Estrategia para simplificar los sistemas de control y accionamiento del motor BLDC trifásico

- Nov 30, 2018-

Estrategia para simplificar los sistemas de control y accionamiento del motor BLDC trifásico

Los productos semiconductores altamente integrados no solo son la tendencia de los productos de consumo, sino que también penetran gradualmente en las aplicaciones de control de motores. Al mismo tiempo, los motores sin escobillas DC (BLDC) también están mostrando el mismo impulso en muchos mercados, como las aplicaciones automotrices y médicas, y su participación en el mercado está superando gradualmente a la de otros tipos de motores. Con la creciente demanda de motores BLDC y la madurez de las tecnologías de motores relacionadas, la estrategia de desarrollo para los sistemas de control de motores BLDC ha evolucionado desde circuitos discretos a tres categorías diferentes. Estos tres tipos principales de soluciones se dividen en sistema en un chip (SoC), productos estándar específicos de la aplicación (ASSP) y soluciones de dos chips.

Estas tres soluciones principales son cada vez más favorecidas por los ingenieros de diseño de sistemas de motor porque reducen la cantidad de componentes necesarios para la aplicación y reducen la complejidad del diseño. Sin embargo, cada estrategia tiene sus propias fortalezas y debilidades. Este artículo discutirá estas tres opciones y cómo pueden intercambiarse entre la integración del diseño y la flexibilidad.

El sistema de motor básico consta de tres módulos principales: la fuente de alimentación, el motor y la unidad de control. La figura 1 muestra el diseño de un sistema de motor discreto tradicional. Los sistemas de motores suelen incluir un simple procesador RISC con flash integrado que controla el MOSFET externo mediante el control del controlador de la puerta. El procesador también puede impulsar el motor directamente a través de un MOSFET integrado y un regulador de voltaje que alimenta el procesador y el controlador.

El motor SoC integra todos los módulos anteriores y es programable para una amplia gama de aplicaciones. Además, es ideal para aplicaciones que requieren optimización de espacio debido a restricciones de espacio. Sin embargo, su bajo rendimiento de procesamiento y el espacio limitado en la memoria interna no se pueden aplicar a los sistemas de motor que requieren control avanzado. Otra desventaja de los circuitos integrados de controlador de motor SoC es las herramientas de desarrollo limitadas, como la falta de un entorno de desarrollo de firmware. Esto contrasta con el hecho de que la mayoría de los proveedores de microcontroladores líderes en la industria ofrecen una amplia gama de herramientas fáciles de usar.

Los accionamientos de motores ASSP están diseñados para un área específica y todo está optimizado para una aplicación estrecha. Ocupa muy poco espacio y no requiere ajustes de software. Además, es ideal para aplicaciones con espacio limitado. La Figura 2 muestra un diagrama de bloques de un controlador de motor de ventilador DFN de 10 pines. Debido a que los accionamientos de motores ASSP a menudo se centran en aplicaciones de producción de alto volumen, a menudo tienen excelentes relaciones precio / rendimiento. Sin embargo, esto no significa que los motores que se ejecutan en unidades ASSP deben sacrificar el rendimiento. Por ejemplo, la mayoría de los controladores de motores ASSP modernos pueden manejar motores BLDC con algoritmos sinusoidales y sin sensores, que en el pasado requerían microcontroladores de alto rendimiento. Sin embargo, los productos ASSP carecen de capacidad de programación y no ajustan la fuerza de la unidad, lo que limita su capacidad para adaptarse a las demandas cambiantes del mercado.

Si bien la alta integración es una tendencia importante en la electrónica actual, todavía existe una creciente demanda de soluciones de doble chip con controladores analógicos ricos y microcontroladores analógicos inteligentes. La estrategia de dos chips permite a los diseñadores seleccionar entre una variedad de microcontroladores para admitir la conmutación sensorial o la conmutación sin sensor con tecnología de transmisión trapezoidal o sinusoidal. Al utilizar esta solución, la elección del chip de controlador de soporte es crucial. El chip compañero ideal debe contener al menos las siguientes características:

Regulador eficiente y ajustable para reducir el consumo de energía y alimentar todo tipo de microcontroladores

Módulos de monitoreo y procesamiento en segundo plano para garantizar un funcionamiento seguro del motor y permitir una comunicación bidireccional entre el host y el variador.

Parámetros opcionales que optimizan el rendimiento sin la necesidad de un esfuerzo de programación adicional

Controlador de potencia nominal para motores MOSFET o BLDC

En general, con los accionamientos de motor SoC y ASSP, los diseñadores de sistemas de motor no solo usan la menor cantidad de componentes, sino que también tienen una flexibilidad moderada. Sin embargo, cada una de estas soluciones altamente integradas tiene diferentes limitaciones, como funcionalidad fija, capacidad de almacenamiento limitada y capacidad de procesamiento. La Tabla 1 compara las tres estrategias principales de control de motores BLDC descritas anteriormente.

En comparación con los diseños discretos, el control moderno del motor y las soluciones de accionamiento no solo reducen la lista de materiales, sino que también reducen el tiempo de desarrollo del sistema, al tiempo que no tienen impacto en los sistemas de construcción optimizados para los motores BLDC seleccionados. Los diseños de referencia de hardware y firmware y las bibliotecas de los proveedores de semiconductores pueden reducir drásticamente el tiempo de desarrollo y acelerar el tiempo de comercialización para los conceptos avanzados de control de motores y unidades.


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