FOC- und Trapezregelung bei BLDC
Motortreiber mit Grips und Power
Texas Instruments bringt für bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) 70-W-Treiber auf den Markt, die ganz ohne Programmcode oder Sensoren auskommen und eine Trapez- bzw. Vektorregelung (FOC) ermöglichen.
»Mit den neuen Motortreibern benötigen Entwickler weniger als zehn Minuten anstatt Monate, um einen BLDC-Motor zum Drehen zu bringen«, erklärt Kannan Soundarapandian, Vice President und General Manager Motor Drivers bei Texas Intruments (TI).
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 signifikanten 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 wegfallen.
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Die Treiber im Detail
Die BLDC-Motortreiber MCF8316A und MCT8316A sind mit Algorithmen für die Kommutierungsregelung ausgestattet, also müssen sich die Entwickler nicht um die Erstellung, Pflege und Qualifizierung der Software zur Motorregelung kümmern. Dank dieser Algorithmen und dem hohen Integrationsgrad können die Motortreiber außerdem systemkritische Funktionen ausführen, beispielsweise Motorfehler erkennen. Darüber hinaus sind diverse Schutzmechanismen implementiert, sodass die System- zuverlässigkeit 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, sodass 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 Fähigkeiten zur Echtzeitregelung 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, sodass die Entwickler auch die Möglichkeit haben, die akustische Leistung ihrer Anwendung zu optimieren. Beim MCT8316A lässt sich die Geräuschentwicklung des Motors mithilfe variabler Trapezregelungstechniken verringern.
Schnelleres Ansprechverhalten
Der MCT8316A für eine Trapezregelung unterstützt bis zu 3,5 kHz und ist damit laut Hersteller 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.
Verringerung der Leiterplattenfläche um bis zu 70 Prozent
Mit den Motortreibern MCT8316A und MCF8316A können 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. Vorserienversionen des MCT8316A und des MCF8316A sind bereits lieferbar.
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