Strategi til forenkling af trefasede BLDC motorstyrings- og drivsystemer
Højt integrerede halvlederprodukter er ikke kun trenden med forbrugerprodukter, men trænger også gradvis ind i motorstyringsapplikationer. Samtidig viser motorer med børsteløs DC (BLDC) også den samme fremdrift på mange markeder som automotive og medicinske applikationer, og deres markedsandel overgår gradvist over for andre typer motorer. Med den stigende efterspørgsel efter BLDC-motorer og modenheden af beslægtede motorteknologier er udviklingsstrategien for BLDC-motorstyringssystemer udviklet fra diskrete kredsløb til tre forskellige kategorier. Disse tre hovedtyper af løsninger er opdelt i system-on-a-chip (SoC), applikationsspecifikke standardprodukter (ASSP) og to-chip-løsninger.
Disse tre hovedløsninger er i stigende grad foretrukket af motorens designingeniører, fordi de reducerer antallet af komponenter, der kræves til applikationen og reducerer designets kompleksitet. Hver strategi har dog sine egne styrker og svagheder. Denne artikel vil diskutere disse tre muligheder og hvordan de kan handles mellem designintegration og fleksibilitet.
Det grundlæggende motor system består af tre hovedmoduler: strømforsyningen, motordrevet og styreenheden. Figur 1 viser designet af et traditionelt diskret motor system. Motorsystemer omfatter typisk en simpel RISC-processor med integreret flash, der driver den eksterne MOSFET ved at styre portdriveren. Processoren kan også køre motoren direkte via en integreret MOSFET- og spændingsregulator, som styrer processoren og driveren.
SoC-motorenheden integrerer alle ovennævnte moduler og kan programmeres til en bred vifte af applikationer. Derudover er den ideel til applikationer, der kræver pladsoptimering på grund af pladsbegrænsninger. Den lave behandlingsydelse og det begrænsede interne hukommelsesrum kan dog ikke anvendes til motorer, der kræver avanceret styring. En anden ulempe ved SoC-motordriverens IC'er er de begrænsede udviklingsværktøjer, som f.eks. Manglen på et firmware-udviklingsmiljø. Dette står i skarp kontrast til, at de fleste af branchens førende mikrocontroller-leverandører tilbyder en bred vifte af brugervenlige værktøjer.
ASSP motordrev er designet til et bestemt område, og alt er optimeret til en smal applikation. Det tager meget lidt plads og kræver ingen softwarejusteringer. Derudover er den ideel til rumbegrænsede applikationer. Figur 2 viser et blokdiagram over en 10-bens DFN fan motor driver. Fordi ASSP-motordrev er ofte fokuseret på produktionsprogrammer med høj volumen, har de ofte fremragende pris / ydelsesforhold. Dette betyder dog ikke, at motorer, der kører på ASSP-drev, skal ofre præstationer. For eksempel kan de fleste moderne ASSP-motordrevne drev drive BLDC-motorer med sensorløse og sinusformede algoritmer, som tidligere krævede højtydende mikrocontrollere. ASSP-produkter mangler dog programmerbarhed og tilpasser ikke drivstyrken, hvilket begrænser deres evne til at tilpasse sig skiftende markedskrav.
Selv om høj integration er en stor udvikling i dagens elektronik, er der stadig en stigende efterspørgsel efter dual-chip-løsninger med rige analoge drivere og intelligente analoge mikrocontrollere. Two-chip-strategien giver designere mulighed for at vælge fra en række mikrocontrollere for at understøtte sensorisk kommutation eller sensorløs kommutation med trapezformet eller sinusformet drevteknologi. Når du bruger denne løsning, er valget af den understøttende driverchip afgørende. Den ideelle companion chip skal mindst indeholde følgende funktioner:
Effektiv regulerbar regulator til reduktion af strømforbrug og strømforsyning af alle typer mikrocontrollere
Overvågning og baggrundsbehandling moduler for at sikre sikker motor drift og tillade tovejskommunikation mellem værten og drevet
Valgfrie parametre, der optimerer ydeevnen uden behov for yderligere programmeringsindsats
Nominel strømdriver til MOSFET- eller BLDC-motorer
Generelt bruger motorsystemdesignere ikke kun de færrest komponenter, men også moderat fleksibilitet med SoC- og ASSP-motordrevne drev. Imidlertid har sådanne højt integrerede løsninger hver især forskellige begrænsninger, såsom fast funktionalitet, begrænset lagerkapacitet og proceskraft. Tabel 1 sammenligner de tre vigtigste BLDC-motorstyringsstrategier beskrevet ovenfor.
Sammenlignet med diskret design reducerer moderne motorstyrings- og køreløsninger ikke kun materialetilstanden, men reducerer også systemudviklingstiden, men har ingen indvirkning på byggesystemer optimeret til udvalgte BLDC-motorer. Hardware og firmware reference designs og biblioteker fra halvleder leverandører kan dramatisk reducere udviklingstid og accelerere time-to-market for avancerede motorstyring og drev koncepter.
