Στρατηγική για την απλοποίηση των τριών φάσεων συστημάτων ελέγχου κινητήρα BLDC και συστημάτων κίνησης
Πολύ ολοκληρωμένα προϊόντα ημιαγωγών δεν είναι μόνο η τάση των καταναλωτικών προϊόντων, αλλά και σταδιακά διεισδύουν σε εφαρμογές ελέγχου κινητήρα. Ταυτόχρονα, οι κινητήρες DC (BLDC) χωρίς ψήκτρες δείχνουν την ίδια δυναμική σε πολλές αγορές, όπως οι αυτοκινητοβιομηχανίες και οι ιατρικές εφαρμογές, και το μερίδιο αγοράς τους ξεπερνά σταδιακά αυτό των άλλων τύπων κινητήρων. Με την αυξανόμενη ζήτηση κινητήρων BLDC και την ωριμότητα των σχετικών τεχνολογιών κινητήρων, η αναπτυξιακή στρατηγική για τα συστήματα ελέγχου κινητήρα BLDC έχει εξελιχθεί από διακεκριμένα κυκλώματα σε τρεις διαφορετικές κατηγορίες. Αυτοί οι τρεις κύριοι τύποι λύσεων χωρίζονται σε συστήματα βασισμένα στο σύστημα (SoC), σε συγκεκριμένες εφαρμογές (ASSP) και σε λύσεις δύο τσιπ.
Αυτές οι τρεις κύριες λύσεις ευνοούνται όλο και περισσότερο από τους μηχανικούς σχεδιασμού συστημάτων κινητήρων επειδή μειώνουν τον αριθμό των εξαρτημάτων που απαιτούνται για την εφαρμογή και μειώνουν την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού. Ωστόσο, κάθε στρατηγική έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και αδυναμίες. Αυτό το άρθρο θα συζητήσει αυτές τις τρεις επιλογές και πώς μπορούν να διακινηθούν μεταξύ της ενσωμάτωσης του σχεδιασμού και της ευελιξίας.
Το βασικό σύστημα κινητήρα αποτελείται από τρία βασικά στοιχεία: την παροχή ρεύματος, τη μονάδα κινητήρα και τη μονάδα ελέγχου. Το σχήμα 1 δείχνει το σχεδιασμό ενός παραδοσιακού διακριτού συστήματος κινητήρα. Τα συστήματα κινητήρα περιλαμβάνουν συνήθως έναν απλό επεξεργαστή RISC με ενσωματωμένο φλας που οδηγεί το εξωτερικό MOSFET ελέγχοντας τον οδηγό πύλης. Ο επεξεργαστής μπορεί επίσης να οδηγήσει τον κινητήρα κατευθείαν μέσω ενός ολοκληρωμένου ρυθμιστή τάσης MOSFET και τάσης που τροφοδοτεί τον επεξεργαστή και τον οδηγό.
Η μονάδα κινητήρα SoC ενσωματώνει όλες τις παραπάνω μονάδες και είναι προγραμματιζόμενη για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Επιπλέον, είναι ιδανικό για εφαρμογές που απαιτούν βελτιστοποίηση του χώρου λόγω περιορισμών χώρου. Ωστόσο, η χαμηλή απόδοση επεξεργασίας και ο περιορισμένος χώρος εσωτερικής μνήμης δεν μπορούν να εφαρμοστούν σε συστήματα κινητήρα που απαιτούν προηγμένο έλεγχο. Ένα άλλο μειονέκτημα των ICS οδηγών κινητήρα είναι τα περιορισμένα εργαλεία ανάπτυξης, όπως η έλλειψη περιβάλλοντος ανάπτυξης λογισμικού. Αυτό έρχεται σε πλήρη αντίθεση με το γεγονός ότι οι περισσότεροι από τους κορυφαίους προμηθευτές μικροελεγκτών της βιομηχανίας προσφέρουν ένα ευρύ φάσμα εύχρηστων εργαλείων.
Οι μονάδες κινητήρα ASSP έχουν σχεδιαστεί για μια συγκεκριμένη περιοχή και τα πάντα βελτιστοποιούνται για μια στενή εφαρμογή. Χρειάζεται πολύ λίγο χώρος και δεν απαιτεί προσαρμογές λογισμικού. Επιπλέον, είναι ιδανικό για εφαρμογές περιορισμένου χώρου. Το σχήμα 2 δείχνει ένα μπλοκ διάγραμμα ενός οδηγού κινητήρα ανεμιστήρα DFN με 10 ακίδες. Επειδή οι μονάδες κινητήρων ASSP συχνά επικεντρώνονται σε εφαρμογές παραγωγής μεγάλου όγκου, συχνά έχουν εξαιρετικές αναλογίες τιμής / απόδοσης. Ωστόσο, αυτό δεν σημαίνει ότι οι κινητήρες που λειτουργούν σε μονάδες ASSP πρέπει να θυσιάζουν την απόδοση. Για παράδειγμα, οι περισσότεροι σύγχρονοι κινητήρες ASSP μπορούν να οδηγήσουν κινητήρες BLDC με αισθητήρες και ημιτονοειδή αλγόριθμους, οι οποίοι στο παρελθόν απαιτούσαν μικροελεγκτές υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, τα προϊόντα ASSP δεν διαθέτουν προγραμματισμό και δεν προσαρμόζουν την ισχύ του οδηγού, γεγονός που περιορίζει την ικανότητά τους να προσαρμόζονται στις μεταβαλλόμενες απαιτήσεις της αγοράς.
Αν και η υψηλή ολοκλήρωση αποτελεί σημαντική τάση στις σημερινές ηλεκτρονικές συσκευές, υπάρχει ακόμα αυξανόμενη ζήτηση λύσεων διπλού τσιπ με πλούσιους αναλογικούς οδηγούς και ευφυείς αναλογικούς μικροελεγκτές. Η στρατηγική των δύο τσιπ επιτρέπει στους σχεδιαστές να επιλέξουν από μια ποικιλία μικροελεγκτών για να υποστηρίξουν την αισθητηριακή μεταγωγή ή την άνευ αισθητήρα εναλλαγή με την τεχνολογία τραπεζοειδούς ή ημιτονοειδούς κίνησης. Όταν χρησιμοποιείτε αυτή τη λύση, η επιλογή του τσιπ οδήγησης που υποστηρίζει είναι καθοριστική. Το ιδανικό τσιπ σύντροφος θα πρέπει να περιλαμβάνει τουλάχιστον τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
Αποτελεσματικός, ρυθμιζόμενος ρυθμιστής για μείωση της κατανάλωσης ενέργειας και τροφοδοσία όλων των τύπων μικροελεγκτών
Μονάδες παρακολούθησης και επεξεργασίας υποβάθρου για την ασφαλή λειτουργία του κινητήρα και την αμφίδρομη επικοινωνία μεταξύ του κεντρικού υπολογιστή και της μονάδας δίσκου
Προαιρετικές παράμετροι που βελτιστοποιούν την απόδοση χωρίς την ανάγκη για πρόσθετη προσπάθεια προγραμματισμού
Ονομαστικός οδηγός ισχύος για κινητήρες MOSFET ή BLDC
Σε γενικές γραμμές, με τους κινητήρες SoC και ASSP, οι σχεδιαστές συστημάτων κινητήρα δεν χρησιμοποιούν μόνο τα λιγότερα εξαρτήματα, αλλά έχουν και μέτρια ευελιξία. Ωστόσο, αυτές οι εξαιρετικά ολοκληρωμένες λύσεις έχουν διαφορετικούς περιορισμούς, όπως σταθερή λειτουργικότητα, περιορισμένη χωρητικότητα αποθήκευσης και ισχύ επεξεργασίας. Ο Πίνακας 1 συγκρίνει τις τρεις βασικές στρατηγικές ελέγχου κινητήρα BLDC που περιγράφηκαν παραπάνω.
Σε σύγκριση με τα διακριτά σχέδια, οι σύγχρονες λύσεις ελέγχου κινητήρα και κίνησης όχι μόνο μειώνουν το κόστος των υλικών, αλλά και μειώνουν το χρόνο ανάπτυξης του συστήματος, ενώ δεν επηρεάζουν τα συστήματα κτιρίων που έχουν βελτιστοποιηθεί για επιλεγμένους κινητήρες BLDC. Τα σχέδια και οι βιβλιοθήκες αναφοράς υλισμικού και υλικολογισμικού από τους προμηθευτές ημιαγωγών μπορούν να μειώσουν δραματικά τον χρόνο ανάπτυξης και να επιταχύνουν το χρόνο για την αγορά για προηγμένους ελέγχους κινητήρα και έννοιες κίνησης.
