Hög borstlös borstlös motorstyrkrets

Denna mångsidiga borstlösa (BLDC) motorstyrenhet IC är utrustad för att styra valfri högspänning, högström, halleffektsensor utrustad 3-fas BLDC-motor med extrem noggrannhet och säkerhet. Låt oss lära oss detaljerna på djupet.

Använda IC MC33035

Kretsens 'hjälte' är den enda chipkontrollern MC33035 som är en högpresterande andra generationens IC-modul med alla nödvändiga aktiva funktioner som kan krävas för att köra mest högström, högspänning, 3-fas eller 4-fas BLDC motorer med en öppen slinga eller en sluten slinga konfiguration.

IC är utrustad med en rotorpositionsavkodare för att möjliggöra en exakt kommuteringssekvensering, temperaturkompenserad referens för att underlätta korrekt sensorspänning, en programmerbar frekvenssågtandoscillator, tre inbyggda öppen kollektor högsidiga drivsteg och tre högström totempol typ lågsidardrivrutiner, speciellt utformade för att driva ett 3-fas H-brygga högeffektsmotorstyrenhetssteg.

Chipet är också internt förstärkt med avancerade skyddsfunktioner och idiotsäkra kontrollsteg som låsning av underspänning, ström-för-cykelströmbegränsning genom en möjlighet till justerbar fördröjningslåsning, intern IC hög temperaturavstängning och en exklusivt utformad felutgång pinout som kan vara gränssnitt med en MCU för en föredragen avancerad bearbetning och återkoppling.

Typiska funktioner som kan utföras med denna IC är, öppen slinghastighetsreglering, framåtriktad riktningskontroll, 'köraktivering', en nöddynamisk bromsfunktion.

IC är utformad för att fungera med motorsensorer som har faser på 60 till 300 grader eller 120 till 240 grader, som en bonus kan IC också eb användas för att styra de traditionella borstade motorerna.

Hur IC fungerar

MC33035 är bland flera högeffektiva monolitiska DC borstlösa motorstyrenheter skapade av Motorola .

Den består av nästan alla funktioner som krävs för att starta ett fullfjädrat, öppet loop-, tre- eller fyrfasmotorstyrsystem.

Dessutom kan styrenheten åstadkommas för att styra likströmsborstmotorer. Designad med bipolär analog teknologi, den har en överlägsen effektivitetsnivå och hållbarhet i hänsynslösa industriella miljöer.

MC33035 har en rotorpositionsavkodare för noggrann kommuteringssekvensering, en miljöåterbetalad referens som är kompetent att leverera en sensoreffekt, en frekvensprogrammerbar sågtandoscillator, en helt tillgänglig felförstärkare, en pulsbreddsmodulatorkomparator, 3 öppna utgångar för öppen kollektor och 3 högströms totempol nedre förarutgångar precis rätt för drift MOSFETs.

Inbyggd i MC33035 är avskärmningsfunktioner som inkluderar underspänningsspärr, cykel − för − cykelströmbegränsning med ett valbart tidsfördröjt spärrat avstängningsläge, inbyggd termisk avstängning tillsammans med en exklusiv felutgång som bekvämt kommer att anslutas till en mikroprocessorstyrenhet.

Standardmotorkontrollattribut inkluderar öppen slinghastighetskontroll, framåt- eller bakåtrotation, köraktivering och dynamisk bromsning. Utöver det har MC33035 en 60 ° / 120 ° väljstift som konfigurerar rotorsituation avkodare för antingen 60 ° eller 120 ° sensor elektriska fasingångar.

PIN OUT-funktioner:

Pin1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Detta är de tre övre enhetsutgångarna på IC: n som specificeras för att driva de externt konfigurerade kraftenheterna, såsom BJT. Dessa pinouts är internt konfigurerade som öppet samlarläge.


Stift nr 3 (Fwd, Rev) = Denna pinout är avsedd att användas för att styra motorns rotationsriktning.

Stift nr 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Dessa är 3 sensorutgångar från IC som tilldelats för att styra motorns styrsekvens.

Stift nr 7 (utgång aktiverad) = Denna stift på IC är tilldelad för att möjliggöra motordrift så länge som en hög logik upprätthålls här, medan en låg logik är för att möjliggöra en motorcykling.

Stift nr 8 (referensutgång) = Denna stift är aktiverad med en matningsström för laddning av oscillatorns tidkondensator Ct samt ger en referensnivå för felförstärkaren. Den kan också användas för att tillhandahålla matningskraft till motorns Hall-effektsensor IC.

Stift nr 9 (nuvarande sans icke-inverterande ingång) : Signalutgången på 100mV kan uppnås från denna pinout med hänvisning till pin nr 15 och används för att avbryta ledningen för utgångsbrytaren under en specificerad oscillatorcykel. Denna pinout kopplas normalt samman med den övre sidan av strömavkänningsmotståndet.

Stift nr 10 (Oscillator) : Denna pinout bestämmer oscillatorfrekvensen för IC med hjälp av RC-nätverket Rt och Ct.

Stift nr 11 (felförstärkare icke-inverterande ingång) : Denna pinout används med hastighetskontrollpotentiometern.

Stift nr 12 (Felförstärkare inverterar ingång) : Denna stift är internt ansluten till ovan nämnda felförstärkare för att möjliggöra applikationer med öppen slinga .


Stift nr 13 (Felförstärkare / PWM-ingång) : Funktionen för denna pinout är att ge kompensation vid slutna applikationer.

Stift nr 14 (felutgång) : Denna felindikatorutgång kan bli en aktiv logisk låg under några kritiska förhållanden, såsom: Ogiltig ingångskod för sensorn, möjliggöra pinout matas med nolllogik, pinout för aktuell sensingång blir högre än 100mV (@ pin9 med hänvisning till pin15) , utlösning av spänningen under spänningen eller en termisk avstängningssituation).

Stift nr 15 (nuvarande avkänning inverterande ingång) : Denna stift är inställd för att tillhandahålla referensnivån för den interna 100mV tröskeln, och kan ses ansluten till det nedre sidans strömavkänningsmotstånd.

Stift nr 16 (GND) : Detta är jordstiftet på IC: n och är avsett att ge marksignalen till styrkretsen och måste refereras tillbaka till strömkällans jord.

Stift nr 17: (Vcc) : Detta är den positiva strömförsörjningsstiftet som anges för att tillhandahålla den positiva spänningen till IC: ns styrkrets. Det minsta driftsområdet för denna stift är 10V och max vid 30V.

Stift nr 18 (Vc) : Denna pinout ställer in high state (Voh) för de lägre enhetsutgångarna genom den effekt som tilldelas denna pin. Scenen fungerar med intervallet 10 till 30V.

Stift nr 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Dessa tre pinouts är internt anordnade i form av totempolutgångar och är tilldelade för att driva de nedre enheternas uteffekt.

Stift nr 22 (60 D, 120D fasförskjutningsval) : Statusen som tilldelas denna pinout konfigurerar styrkretsfunktionen med Hall-effektgivarna för antingen en fasvinkelingång på 60 grader (hög logik) eller 120 grader (låg logik).

Stift nr 23 (broms) : En logik låg vid denna pinout gör att BLDC-motorn kan gå smidigt medan en logisk high omedelbart kommer att stoppa motordriften genom en snabb retardation.

FUNKTIONSBESKRIVNING

Ett representativt internt blockschema visas i figuren ovan. En diskurs om fördelarna och arbetet med var och en av de centrala block som anges nedan.

Rotor Position Decoder

En inre rotorpositionsavkodare mäter de 3 sensoringångarna (stift 4, 5, 6) för att göra rätt sekvensering av de övre och nedre drivenheterna. Givaringångarna är tillverkade för att ansluta rakt med Hall Effect-omkopplare av öppen kollektor eller opto-slitsade kopplingar.

Inbyggda uppdragsmotstånd klassificeras för att begränsa den nödvändiga mängden externa delar. Ingångarna är TTL-kompatibla, med sina trösklar karakteristiskt vid 2,2 V.

MC33035-serien av IC: er är avsedd att styra 3-fasmotorer och köra med 4 av de mest populära konventionerna för sensorfasning. En 60 ° / 120 ° Select (stift 22) levereras lämpligt och förser MC33035 att konfigurera på egen hand för att reglera motorer med antingen 60 °, 120 °, 240 ° eller 300 ° fasfas.

Med 3 sensoringångar kommer du att upptäcka åtta potentiella ingångskodformationer, varav 6 är legitima rotorplaceringar.

De andra två koder är föråldrade eftersom de i allmänhet är ett resultat av en öppen eller kortsluten sensoranslutning.

Med 6 motiverade ingångskoder kan avkodaren möjligen ta hand om motorns rotorposition inom ett spektrum av 60 elektriska grader.

Ingången framåt / bakåt (stift 3) används som ett verktyg för att modifiera förloppet för motorns schema genom att vända spänningen över statorlindningen.

Så snart ingången ändrar tillstånd, från hög till låg med en tilldelad sensorinmatningsprogramkod (till exempel 100), byts de underlättade topp- och basdrivutgångarna med samma alfastatus (AT till AB, BT till BB, CT till CB).

I huvudsak ändras den utbytbara strängen riktning och motorn vänder riktningssekvensen. Motor på / av-kontroll uppnås med Output Enable (Pin 7).

När den kopplas bort tillåter en intern 25 μA strömförsörjning sekvensering av de ledande och basdrivutgångarna. När de är jordade stängs de övre delarna av drivenheterna ut och basenheterna trycks ned till lågt, vilket framkallar motorn till kusten och felutgången utlöses.

Dynamisk motorbromsning gör det möjligt att utveckla ett överskott av skyddsmarginal till den slutliga anordningen. Bromssystem uppnås genom att placera din bromsingång (stift 23) i högre status.

Detta leder till att de övre drivutgångarna stängs av och undersidan driver för att aktivera, vilket kortsluter den motorgenererade EMF igen. Bromsingången har absolut, helhjärtad hänsyn till alla andra ingångar. Det inre 40 kΩ uppdragbara motståndet strålar som gränssnitt med hjälp av programmets säkerhetsbrytare genom att garantera bromsaktivering i händelse av att den öppnas eller stängs av.

Sanningstabellen för kommutationslogik visas nedan. En 4-ingångs-NOR-grind används för att undersöka bromsingången och ingångarna till de 3 topp-utgångs-BJT: erna.

Målet är vanligtvis att stänga av bromsningen innan de övre drivenheterna ger hög status. Detta gör att du kan undvika synkroniserad leasing av topp- och basströmbrytarna.

I halvvågsmotordrivningsprogram behövs i allmänhet inte de översta drivkomponenterna och de hålls i de flesta fall fristående. Under dessa typer av omständigheter kommer bromsning fortfarande att uppnås eftersom NOR-grinden detekterar basspänningen till topp-utgångs-BJT: erna.

Felförstärkare

En förbättrad effektivitet, fullt kompenserad felförstärkare med aktiv åtkomst till varje ingång och utgång (stift nr 11, 12, 13) erbjuds för att hjälpa till att genomföra hastighetsreglering med sluten slinga.

Förstärkaren levereras med en standard DC-spänningsförstärkning på 80 dB, 0,6 MHz förstärkning bandbredd, tillsammans med ett brett ingångsspänningsområde för gemensamt läge som sträcker sig från mark till Vref.

I majoriteten av öppen slinghastighetskontrollprogram är förstärkaren inställd som en enhetsförstärkningsspänningsföljare med den icke-inverterande ingången kopplad till den hastighetsinställda spänningsförsörjningen.

Oscillator Frekvensen hos den inre ramposcillatorn är trådbunden genom de värden som bestäms för tidselement RT och CT.

Kondensator CT laddas genom referensutgången (stift 8) med hjälp av motståndet RT och urladdas genom en inre urladdningstransistor.

Rampens topp- och gropspänningar är normalt 4,1 V och 1,5 V motsvarande. För att erbjuda en anständig skimp på hörbart brus och utbytesprestanda föreslås en oscillatorfrekvens i valet av 20 till 30 kHz. Se figur 1 för komponentval.

Pulsbreddsmodulator

Den integrerade pulsbreddsmoduleringen ger ett kraftfullt tillvägagångssätt för att styra motorhastigheten genom att ändra standardspänningen som tillskrivs varje statorlindning genom kommuteringsserien.

När CT urladdas, modellerar oscillatorn varje spärr, vilket möjliggör ledning av de övre och nedre drivenheterna. PWM-komparatorn återställer den övre spärren och avslutar den nedre utmatningsleasing när den positiva rampen för CT blir mer än felförstärkarens resultat.

Pulsbreddsmodulatorns tidsdiagram visas i figur 21.

Pulsbreddsmodulering för hastighetshantering presenterar sig exklusivt vid de lägre drivutgångarna. Strömgräns Konstant funktion hos en motor som kan vara väsentligt överbelastad leder till överhettning och oundvikligt fel.

Denna skadliga situation kan bäst avvärjas tillsammans med användningen av cykel − för − cykelströmbegränsning.

Det vill säga att varje cykel behandlas som en oberoende funktion. Cykel − för − cykelströmbegränsning uppnås genom att spåra statorns strömuppbyggnad varje gång en utgångsbrytare utlöses, och efter att ha känt av en hög nuvarande situation, omedelbart inaktivera strömbrytaren och behålla den under den utestående perioden för oscillatorrampningsintervall.

Statorströmmen omvandlas till en spänning genom att applicera ett jordbaserat avkänningsmotstånd RS (Figur 36) i linje med de tre nedre delstransistorerna (Q4, Q5, Q6).

Spänningen som upprättas längs det förväntade motståndet övervakas med strömavkänningsingången (stift 9 och 15) och jämförs med den inre 100 mV-referenspunkten.

De nuvarande sensorkomparatoringångarna har ett gemensamt ingångslägeområde på ungefär 3,0 V.

I händelse av att 100 mV strömavkänningstolerans överskrids, återställer komparatorn det nedre avkänningslåset och avslutar ledningen för utgångsbrytaren. Värdet för det aktuella avkänningsmotståndet är faktiskt:

Rs = 0,1 / Istator (max)

Felutgången startar i en högförstärkarsituation. PWM-inställningen med dubbla spärrar säkerställer att bara en enda utgångsutlösarpuls uppstår under en viss oscillatorrutin, oavsett om den slutas med utgången från felförstärkaren eller den aktuella gränskomparatorn.

On-chip 6,25 V-regulatorn (stift 8) erbjuder laddningsström för oscillatortimingskondensatorn, en referenspunkt för felförstärkaren, som gör att den kan leverera 20 mA ström som är lämplig för specifikt strömförsörjning av sensorer i lågspänningsprogram.

I större spänningsändamål kan detta växa till att bli viktigt för att utbyta kraften från regulatorn från IC. Detta uppnås definitivt med hjälp av en annan passeringstransistor, vilket visas i figur 22.

En referenspunkt på 6,25 V tycktes bestämmas för att möjliggöra återgivning av den raka NPN-kretsen, oavsett var Vref - VBE överträffar den minimala spänning som krävs av Hall Effect-sensorer över värme.

Med korrekt transistorsortiment och tillräcklig kylfläns kan så mycket som 1 amp lastström köpas.

Underspänning-Lockout

En trevägs spärrspärr har integrerats för att minska skador på IC och de alternativa strömbrytartransistorerna. Under faktorer med låg strömförsörjning säkerställer det att IC och sensorer är helt funktionella och att det finns tillräcklig basdrivutgångsspänning.

De positiva strömförsörjningarna till IC (VCC) och de låga drivenheterna (VC) undersöks var och en av oberoende komparatorer som får sina trösklar vid 9,1 V. Detta specifika steg garanterar adekvat grindpendling som krävs för att uppnå låg RDS (på) när man kör vanlig ström MOSFET-utrustning.

När Hall-sensorerna direkt aktiveras från referensen, uppträder olämplig sensordrift om referenspunktens utspänning sjunker under 4,5 V.

En tredje komparator kan användas för att känna igen denna fråga.

När mer än en av komparatorerna upptäcker en underspänningssituation aktiveras felutgången, de övre körningarna stängs av och basenhetens utgångar är organiserade i en låg poäng.

Var och en av komparatorerna innehåller hysteres för att skydda mot amplituder när de överbryggar sina individuella trösklar.

Felutgång

Den öppna samlarens felutgång (stift 14) hade varit avsedd att erbjuda analysinformation i fall av en processnedbrytning. Den har en sjunkströmförmåga på 16 mA och kan specifikt driva en ljusdiod för synlig signal. Dessutom är det faktiskt bekvämt gränssnitt med TTL / CMOS-logik för användning i ett mikroprocessorstyrt program.

Felutmatningen är effektiv låg medan mer än en av de efterföljande situationerna äger rum:

1) Ogiltiga sensorinmatningskoder

2) Utgång aktiverad vid logik [0]

3) Strömavkänningsingång mer än 100 mV

4) Underspänningsspärr, aktivering av 1 eller högre av komparatorerna

5) Värmeavstängning, optimal kopplingstemperatur blir max. Denna exklusiva effekt kan också användas för att skilja mellan motorstart eller uthärdad funktion i en översvämmad situation.

Med hjälp av ett RC-nätverk bland felutgången och aktiveringsingången betyder detta att du kan utveckla en tidsfördröjd spärrad avstängning med avseende på överström.

Ytterligare kretsar som visas i Figur 23 hjälper till att göra det enkelt att starta motorsystem som är utrustade med högre tröghetsbelastningar genom att ge ett extra vridmoment samtidigt som det skyddar överströmsskyddet. Denna uppgift uppnås genom att placera den nuvarande begränsningen till nästa än minimala värde under en fastställd period. Under en extremt lång överströmssituation laddas kondensator CDLY, vilket framkallar aktiveringsingången för att komma över dess tolerans mot lågt tillstånd.

En spärr kan nu formas av den positiva återkopplingscykeln från felutgången till utmatningsaktiveringen. När den är inställd med Current Sense Input kunde den bara återställas genom att kortsluta CDLY eller cykla strömförsörjningen.

Fullt funktionellt högeffekt BLDC-schema

En fullt fungerande BLDC-styrkrets med hög effekt och hög ström med hjälp av ovanstående förklarade enhet kan visas nedan, den är konfigurerad som ett fullvågs, 3-fas, 6-stegsläge: