عالية القوة الكهربائية فرش موتور تحكم الدائرة

عالية القوة الكهربائية فرش موتور تحكم الدائرة

تتميز وحدة التحكم في المحرك متعددة الاستخدامات بدون فرش (BLDC) بالتحكم في أي مستشعر الجهد العالي المطلوب ، والتيار العالي ، وتأثير القاعة المجهز بمحرك BLDC ثلاثي الأطوار بدقة وأمان قصوى. دعونا نتعلم التفاصيل بعمق.



باستخدام IC MC33035

'بطل' الدائرة هو وحدة التحكم أحادية الشريحة MC33035 وهي وحدة IC عالية الأداء من الجيل الثاني ، تتميز بجميع الوظائف النشطة المطلوبة التي قد تكون مطلوبة لتشغيل معظم التيار العالي ، أو الجهد العالي ، أو ثلاثي الأطوار أو رباعي الأطوار BLDC المحركات ذات الحلقة المفتوحة أو الحلقة المغلقة.





تم تجهيز IC بجهاز فك ترميز موضع الدوار لتمكين تسلسل دقيق للتبديل ، ومرجع معادل لدرجة الحرارة لتسهيل جهد المستشعر الصحيح ، ومذبذب سن المنشار بتردد قابل للبرمجة ، وثلاث مراحل سائق عالية الجانب بجامع مفتوح مدمج ، وثلاثة أعمدة طوطمية عالية التيار نوع برامج التشغيل منخفضة الجانب ، المصممة خصيصًا لتشغيل مرحلة التحكم في محرك mosfet عالي الطاقة ثلاثي الأطوار.



يتم دعم الشريحة أيضًا داخليًا بميزات حماية عالية الجودة ، ومراحل تحكم مضمونة مثل قفل الجهد المنخفض ، والحد من تيار دورة تلو الأخرى من خلال خيار إيقاف التشغيل المغلق بالتأخير القابل للتعديل ، وإغلاق درجة حرارة IC الداخلية المرتفعة ، ومفتاح مصمم حصريًا خطأ ناتج pinout الذي قد يتداخل مع MCU للمعالجة المتقدمة المفضلة وتغذية الظهر.

الوظائف النموذجية التي يمكن تنفيذها باستخدام هذا IC هي ، التحكم في سرعة الحلقة المفتوحة ، التحكم في الاتجاه العكسي للأمام ، 'تمكين التشغيل' ، ميزة الفرامل الديناميكية للطوارئ.

تم تصميم IC للعمل مع مستشعرات المحرك ذات الأطوار من 60 إلى 300 درجة أو 120 إلى 240 درجة ، كمكافأة يمكن أن يستخدمها IC أيضًا للتحكم في المحركات التقليدية المصقولة.

كيف يعمل IC

يعد MC33035 من بين العديد من وحدات التحكم في المحركات أحادية الكتلة عالية الكفاءة التي تم إنشاؤها بواسطة موتورولا .

إنه يتألف من القدرات اللازمة لتحريض نظام تحكم في المحرك كامل المواصفات ، مفتوح الحلقة ، ثلاثي أو رباعي الطور.

علاوة على ذلك ، يمكن تحقيق وحدة التحكم للتحكم في محركات الفرشاة DC. تم تصميمه باستخدام تقنية Bipolar Analog ، ويتميز بمستوى عالٍ من الكفاءة والمتانة في محيط صناعي لا يرحم.

يحمل MC33035 وحدة فك ترميز موضع دوار لتسلسل تبديل دقيق ، ومرجع بيئة مسترد مختص في توصيل طاقة مستشعر ، ومذبذب سن المنشار بتردد قابل للبرمجة ، ومضخم خطأ يمكن الوصول إليه بالكامل ، ومقارن معدل عرض النبض ، و 3 مخرجات محرك علوي مفتوح جامع ، و 3 مخرجات محرك منخفضة لعمود الطوطم عالية التيار مناسبة تمامًا لتشغيل وحدات MOSFET ذات الطاقة التشغيلية.

تم تضمين إمكانيات MC33035 في الحماية والتي تشمل قفل الجهد المنخفض ، والحد من تيار دورة تلو الأخرى مع وضع إيقاف تشغيل مؤجل مؤقت قابل للتحديد ، وإغلاق حراري مدمج ، إلى جانب ناتج خطأ حصري سيتم توصيله بسهولة بوحدة تحكم في المعالج الدقيق.

تتضمن سمات التحكم في المحرك القياسية التحكم في سرعة الحلقة المفتوحة ، والدوران الأمامي أو الخلفي ، وتمكين التشغيل ، والفرملة الديناميكية. علاوة على ذلك ، يحتوي MC33035 على دبوس تحديد 60 درجة / 120 درجة يقوم بتكوين وحدة فك ترميز حالة الدوار لمدخلات الطور الكهربائي لمستشعر 60 درجة أو 120 درجة.

وظائف PIN OUT:

Pin1، 2، 24 (Bt، At، Ct) = هذه هي مخرجات محرك الأقراص الثلاثة العلوية لمحرك الدوائر المتكاملة المحددة لتشغيل أجهزة الطاقة المكونة خارجيًا مثل BJTs. يتم تكوين هذه pinouts داخليًا كوضع مجمع مفتوح.


الدبوس رقم 3 (الأمام ، القس) = الغرض من هذا pinout هو استخدامه للتحكم في اتجاه دوران المحرك.

دبوس # 4 ، 5 ، 6 (Sa ، Sb ، Sc) = هذه هي 3 مخرجات مستشعر من IC مخصصة للتحكم في تسلسل التحكم في المحرك.

دبوس # 7 (تمكين الإخراج) = تم تخصيص دبوس IC هذا لتمكين تشغيل المحرك طالما تم الحفاظ على منطق عالٍ هنا ، في حين أن المنطق المنخفض مخصص لتمكين تباطؤ المحرك.

دبوس رقم 8 (الإخراج المرجعي) = يتم تمكين هذا الدبوس بتيار إمداد لشحن مكثف توقيت المذبذب Ct بالإضافة إلى توفير مستوى مرجعي لمضخم الخطأ. يمكن استخدامه أيضًا لتوفير الطاقة إلى الدوائر المتكاملة لمستشعر تأثير Hall.

الدبوس رقم 9 (المدخلات الحالية غير المقلوبة) : يمكن تحقيق خرج إشارة 100mV من هذا pinout بالرجوع إلى الدبوس رقم 15 ويستخدم لإلغاء توصيل مفتاح الخرج أثناء دورة مذبذب محددة. يرتبط هذا pinout عادةً بالجانب العلوي لمقاوم الاستشعار الحالي.

دبوس رقم 10 (مذبذب) : يحدد هذا pinout تردد مذبذب IC بمساعدة شبكة RC Rt و Ct.

دبوس رقم 11 (إدخال خطأ أمبير غير مقلوب) : يتم استخدام هذا pinout مع مقياس الجهد للتحكم في السرعة.

دبوس # 12 (خطأ قلب الإدخال) : يتم توصيل هذا الدبوس داخليًا بمخرج أمبير الخطأ المذكور أعلاه لتمكين تطبيقات الحلقة المفتوحة .


دبوس # 13 (خرج أمبير خطأ / إدخال PWM) : وظيفة هذا pinout هي توفير تعويض أثناء تطبيقات الحلقة المغلقة.

دبوس # 14 (إخراج خطأ) : قد يصبح ناتج مؤشر الخطأ هذا منخفضًا للمنطق النشط خلال بعض الحالات الحرجة مثل: رمز الإدخال غير صالح للمستشعر ، وتمكين pinout الذي يتم تغذيته بمنطق صفري ، والحصول على pinout لإدخال المعنى الحالي أعلى من 100mV (@ pin9 بالإشارة إلى pin15) ، تشغيل قفل الجهد المنخفض ، أو وضع الإغلاق الحراري).

دبوس # 15 (المدخلات المعكوسة الحالية) : تم تعيين هذا الدبوس لتوفير المستوى المرجعي لعتبة 100mV الداخلية ، ويمكن رؤيته متصلاً بمقاوم استشعار التيار الجانبي السفلي.

دبوس # 16 (GND) : هذا هو الدبوس الأرضي للدائرة المتكاملة والمخصص لتوفير إشارة الأرض لدائرة التحكم ومطلوب إعادته إلى أرض مصدر الطاقة.

دبوس رقم 17: (Vcc) : هذا هو دبوس الإمداد الموجب المحدد لتوفير الجهد الموجب لدائرة التحكم في IC. الحد الأدنى لمدى تشغيل هذا الدبوس هو 10 فولت والحد الأقصى عند 30 فولت.

دبوس # 18 (Vc) : يضبط هذا pinout الحالة العالية (Voh) لمخرجات محرك الأقراص المنخفضة من خلال الطاقة المنسوبة إلى هذا الدبوس. تعمل المرحلة بمدى من 10 إلى 30 فولت.

دبوس # 19 ، 20 ، 21 (Cb ، Bb ، Ab) : يتم ترتيب هذه الدبابيس الثلاثة داخليًا في شكل مخرجات عمود الطوطم ويتم تعيينها لقيادة أجهزة طاقة خرج محرك الأقراص المنخفضة.

Pin # 22 (60 D ، 120D تحديد إزاحة الطور) : تعمل الحالة المنسوبة إلى هذا pinout على تكوين عملية دائرة التحكم باستخدام مستشعرات تأثير Hall إما لمدخلات زاوية طور 60 درجة (منطق مرتفع) أو 120 درجة (منطق منخفض).

دبوس # 23 (الفرامل) : سيسمح المنطق المنخفض في هذا pinout لمحرك BLDC بالعمل بسلاسة بينما سيؤدي المنطق المرتفع إلى إيقاف تشغيل المحرك على الفور من خلال التباطؤ السريع.

وصف وظيفي

يظهر مخطط كتلة داخلي تمثيلي في الشكل أعلاه. خطاب عن فوائد وعمل كل واحدة من الكتل المركزية المذكورة أدناه.

فك موقف الدوار

يقيس مفكك الشفرة لموضع الدوار الداخلي مدخلات المستشعر الثلاثة (الدبابيس 4 ، 5 ، 6) لتقديم التسلسل الصحيح لمنافذ المحرك العلوية والسفلية. يتم تصنيع مدخلات المستشعر لتتوافق مباشرة مع مفاتيح Hall Effect من النوع المفتوح أو المقرنات ذات الفتحات الضوئية.

يتم تصنيف مقاومات السحب الداخلية لتقليل الكمية اللازمة من الأجزاء الخارجية. المدخلات متوافقة مع TTL ، مع عتبات مميزة عند 2.2 V.

تهدف مجموعة MC33035 من الدوائر المتكاملة إلى التحكم في المحركات ثلاثية الطور وتشغيلها بأربعة من أكثر الأساليب شيوعًا في مراحل أجهزة الاستشعار. يتم توفير 60 ° / 120 ° Select (Pin 22) بشكل مناسب ويوفر MC33035 لتكوينه من تلقاء نفسه لتنظيم المحركات التي تحتوي على مستشعر كهربائي إما 60 درجة أو 120 درجة أو 240 درجة أو 300 درجة.

مع 3 إدخالات حساسة ، سوف تكتشف 8 تكوينات كود إدخال محتملة ، 6 منها مواضع دوار شرعية.

الرمزان الآخران عفا عليهما لأنهما عمومًا نتيجة لاتصال مستشعر مفتوح أو قصير.

مع 6 أكواد إدخال مبررة ، قد يعتني مفكك الشفرة بوضع الدوار للمحرك ضمن نطاق 60 درجة كهربائية.

يتم استخدام المدخلات الأمامية / العكسية (الدبوس 3) كأداة لتعديل مسار الجدول الزمني للمحرك عن طريق عكس الجهد عبر لف الجزء الثابت.

بمجرد تغيير حالة الإدخال ، من الأعلى إلى المنخفض باستخدام رمز برنامج إدخال المستشعر المخصص (على سبيل المثال 100) ، يتم تبديل مخرجات محرك الأقراص العلوية والقاعدة الميسرة باستخدام نفس حالة ألفا (AT إلى AB ، BT إلى BB ، CT إلى CB).

بشكل أساسي ، يتم تغيير اتجاه السلسلة القابلة للتغيير ويعكس المحرك تسلسل الاتجاه. يتم تحقيق التحكم في تشغيل / إيقاف تشغيل المحرك من خلال تمكين الإخراج (دبوس 7).

كلما تركت غير متصلة ، يسمح التيار الداخلي 25 ميكرومتر بتسلسل مخرجات محرك الأقراص الرئيسي والقاعدة. عند التأريض ، يتم إيقاف تشغيل مخرجات محرك الجزء العلوي ويتم دفع محركات القاعدة إلى المستوى المنخفض ، مما يؤدي إلى استحضار المحرك إلى الساحل وإخراج الأعطال للتشغيل.

يتيح الكبح الديناميكي للمحرك إمكانية تطوير هامش فائض من الحماية ليصبح الجهاز النهائي. يتم تحقيق نظام الكبح من خلال وضع مدخل الفرامل (دبوس 23) في وضع أعلى.

يؤدي هذا إلى إيقاف تشغيل مخرجات محرك الأقراص العلوية وتنشيط محركات الأقراص السفلية ، مما يؤدي إلى تقصير المحرك الذي تم إنشاؤه مرة أخرى EMF. تمتلك مدخلات المكابح اعتبارًا مطلقًا وصادقًا على جميع المدخلات الأخرى. تتداخل خطوط streeamlines المقاوم للسحب الداخلية 40 kΩ باستخدام مفتاح أمان البرنامج من خلال ضمان تنشيط الفرامل في حالة الفتح أو الإغلاق.

يظهر جدول حقيقة منطق الاستبدال أدناه. يتم استخدام بوابة NOR ذات 4 مدخلات لفحص مدخلات المكابح والمدخلات إلى 3 BJTs لإخراج محرك الأقراص العلوي.

الهدف عادةً هو إيقاف تشغيل الكبح قبل أن تصل مخرجات المحرك العلوي إلى حالة عالية. يتيح لك ذلك تجنب التأجير المتزامن لمفاتيح الطاقة العلوية والقاعدة.

في برامج محرك نصف الموجة ، لا تكون هناك حاجة لمكونات المحرك العلوي بشكل عام ويتم فصلها في معظم الحالات. في ظل هذه الأنواع من الظروف ، لا يزال من الممكن تحقيق الكبح لأن بوابة NOR تكتشف الجهد الأساسي لمخرج محرك الأقراص العلوي BJT.

مكبر الخطأ

يتم تقديم مكبرات صوت محسّنة ومضخّمة للخطأ بالكامل مع وصول نشط إلى كل مدخلات ومخرجات (دبابيس # 11 ، 12 ، 13) للمساعدة في تنفيذ التحكم في سرعة محرك الحلقة المغلقة.

يأتي مكبر الصوت مع كسب جهد تيار مستمر قياسي يبلغ 80 ديسيبل وعرض نطاق كسب 0.6 ميجا هرتز ، جنبًا إلى جنب مع نطاق جهد إدخال مشترك واسع النطاق يمتد من الأرض إلى Vref.

في غالبية برامج التحكم في سرعة الحلقة المفتوحة ، يتم إعداد مكبر الصوت باعتباره تابعًا لجهد كسب الوحدة مع إدخال غير متحول مقترن بمصدر جهد ضبط السرعة.

مذبذب تردد مذبذب المنحدر الداخلي متصل بقوة من خلال القيم المحددة لعناصر التوقيت RT و CT.

سيتم شحن مكثف CT من خلال الإخراج المرجعي (دبوس 8) عن طريق المقاوم RT وتفريغه من خلال ترانزستور التفريغ الداخلي.

عادةً ما تكون ذروة المنحدر وجهود الحفرة 4.1 فولت و 1.5 فولت في المقابل. لتقديم تبخيل لائق بين الضوضاء المسموعة وأداء تحويل الخرج ، يُقترح تردد مذبذب في اختيار 20 إلى 30 كيلو هرتز. قم بالإشارة إلى الشكل 1 لاختيار المكون.

نبض عرض المغير

يوفر تعديل عرض النبضة المتكامل نهجًا فعالاً للطاقة للتحكم في سرعة المحرك عن طريق تغيير الجهد القياسي المنسوب إلى كل لف للجزء الثابت خلال سلسلة التبديل.

أثناء تفريغ CT ، يقوم المذبذب بتصميم كل مزلاج ، مما يتيح توصيل مخرجات محرك الأقراص العلوية والسفلية. يقوم مقارن PWM بإعادة تعيين المزلاج العلوي ، مما يؤدي إلى إنهاء تأجير خرج محرك الأقراص السفلي بمجرد أن يتحول المنحدر الموجب لـ CT إلى ما يزيد عن نتيجة مضخم الخطأ.

يوضح الشكل 21 مخطط توقيت معدل عرض النبضة.

يقدم تعديل عرض النبضة لإدارة السرعة نفسه حصريًا عند مخرجات محرك الأقراص المنخفضة. الحد الحالي يؤدي التشغيل المستمر للمحرك الذي قد يكون مفرط التحميل بشكل كبير إلى ارتفاع درجة الحرارة وخلل لا مفر منه.

يمكن بسهولة تجنب هذا الوضع الضار مع استخدام تقييد التيار دورة تلو الأخرى.

أي أنه يتم التعامل مع كل دورة على أنها وظيفة مستقلة. يتم تحقيق التقييد الحالي لدورة تلو الأخرى من خلال تتبع بناء تيار الجزء الثابت في كل مرة يتم فيها تشغيل مفتاح الإخراج ، وبعد استشعار حالة تيار عالية ، يتم تعطيل المفتاح على الفور والاحتفاظ به في حالة إيقاف التشغيل لفترة طويلة من الفاصل الزمني لتدفق المذبذب.

يتم تحويل تيار الجزء الثابت إلى جهد من خلال تطبيق مقاوم الاستشعار الأرضي RS (الشكل 36) بما يتماشى مع ترانزستورات التبديل 3 الجزء السفلي (Q4 ، Q5 ، Q6).

يتم الإشراف على الجهد الذي تم إنشاؤه على طول المقاوم المتوقع بإدخال تحسس التيار (الدبابيس 9 و 15) ، ومقارنته بالنقطة المرجعية الداخلية 100 مللي فولت.

تأتي مدخلات مقارنة المعنى الحالية بنطاق وضع مشترك للإدخال يبلغ حوالي 3.0 فولت.

في حالة تجاوز تسامح الإحساس الحالي 100 مللي فولت ، يقوم المقارن بإعادة ضبط قفل المعنى السفلي وينهي توصيل مفتاح الإخراج. قيمة المقاوم الاستشعار الحالية هي في الواقع:

Rs = 0.1 / Istator (حد أقصى)

يبدأ إخراج Fault في حالة وجود أمبير عالي. يتأكد إعداد PWM ثنائي المزلاج من أن نبضة إطلاق خرج واحدة فقط تنشأ في سياق روتين مذبذب معين ، سواء انتهى أم لا عن طريق إخراج مضخم الخطأ أو مقارن الحد الحالي.

يوفر المنظم الموجود على الرقاقة 6.25 فولت (دبوس 8) تيار شحن لمكثف توقيت المذبذب ، وهو نقطة مرجعية لمضخم الخطأ ، مما يمكّنه من توفير 20 مللي أمبير من التيار المناسب لأجهزة الاستشعار في برامج الجهد المنخفض على وجه التحديد.

في أغراض الجهد الأكبر ، قد يصبح هذا مهمًا لتبادل الطاقة المنبعثة من المنظم خارج IC. يتم تحقيق ذلك بالتأكيد بمساعدة ترانزستور مرور آخر كما هو موضح في الشكل 22.

يبدو أن نقطة قياس 6.25 فولت قد تم تحديدها لتمكين عرض دائرة NPN مباشرة ، حيث يتجاوز Vref - VBE الحد الأدنى من الجهد الضروري بواسطة مستشعرات Hall Effect على الحرارة.

وجود تشكيلة مناسبة من الترانزستور ومبدد حرارة كافٍ ، يمكن شراء ما يصل إلى 1 أمبير من تيار الحمل.

انخفاض الجهد - تأمين

تم دمج قفل الجهد المنخفض ثلاثي الاتجاهات لتقليل الضرر الذي يلحق بالدائرة المتكاملة وترانزستورات تبديل الطاقة البديلة. أثناء عوامل الإمداد بالطاقة المنخفضة ، فإنه يضمن حقيقة أن IC وأجهزة الاستشعار تعمل بشكل كامل ، وأن هناك جهد خرج محرك أساسي مناسب.

يتم فحص كل من مصادر الطاقة الموجبة إلى IC (VCC) والمحركات المنخفضة (VC) من قبل مقارنين مستقلين يحصلون على عتباتهم عند 9.1 V. هذه المرحلة الخاصة تضمن الانتقال الكافي للبوابة المطلوبة للوصول إلى RDS (on) منخفضة عند القيادة العادية معدات MOSFET.

عندما يتم تنشيط مستشعرات Hall مباشرة من المرجع ، تظهر عملية مستشعر غير مناسبة في حالة انخفاض جهد خرج النقطة المرجعية إلى أقل من 4.5 فولت.

يمكن استخدام مقارن ثالث للتعرف على هذه المشكلة.

عندما يلتقط أكثر من مقارنين حالة انخفاض الجهد ، يتم تشغيل Fault Output ، ويتم إيقاف التشغيل العلوي ويتم تنظيم مخرجات محرك الأقراص الأساسي في نقطة منخفضة.

يدمج كل من المقارنات التخلفية للحماية من السعات عند تجاوز العتبات الفردية الخاصة بهم.

ناتج خطأ

تم تصميم ناتج خطأ المجمع المفتوح (دبوس 14) لتقديم تفاصيل التحليل في حالة تعطل العملية. لديه قدرة تيار بالوعة تبلغ 16 مللي أمبير وقد يقود على وجه التحديد الصمام الثنائي الباعث للضوء للإشارة المرئية. علاوة على ذلك ، فهو في الواقع متصل بشكل ملائم بمنطق TTL / CMOS لاستخدامه في برنامج تحكم معالج دقيق.

يكون ناتج الخطأ منخفضًا فعالاً بينما تحدث أكثر من حالة من المواقف التالية:

1) رموز إدخال جهاز الاستشعار غير صالحة

2) تمكين الإخراج عند المنطق [0]

3) إدخال الاستشعار الحالي أكثر من 100 mV

4) قفل الجهد المنخفض ، تفعيل 1 أو أعلى من المقارنة

5) إيقاف الحرارة ، الوصول إلى أقصى درجة حرارة للتقاطع الأمثل يمكن استخدام هذا الإخراج الحصري أيضًا للتمييز بين بدء تشغيل المحرك أو التشغيل المستمر في حالة غمرها المياه.

بمساعدة شبكة RC بين إخراج العطل وإدخال التمكين ، هذا يعني أنه يمكنك تطوير إيقاف تشغيل مؤجل بمرور الوقت فيما يتعلق بالتيار الزائد.

تساعد الدوائر الإضافية المعروضة في الشكل 23 على بدء التشغيل السهل لأنظمة المحركات المزودة بأحمال قصور ذاتية أعلى من خلال توفير عزم دوران إضافي للقطارات ، مع الحفاظ على الحماية الآمنة للتيار الزائد. يتم تحقيق هذه المهمة عن طريق وضع التقييد الحالي على القيمة التي تلي الحد الأدنى لفترة محددة. في سياق حالة التيار الزائد الطويلة للغاية ، سيشحن مكثف CDLY ، مما يستدعي إدخال التمكين لتجاوز تحمّله لحالة منخفضة.

يمكن الآن تشكيل المزلاج من خلال دورة التغذية الراجعة الإيجابية من Fault Output إلى Output Enable. عند التعيين ، عن طريق إدخال الاستشعار الحالي ، يمكن إعادة تعيينه فقط عن طريق تقصير CDLY أو تدوير إمدادات الطاقة.

تخطيطي BLDC عالي القوة وظيفية بالكامل

دائرة تحكم BLDC تعمل بكامل طاقتها وقوتها الكهربائية العالية والتيار العالي باستخدام الجهاز الموضح أعلاه يمكن رؤيتها أدناه ، تم تكوينها على شكل موجة كاملة ، 3 مراحل ، 6 خطوات:




السابق: حساب الجهد ، التيار في محث باك التالى: اصنع هذا السكوتر الكهربائي / حلبة العربة