Strategija za pojednostavljivanje trofaznih BLDC motora i upravljačkih sistema motora
Visoko integrisani poluprovodnički proizvodi nisu samo trend potrošačkih proizvoda, već i postepeno prodire u aplikacije za kontrolu motora. Istovremeno, motori bez četkica (BLDC) takođe pokazuju isti uticaj na mnogim tržištima, kao što su automobilske i medicinske aplikacije, a njihov tržišni udeo postepeno prevazilazi nivo drugih tipova motora. Uz rastuću potražnju za motore BLDC i zrelost povezanih motoričkih tehnologija, razvojna strategija za sisteme upravljanja BLDC motora razvila se iz diskretnih kola na tri različite kategorije. Ova tri glavna tipa rešenja podeljena su na sistem-on-a-čip (SoC), standardne proizvode specifične za aplikaciju (ASSP) i rešenja sa dva čipa.
Ova tri glavna rešenja sve više favorizuju inženjeri dizajna motora, jer smanjuju broj komponenti potrebnih za aplikaciju i smanjuju složenost dizajna. Međutim, svaka strategija ima svoje prednosti i slabosti. Ovaj članak će razmotriti ove tri opcije i kako se mogu trgovati između integracije dizajna i fleksibilnosti.
Osnovni sistem motora sastoji se od tri glavna modula: napajanja, pogonskog motora i upravljačke jedinice. Slika 1 prikazuje dizajn tradicionalnog diskretnog sistema motora. Motorni sistemi obično uključuju jednostavan RISC procesor sa integrisanim blicom koji upravlja spoljnim MOSFET-om kontrolom upravljačkog pogona. Procesor može takođe direktno pokretati motor preko integrisanog MOSFET-a i regulatora napona koji upravlja procesorom i vozačem.
Motorni pogon SoC integriše sve navedene module i može se programirati za širok spektar aplikacija. Pored toga, idealan je za aplikacije koje zahtevaju prostorsku optimizaciju zbog ograničenja prostora. Međutim, njene niske performanse obrade i ograničeni interni memorijski prostor ne mogu se primijeniti na motorne sisteme koji zahtijevaju naprednu kontrolu. Još jedan nedostatak IC upravljačkih programa za motorne motore je ograničeni alati za razvoj, kao što je nedostatak razvojnog okruženja za firmver. Ovo je u potpunom kontrastu sa činjenicom da većina vodećih proizvođača mikrokontrolera u industriji nudi širok spektar jednostavnih alata.
Motorni pogoni ASSP su dizajnirani za određeno područje i sve je optimizirano za usku aplikaciju. Zauzima malo prostora i ne zahteva nikakvo podešavanje softvera. Pored toga, idealan je za aplikacije koje ograničavaju prostor. Slika 2 prikazuje blok dijagram 10-pinnog DFN ventilatora motora. Pošto su ASSP motorni pogoni često fokusirani na aplikacije velikog obima proizvodnje, oni često imaju odlične cijene i performanse. Međutim, to ne znači da motori koji rade na ASSP pogonima moraju žrtvovati performanse. Na primjer, najsavremeniji ASSP motorni pogoni mogu voziti BLDC motore s senzornim i sinusoidalnim algoritmima, koji su u prošlosti zahtijevali mikrokontrolere visokih performansi. Međutim, ASSP proizvodi nemaju programabilnost i ne prilagođavaju snagu pogona, što ograničava njihovu sposobnost prilagođavanja promenljivim zahtjevima tržišta.
Iako je velika integracija glavni trend u današnjoj elektronici, i dalje postoji sve veća potražnja za dvostrukom čipom sa bogatim analognim drajverima i inteligentnim analognim mikrokontrolerima. Strategija sa dva čipa omogućava dizajnerima da izaberu iz različitih mikrokontrolera kako bi podržali senzornu komutaciju ili komutaciju bez senzora sa trapezoidnom ili sinusoidalnom tehnologijom. Prilikom korišćenja ovog rešenja, odlučujući izbor upravljačkog čipa je od ključnog značaja. Idealni prateći čip treba da sadrži najmanje sledeće karakteristike:
Efikasan, podesivi regulator za smanjenje potrošnje energije i napajanje svih vrsta mikrokontrolera
Moduli za nadgledanje i pozadinu za osiguranje sigurnog rada motora i omogućavaju dvosmernu komunikaciju između hosta i uređaja
Opcioni parametri koji optimiziraju performanse bez potrebe za dodatnim programskim naporom
Nominalni upravljački pogon za MOSFET ili BLDC motore
Generalno, sa motornim pogonima SoC i ASSP, dizajneri motora ne samo da koriste najmanju komponentu, već imaju i umerenu fleksibilnost. Međutim, takva visoko integrisana rešenja imaju različita ograničenja, kao što su fiksna funkcionalnost, ograničeni kapacitet za skladištenje i procesna snaga. Tabela 1 upoređuje tri glavne strategije upravljanja BLDC motora opisane gore.
U poređenju sa diskretnim dizajnom, savremena rešenja za upravljanje motorima i pogonima ne samo da smanjuju račun materijala, već i da smanjuju vreme razvoja sistema, a bez uticaja na izgradnju sistema optimizovanih za odabrane BLDC motore. Referentni dizajn hardvera i firmvera i proizvođača poluprovodnika mogu dramatično smanjiti vrijeme razvoja i ubrzati vrijeme na tržište za napredne koncepte kontrole motora i pogona.
