Strategi untuk menyederhanakan sistem kontrol dan drive motor tiga fase BLDC
Produk semikonduktor yang sangat terintegrasi tidak hanya tren produk konsumen, tetapi juga secara bertahap menembus ke dalam aplikasi kontrol motor. Pada saat yang sama, motor DC brushless (BLDC) juga menunjukkan momentum yang sama di banyak pasar, seperti aplikasi otomotif dan medis, dan pangsa pasar mereka secara bertahap melebihi dari jenis motor lainnya. Dengan meningkatnya permintaan untuk motor BLDC dan kematangan teknologi motorik terkait, strategi pengembangan untuk sistem kontrol motor BLDC telah berevolusi dari sirkuit diskrit menjadi tiga kategori yang berbeda. Ketiga jenis solusi utama ini dibagi menjadi sistem-on-a-chip (SoC), produk standar spesifik-aplikasi (ASSP), dan solusi dua-chip.
Ketiga solusi utama ini semakin disukai oleh insinyur desain sistem motor karena mereka mengurangi jumlah komponen yang diperlukan untuk aplikasi dan mengurangi kompleksitas desain. Namun, masing-masing strategi memiliki kekuatan dan kelemahannya sendiri. Artikel ini akan membahas tiga opsi ini dan bagaimana mereka dapat diperdagangkan di antara integrasi desain dan fleksibilitas.
Sistem motor dasar terdiri dari tiga modul utama: catu daya, penggerak motor dan unit kontrol. Gambar 1 menunjukkan desain sistem motor diskret tradisional. Sistem motor biasanya termasuk prosesor RISC sederhana dengan flash terintegrasi yang menggerakkan MOSFET eksternal dengan mengendalikan driver gerbang. Prosesor juga dapat menggerakkan motor secara langsung melalui MOSFET terintegrasi dan pengatur tegangan yang menggerakkan prosesor dan driver.
Drive motor SoC mengintegrasikan semua modul di atas dan dapat diprogram untuk berbagai aplikasi. Selain itu, sangat ideal untuk aplikasi yang membutuhkan optimasi ruang karena keterbatasan ruang. Namun, kinerja pemrosesan yang rendah dan ruang memori internal yang terbatas tidak dapat diterapkan pada sistem motor yang memerlukan kontrol lanjutan. Kelemahan lain dari driver motor IC SoC adalah alat pengembangan terbatas, seperti kurangnya lingkungan pengembangan firmware. Hal ini sangat berbeda dengan fakta bahwa sebagian besar pemasok mikrokontroler terkemuka di industri ini menawarkan berbagai alat yang mudah digunakan.
ASSP drive motor dirancang untuk area tertentu dan semuanya dioptimalkan untuk aplikasi yang sempit. Hanya membutuhkan sedikit ruang dan tidak memerlukan penyesuaian perangkat lunak. Selain itu, sangat ideal untuk aplikasi terbatas ruang. Gambar 2 menunjukkan diagram blok driver motor kipas 10-pin DFN. Karena penggerak motor ASSP sering terfokus pada aplikasi produksi volume tinggi, mereka sering memiliki rasio harga / kinerja yang sangat baik. Namun, ini tidak berarti bahwa motor yang berjalan di ASSP drive perlu mengorbankan kinerja. Sebagai contoh, kebanyakan penggerak motor ASSP modern dapat menggerakkan motor BLDC dengan algoritma tanpa sensor dan sinusoidal, yang di masa lalu memerlukan mikrokontroler berkinerja tinggi. Namun, produk ASSP tidak memiliki kemampuan program dan tidak menyesuaikan kekuatan penggerak, yang membatasi kemampuan mereka untuk beradaptasi dengan tuntutan pasar yang berubah.
Meskipun integrasi tinggi adalah tren utama dalam elektronik saat ini, masih ada permintaan untuk solusi dual-chip dengan driver analog yang kaya dan mikrokontroler analog cerdas. Strategi dua chip memungkinkan para perancang untuk memilih dari berbagai mikrokontroler untuk mendukung pergantian sensorik atau pergantian tanpa sensor dengan teknologi penggerak trapezoid atau sinusoidal. Ketika menggunakan solusi ini, pilihan chip driver pendukung sangat penting. Chip pengiring yang ideal harus berisi setidaknya beberapa fitur berikut:
Regulator yang efisien dan dapat diatur untuk mengurangi konsumsi daya dan menyalakan semua jenis mikrokontroler
Modul pemantauan dan pemrosesan latar belakang untuk memastikan pengoperasian motor yang aman dan memungkinkan komunikasi dua arah antara host dan drive
Parameter opsional yang mengoptimalkan kinerja tanpa perlu upaya pemrograman tambahan
Dinilai driver daya untuk MOSFET atau motor BLDC
Secara umum, dengan drive motor SoC dan ASSP, perancang sistem motor tidak hanya menggunakan komponen yang paling sedikit, tetapi juga memiliki fleksibilitas yang moderat. Namun, solusi yang sangat terintegrasi ini masing-masing memiliki keterbatasan yang berbeda, seperti fungsi tetap, kapasitas penyimpanan yang terbatas, dan kekuatan pemrosesan. Tabel 1 membandingkan tiga strategi pengendalian motor BLDC utama yang dijelaskan di atas.
Dibandingkan dengan desain diskrit, kontrol motor modern dan solusi penggerak tidak hanya mengurangi bill of material tetapi juga mengurangi waktu pengembangan sistem, sementara tidak berdampak pada sistem bangunan yang dioptimalkan untuk motor BLDC yang dipilih. Desain referensi dan pustaka perangkat keras dan firmware dari vendor semikonduktor dapat secara dramatis mengurangi waktu pengembangan dan mempercepat waktu-ke-pasar untuk kontrol motor dan konsep penggerak lanjutan.
