Este versátil controlador de motor sem escova (BLDC) IC é caracterizado para controlar qualquer sensor de efeito Hall de alta tensão e alta corrente, equipado com motor BLDC trifásico com extrema precisão e segurança. Vamos aprender os detalhes em profundidade.
Usando o IC MC33035
O 'herói' do circuito é o controlador de chip único MC33035, que é um módulo IC de segunda geração de alto desempenho, apresentando todas as funções ativas necessárias para executar a maioria dos BLDC de alta corrente, alta tensão, trifásico ou 4 fases motores com configuração em malha aberta ou em malha fechada.
O IC é equipado com um decodificador de posição do rotor para permitir um sequenciamento de comutação preciso, referência compensada por temperatura para facilitar a tensão correta do sensor, um oscilador dente de serra de frequência programável, três estágios de driver do lado alto de coletor aberto embutido e três totem-pólo de alta corrente drivers de lado inferior, projetados especificamente para operar um estágio de controlador de motor mosfet de alta potência em ponte H trifásica.
O chip também é reforçado internamente com recursos de proteção de ponta e estágios de controle infalíveis, como bloqueio de subtensão, limitação de corrente ciclo a ciclo por meio de uma opção de desligamento por retardo ajustável, desligamento interno de alta temperatura do IC e um pinagem de saída de falha que pode ter interface com um MCU para um processamento avançado preferido e feedback.
As funções típicas que podem ser executadas com este IC são, controle de velocidade de malha aberta, controle de direção reversa para frente, 'habilitar funcionamento', um recurso de freio dinâmico de emergência.
O IC é projetado para trabalhar com sensores de motor com fases de 60 a 300 graus ou 120 a 240 graus, como bônus o IC pode ser usado também para controlar os motores tradicionais com escovas.
Como funciona o IC
O MC33035 está entre vários controladores de motor DC sem escova monolíticos de alta eficiência criados por Motorola .
Ele é composto apenas dos recursos necessários para instigar um sistema de controle de motor trifásico, de malha aberta, com recursos completos.
Além disso, o controlador pode ser realizado para controlar motores de escova DC. Projetado com tecnologia Bipolar Analog, ele apresenta um nível superior de eficiência e durabilidade em ambientes industrializados implacáveis.
O MC33035 carrega um decodificador de posição de rotor para sequenciamento de comutação preciso, uma referência de ambiente reembolsada competente em fornecer uma energia de sensor, um oscilador dente de serra programável de frequência, um amplificador de erro totalmente acessível, um comparador de modulador de largura de pulso, 3 saídas de unidade superior de coletor aberto e 3 saídas de driver inferior de totem de alta corrente apenas certas para MOSFETs de potência operacional.
Integrados ao MC33035 estão recursos de blindagem que incluem bloqueio de subtensão, limitação de corrente ciclo a ciclo com um modo de desligamento travado com retardo de tempo selecionável, desligamento térmico embutido, juntamente com uma saída de falha exclusiva que será convenientemente conectada a um controlador de microprocessador.
Os atributos padrão de controle do motor incorporam controle de velocidade de malha aberta, rotação para frente ou reversa, habilitação de funcionamento e frenagem dinâmica. Além disso, o MC33035 tem um pino de seleção de 60 ° / 120 ° que configura o decodificador de situação do rotor para entradas de fase elétrica do sensor de 60 ° ou 120 °.
Funções PIN OUT:
Pino 1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Estas são as três saídas superiores da unidade do IC especificadas para operar os dispositivos de alimentação configurados externamente, como BJTs. Essas pinagens são configuradas internamente como modo de coletor aberto.
Pino # 3 (Fwd, Rev) = Esta pinagem deve ser usada para controlar a direção de rotação do motor.
Pino # 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Estas são 3 saídas de sensor do IC atribuídas para comandar a sequência de controle do motor.
Pino nº 7 (habilitação de saída) = Este pino do IC é atribuído para habilitar a operação do motor desde que uma lógica alta seja mantida aqui, enquanto uma lógica baixa é para habilitar uma parada do motor por inércia.
Pino # 8 (saída de referência) = Este pino é habilitado com uma corrente de alimentação para carregar o capacitor de temporização do oscilador Ct, bem como fornecer um nível de referência para o amplificador de erro. Também pode ser usado para fornecer energia aos CIs do sensor de efeito Hall do motor.
Pino # 9 (entrada não inversora de detecção de corrente) : O sinal de saída de 100mV pode ser obtido a partir desta pinagem com referência ao pino # 15 e é usado para cancelar a condução do interruptor de saída durante um ciclo de oscilador especificado. Esta pinagem normalmente se conecta com o lado superior do resistor de detecção de corrente.
Pino # 10 (oscilador) : Esta pinagem determina a frequência do oscilador para o IC com a ajuda da rede RC Rt e Ct.
Pino nº 11 (entrada não inversora do amplificador de erro) : Esta pinagem é usada com o potenciômetro de controle de velocidade.
Pino # 12 (entrada inversora do amplificador com erro) : Este pino é conectado internamente com a saída do amplificador de erro mencionada acima para habilitar os aplicativos de loop aberto .
Pino # 13 (saída do amplificador de erro / entrada PWM) : A função desta pinagem é fornecer compensação durante as aplicações de malha fechada.
Pino # 14 (saída de falha) : Esta saída do indicador de falha pode se tornar uma lógica ativa baixa durante algumas condições críticas, tais como: Código de entrada inválido para o sensor, habilitar pinagem alimentada com uma lógica zero, pinagem de entrada de detecção de corrente ficando maior que 100mV (@ pin9 com referência ao pino 15) , acionamento do bloqueio de subtensão ou uma situação de desligamento térmico).
Pino # 15 (entrada de inversão de detecção de corrente) : Este pino é definido para fornecer o nível de referência para o limite interno de 100mV e pode ser visto conectado com o resistor sensor de corrente lateral inferior.
Pin # 16 (GND) : Este é o pino de aterramento do IC e é designado para fornecer o sinal de aterramento ao circuito de controle e deve ser referenciado de volta ao aterramento da fonte de alimentação.
Pin # 17: (Vcc) : Este é o pino positivo da alimentação especificado para fornecer a tensão positiva ao circuito de controle do IC. A faixa mínima de operação deste pino é de 10V e a máxima de 30V.
Pin#18 (Vc) : Esta pinagem define o estado alto (Voh) para as saídas inferiores do inversor por meio da potência atribuída a este pino. O estágio funciona na faixa de 10 a 30V.
Pino # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Essas três pinagens são organizadas internamente na forma de saídas de totem e são atribuídas para acionar os dispositivos de potência de saída do inversor inferior.
Pino # 22 (60 D, seleção de mudança de fase 120D) : O status atribuído a esta pinagem configura a operação do circuito de controle com os sensores de efeito Hall para entradas de ângulo de fase de 60 graus (lógica alta) ou 120 graus (lógica baixa).
Pino # 23 (freio) : Uma lógica baixa nesta pinagem permitirá que o motor BLDC funcione suavemente, enquanto uma lógica alta parará instantaneamente a operação do motor por meio de uma desaceleração rápida.
DESCRIÇÃO FUNCIONAL
Um diagrama de bloco interno representativo é demonstrado na figura acima. Um discurso sobre os benefícios e o funcionamento de cada um dos blocos centrais enumerados a seguir.
Decodificador de posição do rotor
Um decodificador de posição do rotor interno mede as 3 entradas do sensor (pinos 4, 5, 6) para renderizar a sequência correta das pinagens de acionamento superior e inferior. As entradas do sensor são fabricadas para fazer interface direta com interruptores de efeito Hall do tipo coletor aberto ou acopladores opto-fenda.
Resistores pull-up embutidos são classificados para reduzir a quantidade necessária de peças externas. As entradas são compatíveis com TTL, com seus limites caracteristicamente em 2,2 V.
A linha MC33035 de CIs destina-se a controlar motores trifásicos e operar com 4 das convenções mais populares de faseamento de sensor. Uma seleção de 60 ° / 120 ° (pino 22) é fornecida de forma conveniente e fornece o MC33035 para configurar por conta própria para regular motores com 60 °, 120 °, 240 ° ou 300 ° de faseamento de sensor elétrico.
Com 3 entradas de sensor, você descobrirá 8 possíveis formações de código de entrada, 6 das quais são posicionamentos legítimos de rotor.
Os outros dois códigos estão desatualizados, pois geralmente são resultado de uma conexão do sensor aberta ou em curto.
Com 6 códigos de entrada justificáveis, o decodificador pode, possivelmente, cuidar da posição do rotor do motor dentro de um espectro de 60 graus elétricos.
A entrada Forward / Reverse (Pino 3) é usada como uma ferramenta para modificar o curso da programação do motor, invertendo a tensão no enrolamento do estator.
Assim que a entrada altera o estado, de alto para baixo usando um código de programa de entrada de sensor atribuído (por exemplo 100), as saídas de unidade superior e base facilitadas usando o mesmo status alfa são trocadas (AT para AB, BT para BB, CT para CB).
Essencialmente, a sequência mutável muda de direção e o motor inverte a sequência direcional. O controle liga / desliga do motor é obtido pela habilitação de saída (pino 7).
Sempre que for deixado desconectado, uma fonte de corrente interna de 25 μA permite o sequenciamento das saídas principais e básicas do inversor. Quando aterrado, as saídas do inversor da parte superior são desligadas e os inversores básicos são pressionados para baixo, fazendo com que o motor pare por inércia e a saída de falha seja acionada.
A frenagem dinâmica do motor possibilita que uma margem de proteção excedente seja desenvolvida no dispositivo final. O sistema de frenagem é obtido colocando sua entrada de freio (pino 23) em um status superior.
Isso faz com que as saídas do top drive sejam desligadas e as unidades do lado inferior sejam ativadas, causando um curto-circuito no novo EMF gerado pelo motor. A entrada do freio possui consideração absoluta e sincera sobre todas as outras entradas. O resistor pull-up de 40 kΩ interno faz a interface usando a chave de segurança do programa, garantindo a ativação do freio em caso de abertura ou desligamento.
A tabela verdade da lógica de comutação é mostrada abaixo. Uma porta NOR de 4 entradas é empregada para examinar a entrada do freio e as entradas para os 3 BJTs de saída do top drive.
O objetivo geralmente é desligar a frenagem antes que as saídas do top drive atinjam um status alto. Isso permite que você evite a liberação sincronizada dos interruptores de energia superior e inferior.
Em programas de acionamento de motor de meia onda, os componentes do acionamento superior geralmente não são necessários e, na maioria dos casos, são mantidos separados. Com esses tipos de circunstâncias, a frenagem ainda será atingida porque a porta NOR detecta a tensão de base para os BJTs de saída do top drive.
Amplificador de erro
Um amplificador de erro totalmente compensado de eficiência aprimorada com acesso ativo a cada entrada e saída (pinos # 11, 12, 13) é oferecido para auxiliar na execução do controle de velocidade do motor em malha fechada.
O amplificador vem com um ganho de tensão DC padrão de 80 dB, largura de banda de ganho de 0,6 MHz, junto com uma ampla faixa de tensão de modo comum de entrada que se estende do solo ao Vref.
Na maioria dos programas de controle de velocidade de malha aberta, o amplificador é configurado como um seguidor de tensão de ganho de unidade com a entrada não-inversora acoplada à alimentação de tensão de ajuste de velocidade.
Oscillator A frequência do oscilador de rampa interna é ligada através dos valores decididos para os elementos de temporização RT e CT.
O CT do capacitor será carregado através da Saída de Referência (Pino 8) por meio do resistor RT e descarregado através de um transistor de descarga interno.
O pico da rampa e as tensões de poço são normalmente de 4,1 V e 1,5 V correspondentemente. Para oferecer uma economia decente entre ruído audível e desempenho de chaveamento de saída, uma frequência de oscilador na seleção de 20 a 30 kHz é sugerida. Consulte a Figura 1 para a seleção do componente.
Modulador de largura de pulso
A modulação por largura de pulso integrada oferece uma abordagem de potência eficaz para controlar a velocidade do motor, alterando a tensão padrão atribuída a cada enrolamento do estator em toda a série de comutação.
Conforme o TC descarrega, o oscilador modela cada trava, permitindo a condução das saídas superior e inferior do inversor. O comparador PWM redefine a trava superior, encerrando a liberação de saída do inversor inferior uma vez que a rampa positiva do CT exceda o resultado do amplificador de erro.
O diagrama de tempo do modulador de largura de pulso é demonstrado na Figura 21.
A modulação por largura de pulso para gerenciamento de velocidade se apresenta exclusivamente nas saídas inferiores do inversor. Limite de corrente O funcionamento constante de um motor que pode estar significativamente sobrecarregado leva a superaquecimento e mau funcionamento inevitável.
Esta situação prejudicial pode ser facilmente evitada junto com o uso da restrição de corrente ciclo a ciclo.
Ou seja, cada on-cycle é tratado como uma função independente. A restrição de corrente ciclo a ciclo é alcançada rastreando o acúmulo de corrente do estator toda vez que uma chave de saída é acionada e, depois de detectar uma situação de corrente alta, desabilita instantaneamente a chave e mantém-na desligada pelo período pendente do intervalo de aceleração do oscilador.
A corrente do estator é transformada em uma tensão através da aplicação de um resistor de detecção referenciado ao solo RS (Figura 36) em linha com os 3 transistores de chave da parte inferior (Q4, Q5, Q6).
A tensão estabelecida ao longo do resistor de antecipação é supervisionada com a entrada de detecção de corrente (pinos 9 e 15) e comparada com o ponto de referência interno de 100 mV.
As entradas do comparador de detecção de corrente vêm com uma faixa de modo comum de entrada de aproximadamente 3,0 V.
No caso de a tolerância de detecção de corrente de 100 mV ser ultrapassada, o comparador redefine o bloqueio de detecção inferior e termina a condução do interruptor de saída. O valor para o resistor de detecção de corrente é na verdade:
Rs = 0,1 / Istator (máx)
A saída de falha é iniciada em uma situação de alto amplificador. A configuração de PWM de travamento duplo garante que apenas um único pulso de disparo de saída surja no curso de uma determinada rotina do oscilador, seja ou não encerrado por meio da saída do amplificador de erro ou do comparador de limite de corrente.
O regulador on-chip de 6,25 V (pino 8) oferece corrente de carga para o capacitor de temporização do oscilador, um ponto de referência para o amplificador de erro, que permite fornecer 20 mA de corrente apropriada para alimentar sensores especificamente em programas de baixa tensão.
Em propósitos de tensões maiores, isso pode se tornar importante para trocar a energia emitida pelo regulador para fora do CI. Isso é definitivamente alcançado com a ajuda de outro transistor de passagem, conforme demonstrado na Figura 22.
Um ponto de referência de 6,25 V pareceu ser decidido para permitir a renderização do circuito NPN direto, onde quer que Vref - VBE supere a tensão mínima essencial pelos sensores de efeito Hall sobre o calor.
Tendo o sortimento adequado de transistores e dissipação de calor suficiente, pode-se comprar até 1 A de corrente de carga.
Subtensão - Bloqueio
Um bloqueio de subtensão de três vias foi integrado para reduzir os danos ao IC e aos transistores de chave de alimentação alternativos. Durante fatores de baixa fonte de alimentação, ele garante o fato de que o IC e os sensores estão completamente funcionais e que há tensão de saída do inversor de base adequada.
As fontes de alimentação positivas para o IC (VCC) e as unidades de baixo (VC) são examinadas por comparadores independentes que obtêm seus limites em 9,1 V. Este estágio particular garante a comutação de porta adequada necessária para atingir baixo RDS (ligado) sempre que aciona a alimentação normal Equipamento MOSFET.
Sempre que energizar diretamente os sensores Hall da referência, a operação inadequada do sensor aparece no caso de a tensão de saída do ponto de referência cair abaixo de 4,5 V.
Um terceiro comparador pode ser usado para reconhecer esse problema.
Quando mais de um dos comparadores detecta uma situação de subtensão, a saída de falha é ativada, as rodadas superiores são desativadas e as saídas do inversor de base são organizadas em um ponto baixo.
Cada um dos comparadores incorpora histerese para proteger contra amplitudes ao fazer a ponte entre seus limites individuais.
Saída de falha
A saída de falha do coletor aberto (pino 14) tinha a intenção de oferecer detalhes de análise em caso de falha do processo. Ele tem uma capacidade de dissipação de corrente de 16 mA e pode acionar especificamente um diodo emissor de luz para sinal visível. Além disso, ele possui uma interface conveniente com a lógica TTL / CMOS para uso em um programa controlado por microprocessador.
A saída de falha é efetiva baixa enquanto mais de uma das situações subsequentes ocorrem:
1) Códigos de entrada do sensor inválidos
2) Habilitação de saída na lógica [0]
3) Entrada de detecção de corrente superior a 100 mV
4) Bloqueio de subtensão, ativação de 1 ou superior dos comparadores
5) Desligamento por calor, temperatura de junção ideal atingindo o máximo Esta saída exclusiva também pode ser usada para distinguir entre a partida do motor ou funcionamento prolongado em uma situação de inundação.
Com a ajuda de uma rede RC entre a saída de falha e a entrada de habilitação, isso significa que você pode desenvolver um desligamento travado com retardo de tempo em relação à sobrecorrente.
Os circuitos adicionais exibidos na Figura 23 ajudam a fazer a partida sem esforço de sistemas de motor que são equipados com cargas inerciais mais altas, dando torque de pick-up suplementar, enquanto ainda protege a proteção contra sobrecorrente. Essa tarefa é alcançada colocando a restrição de corrente no próximo valor mínimo por um período estabelecido. No decorrer de uma situação de sobrecorrente excessivamente longa, o capacitor CDLY carregará, evocando a entrada de habilitação para passar de sua tolerância a uma condição baixa.
Uma trava agora pode ser moldada pelo ciclo de feedback positivo da saída de falha para a habilitação de saída. Quando definido, pela entrada do sensor de corrente, ele só poderia ser redefinido colocando o CDLY em curto ou desligando e ligando as fontes de alimentação.
Esquema BLDC de alta potência totalmente funcional
Um circuito controlador BLDC totalmente funcional de alta potência e alta corrente usando o dispositivo explicado acima pode ser testemunhado abaixo, é configurado como um modo de onda completa, trifásico, 6 etapas:
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