Motor Brushless DC (BLDC) adalah bahagian penting dari loji pembuatan perindustrian dan digunakan dalam aplikasi servo, penggerak, kedudukan dan kelajuan berubah -ubah. Dalam aplikasi ini, kawalan gerakan yang tepat dan operasi yang stabil adalah kritikal. Oleh kerana BLDC beroperasi pada prinsip medan magnet yang bergerak untuk menjana tork motor, cabaran kawalan utama ketika merancang sistem BLDC industri adalah dengan tepat mengukur tork dan kelajuan motor.
Untuk menangkap tork motor BLDC, dua daripada tiga arus fasa yang diinduksi perlu diukur secara serentak menggunakan analog persampelan multichannel analog - ke - penukar digital (ADC). Mikrokontroler dengan algoritma yang sesuai mengira arus fasa segera ketiga. Proses ini memberikan rekod yang tepat dan seketika mengenai keadaan motor, yang merupakan langkah kritikal dalam pembangunan sistem kawalan tork motor yang mantap dan sangat tepat.
Makalah ini akan membincangkan secara ringkas isu -isu yang berkaitan dengan mencapai kawalan tork yang tepat, termasuk kos - kaedah yang berkesan untuk merealisasikan perintang shunt yang diperlukan. Ia kemudiannya akan memperkenalkan peranti analog 'AD8479 penguat pembezaan ketepatan dan AD7380 dual - sampel saluran - penghampiran berturut -turut - penghampiran - Daftar ADC (SAR {{8}
Prinsip Operasi BLDC Motor
BLDC Motors adalah motor segerak magnet kekal dengan bentuk gelombang elektromotif kaunter (EMF). Kekuatan elektromotif kaunter terminal yang diperhatikan tidak tetap; Ia bervariasi dengan tork rotor dan kelajuan. Walaupun sumber voltan DC tidak dapat memandu secara langsung motor BLDC, prinsip asas operasi BLDC adalah serupa dengan motor DC.
Motor BLDC terdiri daripada pemutar dengan magnet kekal dan stator dengan lilitan induksi. Motor ini pada dasarnya adalah motor DC yang terbalik di mana berus dan komutator dihapuskan dan belitan kemudian disambungkan terus ke elektronik kawalan. Elektronik kawalan mengambil alih fungsi komutator dan memberi tenaga kepada lilitan dalam urutan yang betul untuk mendapatkan gerakan yang dikehendaki. Lengkung bertenaga berputar di sekitar stator dalam corak yang disegerakkan, seimbang. Pemeriksaan stator bertenaga membimbing magnet pemutar dan beralih apabila pemutar diselaraskan dengan stator.
Sistem motor BLDC memerlukan tiga - fasa pemacu motor BLDC sensorless yang menjana semasa dalam tiga lilitan motor (Rajah 1). Litar ini dikuasakan oleh tahap pembetulan faktor kuasa digital (PFC) dengan kawalan inrush untuk memberikan kuasa yang stabil kepada pemacu tanpa sensor fasa -.
Rajah 1: Sistem kawalan motor termasuk PFC untuk menstabilkan bekalan kuasa, tiga - pemacu sensorless fasa untuk penggelek motor BLDC, perintang shunt dan penguat akal -, penguat segar ADC, dan mikrokontroler.
Tiga arus pengujaan memacu motor BLDC, masing -masing menggembirakan dan menghasilkan fasa yang berbeza dalam penggulungan, fasa -fasa ini berjumlah 360 darjah. Nilai fasa yang berbeza adalah penting: kerana jumlah pengujaan tiga cawangan dikekalkan pada 360 darjah, mereka sama rata untuk mengekalkan 360 darjah, contohnya . 90 darjah + 150 darjah + 120 darjah.
Walaupun arus dalam ketiga -tiga lilitan sistem mesti diketahui pada bila -bila masa, untuk melakukan ini dalam sistem yang seimbang, hanya perlu untuk mengukur arus dalam dua daripada tiga belitan dan mengira penggulungan ketiga menggunakan mikrokontroler. Kedua -dua belitan ini dapat dikesan secara serentak menggunakan perintang shunt dan penguat pengesanan semasa.
Dua - Saluran penyegerakan ADC diperlukan pada akhir laluan isyarat untuk menghantar pengukuran digital ke mikrokontroler. Amplitud, fasa dan masa setiap arus pengujaan menyediakan tork motor dan maklumat kelajuan yang diperlukan untuk kawalan yang tepat.
Penginderaan semasa dengan perintang tembaga papan PC
Walaupun terdapat banyak perkara yang perlu dibimbangkan dalam reka bentuk pengukuran dan pengambilalihan data yang tepat ini, prosesnya bermula di bahagian depan dengan keperluan untuk membangunkan cara kos efektif, rendah - untuk merasakan isyarat fasa dari belitan motor BLDC. Ini boleh dicapai dengan meletakkan nilai kecil PC Board Resistor (RSHUNT) dan menggunakan penguat rasa - semasa untuk mengesan penurunan voltan merentasi perintang kecil ini (Rajah 2). Dengan mengandaikan nilai perintang adalah cukup rendah, penurunan voltan juga rendah dan strategi pengukuran mempunyai kesan minimum pada litar motor.
Rajah 2: Sistem penderiaan fasa motor menggunakan perintang shunt semasa (RSHUNT) dengan penguat ketepatan - (contohnya, AD8479) dan resolusi tinggi ADC (AD7380) untuk mengukur fasa motor serta -merta.
Dalam Rajah 2, penguat rasa - semasa menangkap drop voltan Iphase X Rshunt seketika. SAR - ADC kemudian mendigitalkan isyarat ini. Nilai pemilihan perintang shunt melibatkan interaksi antara rshunt, vshunt, ishunt dan ralat input penguat.
Peningkatan Rshunt akan mengakibatkan peningkatan dalam vshunt. Berita baiknya adalah bahawa ini akan mengurangkan kepentingan ralat voltan penguat (VOS) dan input kesilapan semasa (IOS). Walau bagaimanapun, kehilangan kuasa Ishunt x rshunt daripada rshunt yang lebih besar mengurangkan kecekapan kuasa sistem. Begitu juga, penarafan kuasa Rshunt boleh menjejaskan kebolehpercayaan sistem kerana pelesapan kuasa iShunt x rshunt mencipta keadaan pemanasan diri -, yang boleh menyebabkan rintangan rshunt nominal untuk perubahan.
Untuk Rshunt, khas - perintang tujuan boleh diperolehi daripada beberapa pembekal. Walau bagaimanapun, terdapat alternatif kos rendah - untuk pembuatan papan dawai yang dicetak PC untuk RSHUNT menggunakan teknik susun atur yang teliti (Rajah 3).
Rajah 3: Teknik susun atur PC yang teliti memberikan kos - cara yang berkesan untuk mencipta nilai RSHUNT yang sesuai.
Mengira Papan PC Bercetak Rintangan Kawat untuk Rshunt
Kerana suhu yang melampau yang boleh berlaku dalam aplikasi perindustrian, adalah penting untuk mempertimbangkan faktor suhu dalam reka bentuk perintang shunt papan litar. Dalam Rajah 3, pekali suhu (20) papan tembaga PC yang dicetak wayar shunt perintang adalah kira -kira +0.39%/ darjah pada 20 darjah (pekali ini berbeza dengan suhu). Panjang (l), ketebalan (t), lebar (w), dan resistiviti (Rñ) menentukan rintangan dawai yang dicetak papan PC.
Jika papan PC mempunyai 1 auns (oz) tembaga (Cu), ketebalan (t) adalah sama dengan 1.37 inci per seribu, dan resistiviti (r) adalah sama dengan 0.6787 microohms (μW) per inci. Kawasan wayar yang dicetak papan PC diukur dalam kotak dawai bercetak (), atau kawasan l/w. Sebagai contoh, garis cetak 2-inci (dalam) dengan lebar 0.25 inci sepadan dengan 8 struktur.
Menggunakan pembolehubah di atas, hitung rintangan dawai bercetak R untuk 1 auns tembaga pada papan PC pada suhu bilik dengan (Persamaan 1):
Formula1
di mana t=suhu perintang.
Sebagai contoh, bermula dengan arus maksimum 1 ampere (a) setiap cawangan motor BLDC pada papan PC tembaga 1 auns, panjang rsense (l) 1 inci, dan lebar dawai bercetak sebanyak 50 mil (0.05 inci), persamaan 2 dan 3 boleh digunakan untuk mengira Rshunt pada 20 darjah:
Formula 2
Formula 3
Kirakan pelesapan kuasa perintang ini pada arus shunt 1 A menggunakan Persamaan 4:
Formula 4
Penukaran ADC Pensampelan Segerak
ADC dalam Rajah 2 menukarkan voltan pada satu titik dalam kitaran fasa ke perwakilan digital. Titik utama ialah pengukuran ini harus termasuk voltan fasa disegerakkan dari ketiga -tiga belitan. Ini adalah sistem yang seimbang, jadi seperti yang dinyatakan sebelum ini, hanya dua daripada tiga belitan yang perlu diukur; Mikrokontroler luaran akan mengira voltan fasa penggulungan ketiga.
ADC untuk sistem kawalan motor ini ialah AD7380 dual - saluran penyegerakan Sarpling SAR - ADC (Rajah 4).
Rajah 4: Bunyi yang cepat, rendah -, dual - Saluran penyegerakan saluran SAR - adc (eg, ad7380) menangkap keadaan seketika dua belitan motor.
Dalam Rajah 4, AD8479 adalah penguat pembezaan ketepatan dengan input yang sangat besar - voltan mod (± 600 volt) untuk menahan offset pemacu semasa motor lebar dari tiga- fasa, drives tanpa sensor.
Ciri -ciri utama AD8479 juga termasuk voltan pampasan yang rendah, drift voltan pampasan yang rendah, drift keuntungan rendah, rendah- drift penolakan mod, dan nisbah penolakan mod yang sangat baik - (CMRR} tinggi - kelajuan, rendah - kuasa, dual - saluran, segerak - sampling sar - ADCS, masing -masing, dengan kadar throughput sehingga 4 m sampel sesaat. Input analog yang berbeza menerima pelbagai voltan input mod biasa dan mempunyai sumber voltan rujukan buffered (REF) buffered terbina dalam.
Untuk tork yang tepat dan kawalan kelajuan, dual - saluran penyegerakan Sarpling SAR - ADC Architecture menangkap output - penguat akal pada - - terbang. Untuk tujuan ini, AD7380/AD7381 menggabungkan dua ADC yang sama dengan jam segerak, dan masing -masing mempunyai peringkat input kapasitif dengan rangkaian pengagihan semula caj kapasitif (Rajah 5).
Rajah 5: Menunjukkan peringkat penukaran ADC untuk salah satu daripada dua saluran AD7380. Pengambilalihan isyarat bermula apabila SW3 dibuka dan SW1 dan SW2 ditutup. Pada ketika ini, voltan merentasi CS berbeza dengan AINX+ dan AINX -, menyebabkan input komparator menjadi tidak seimbang.
Dalam Rajah 5, VREF dan tanah adalah voltan awal di seluruh sampel kapasitor CS. Jika SW3 dibuka dan SW1 dan SW2 ditutup, pengambilalihan isyarat dimulakan. Apabila SW1 dan SW2 ditutup, voltan merentasi kapasitor sampel CS berbeza dengan voltan pada AINX+ dan AINX -, menyebabkan input komparator kehilangan keseimbangan. SW1 dan SW2 kemudian dibuka dan voltan di seluruh CS ditangkap.
Proses penangkapan voltan CS melibatkan digital - ke - penukar analog (DAC), yang menambah dan menolak jumlah caj tetap dari CS untuk membawa komparator kembali ke keseimbangan. Pada ketika ini, penukaran selesai, membuka SW1 dan SW2 dan menutup SW3 untuk mengeluarkan caj sisa dan bersedia untuk kitaran pensampelan seterusnya.
Semasa penukaran DAC, logik kawalan menghasilkan kod output ADC dan mengakses data peranti melalui antara muka siri.
Ringkasan
Untuk mengukur secara tepat tork motor BLDC dan kelajuan, tepat, rendah - perintang shunt kos diperlukan terlebih dahulu. Seperti yang disebutkan di atas, perintang ini boleh kos - dengan berkesan dilaksanakan menggunakan wayar dicetak papan PC.
Dengan menambahkan peranti ini ke gabungan penguat akal AD8479 semasa - dan AD7380 Synchronous - pensampelan SAR - ADC, pereka boleh membuat pengukuran dan pengukuran kelajuan yang teguh, tinggi {5}