高ワットブラシレスモーターコントローラー回路

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この用途の広いブラシレス(BLDC)モーターコントローラーICは、必要な高電圧、高電流、ホール効果センサーを備えた3相BLDCモーターを非常に正確かつ安全に制御する機能を備えています。詳細を詳しく学びましょう。



ICMC33035の使用

回路の「ヒーロー」は、高性能の第2世代ICモジュールであるシングルチップコントローラーMC33035であり、ほとんどの高電流、高電圧、3相または4相BLDCの実行に必要なすべての必要なアクティブ機能を備えています。開ループまたは閉ループ構成のモーター。



このICには、正確な転流シーケンスを可能にするローター位置デコーダー、正しいセンサー電圧を促進するための温度補償リファレンス、プログラム可能な周波数鋸歯状発振器、3つの内蔵オープンコレクターハイサイドドライバーステージ、および3つの高電流トーテムポールが装備されています。三相HブリッジハイパワーMOSFETモーターコントローラーステージを操作するために特別に設計されたタイプのローサイドドライバー。

チップはまた、ハイエンド保護機能で内部的に強化されており、低電圧ロックアウト、調整可能な遅延ラッチシャットダウンのオプションによるサイクルごとの電流制限、内部IC高温シャットダウン、および独自に考案されたなどの確実な制御ステージ優先される高度な処理とフィードバックのためにMCUとインターフェースできる障害出力ピン配列。

このICで実行できる代表的な機能は、開ループ速度制御、正逆方向制御、「ランイネーブル」、緊急ダイナミックブレーキ機能です。

このICは、60〜300度または120〜240度の位相を持つモーターセンサーで動作するように設計されています。ボーナスとして、ICは従来のブラシ付きモーターの制御にも使用できます。

ICのしくみ

MC33035は、によって作成されたいくつかの高効率モノリシックDCブラシレスモーターコントローラーの1つです。 モトローラ

これは、フル機能の開ループ、3相または4相モーター制御システムを推進するために必要なほぼすべての機能で構成されています。

さらに、コントローラーはDCブラシモーターを制御するために実行できます。バイポーラアナログ技術で設計されており、冷酷な工業環境で優れたレベルの効率と耐久性を備えています。

MC33035は、正確な転流シーケンスのためのローター位置デコーダー、センサー電力の供給能力を備えた環境払い戻しリファレンス、周波数プログラム可能な鋸歯状発振器、完全にアクセス可能なエラーアンプ、パルス幅変調器コンパレータ、3つのオープンコレクタトップドライブ出力、および3パワーMOSFETの動作に最適な高電流トーテムポール下部ドライバ出力。

MC33035には、低電圧ロックアウト、選択可能な時間遅延ラッチシャットダウンモードによるサイクルごとの電流制限、内蔵のサーマルシャットダウン、マイクロプロセッサコントローラに便利に接続できる専用の障害出力などのシールド機能が組み込まれています。

標準のモーター制御属性には、開ループ速度制御、正転または後回転、運転イネーブル、およびダイナミックブレーキが組み込まれています。その上、MC33035には60°/ 120°の選択ピンがあり、60°または120°のセンサー電気位相入力用にローターシチュエーションデコーダーを構成します。

ピン配列機能:

ピン1、2、24(Bt、At、Ct) =これらは、BJTなどの外部構成されたパワーデバイスを操作するために指定されたICの上位3つのドライブ出力です。これらのピン配置は、内部でオープンコレクターモードとして構成されています。


ピン#3(Fwd、Rev)= このピン配列は、モーターの回転方向を制御するために使用することを目的としています。

ピン#4、5、6(Sa、Sb、Sc)= これらは、モーターの制御シーケンスを指令するために割り当てられたICの3つのセンサー出力です。

ピン#7(出力イネーブル) = ICのこのピンは、ここでハイロジックが維持されている限りモーターの動作を有効にするために割り当てられ、ローロジックはモーターの惰行を有効にするために割り当てられます。

ピン#8(リファレンス出力) =このピンは、発振器タイミングコンデンサCtを充電するための供給電流で有効になり、エラーアンプの基準レベルを提供します。また、モーターのホール効果センサーICに電源を供給するためにも使用できます。

ピン#9(電流センス非反転入力) :100mVの信号出力は、ピン#15を参照してこのピン配置から達成でき、指定された発振器サイクル中に出力スイッチの導通をキャンセルするために使用されます。このピン配列は通常、電流検出抵抗の上側にリンクしています。

ピン#10(オシレーター) :このピン配置は、RCネットワークRtおよびCtを使用してICの発振器周波数を決定します。

ピン#11(エラーアンプ非反転入力) :このピン配置は、速度制御ポテンショメータで使用されます。

ピン#12(エラーアンプ反転入力) :このピンは、開ループアプリケーションを有効にするために、上記のエラーアンプ出力に内部的に接続されています


ピン#13(エラーアンプ出力/ PWM入力) :このピン配置の機能は、閉ループアプリケーション中に補償を提供することです。

ピン#14(障害出力) :この障害インジケータ出力は、次のようないくつかの重要な条件でアクティブロジックローになる可能性があります:センサーの無効な入力コード、ゼロロジックで供給されるピン配置を有効にする、電流センス入力ピン配置が100mVを超える(@ピン9、ピン15を参照) 、低電圧ロックアウトのトリガー、またはサーマルシャットダウン状況)。

ピン#15(電流センス反転入力) :このピンは、内部100mVしきい値の基準レベルを提供するために設定されており、下側の電流検出抵抗に接続されているように見える場合があります。

ピン#16(GND) :これはICのグランドピンであり、制御回路にグランド信号を提供するように指定されており、電源グランドを基準にして戻す必要があります。

ピン#17:(Vcc) :ICの制御回路に正電圧を供給するために指定された電源正ピンです。このピンの最小動作範囲は10V、最大動作範囲は30Vです。

ピン#18(Vc) :このピン配置は、このピンに起因する電力を介して、下位ドライブ出力のハイ状態(Voh)を設定します。ステージは10〜30Vの範囲で動作します。

ピン#19、20、21(Cb、Bb、Ab) :これらの3つのピン配列は、トーテムポール出力の形で内部に配置され、下部ドライブ出力パワーデバイスを駆動するために割り当てられます。

ピン#22(60 D、120D位相シフト選択) :このピン配置に起因するステータスは、60度(高論理)または120度(低論理)の位相角入力用のホール効果センサーを使用した制御回路の動作を構成します。

ピン#23(ブレーキ) :このピン配置でロジックローを使用すると、BLDCモーターがスムーズに動作し、ロジックハイを使用すると、急激な減速によってモーターの動作が即座に停止します。

機能説明

代表的な内部ブロック図を上の図に示します。以下に列挙する中央ブロックのそれぞれの利点と働きについての談話。

ローター位置デコーダー

内部ローター位置デコーダーは、3つのセンサー入力(ピン4、5、6)を計測して、上下のドライブピン配列の正しい順序をレンダリングします。センサー入力は、オープンコレクタータイプのホール効果スイッチまたはオプトスロットカプラーと直接インターフェースするように製造されています。

内蔵のプルアップ抵抗は、必要な外部部品の量を削減するために分類されています。入力はTTL互換であり、そのしきい値は2.2Vであることが特徴です。

MC33035シリーズのICは、3相モーターを制御し、センサーの位相調整の最も一般的な4つの規則で動作することを目的としています。 60°/ 120°Select(ピン22)が適切に供給され、60°、120°、240°、または300°の電気センサー位相を持つモーターを調整するように独自に構成するMC33035を提供します。

3つのセンサー入力を使用すると、8つの潜在的な入力コード構成が見つかります。そのうち6つは正当なローター配置です。

他の2つのコードは、通常、センサー接続が開いているか短絡しているために古くなっています。

6つの正当な入力コードを使用すると、デコーダーは60電気度のスペクトル内でモーターローターの位置を処理する可能性があります。

順方向/逆方向入力(ピン3)は、固定子巻線の両端の電圧を反転させることにより、モータースケジュールのコースを変更するためのツールとして使用されます。

入力が割り当てられたセンサー入力プログラムコード(たとえば100)を使用してハイからローに状態を変更するとすぐに、同じアルファステータスを使用する促進されたトップドライブ出力とベースドライブ出力が交換されます(ATからAB、BTからBB、CTからCB)。

基本的に、変更可能なストリングは方向が変更され、モーターは方向の順序を逆にします。モーターのオン/オフ制御は、出力イネーブル(ピン7)によって実現されます。

切断されたままになっているときはいつでも、内部25μAの電流供給により、リーディングおよびベースドライブ出力のシーケンスが可能になります。接地されると、上部のドライブ出力がオフになり、ベースドライブがローにプッシュされて、モーターが惰走し、障害出力がトリガーされます。

動的モーターブレーキにより、余剰の保護マージンを最終的なデバイスに発展させることができます。ブレーキシステムは、ブレーキ入力(ピン23)をより高いステータスにすることで実現されます。

これにより、上部のドライブ出力がオフになり、下部のドライブがアクティブになり、モーターで生成されたEMFが再び短絡します。ブレーキ入力は、他のすべての入力よりも絶対的で心からの配慮があります。内側の40kΩプルアップ抵抗は、プログラムの安全スイッチを使用してインターフェースし、開閉した場合にブレーキが作動することを保証します。

転流論理真理値表を以下に示します。 4入力NORゲートを使用して、ブレーキ入力と3つのトップドライブ出力BJTへの入力を調べます。

目的は通常、トップドライブ出力がハイステータスになる前にブレーキをオフにすることです。これにより、上部と下部の電源スイッチの同期リースを回避できます。

半波モータードライブプログラムでは、通常、上部のドライブコンポーネントは不要であり、ほとんどの場合、取り外したままになります。このような状況でも、NORゲートがトップドライブ出力BJTへのベース電圧を検出するため、ブレーキがかかります。

エラー-アンプ

閉ループモーター速度制御の実行を支援するために、各入力および出力(ピン#11、12、13)にアクティブにアクセスできる、効率が向上し、完全に補償されたエラーアンプが提供されます。

このアンプには、80 dBの標準DC電圧ゲイン、0.6 MHzのゲイン帯域幅、およびグランドからVrefまでの広い入力コモンモード電圧範囲が付属しています。

開ループ速度制御プログラムの大部分では、増幅器は、速度設定電圧源に結合された非反転入力を備えたユニティゲイン電圧フォロワとして設定されています。

オシレータ内部ランプオシレータの周波数は、タイミング要素RTおよびCTに対して決定された値によって配線されます。

コンデンサCTは、抵抗RTによって基準出力(ピン8)を介して充電され、内部放電トランジスタを介して放電されます。

ランプのピーク電圧とピット電圧は、通常、それぞれ4.1Vと1.5Vです。可聴ノイズと出力スイッチング性能の間で適切なスキップを提供するために、20〜30kHzの選択で発振器周波数が提案されます。コンポーネントの選択については、図1を参照してください。

パルス幅変調器

統合されたパルス幅変調は、転流シリーズ全体のすべての固定子巻線に割り当てられた標準電圧を変更することにより、モーター速度を制御するための電力効率の高いアプローチを提供します。

CTが放電すると、発振器は各ラッチをモデル化し、上部および下部のドライブ出力の導通を可能にします。 PWMコンパレータは上部のラッチをリセットし、CTの正方向のランプがエラーアンプの結果を超えると、下部のドライブ出力のリースを終了します。

パルス幅変調器のタイミング図を図21に示します。

速度管理のためのパルス幅変調は、より低いドライブ出力でのみ発生します。電流制限大幅に過負荷になる可能性のあるモーターの一定の機能は、過熱と不可避の誤動作につながります。

この有害な状況は、サイクルごとの電流制限を使用することで簡単に回避できます。

つまり、すべてのオンサイクルは独立した関数として扱われます。サイクルごとの電流制限は、出力スイッチがトリガーされるたびに固定子電流の蓄積を追跡し、大電流の状況を検知した後、スイッチを即座に無効にして、発振器のランプアップ間隔の顕著な期間の間スイッチをオフに保つことによって実現されます。

固定子電流は、3つの下部スイッチトランジスタ(Q4、Q5、Q6)に沿って接地基準の検出抵抗RS(図36)を適用することによって電圧に変換されます。

予測抵抗に沿って確立された電圧は、電流検出入力(ピン9および15)で監視され、内部の100mV基準点と比較されます。

電流検出コンパレータ入力には、約3.0Vの入力コモンモード範囲があります。

100 mVの電流センス許容値を超えた場合、コンパレータは下側のセンスロックをリセットし、出力スイッチの導通を終了します。電流検出抵抗の値は実際には次のとおりです。

Rs = 0.1 /イスターター(最大)

障害出力は、高電流状態のときに開始されます。デュアルラッチPWM設定により、エラーアンプまたは電流制限コンパレータの出力によって終了したかどうかに関係なく、特定のオシレータルーチンの過程で単一の出力トリガーパルスが1つだけ発生することが保証されます。

オンチップの6.25Vレギュレーター(ピン8)は、エラーアンプの基準点であるオシレータータイミングコンデンサーに充電電流を供給し、低電圧プログラムのセンサーに特に電力を供給するのに適した20mAの電流を供給できるようにします。

より大きな電圧の目的では、これは、レギュレータから放出された電力をICから交換するために重要になる可能性があります。これは、図22に示すように、別のパストランジスタの助けを借りて確実に達成されます。

6.25 Vのベンチマークポイントは、単純なNPN回路のレンダリングを可能にするために決定されたようです。Vref-VBEが、熱に対してホール効果センサーに必要な最小電圧を超える場合はいつでも。

適切なトランジスタの品揃えと十分なヒートシンクがあれば、最大1アンペアの負荷電流を購入できます。

低電圧-ロックアウト

ICおよび代替電源スイッチトランジスタへの害を減らすために、3方向の低電圧ロックアウトが統合されています。低電力供給係数の間、ICとセンサーが完全に機能し、適切なベースドライブ出力電圧があるという事実を保証します。

IC(VCC)とロードライブ(VC)への正の電源は、それぞれ9.1 Vでしきい値を取得する独立したコンパレータによって検査されます。この特定のステージは、通常の電力を駆動するたびにローRDS(on)を達成するために必要な適切なゲート通勤を保証します。 MOSFET装置。

基準点からホールセンサーに直接通電する場合は常に、基準点の出力電圧が4.5 Vを下回ると、不適切なセンサー動作が発生します。

この問題を認識するために、3番目のコンパレータを使用できます。

複数のコンパレータが低電圧状態を検出すると、障害出力がオンになり、トップランがオフになり、ベースドライブ出力が低ポイントで編成されます。

コンパレータのそれぞれには、個々のしきい値をブリッジするときに振幅から保護するためのヒステリシスが組み込まれています。

故障出力

オープンコレクタの障害出力(ピン14)は、プロセスが故障した場合に分析の詳細を提供することを目的としていました。それは16mAのシンク電流能力を持ち、可視信号用の発光ダイオードを特に駆動することができます。さらに、マイクロプロセッサ制御プログラムで使用するために、実際にはTTL / CMOSロジックと便利にインターフェースされます。

障害出力は、後続の状況が複数発生している間、効果的にローになります。

1)無効なセンサー入力コード

2)ロジック[0]での出力イネーブル

3)100mVを超える電流検出入力

4)不足電圧ロックアウト、1つ以上のコンパレータのアクティブ化

5)ヒートシャットダウン、最適な接合部温度が最大になるこの排他的な出力は、モーターの起動と浸水状況での永続的な機能を区別するためにも使用できます。

障害出力とイネーブル入力の間のRCネットワークの助けを借りて、これは、過電流に関して時間遅延ラッチシャットダウンを開発できることを意味します。

図23に示されている追加の回路は、過電流保護を安全に保護しながら、補助的なピックアップトルクを与えることにより、より高い慣性負荷が取り付けられたモーターシステムの起動を楽にするのに役立ちます。このタスクは、現在の制限を確立された期間の最小値よりも小さい値に設定することによって実現されます。非常に長い過電流状態の過程で、コンデンサCDLYが充電され、イネーブル入力が許容範囲を超えて低い状態になるように呼びかけます。

これで、フォールト出力から出力イネーブルへの正のフィードバックサイクルによってラッチを形成できます。設定されている場合、電流検出入力によって、CDLYを短絡するか、電源を循環させることによってのみリセットできます。

完全に機能する高ワットBLDC回路図

上で説明したデバイスを使用した完全に機能する高ワット数、高電流のBLDCコントローラー回路は、以下で確認できます。これは、全波、3相、6ステップモードとして構成されています。




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