Elektroniknet Logo

70-W-BLDC-Motortreiber

Vektor- und Trapezregelung – ganz ohne Code und Sensoren

Motor-Treiber
Motortreiber für bürstenlose Gleichstrommotoren mit 70 W Leistung
© Texas Instruments/WEKA Fachmedien

Texas Instruments bringt die ersten 70-W-Treiber für bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) auf den Markt, die ohne Programmcode und Sensoren auskommen und die Trapez- bzw. die Vektorregelung unterstützen.

Kannan Soundarapandian, Vice President und General Manager Motor Drivers bei Texas Intruments (TI) erklärt: »Mit den neuen Motortreibern benötigen Entwickler weniger als 10 Minuten anstatt Monate, um einen BLDC-Motor zum Drehen zu bringen.« Damit adressiert TI einen wachsenden Markt, so zumindest die Prognose von Omdia. »Dass der Bedarf an Echtzeit-Motorreglern inzwischen größer ist als je zuvor, ist auf allgemeine Trends wie das Streben nach Energieeffizienz und Automatisierung ebenso zurückzuführen wie auf die zunehmende Nachfrage nach leiseren Motoren. Eine wachsende Zahl industrieller Systeme wird von Asynchron- auf BLDC-Motoren umgestellt, die energieeffizienter sind, dafür aber auf komplexe Hardware und optimierte Softwaredesigns angewiesen sind, wenn sie ein hohes Performance-Niveau erreichen sollen. Wenn es gelingt, dem Wunsch der Designer nach einer reaktionsschnelleren Motorregelung nachzukommen und gleichzeitig den Zeitaufwand für das Design zu reduzieren, wird dies für die kommende Generation industrieller Systeme einen bedeutenden Fortschritt bedeuten.« Hinzu kommt laut Soundarapandian noch das Problem, dass BLDC-Motoren nicht nur mehr Entwicklungszeit benötigen, sondern die Platinen größer werden und die Systemkosten steigen.

All diese Nachteile sollen mit den neuen Motortreiber-ICs eliminiert sein. Soundarapandian hat bereits darauf hingewiesen, dass Monate an Arbeit beim Design wegfallen und das gelte für eine breite Palette industrieller Systeme, zu denen große und kleine Hausgeräte ebenso zählen wie medizinische Anwendungen wie etwa Beatmungsgeräte oder CPAP-Geräte zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlich positiven Atemwegsdrucks. Auch das Platinenproblem wird gelöst: Durch die Integration der Echtzeitregelung und den Wegfall von bis zu 18 diskreten Bauelementen – darunter auch die Leistungs-MOSFETs – verkürzen die Bauelemente auch die Ansprechzeit des Systems, während die Leiterplattenfläche um bis zu 70 Prozent schrumpft. Und die Forderung nach leisen Geräten werde ebenfalls erfüllt, denn auch auf klassenbeste akustische Eigenschaften wurde geachtet.

Die Treiber im Detail

Die BLDC-Motortreiber MCF8316A und MCT8316A sind mit Algorithmen für die Kommutierungsregelung ausgestatten, also müssen sich die Entwickler nicht um die Erstellung, Pflege und Qualifizierung der Motorregelungs-Software kümmern. Dank dieser Algorithmen und des hohen Integrationsgrads können die Motortreiber außerdem systemkritische Funktionen (beispielsweise Motorfehler erkennen). Darüber hinaus sind diverse Schutzmechanismen implementiert, so dass die Systemzuverlässigkeit steigt. Da die Motortreiber die Rotorlage mithilfe einer integrierten sensorlosen Technologie ermitteln, kommen sie ohne externe Halleffekt-Sensoren aus, was die Systemkosten senkt und ebenfalls die Zuverlässigkeit verbessert.

Der sensorlose, mit Vektorregelung (Field-Oriented Control, FOC) arbeitende Motortreiber MCF8316A extrahiert außerdem bestimmte Motorparameter, so dass Entwickler einen Motor schnell einstellen können und sie somit, unabhängig von Fertigungsschwankungen des Motors, auf eine einheitliche System-Performance kommen. Der mit trapezförmiger Kommutierung arbeitende, ebenfalls sensorlose Motortreiber MCT8316A wiederum erlaubt es Designern, den Motor mit nur fünf Hardware-Pins einzustellen. Damit kann auf eine Mikrocontroller-Schnittstelle verzichtet werden und die Systeme werden dadurch einfacher.

Akustische Eigenschaften

Mit ihren fortschrittlichen Echtzeitregelungs-Fähigkeiten helfen die BLDC-Motortreiber MCF8316A und MCT8316A den Entwicklern dabei, Anwendungen zu realisieren, die sich durch hervorragende akustische Eigenschaften auszeichnen. Der MCF8316A enthält eine patentierte, genaue und automatische Totzeitkompensation, so dass die Entwickler auch die Möglichkeit haben, die akustische Leistung ihrer Anwendung zu optimieren. Beim MCT8316A lässt sich die Geräuschentwicklung des Motors mithilfe variabler Trapez-Regelungstechniken verringern.

Schnelleres Ansprechverhalten

Der MTC8316A für eine Trapezregelung unterstützt bis zu 3,5 kHz und ist damit laut Unternehmensangabe schneller als jeder andere Motortreiber, der ohne Code und ohne Sensoren auskommt. Damit steigt die Reaktionsgeschwindigkeit in Anwendungen wie etwa Saugrobotern, die eine schnelle und präzise Motorregelung benötigen.

MCT8316A und MCF8316A sind außerdem die ersten Motortreiber, die eine schnelle und kontrollierte Möglichkeit zum Abbremsen eines Motors bieten. Im Vergleich zu traditionellen Motorsteuerungen lässt sich damit ein Motor um 50 Prozent schneller anhalten. Hinzu kommt, dass mit den TI-Treibern der Motor gestoppt werden kann, ohne dass Energie unkontrolliert zurückgespeist wird. Das schützt das System vor Beschädigung.

Verringerung der Leiterplattenfläche um bis zu 70 Prozent

Mit den Motortreibern MCT8316A und MCF8316A kann die Leiterplattenfläche um bis zu 70 Prozent verringert und die Gesamtkosten des Motorsystems gesenkt werden. In jeden Baustein sind drei Gate-Treiber und sechs High- und Low-Side-MOSFETs mit einem RDS(on) von jeweils 50 mΩ integriert. Damit sind die beiden TI-Bausteine laut Soundarapandian auch die ersten BLDC-Motortreiber, die in 12- und 24-V-Systemen bis zu 70 W Leistung bei einem Spitzenstrom von 8 A erreichen können. TI hat die Motortreiber außerdem mit einem LDO, einem DC/DC-Abwärtsregler und einem Strommessverstärker ausgestattet, sodass bis zu 18 diskrete ICs wegfallen können.

Vorserien-Versionen des MCT8316A und des MCF8316A sind bereits lieferbar.


Das könnte Sie auch interessieren

Verwandte Artikel

Texas Instruments, Texas Instruments Deutschland GmbH