استراتژی برای ساده سازی سه مرحله کنترل و کنترل موتور موتور BLDC
محصولات نیمه هادی یکپارچه نه تنها روند مصرف محصولات مصرفی است، بلکه به تدریج به برنامه های کنترل موتور نیز نفوذ می کند. در عین حال، موتورهای بدون سیم DC (BLDC) همچنین در بسیاری از بازارهای مانند خودرو و تجهیزات پزشکی مشابه حرکت خود را نشان می دهند و سهم بازار آنها به تدریج از موتورهای دیگر فراتر می رود. با توجه به تقاضای روز افزون موتورهای BLDC و بلوغ فن آوری های مرتبط با موتور، استراتژی توسعه سیستم های کنترل موتور BLDC از مدارهای گسسته به سه دسته مختلف تکامل یافته است. این سه نوع اصلی از راه حل ها عبارتند از: سیستم های بر روی یک تراشه (SoC)، محصولات نرم افزاری استاندارد (ASSP) و راه حل های دو تراشه.
این سه راه حل اصلی به طور فزاینده ای توسط مهندسان طراحی سیستم موتور مطرح می شود، زیرا آنها تعدادی از اجزای مورد نیاز برای کاربرد را کاهش می دهند و پیچیدگی طراحی را کاهش می دهند. با این حال، هر استراتژی نقاط قوت و ضعف خود را دارد. این مقاله این سه گزینه را مورد بحث قرار می دهد و چگونه می توانند بین یکپارچگی طراحی و انعطاف پذیری مورد استفاده قرار گیرند.
سیستم موتور اصلی شامل سه ماژول اصلی است: منبع تغذیه، درایو موتور و واحد کنترل. شکل 1 یک سیستم موتور سنتی گسسته را نشان می دهد. سیستم های موتور معمولا شامل یک پردازنده ساده RISC با یک فلش یکپارچه است که MOSFET خارجی را با کنترل راننده دروازه درایو می کند. پردازنده همچنین می تواند موتور را مستقیما از طریق یک MOSFET مجتمع شده و رگولاتور ولتاژ که پردازنده و راننده را قدرت می دهد، رانندگی کند.
درایو موتور SoC یکپارچه تمام ماژول های بالا و قابل برنامه ریزی برای طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی است. علاوه بر این، ایده آل برای برنامه های کاربردی است که به دلیل محدودیت فضا نیاز به بهینه سازی فضا دارند. با این حال، عملکرد پردازش پایین آن و فضای حافظه داخلی محدود نمی تواند به سیستم های موتور که نیاز به کنترل پیشرفته را اعمال کند. یکی دیگر از ضعف های IC های راننده موتور SoC ابزار توسعه محدود است، مانند عدم وجود یک محیط توسعه نرم افزار. این در مقایسه با این واقعیت است که اکثر تامین کنندگان پیشرو در زمینه میکروکنترلر، طیف وسیعی از ابزارهای آسان برای استفاده را ارائه می دهند.
درایوهای ASSP برای یک منطقه خاص طراحی شده و همه چیز برای یک برنامه باریک بهینه شده است. فضای بسیار کم و نیاز به تنظیمات نرم افزاری ندارد. علاوه بر این، ایده آل برای برنامه های محدود فضا است. شکل 2 یک بلوک دیاگرام یک راننده موتور DFN 10 پین را نشان می دهد. از آنجا که اغلب موتورهای ASSP اغلب با برنامه های تولید حجم بالا تمرکز می کنند، آنها اغلب دارای نسبت قیمت نسبتا بالایی هستند. با این حال، این به این معنا نیست که موتورهای در حال اجرا در ASSP درایوها نیاز به عملکرد فداکاری دارند. به عنوان مثال، اکثر موتورهای ASSP مدرن می توانند موتورهای BLDC با الگوریتم های حسگر و سینوسی داشته باشند که در گذشته نیاز به میکروکنترلرهای با کارایی بالا داشتند. با این حال، محصولات ASSP فاقد قابلیت برنامه ریزی هستند و قدرت درایو را تنظیم نمی کنند، که محدود کردن توانایی آنها در انطباق با نیازهای بازار است.
اگر چه ادغام بالا یک روند عمده در الکترونیک امروز است، هنوز هم تقاضای رو به رشد برای راه حل های دو چیپ با درایورهای پیشرفته آنالوگ و میکرو کنترل های هوشمند آنالوگ وجود دارد. استراتژی دو تراشه اجازه می دهد تا طراحان از تعدادی از میکروکنترلر ها برای پشتیبانی از حرکت سوئیچ حساسیت یا سوئیچ سنسور با تکنولوژی درایو تراپی و سینوسی پشتیبانی کنند. هنگام استفاده از این راه حل، انتخاب تراشه راننده پشتیبانی بسیار مهم است. تراشه ایده آل همراه باید حداقل ویژگی های زیر را داشته باشد:
رگولاتور کارآمد و قابل تنظیم برای کاهش مصرف برق و تأمین انواع میکروکنترلرها
مانیتورینگ و ماژول پردازش پس زمینه برای اطمینان از عملکرد موتور ایمن و اجازه ارتباط دو طرفه بین میزبان و درایو
پارامترهای اختیاری که بهینه سازی عملکرد بدون نیاز به تلاش اضافی برنامه نویسی
راننده قدرت نامی برای موتورهای MOSFET یا BLDC
به طور کلی، با موتورهای SoC و ASSP، طراحان سیستم موتور نه تنها از کمترین اجزای استفاده می کنند، بلکه انعطاف پذیری متوسط دارند. با این حال، چنین راه حل های یکپارچه هر یک از محدودیت های مختلف، از جمله قابلیت های ثابت، ظرفیت ذخیره سازی محدود، و پردازش قدرت. جدول 1 سه راهکار اصلی کنترل موتور BLDC را که در بالا شرح داده شده مقایسه می کند.
در مقایسه با طرح های گسسته، کنترل موتورهای مدرن و راه حل های درایو نه تنها کاهش لایحه مواد، بلکه کاهش زمان توسعه سیستم، در حالی که هیچ تاثیری در سیستم های ساختمان بهینه سازی شده برای موتورهای BLDC انتخاب شده. طراحی مرجع سخت افزار و نرم افزار و کتابخانه ها از فروشندگان نیمه هادی می تواند به طور چشمگیری زمان توسعه را کاهش دهد و زمان به بازار را برای کنترل پیشرفته موتور و مفاهیم رانندگی تسریع دهد.
