Seit ihrer erfolgreichen Entwicklung in den 1960er Jahren hat sich gezeigt, dass bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) effizienter sind und eine längere Lebensdauer haben als frühere gebürstete Gleichstrommotoren (DC).Neben der Verschiebung hin zu synchronen Wechselstrommotoren (Wechselstrommotoren) in Hochleistungs-Industrieanwendungen haben viele andere Anwendungen auch begonnen, BLDC-Motoren zu verwenden.
Heute sind BLDC-Motoren in jeden Aspekt des täglichen Lebens der Verbraucher eingedrungen.Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen und DruckerIn industriellen Umgebungen wurden BLDC-Motoren für die Bewegungssteuerung und Materialbearbeitung verwendet.BLDC-Motoren versorgen auch unbemannte Bodenfahrzeuge (UGV) mit Strom, Drohnen und ähnliche unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs), sowie chirurgische Roboter und Hilfs-Exoskelett.
Brushed Gleichstrommotoren setzen auf Metall- oder Kohlenstoffkommutatorbürsten, um elektrische Energie an die Motorwicklungen zu liefern, während BLDC-Motoren berührungslos sind.es ist effizienterDie Leistung von BLDC ist auch besser, mit schnellerer Geschwindigkeit, größerem Drehmoment und einem höheren Leistungsgewichtverhältnis.Mit Hilfe fortschrittlicher Steuerungssysteme, BLDC-Motoren können fast sofort Geschwindigkeit oder Drehmoment ändern und eine präzise Positionierung zur Gewährleistung der Sicherheit bieten.
Die hervorragende Leistung der fortgeschrittenen BLDC-Motorantriebe macht diese Motoren und ihre Steuerungssysteme für Ingenieure, die moderne Roboter- und Drohnenanwendungen entwickeln, sehr attraktiv.die typischerweise Merkmale wie Miniaturisierung erfordern, hohe Geschwindigkeit, hohe Präzision, hohe Sicherheit und geringe Wartung.
Grundprinzip eines BLDC-Motors
Der BLDC-Motor hat eine so einfache Drei-Teil-Struktur, dass er einfach unglaublich ist.auf einem Umfang verteilt, der von einem mit Dauermagneten ausgestatteten Rotor umgeben oder parallel zu ihm ist (Abbildung 1)Die Motorsteuerung ist mit dem Stator verbunden, um Positionsdaten zu erhalten und die Wicklung mit Strom zu versorgen.
Steuerung für einen dreiphasigen BLDC-Motor
Abbildung 1: Die dreiphasige BLDC-Motorsteuerung ändert die Richtung des Magnetfeldes des Stators, indem sie den Energiezustand und die Strompolarität der Statorwicklungen (U-, V- und W-Phasen) wechselt.Der Rotor (blauer Teil) mit eingebauten Permanentmagneten dreht sich entsprechend, so dass die Richtung des Magnetfeldes des Stators gleichbleibt. (Bildquelle: Qorvo)
Die Anwendung von Elektrizität auf eine Reihe von Wicklungen im Stator erzeugt ein Magnetfeld, und der Dauermagnet des Rotors reagiert auf dieses Magnetfeld.Die Anziehungskraft zwischen den entgegengesetzten Magnetpolen bewirkt, daß sich der Rotor drehtVor der Ausrichtung des Rotors auf das Magnetfeld des Stators schaltet der Steuergerät die angeschaltete Wicklung um, ändert die Richtung des Magnetfeldes und hält den Rotor kontinuierlich drehend.
Tatsächlich wird sich der Strompuls, der vom Controller an den Stator gesendet wird, von Leitung zu Trennung ändern.und die Polarität an einer bestimmten Frequenz wechseln, um den Strom mit einer bestimmten Wellenform darzustellenDas Schaltschema in Abbildung 1 wird durch trapezförmige Wellen dargestellt.Diese Art von Motor ist strukturell einem BLDC-Motor ähnlich, aber treibt das Magnetfeld durch verschiedene Ströme zu drehen, und der Rotor bleibt synchronisiert und mit dem Magnetfeld gesperrt.Durch die Anpassung der Amplitude und der Phase dieser Wellen kann die Geschwindigkeit des Motors und das verfügbare Drehmoment verändert werden.
Die Steuerung kann auch kontinuierliche Rückkopplungsinformationen von Positionssensoren wie Hall-Effektsensoren oder photoelektrischen Encodern empfangen. the measured value of reverse electromotive force (BEMF) - the current generated by the magnetic field generated by the energized winding in the unenergized winding - can be used to determine the position of the rotor.
Entwicklung von Kraftfahrern
Da die Überwachung, Stromversorgung und Steuerung von BLDC-Motoren komplexe Strukturen erfordern, it is not surprising that old-fashioned BLDC motor controllers using solid-state electronic devices in industrial environments require independent cabinet space and bulky power and data cables to connect the motorsDie zunehmend anspruchsvollen integrierten Schaltungen (ICs) treiben die kontinuierliche Miniaturisierung von Motorsteuerungen voran, bis sie in Leiterplatten integriert werden können.Trotz der MiniaturisierungDie Funktionalität der heutigen Motorsteuerungen wird weiter erweitert.
Zum Beispiel integriert Qorvos dreiphasiger BLDC-Motortreiber ACT72350 (Abbildung 2). Dieser Treiber integriert ein konfigurierbares analogues Front-End (AFE), ein Leistungsmanagementmodul, das an verschiedene Leistungskonfigurationen angepasst ist,und einen speziellen Motorfahrer (ASPD) in eine 9 mm x 9 mm quadratische, flache, bleifrei (QFN) Oberflächenmontageinrichtung.
Qorvo ACT72350 integrierter dreiphasiger BLDC-Motorantrieb
Abbildung 2: Der integrierte dreiphasige BLDC-Motorantrieb ACT72350 integriert AFE-Schaltkreise und konfigurierbare Leistungsmanagementfunktionen in einem kompakten Oberflächenmontagepaket. (Bildquelle: Qorvo)
Der konfigurierbare AFE des ACT72350 ist mit drei differenziell programmierbaren Verstärkern, vier einseitigen programmierbaren Verstärkern, zwei 10-Bit-Analog-Digital-Konvertern,und zehn Vergleicher, so dass es eine Brücke zwischen Sensoren und Steuerungsschaltungen bildet.Diese AFE kann auch PWM-Steuerungssignale von einem externen Mikrocontroller (MCU) über eine serielle Peripherieoberfläche (SPI) empfangen.
Das konfigurierbare Leistungsmanagementmodul ermöglicht es ACT72350, Gleichspannungseingaben von 25 V bis 160 V zu akzeptieren,einschließlich bis zu 20 Sekunden Batteriekapazität (Nennspannung von 72 V oder 84 V bei voller Ladung)Die Hochspannungs-Schaltvorrichtung dieses Moduls kann eine stabile 12V- oder 15V-Ausgangsspannung liefern und auch eine stabile 5V, 200mA-Stromversorgung für ACT72350-Module und MCUs liefern.
Die ASPD des ACT72350 kann zur Antriebsfunktion des Motors eine Halbbrücke, eine H-Brücke oder eine Dreiphasenarchitektur verwenden (Abbildung 3).Drei Hochspannungs-Seitengattreiber mit einer Spannung von 160 V und drei Niederspannungs-Seitengattreiber mit einer Spannung von 20 VJeder Treiber verfügt über eine Torantriebsfähigkeit von 2 A (Zugstrom)/2 A (Vollstrom), die eine schnelle Schaltleistung zur Verbesserung der Motorgeschwindigkeit erzielen kann.