ICs für die BLDC-Ansteuerung
Flexibilität bei der Motorsteuerung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Direkte Selbstregelung
DTC (Direct Torque Control) und DTFC (Direct Torque Flux Control) sind zwar schon seit einiger Zeit bekannt, aber Theta Power Solutions (TPSI) hat einen neuen Ansatz zur sensorlosen BLDC-Kommutierung entwickelt, bei dem das Drehmoment und der Fluss direkt gesteuert werden.
Im Vergleich zur üblichen DTFC bietet die einzigartige und effizientere Methode von TPSI für BLDC-Motoren eine Feldschwächung für eine bessere Reaktionsmöglichkeit bei hohen Geschwindigkeiten. Die Methode ist ideal für Bremsalgorithmen und ermöglicht ein kontrolliertes Abbremsen bei hohen Trägheitslasten.
Über einen Hochgeschwindigkeits-Datenbus werden Motor-Feedback-Informationen in Echtzeit übertragen, um ein maximales Drehmoment pro Ampere (MTPA) des Steuerstroms bereitzustellen. Diese Methode sorgt für einen hohen Motorwirkungsgrad unter allen Lastbedingungen (auch bei Sättigung) und verfügt über eine thermische Kompensation für Motoren, die ohne Unterbrechung oder bei extremen Temperaturen laufen. Für Anwendungen, die ein präzises Drehmoment bei sehr niedrigen Drehzahlen erfordern, ist die Methode von TPSI eine ausgezeichnete sensorlose Lösung für dieses Problem. Nutzer können damit die Systemkosten senken, da keine Sensoren erforderlich sind.
Vorteile der TPSI-Implementierung im Vergleich zur herkömmlichen DTC (undFOC) sind unter anderem:
➔ Anlauf im geschlossenen Regelkreis mit sehr geringem Strombedarf
➔ Hervorragende Stabilität bei erweiterten Drehzahlbereichen
➔ Sensorloser Betrieb
➔ Hochgeschwindigkeitsteleme- trie ermöglicht die Verwendung des Motors als Sensor
➔ Maximales Drehmoment pro Ampere
➔ Geräusche werden minimiert
➔ Einfach skalierbare Leistungsfähigkeit
➔ Hervorragende Leistungsfähigkeit bei niedrigen Drehzahlen (~5 Hz) ohne Sensoren
➔ Klassenbeste Drehmomentregelung über den gesamten Drehzahlbereich
➔ Die Benutzeroberfläche vereinfacht die Aufgabe, den Motor schnell zum Laufen zu bringen
DTFC von TPSI erfordert aber zusätzliche Rechenleistung. Der ECS640A von Onsemi ist ein neuer Baustein, der diese fortschrittliche Ansteuerung unterstützt, er basiert auf einem Cortex-M0+-Mikrocontroller.
3-in-1-Regelung nach Wahl
Die »ecoSpin«-Reihe konfigurierbarer Motorsteuerungen von Onsemi bietet die Wahl zwischen den drei zuvor beschriebenen Steuerungsmethoden. Der ECS640A, der erste Baustein dieser Reihe, ist ein SiP (System in Package). Er integriert in einem 10 mm x 13 mm großen QFN-Gehäuse einen Cortex-M0+-Prozessorkern, drei Messverstärker, einen Referenzverstärker, drei Bootstrap-Dioden und einen Gate-Treiber, der für den High-Voltage- und Hochgeschwindigkeitsbetrieb ausgelegt ist. Der Baustein kann MOSFETs und IGBTs mit einer Betriebsspannung von bis zu 600 V (FAN73896) ansteuern und verfügt über sechs Gate-Treiberausgänge, die einen Gate-Strom von 350/650 mA (typ.) als Senke oder Quelle für externe Leistungsbauelemente bereitstellen. Der Baustein verfügt über GPIO-Hall-Sensoranschlüsse, um einen sensorgesteuerten Betrieb zu unterstützen. Hinzu kommen drei unabhängige Low-Side-Source-Pins, die Einzel- oder Mehrfach-Shunt-Messungen ermöglichen.
Dank des geringen Platzbedarfs und der hohen Integration eignet sich dieser Baustein ideal für den Einsatz mit diskreten Leistungsbauelementen, sodass die Skalierbarkeit maximiert wird. Zum Lieferumfang gehört ein Software-Entwicklungskit (SDK), bestehend aus einem Flash-Loader, Start-up- und Systemdateien, Peripherie-Treibern (CMSIS-Treiberstil) und Beispielcode für die Peripherie-Demo. Onsemi hat mit TPSI zusammengearbeitet, um eine entsprechende DTFC-Firmware für den ECS640A bereitzustellen. Diese ermöglicht eine optimale Motorleistung auf dem Cortex-M0+-Prozessor, ohne dass die Kommutierung mit einer leistungsfähigeren und teureren MCU durchgeführt werden muss.
Die einfach zu bedienende grafische Benutzeroberfläche vereinfacht die Code-Entwicklung und beschleunigt die Markteinführung. Nutzer werden die integrierte Lösung schätzen, die automatisch Koeffizientenparameter für den verwendeten Motor generiert, sodass das System einfach einzurichten und schnell zu betreiben ist, anstatt sich in den Details der Motorsteuerung zu verlieren.
Flexibilität und Integration
BLDC-Motoren werden in zahlreichen Anwendungen immer beliebter, erfordern aber eine geeignete Kommutierung, um ihre Vorteile voll ausschöpfen zu können. Bei der Wahl eines BLDC-Motorcontroller-ICs ist es durchaus sinnvoll, sich für einen Baustein zu entscheiden, der eine möglichst große Zahl von Kommutierungsoptionen bei hoher Integration bietet. Der Motorcontroller ECS640A von Onsemi bietet in dieser Hinsicht Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit für sensorgesteuerte und sensorlose Anwendungen.
Der Autor
Joe Howell
ist Senior Product Line Manager bei Onsemi.
- Flexibilität bei der Motorsteuerung
- Direkte Selbstregelung
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