Контроллер трехфазного бесколлекторного двигателя | Силовая электроника

Хилл Мартин
Карташов Евгений

№ 5’2010

PDF версия

В статье обсуждаются требования к минимальным ресурсам, необходимым микроконтроллеру на базе Microchip PIC12 для управления скоростью трехфазного бесколлекторного двигателя постоянного тока (BLDC). Показано, как техника минимизации позволяет снизить количество выводов I/O (Input/Output) для данного применения до шести. Предполагается, что читатели знакомы с алгоритмами управления указанного типа двигателей.

Каковы должны быть минимальные ресурсы микроконтроллера, работающего в составе привода трехфазного BLDC-мотора? Для ответа на этот вопрос необходимо соотнести возможности чипсета с принципами управления указанного двигателя и предъявляемыми к устройству функциональными требованиями. Если мы рассматриваем рынок простых и дешевых схем управления скоростью в таких применениях, как вентиляторы и насосы, то проблема может быть существенно упрощена. Эти устройства работают при наличии или отсутствии датчиков (необходимых для определения положения ротора), что имеет ряд аргументов «за» и «против». Однако по количеству контактов I/O существенный выигрыш получается в случае, если сигнал положения ротора может быть снят с одного вывода. Кроме того, наличие многофункциональных выходов в пользовательском интерфейсе позволяет изменять их назначение. Благодаря этому, используя определенную технику минимизации, можно сократить количество задействованных контактов процессора и снизить таким образом требования к его ресурсам.

Система управления BLDC-мотором

На рис. 1 приведена блок-схема управления BLDC-мотором, содержащая датчик Холла для формирования обратной связи по положению ротора (как правило, используется три датчика), потенциометр задания скорости, кнопки включения и выключения системы, датчик перегрузки по току и трехфазный силовой каскад, соединенный с мотором.

Рис. 1. Блок-схема управления BLDC-мотором

Общее количество независимых подключений контроллера составляет 11 (пять входов и шесть выходов). Это число можно минимизировать в случае, если микроконтроллер поддерживает многофункциональность выводов и имеет развитую периферию.

Технология минимизации ресурсов

В случае, если используется стандартный шестиступенчатый алгоритм управления BLDC-мотором, в каждый момент времени только два транзистора инвертора (один в верхнем плече и один в нижнем) находятся во включенном состоянии. Управление ключами трехфазного силового каскада не является комплиментарным, транзисторы открываются в т. н. «диагональном режиме». С точки зрения минимизации логики это является преимуществом, поскольку два из трех ключей верхнего уровня закрыты при нормальной работе привода. Сигнал управления третьим транзистором может быть извлечен из двух других с помощью нескольких резисторов и транзисторного инвертора, подключенного к третьему входу верхнего уровня моста (см. рис. 4 — принципиальная схема). Таким образом удается сократить количество использованных выводов контроллера с шести до пяти.

Существует несколько различных путей оптимизации количества системных входов, предназначенных для подключения датчиков Холла, потенциометра, сенсоров тока перегрузки и ключей «Пуск/ Стоп». Датчики Холла, как правило, встраиваются в BLDC-двигатель, поэтому целесообразно интегрировать в мотор и схему, формирующую цифровой интерфейс для их связи с микроконтроллером. Выход подобной схемы выполняется в виде откры- того коллектора с «подтягивающим» резистором. В этом случае требуется один датчик Холла и один цифровой вход микросхемы семейства PIC12F.

Для запуска мотора и задания скорости при включении системы один из входов верхнего плеча трехфазного инвертора может быть сконфигурирован как аналоговый вход. Для реализации данной задачи этот вывод подключается к резистивному делителю и потенциометру уставки, что позволяет задать и считать значение скорости перед пуском мотора.

Ключ «Пуск» кроме основной задачи может нести и дополнительную функцию снижения уставки скорости ниже минимального значения. В аналоговом режиме работы входа, несмотря на то, что один из транзисторов верхнего плеча открывается, это не приводит к появлению тока в двигателе, поскольку все ключи нижнего плеча закрыты. Далее, при пуске мотора, данный контакт конфигурируется как выход управления транзистором верхнего плеча, а резисторы делителя начинают выполнять функцию «подтягивающих» или заземляющих.

Функцию остановки запущенного двигателя удобно выполнять в комбинированном режиме «Пуск/Стоп» в ходе цикла коммутации. Таким образом, остановка мотора реализуется программно-аппаратным методом в процессе выбега. Когда ключ «Стоп» нажимается при вращении, все сигналы управления транзисторами верхнего уровня блокируются, программа анализирует состояние мотора и запускает режим торможения. В простейшем случае функция остановки может выполняться нормально-разомкнутым тумблером, подключенным параллельно описанной выше цепи защиты от токовой перегрузки.

В схеме защиты от перегрузки по току не задействован ни один из выводов I/O микроконтроллера, для этой цели используется цепь подключения питания микросхемы семейства PIC12, позволяющая включить схему в режим перезагрузки при возникновении аварии. Этот тип PIC-контроллера имеет встроенный параллельный стабилизатор, соединенный с источником питания через резистор, номинал которого выбирается в зависимости от условий работы. Таким образом, в случае перегрузки питание микросхемы может быть отключено схемой защиты по току, подключенной параллельно стабилизатору.

В результате проведенной оптимизации системе требуется один выделенный цифровой вход, а также один цифровой/аналоговый и четыре цифровых вывода, выполняющих функции выходов. Здесь не учтен тот факт, что для управления скоростью необходима широтно-импульсная модуляция напряжения, поступающего на BLDC-мотор. В нашем случае контрольные импульсы должны поступать на транзисторы нижнего уровня. В реальности, поскольку в системе используется режим шестиступенчатого управления, ШИМ-сигнал в любой момент времени подается только на один из трех нижних ключей инвертора.

Некоторые PIC-контроллеры обладают особой периферией, способной формировать программный «моторный» ШИМ-сигнал, в то время как другие могут вырабатывать ШИМ-напряжение только на одном из n выходов. В последнем случае полный сигнал управления формируется с помощью, например, периферии ECCP (Enhanced Capture/ Compare Peripheral). В микросхеме PIC12F допускается комбинированное формирование ШИМ-сигнала посредством периферии ECCP или в режиме альтернативной конфигурации выводов (APCFG). Подобная возможность представляется очень удобной, поскольку импульсы могут вырабатываться через ECCP только по двум выводам, в то время как для работы схемы их требуется три, что доступно в режиме APCFG. На сегодняшний день в описанном режиме могут работать два контроллера семейства: PIC12F615 и PIC12HV615 (рис. 2).

Рис. 2. Аппаратная реализация схемы

Программа управления использует сигнал одного датчика Холла для синхронизации импульсов управления транзисторами инвертора, а также для определения моментов времени коммутации по так называемой технологии точного расчета траектории. Помимо всего прочего, это позволяет сформировать замкнутый контур управления скоростью при помощи простейшего ПИД-регулятора, на который поступает сигнал ошибки по скорости (рис. 3).

Рис. 3. Блок-схема управления скоростью мотора

Выход PI-контроллера загружается в регистр коэффициента заполнения импульсов CCPR1, занимая восемь старших разрядов. Выход подсистемы формирования ШИМ-сигнала коммутируется вместе с одним из трех транзисторов нижнего плеча инвертора, что позволяет осуществлять управление мотором и контроль скорости.

Три встроенных таймера PIC12 используются для измерения скорости двигателя по сигналу датчика Холла (TMR1), задания периода коммутации (TMR2) и генерации прерывания после окончания периода предварительного расчета (TMR0).

При включении питания считывается уставка скорости, после чего система может быть запущена с помощью ключа «Пуск». После подачи команды на запуск привода происходит оценка положения ротора и активируется программа формирования короткой разомкнутой петли регулирования. Она работает до тех пор, пока не будет продетектировано появление следующего сигнала датчика Холла. С этого момента времени коммутация инвертора синхронизируется с положением ротора. После успешной обработки двух сигналов датчика Холла программа переключается в режим работы с замкнутой обратной связью по скорости. При возникновении перегрузки по току активируется режим перезапуска питания POR (Power On Reset).

Аппаратная реализация системы управления включает трехфазный BLDC-мотор, низковольтный силовой модуль инвертора и контроллер PIC12F615, подключенный к модифицированной демо-плате Microchip. Было показано, что данная топология схемы позволяет использовать шесть I/O контактов микроконтроллера с многофункциональными выводами. Гибкая внутренняя периферия PIC12HV615 и встроенный параллельный регулятор дают возможность создать схему (рис. 4), выполняющую все необходимые для данного применения функции. Таким образом, создана основа для проектирования простых и дешевых систем управления скоростью в случаях, когда не требуется высокая точность работы привода.

Рис. 4. Принципиальная схема привода BLDC-мотора с контроллером PIC12HV615

Контроллеры бесколлекторных двигателей в категории «Товары для детей»

поиск в товарах / по продавцам

• Аксессуары и комплектующие для детского транспорта

• Интегральные микросхемы

• Мотор-колеса

• Электродвигатели постоянного тока

• Аксессуары и комплектующие для электротранспорта

• Электрооборудование для мототехники

• Наборы и компоненты для самостоятельной сборки электроники

• Программируемые контроллеры

• Сетевые коннекторы, модули и разъемы

Контроллер бесколлекторного двигателя постоянного тока 36/48В 17А 350Вт 2105-00498

На складе в г. Ровно

Доставка по Украине

545 грн

Купить

BLDC Контроллер 48-60V 800W 15А, для бесколлекторного двигателя электроквадроцикла.

Заканчивается

Доставка по Украине

2 147 грн

Купить

Контроллер электротранспорта 48V 1000W бесколлекторных двигателей

На складе

Доставка по Украине

1 367 грн

Купить

Контроллер бесколлекторного двигателя FAIRCHILD KA2822D

Под заказ

Доставка по Украине

50.43 грн

Купить

Контроллер бесколлекторного двигателя FAIRCHILD KA3011BD

Под заказ

Доставка по Украине

106.13 грн

Купить

Контроллер для мотор-колеса 36-48v 350w

Доставка из г. Ровно

395 грн

Купить

Контроллер для бесколлекторного мотора мотор-колеса 36/48В 17А 350Вт, 100922

Недоступен

Цену уточняйте

Смотреть

Контроллер для бесколлекторного мотора

Недоступен

639 грн

Смотреть

Контроллер ESC для бесколлекторных моторов 70А (320А) 5-13S

Недоступен

3 900 грн

Смотреть

Контроллер электротранспорта 48V 1000W бесколлекторных двигателей

Недоступен

1 610 грн

Смотреть

Винница

Контроллер мотор-колеса 48 — 72 вольта 45А 2500Вт

Недоступен

2 900 грн

Смотреть

Блок керування 48-60V 550W 12А для безколекторного двигуна електроквадроцикла, ATV

Недоступен

1 576 грн

Смотреть

Контроллеры бесколлекторных двигателей оптом

Популярные категории

Товары для детей

Детский транспорт и автокресла

Аксессуары и комплектующие для детского транспорта

Электрооборудование

Электронные компоненты

Активные компоненты

Интегральные микросхемы

Электродвигатели

Электродвигатели постоянного тока

Авто — мото

Мототехника

Запчасти для мототехники

Электрооборудование для мототехники

Техника и электроника

Запчасти для техники и электроники

Наборы и компоненты для самостоятельной сборки электроники

Насколько вам
удобно на проме?

Контроллеры бесщеточных двигателей

Контроллеры бесщеточных двигателей

Промышленные серии контроллеров HBCi и HSBC представляют собой современную технологию управления электродвигателями. Электрические регуляторы скорости от малой до высокой мощности, низкого и высокого напряжения производятся во многих вариантах и ​​конструкциях, чтобы полностью удовлетворить потребности клиентов . Вместе с верхним управлением они предлагают многочисленные возможности настройки, эксплуатации, связи, диагностики и многое другое. Это делает их идеальным решением для различных промышленных применений, электромобилей и широкого спектра продуктов и оборудования.

(100 кВт | 400 В | 400 А | 5800 г)

Электрические самолеты, промышленные дроны, электронные летательные аппараты, корабли, специализированное оборудование самые передовые модули IGBT для достижения максимальной эффективности. Они представляют собой интеллектуальное решение с высокопроизводительными 32-разрядными процессорами ARM Cortex, используемыми для управления. Этот класс предлагает отличное и непревзойденное соотношение размеров и веса при достижении высокой производительности. Они предлагают простую установку и настройку.

(38 кВт | 120 В | 320 A | 1257 г)

Промышленные дроны, электрические самолеты, корабли, специализированное оборудование

Бесщеточные контроллеры постоянного тока серии HBCi СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ отличаются высокой производительностью. ESC для двигателей BLDC и PMSM средней мощности (до 38 кВт). Этот класс предлагает отличное и непревзойденное соотношение размеров и веса при достижении высокой производительности. Они предлагают простую установку и настройку.

(37 кВт | 63 В | 600 А | 1257 г)

электрические самолеты, корабли, БПЛА, специальные приложения

Бесщеточные контроллеры постоянного тока серии HBCi LOW VOLTAGE представляют собой высокопроизводительные регуляторы скорости для двигателей BLDC и PMSM средней мощности (до 37 кВт). Этот класс предлагает отличное и непревзойденное соотношение размеров и веса при достижении высокой производительности. Они предлагают простую установку и настройку.

(19 кВт | 120 В | 160 А | 550 г)

Промышленные дроны, электрические самолеты, корабли, специализированное оборудование до 19кВт). Этот класс предлагает отличное и непревзойденное соотношение размеров и веса при достижении высокой производительности. Они предлагают простую установку и настройку.

(18 кВт | 63 В | 300 А | 550 г)

Электронные доски для серфинга, ховерборды, корабли, специализированное и авиационное оборудование

Контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока серии HBCi LOW VOLTAGE представляют собой высокопроизводительные регуляторы скорости для средних производительностей BLDC и PMSM двигатели (до 18кВт). Этот класс предлагает отличное и непревзойденное соотношение размеров и веса при достижении высокой производительности. Они предлагают простую установку и настройку.

(13 кВт | 120 В | 110 А | 360 г)

Промышленные дроны, корабли, специализированное и авиационное оборудование

Контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока серии HBCi СРЕДНЕГО НАПРЯЖЕНИЯ представляют собой 13кВт). Этот класс предлагает отличное и непревзойденное соотношение размеров и веса при достижении высокой производительности. Они предлагают простую установку и настройку.

(12 кВт | 63 В | 200 А | 360 г)

БПЛА, корабли, специализированное применение

Контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока серии HBCi LOW VOLTAGE представляют собой высокопроизводительные регуляторы скорости для двигателей BLDC и PMSM средней мощности (до 12 кВт). Этот класс предлагает отличное и непревзойденное соотношение размеров и веса при достижении высокой производительности. Они предлагают простую установку и настройку.

(6 кВт | 63 В | 180 A | 63 г)

БПЛА, корабли, специализированное применение

Эти контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока являются наиболее компактными с точки зрения физических размеров, что обеспечивает дополнительную вариативность в области установки. Тем не менее, диапазон производительности для этих контроллеров остается высоким, достигая до 6 кВт.

(3 кВт | 63 В | 50 А | 80 г)

БПЛА, корабли, специализированное применение

Контроллеры бесщеточных двигателей серии HSBC являются одними из самых маленьких по габаритам и производительности (до 3 кВт). Они отличаются разнообразием конфигураций, надежностью, простотой установки и настройки.

Ничего не пропустите: подпишитесь на новости MGM-COMPRO

В сфере специальной электроники и электромобилей происходит столько всего, что мы хотим поделиться с вами последними новостями. Наша цель — сначала информировать вас о лучших продуктах, международных мероприятиях, проектах и ​​программах исследований и разработок, в которых мы сотрудничаем.

Партнеры

Согласие на управление

PN00110-24C — Бесщеточный (BLDC) регулятор скорости двигателя 24 В 17A

Сейчас:

80 долларов США

(пока отзывов нет)

Написать обзор

Makermotor

PN00110-24C — Бесщеточный (BLDC) регулятор скорости привода двигателя 24 В 17A

Рейтинг
Требуется

Выберите Рейтинг1 звезда (худший)2 звезды3 звезды (средний)4 звезды5 звезд (лучший)

Имя
Требуется

Электронная почта
Требуется

Тема отзыва
Требуется

Комментарии
Требуется

Артикул:

PN00110-24C

Доставка:

Рассчитывается на кассе

• Описание

Технические характеристики:

• Отключение при 6000 об/мин
• Режим плавного пуска
• Управление аварийной остановкой
• Аналоговое управление 0–5 В постоянного тока
• Цифровое ШИМ-управление (минимум от 7 кГц до 16 кГц)
• Реверсивное управление
• Номинал при 22-30 В постоянного тока
• Непрерывный режим при 17 А
• Подходит для источника питания постоянного тока
• Полностью закрытый

Инструкции по подключению:

• Подсоедините 3-фазные провода (A, B и C) к 3-фазным проводам двигателя BLDC. Если у вас есть двигатель BLDC с датчиком, оставьте провода датчика Холла. Этот контроллер не требует датчиков Холла.
• Подсоедините толстый красный провод +24 В постоянного тока (IN) к положительной клемме источника питания или аккумулятора.
• Подсоедините толстый черный провод 0 В (GND) к отрицательной клемме источника питания или аккумулятора.
• Убедитесь, что вы подключаете контроллер с соблюдением полярности. Обратная полярность повредит этот контроллер.

Для подключения к потенциометру для ручного управления:

1. Подсоедините тонкий черный провод 0 В (GND) к GND вашего потенциометра.
2. Подключите тонкий желтый провод SIGNAL (IN) к выходу вашего потенциометра.
3. Подключите тонкий красный провод 5 В постоянного тока к + Vcc вашего потенциометра.
4. Установите тумблер включения/выключения между тонким черным проводом и тонким белым проводом REVERSE. Это позволит вам переключаться между вращением по часовой и против часовой стрелки.
5. Установите тумблер включения/выключения между тонким черным проводом и тонким синим проводом СТОП. Это позволит вам переключаться между функциями остановки и запуска.
6. Установите тумблер включения/выключения между тонким черным проводом и тонким зеленым проводом. МЯГКИЙ СТАРТ. Это позволит вам включить/выключить функцию плавного пуска. Время разгона плавного пуска составляет около 3 секунд.

Для подключения к микроконтроллеру:

1. Логическое напряжение должно быть 5 В постоянного тока.
2. ШИМ должен выдаваться как минимум на частоте 7 кГц. Максимальная частота 16 кГц. Подключите сигнал PWM к тонкому желтому проводу SIGNAL (IN).
3. Сигналы переключения между низким (0 В постоянного тока) и высоким (5 В постоянного тока) тонким белым проводом REVERSE для вращения по часовой и против часовой стрелки.
4. Переключение сигналов между низким (0 В пост.