksi se on ihanteellinen sovelluksille, jotka edellyttävät tilaa optimointia tilien rajoitusten vuoksi. Sen alhaista suoritustasoa ja rajoitettua sisäistä muistitilaa ei kuitenkaan voida soveltaa moottorijärjestelmiin, jotka tarvitsevat edistynyttä valvontaa. Toinen SoC-moottorin ohjainliitäntöjen toinen haitta on rajalliset kehitystyökalut, kuten kiinteän ohjelmistokehitysympäristön puuttuminen. Tämä on äärimmäisen ristiriidassa sen tosiasian kanssa, että useimmat alan johtavista mikro-toimittajista tarjoavat laajan valikoiman helppokäyttöisiä työkaluja.
ASSP-moottoriohjat on suunniteltu tietylle alueelle, ja kaikki on optimoitu kapeaan sovellukseen. Se vie hyvin vähän tilaa eikä vaadi ohjelmistoversioita. Lisäksi se sopii erinomaisesti avaruudellisiin sovelluksiin. Kuva 2 esittää 10-nastaisen DFN-tuulettimen moottoriohjaimen lohkokaavion. Koska ASSP-moottoriasemat keskittyvät usein suuren volyymin tuotesovelluksiin, niillä on usein erinomainen hinta / suorituskyky. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että ASSP-asemilla toimivien moottoreiden on uhrata suorituskyky. Esimerkiksi useimmat nykyaikaiset ASSP-moottorikäyttöiset asemat voivat ajaa BLDC-moottoreita anturilla ja sinimuotoisilla algoritmeilla, jotka aiemmin tarvitsivat korkean suorituskyvyn mikrokontrollereita. ASSP-tuotteilla ei kuitenkaan ole ohjelmoitavuutta eivätkä sopeuta asemavahvuutta, mikä rajoittaa niiden kykyä sopeutua muuttuviin markkinoiden vaatimuksiin.
Vaikka suuri integraatio on tärkeä trendi nykypäivän elektroniikassa, on edelleen kasvava kysyntä dual-chip-ratkaisuille, joissa on runsaasti analogisia ohjaimia ja älykkäitä analogisia mikro-ohjaimia. Kahden sirun strategia antaa suunnittelijoille mahdollisuuden valita monista mikrokontrollereista, jotka tukevat sensorikommutointia tai sensoritonta kommutointia trapetsoidisella tai sinimuotoisella käyttötekniikalla. Tätä ratkaisua käytettäessä tukevan ohjainpiirin valinta on ratkaisevan tärkeää. Ihanteellisella sirukortilla pitäisi olla ainakin seuraavat ominaisuudet:
Tehokas, säädettävä säädin, joka vähentää virrankulutusta ja kaikentyyppisiä mikro-ohjaimia
Seurantatoiminnot ja taustakuviointimoduulit varmistaakseen turvallisen moottorin toiminnan ja mahdollistavat kaksisuuntaisen tiedonsiirron isännän ja taajuusmuuttajan välillä
Valinnaiset parametrit, jotka optimoivat suorituskyvyn ilman lisätyötä
Nimellisteho MOSFET- tai BLDC-moottoreille
Yleensä SoC- ja ASSP-moottoriohjaimilla moottorijärjestelmien suunnittelijat käyttävät paitsi pienimpiä komponentteja, mutta myös heikosti joustavia. Tällaisilla erittäin integroiduilla ratkaisuilla on kuitenkin erilaisia rajoituksia, kuten kiinteitä toimintoja, rajoitettua tallennuskapasiteettia ja käsittelytehoa. Taulukossa 1 verrataan edellä kuvattuja kolmea tärkeintä BLDC-moottorin ohjausstrategiaa.
Verrattaessa erillisiin malleihin modernia moottorinohjaus- ja käyttöratkaisut vähentävät pelkästään materiaalinlaskua, mutta vähentävät myös järjestelmän kehitysaikaa samalla, kun sillä ei ole vaikutusta valittuihin BLDC-moottoreihin optimoituihin rakennusjärjestelmiin. Puolijohdevalmistajien laitteisto- ja laiteohjelmistomallit ja kirjastot voivat vähentää dramaattisesti kehitysaikaa ja nopeuttaa kehittyneiden moottorinohjaus- ja käyttökonseptien aikaa markkinoilla.
