Mạch điều khiển động cơ không chổi than công suất cao

IC điều khiển động cơ không chổi than (BLDC) linh hoạt này được đặc trưng để điều khiển bất kỳ cảm biến điện áp cao, dòng điện cao, hiệu ứng hội trường mong muốn nào được trang bị động cơ BLDC 3 pha với độ chính xác và an toàn cao. Cùng tìm hiểu chi tiết nhé.

Sử dụng IC MC33035

'Anh hùng' của mạch là bộ điều khiển chip đơn MC33035, là mô-đun IC thế hệ thứ hai hiệu suất cao, có tất cả các chức năng hoạt động cần thiết có thể được yêu cầu để chạy hầu hết BLDC dòng điện cao, điện áp cao, 3 pha hoặc 4 pha động cơ có cấu hình vòng hở hoặc vòng kín.

IC được trang bị bộ giải mã vị trí rôto để cho phép giải trình tự giao hoán chính xác, tham chiếu bù nhiệt độ để tạo điều kiện cho điện áp cảm biến chính xác, bộ dao động răng cưa tần số có thể lập trình, ba giai đoạn trình điều khiển phía cao thu mở tích hợp và ba cực totem dòng điện cao loại trình điều khiển bên thấp, được thiết kế đặc biệt để vận hành giai đoạn điều khiển động cơ mosfet công suất cao 3 pha cầu H.

Con chip này cũng được củng cố bên trong với các tính năng bảo vệ cao cấp và các giai đoạn kiểm soát tuyệt đối như khóa điện áp dưới điện áp, giới hạn dòng điện theo chu kỳ thông qua tùy chọn tắt máy có chốt trễ có thể điều chỉnh, tắt nhiệt độ cao IC bên trong và một thiết bị độc quyền được phát minh ra sơ đồ chân đầu ra lỗi có thể được giao tiếp với MCU để xử lý nâng cao ưu tiên và nguồn cấp dữ liệu trở lại.

Các chức năng điển hình có thể được thực hiện với IC này là, điều khiển tốc độ vòng lặp mở, điều khiển hướng đi ngược lại, 'cho phép chạy', một tính năng phanh động khẩn cấp.

IC được thiết kế để hoạt động với các cảm biến động cơ có các pha từ 60 đến 300 độ hoặc 120 đến 240 độ, như một phần thưởng nữa là IC cũng có thể được sử dụng để điều khiển động cơ chải truyền thống.

Cách thức hoạt động của vi mạch

MC33035 là một trong số một số bộ điều khiển động cơ không chổi than DC nguyên khối hiệu quả cao được tạo ra bởi Motorola .

Nó chỉ bao gồm các khả năng cần thiết để kích hoạt hệ thống điều khiển động cơ ba hoặc bốn pha đầy đủ tính năng, vòng hở, ba pha.

Hơn nữa, bộ điều khiển có thể được hoàn thiện để điều khiển động cơ chổi than DC. Được thiết kế với công nghệ Analog lưỡng cực, nó có mức độ hiệu quả và độ bền vượt trội trong môi trường công nghiệp hóa tàn nhẫn.

MC33035 mang bộ giải mã vị trí rôto để giải trình tự giao hoán chính xác, tham chiếu hoàn trả môi trường có khả năng cung cấp công suất cảm biến, bộ dao động răng cưa có thể lập trình tần số, bộ khuếch đại lỗi hoàn toàn có thể truy cập, bộ so sánh bộ điều biến độ rộng xung, 3 đầu ra ổ đĩa đầu cực thu mở và 3 đầu ra trình điều khiển thấp hơn cực totem dòng cao phù hợp với MOSFET công suất hoạt động.

Được tích hợp trong MC33035 là các khả năng che chắn bao gồm khóa điện áp, giới hạn dòng điện theo chu kỳ với chế độ tắt chốt trễ theo thời gian có thể lựa chọn, tắt nhiệt tích hợp, cùng với đầu ra lỗi độc quyền sẽ được giao tiếp thuận tiện với bộ điều khiển vi xử lý.

Các thuộc tính điều khiển động cơ tiêu chuẩn bao gồm điều khiển tốc độ vòng lặp mở, quay thuận hoặc quay ngược, cho phép chạy và phanh động. Trên hết, MC33035 có chân chọn 60 ° / 120 ° định cấu hình bộ giải mã tình huống rôto cho các đầu vào phân kỳ điện cảm biến 60 ° hoặc 120 °.

Chức năng PIN OUT:

Pin1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = Đây là ba đầu ra ổ đĩa phía trên của IC được chỉ định để vận hành các thiết bị nguồn được cấu hình bên ngoài như BJT. Các sơ đồ chân này được cấu hình bên trong thành chế độ thu mở.


Pin # 3 (Fwd, Rev) = Sơ đồ chân này được sử dụng để điều khiển hướng quay của động cơ.

Pin # 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = Đây là 3 đầu ra cảm biến của IC được gán để chỉ huy chuỗi điều khiển của động cơ.

Pin # 7 (Bật đầu ra) = Chân này của IC được chỉ định để cho phép động cơ hoạt động miễn là mức logic cao được duy trì ở đây, trong khi mức logic thấp là để cho phép động cơ hoạt động.

Pin # 8 (Đầu ra Tham chiếu) = Chân này được kích hoạt với dòng điện cung cấp để sạc tụ điện định thời gian dao động Ct cũng như cung cấp mức tham chiếu cho bộ khuếch đại lỗi. Nó cũng có thể được sử dụng để cung cấp nguồn điện cho các IC cảm biến hiệu ứng Hall của động cơ.

Pin # 9 (Đầu vào không đảo ngược Sense hiện tại) : Đầu ra tín hiệu 100mV có thể đạt được từ sơ đồ chân này với tham chiếu đến chân số 15 và được sử dụng để hủy dẫn công tắc đầu ra trong một chu kỳ dao động cụ thể. Sơ đồ chân này thường liên kết với mặt trên của điện trở cảm nhận dòng điện.

Chân số 10 (Bộ tạo dao động) : Sơ đồ chân này xác định tần số dao động cho IC với sự trợ giúp của mạng RC Rt, và Ct.

Pin # 11 (Lỗi đầu vào không đảo ngược amp) : Sơ đồ chân này được sử dụng với chiết áp điều khiển tốc độ.

Pin # 12 (Lỗi đảo ngược đầu vào) : Chân này được nối nội bộ với đầu ra amp báo lỗi đã đề cập ở trên để kích hoạt các ứng dụng vòng lặp mở .


Pin # 13 (Lỗi đầu ra amp / Đầu vào PWM) : Chức năng của sơ đồ chân này là cung cấp bù trong các ứng dụng vòng kín.

Pin # 14 (Đầu ra Lỗi) : Đầu ra chỉ báo lỗi này có thể trở thành mức logic hoạt động thấp trong một số điều kiện quan trọng như: Mã đầu vào không hợp lệ cho cảm biến, Bật sơ đồ chân được cấp logic bằng 0, Sơ đồ chân đầu vào cảm nhận hiện tại cao hơn 100mV (@ pin9 với tham chiếu đến pin15) , gây ra tình trạng khóa điện áp dưới hoặc tình trạng tắt máy do nhiệt).

Pin # 15 (Đầu vào đảo ngược cảm giác hiện tại) : Chân này được đặt để cung cấp mức tham chiếu cho ngưỡng 100mV bên trong và có thể được nhìn thấy được kết nối với điện trở cảm nhận dòng điện phía dưới.

Pin # 16 (GND) : Đây là chân nối đất của IC và được chỉ định để cung cấp tín hiệu nối đất cho mạch điều khiển và bắt buộc phải được tham chiếu trở lại mặt đất nguồn điện.

Pin # 17: (Vcc) : Đây là chân dương nguồn được chỉ định để cung cấp điện áp dương cho mạch điều khiển của IC. Phạm vi hoạt động tối thiểu của chân này là 10V và tối đa là 30V.

Pin # 18 (Vc) : Sơ đồ chân này đặt trạng thái cao (Voh) cho các đầu ra của ổ đĩa thấp hơn thông qua công suất được cấp cho chân này. Giai đoạn hoạt động với dải từ 10 đến 30V.

Pin # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) : Ba sơ đồ chân này được bố trí bên trong dưới dạng đầu ra cực totem và được chỉ định để điều khiển các thiết bị công suất đầu ra của ổ đĩa thấp hơn.

Pin # 22 (chọn dịch pha 60 D, 120D) : Trạng thái do sơ đồ chân này cấu hình hoạt động của mạch điều khiển với các cảm biến hiệu ứng Hall cho đầu vào góc pha 60 độ (logic cao) hoặc 120 độ (logic thấp).

Pin # 23 (Phanh) : Mức logic thấp tại sơ đồ chân này sẽ cho phép động cơ BLDC chạy trơn tru trong khi mức logic cao sẽ ngay lập tức dừng hoạt động của động cơ thông qua việc giảm tốc nhanh chóng.

MÔ TẢ CHỨC NĂNG

Sơ đồ khối bên trong đại diện được minh họa trong hình trên. Bài diễn thuyết về lợi ích và hoạt động của từng khối trung tâm được liệt kê dưới đây.

Bộ giải mã vị trí rôto

Một bộ giải mã vị trí rôto bên trong đo 3 đầu vào cảm biến (Chân 4, 5, 6) để hiển thị trình tự đúng của sơ đồ chân truyền động trên và dưới. Các đầu vào cảm biến được sản xuất để giao tiếp thẳng với các công tắc Hall Effect bộ thu mở hoặc bộ ghép có rãnh opto.

Điện trở kéo tích hợp được phân loại để giảm số lượng cần thiết của các bộ phận bên ngoài. Các đầu vào tương thích với TTL, với ngưỡng đặc trưng của chúng là 2,2 V.

Phạm vi MC33035 của IC được thiết kế để điều khiển động cơ 3 pha và chạy với 4 trong số các quy ước phổ biến nhất của phân kỳ cảm biến. Lựa chọn 60 ° / 120 ° (Chân 22) được cung cấp nhanh chóng và cung cấp cho MC33035 tự định cấu hình để điều chỉnh động cơ có phân kỳ cảm biến điện 60 °, 120 °, 240 ° hoặc 300 °.

Với 3 đầu vào cảm biến, bạn sẽ khám phá ra 8 dạng mã đầu vào tiềm năng, 6 trong số đó là vị trí rôto hợp pháp.

Hai mã còn lại đã lỗi thời vì chúng thường là do kết nối cảm biến bị hở hoặc bị ngắn.

Với 6 mã đầu vào hợp lý, bộ giải mã có thể đảm nhận vị trí rôto động cơ trong phạm vi 60 độ điện.

Đầu vào Forward / Reverse (Chân 3) được sử dụng như một công cụ để sửa đổi tiến trình của động cơ bằng cách đảo ngược điện áp trên cuộn dây stato.

Ngay sau khi đầu vào thay đổi trạng thái, từ cao xuống thấp bằng cách sử dụng mã chương trình đầu vào cảm biến được chỉ định (ví dụ 100), các đầu ra ổ đĩa trên cùng và ổ đĩa cơ sở được hỗ trợ sử dụng cùng một trạng thái alpha được hoán đổi (AT sang AB, BT sang BB, CT thành CB).

Về cơ bản, chuỗi có thể thay đổi được thay đổi hướng và động cơ đảo ngược trình tự hướng. Điều khiển bật / tắt động cơ đạt được nhờ Kích hoạt đầu ra (Chân 7).

Bất cứ khi nào bị ngắt kết nối, nguồn cung cấp dòng điện 25 μA bên trong cho phép sắp xếp các đầu ra ổ đĩa chính và ổ đĩa cơ sở. Khi nối đất, các đầu ra của bộ truyền động phần trên cùng tắt và các bộ truyền động cơ sở được đẩy xuống mức thấp, kích hoạt động cơ hoạt động và đầu ra Lỗi kích hoạt.

Phanh động cơ động giúp cho biên độ bảo vệ dư thừa được phát triển thành thiết bị cuối cùng. Hệ thống phanh đạt được bằng cách đặt Đầu vào phanh (Chân 23) của bạn ở trạng thái cao hơn.

Điều này dẫn đến các đầu ra của ổ đĩa trên cùng để tắt và các ổ đĩa bên dưới để kích hoạt, làm ngắn mạch EMF được tạo ra một lần nữa. Đầu vào phanh có sự cân nhắc tuyệt đối, toàn tâm hơn tất cả các đầu vào khác. Điện trở kéo lên 40 kΩ bên trong tạo dòng giao tiếp bằng cách sử dụng công tắc an toàn của chương trình bằng cách đảm bảo kích hoạt phanh trong trường hợp mở hoặc tắt.

Bảng chân lý logic giao hoán được hiển thị bên dưới. Một cổng NOR 4 đầu vào được sử dụng để kiểm tra đầu vào phanh và các đầu vào cho 3 BJT đầu ra của ổ đĩa trên cùng.

Mục tiêu thường là tắt phanh trước khi đầu ra của ổ đĩa trên cùng đạt được trạng thái cao. Điều này cho phép bạn tránh việc thuê đồng bộ công tắc nguồn trên cùng và cơ sở.

Trong các chương trình truyền động động cơ nửa sóng, các thành phần truyền động trên cùng thường không cần thiết và trong hầu hết các trường hợp, chúng được giữ riêng. Với những loại trường hợp này, phanh vẫn sẽ đạt được vì cổng NOR phát hiện điện áp cơ bản đến các BJT đầu ra của ổ đĩa trên cùng.

Bộ khuếch đại lỗi

Một bộ khuếch đại lỗi được bù hoàn toàn hiệu quả được cải thiện với khả năng truy cập tích cực vào từng đầu vào và đầu ra (Chân # 11, 12, 13) được cung cấp để hỗ trợ thực hiện điều khiển tốc độ động cơ vòng kín.

Bộ khuếch đại đi kèm với mức tăng điện áp DC tiêu chuẩn là 80 dB, băng thông khuếch đại 0,6 MHz, cùng với dải điện áp chế độ chung đầu vào rộng trải dài từ mặt đất đến Vref.

Trong phần lớn các chương trình điều khiển tốc độ vòng hở, bộ khuếch đại được thiết lập như một bộ theo điện áp độ lợi thống nhất với đầu vào không đảo được kết hợp với nguồn điện áp đặt tốc độ.

Bộ tạo dao động Tần số của bộ dao động đường nối bên trong được nối dây cứng thông qua các giá trị được quyết định cho các phần tử định thời RT và CT.

Tụ CT sẽ được sạc qua Đầu ra Tham chiếu (Chân 8) bằng điện trở RT và được phóng qua một bóng bán dẫn phóng điện bên trong.

Điện áp đỉnh và đỉnh của đường dốc thường tương ứng là 4,1 V và 1,5 V. Để cung cấp một sự tiết kiệm đáng kể giữa tiếng ồn có thể nghe được và hiệu suất chuyển đổi đầu ra, một tần số dao động trong lựa chọn từ 20 đến 30 kHz được đề xuất. Tham khảo Hình 1 để lựa chọn thành phần.

Bộ điều biến độ rộng xung

Điều chế độ rộng xung tích hợp cung cấp một cách tiếp cận hiệu quả về công suất để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp tiêu chuẩn được quy định cho mọi cuộn dây stato trong suốt chuỗi giao hoán.

Khi CT phóng điện, bộ dao động mô hình từng chốt, cho phép dẫn đầu ra của uppper và ổ đĩa thấp hơn. Bộ so sánh PWM đặt lại chốt trên cùng, chấm dứt việc cho thuê đầu ra ổ đĩa thấp hơn khi đường dốc tích cực của CT biến thành vượt quá kết quả bộ khuếch đại lỗi.

Biểu đồ thời gian của bộ điều chế độ rộng xung được thể hiện trong Hình 21.

Điều chế độ rộng xung để quản lý tốc độ chỉ xuất hiện ở các đầu ra ổ đĩa thấp hơn. Giới hạn dòng điện Hoạt động liên tục của động cơ có thể bị quá tải đáng kể dẫn đến quá nhiệt và sự cố không thể tránh khỏi.

Tình huống bất lợi này có thể dễ dàng được ngăn chặn một cách tốt nhất cùng với việc sử dụng hạn chế dòng điện theo chu kỳ.

Có nghĩa là, mọi chu kỳ trên được coi là một hàm độc lập. Hạn chế dòng điện theo chu kỳ đạt được bằng cách theo dõi dòng điện tích tụ của stato mỗi khi kích hoạt công tắc đầu ra, và sau khi cảm nhận được tình trạng dòng điện cao, ngay lập tức tắt công tắc và tắt nó trong khoảng thời gian nổi bật của khoảng thời gian tăng tốc bộ dao động.

Dòng điện stato được biến đổi thành điện áp thông qua việc đặt một điện trở cảm nhận được quy chiếu trên mặt đất RS (Hình 36) phù hợp với 3 bóng bán dẫn công tắc phần dưới (Q4, Q5, Q6).

Điện áp được thiết lập dọc theo điện trở dự đoán được giám sát với Đầu vào Nhận biết Hiện tại (Chân 9 và 15) và được so sánh với điểm tham chiếu 100 mV bên trong.

Các đầu vào so sánh cảm giác hiện tại đi kèm với phạm vi chế độ chung đầu vào là khoảng 3.0 V.

Trong trường hợp vượt qua dung sai cảm nhận dòng điện 100 mV, bộ so sánh đặt lại khóa cảm biến thấp hơn và kết thúc dẫn công tắc đầu ra. Giá trị của điện trở cảm nhận hiện tại thực tế là:

Rs = 0,1 / Istator (tối đa)

Đầu ra Lỗi bắt đầu khi ở trong tình huống khuếch đại cao. Cài đặt PWM chốt kép đảm bảo rằng chỉ một xung kích hoạt đầu ra duy nhất phát sinh trong quá trình của một bộ dao động nhất định, cho dù có kết thúc bằng đầu ra của bộ khuếch đại lỗi hoặc bộ so sánh giới hạn dòng điện hay không.

Bộ điều chỉnh 6.25 V trên chip (Pin 8) cung cấp dòng sạc cho tụ định thời của bộ dao động, một điểm tham chiếu cho bộ khuếch đại lỗi, cho phép nó cung cấp dòng điện 20 mA thích hợp để cấp nguồn cụ thể cho các cảm biến trong các chương trình điện áp thấp.

Trong các mục đích điện áp lớn hơn, điều này có thể trở nên quan trọng để trao đổi công suất phát ra từ bộ điều chỉnh khỏi vi mạch. Điều này chắc chắn đạt được với sự trợ giúp của một bóng bán dẫn thông qua khác như được minh họa trong Hình 22.

Điểm chuẩn 6,25 V dường như được quyết định để cho phép hiển thị mạch NPN đơn giản, trong đó Vref - VBE vượt qua mức điện áp tối thiểu thiết yếu của cảm biến Hall Effect đối với nhiệt.

Có phân loại bóng bán dẫn thích hợp và tản nhiệt đủ, có thể mua tối đa 1 amp dòng tải.

Khóa giảm áp

Khóa điện áp dưới ba chiều đã được tích hợp để giảm tác hại cho vi mạch và các bóng bán dẫn công tắc nguồn thay thế. Trong các yếu tố nguồn cung cấp thấp, nó đảm bảo thực tế là IC và cảm biến hoàn toàn hoạt động và có đủ điện áp đầu ra của ổ đĩa cơ sở.

Các nguồn cấp điện tích cực cho IC (VCC) và các ổ đĩa thấp (VC) đều được kiểm tra bởi các bộ so sánh độc lập để lấy ngưỡng của chúng ở 9,1 V. Giai đoạn cụ thể này đảm bảo đường đi làm của cổng thích hợp để đạt được RDS (bật) thấp bất cứ khi nào sử dụng nguồn điện thông thường Thiết bị MOSFET.

Bất cứ khi nào cấp điện trực tiếp cho cảm biến Hall từ tham chiếu, hoạt động của cảm biến không phù hợp sẽ xuất hiện trong trường hợp điện áp đầu ra của điểm tham chiếu giảm xuống dưới 4,5 V.

Bộ so sánh thứ 3 có thể được sử dụng để nhận ra vấn đề này.

Khi có nhiều hơn một trong các bộ so sánh nhận được tình trạng điện áp thấp, Đầu ra Lỗi được bật, các lần chạy trên cùng bị dừng và các đầu ra của ổ đĩa cơ sở được tổ chức ở một điểm thấp.

Mỗi bộ so sánh đều kết hợp độ trễ để bảo vệ chống lại các biên độ khi bắc cầu các ngưỡng riêng lẻ của chúng.

Đầu ra lỗi

Đầu ra lỗi bộ thu mở (Chân 14) được thiết kế để cung cấp chi tiết phân tích trong trường hợp có sự cố quy trình. Nó có khả năng dòng chìm là 16 mA và đặc biệt có thể điều khiển một điốt phát sáng để có tín hiệu nhìn thấy được. Hơn nữa, nó thực sự được giao tiếp thuận tiện với logic TTL / CMOS để sử dụng trong một chương trình được điều chỉnh bởi bộ vi xử lý.

Đầu ra Lỗi có hiệu quả thấp khi có nhiều tình huống tiếp theo diễn ra:

1) Mã đầu vào cảm biến không hợp lệ

2) Kích hoạt đầu ra ở logic [0]

3) Đầu vào cảm giác hiện tại hơn 100 mV

4) Khóa điện áp thấp, kích hoạt 1 hoặc cao hơn các bộ so sánh

5) Tắt nhiệt, nhiệt độ mối nối tối ưu đạt mức tối đa Đầu ra độc quyền này cũng có thể được sử dụng để phân biệt giữa khởi động động cơ hoặc hoạt động bền bỉ trong tình huống ngập nước.

Với sự trợ giúp của mạng RC giữa Đầu ra lỗi và đầu vào kích hoạt, điều này có nghĩa là bạn có thể phát triển chế độ tắt có chốt theo thời gian liên quan đến quá dòng.

Mạch bổ sung được hiển thị trong Hình 23 giúp khởi động dễ dàng các hệ thống động cơ được lắp với tải quán tính cao hơn bằng cách cung cấp mô-men xoắn bổ sung, trong khi vẫn bảo vệ an toàn bảo vệ quá dòng. Nhiệm vụ này đạt được bằng cách đặt giới hạn hiện tại tiếp theo giá trị nhỏ hơn giá trị tối thiểu trong một khoảng thời gian đã thiết lập. Trong trường hợp quá dòng kéo dài quá mức, tụ điện CDLY sẽ sạc, kích hoạt đầu vào kích hoạt để vượt qua khả năng chịu đựng của nó ở điều kiện thấp.

Giờ đây, một chốt có thể được định hình bằng chu kỳ phản hồi tích cực từ Đầu ra Lỗi đến Đầu ra Kích hoạt. Khi được thiết lập, bằng Đầu vào Nhận biết Hiện tại, chỉ có thể đặt lại nó bằng cách rút ngắn CDLY hoặc xoay vòng các nguồn điện.

Sơ đồ BLDC công suất cao đầy đủ chức năng

Mạch điều khiển BLDC dòng điện cao, công suất cao đầy đủ chức năng sử dụng thiết bị được giải thích ở trên có thể được chứng kiến ​​bên dưới, nó được định cấu hình ở chế độ toàn sóng, 3 pha, 6 bước: