Mozgásvezérléshez szögérzékelés

A mozgásvezérlés már évek óta a legerőteljesebben növekvő motorizációs piac, ahol az alkalmazások nagy hatékonyságot és kompakt felépítést követelnek meg. A költségek és a környezetbarát energiafelhasználás fontossága miatt a villanymotorokat egyre több helyen alkalmazzák.

A kefe nélküli DC motorok (BLDC – Brushless DC Motors) hosszú élettartamuknak, csendes működésüknek, könnyen értelmezhető vezérlési követelményeiknek köszönhetően komoly sikertörténettel rendelkeznek, és gyakorlatilag az élet bármely területén fellelhetők, az alkalmazási területeik egyre bővülnek. A nagyobb nyomaték, a finom szabályozás és a széles teljesítménytartomány iránti igény, valamint a gazdasági nyomás hatására megnőttek az érintett alkatrészekkel szembeni követelmények.

A BLDC motorok vezérlése

A kefe nélküli egyenáramú motorok (BLDC) vezérléséhez pontos rotorhelyzetre van szükség a kommutációhoz (kapcsolási állapotok közti váltás a forgórész meghatározott szöghelyzetében), a megfelelő tekercsek helyes irányba történő mozdításához.

Blokk-kommutáció

A klasszikus BLDC motorok három különálló Hall-elemet alkalmaznak, egyszerű bináris kapcsolással. Az állórészbe vagy a rotor végére manuálisan behelyezett mágneses érzékelők beállítása nehézkes és nagy toleranciát eredményez. A mágneses érzékelőket a forgórész mágneses tere kapcsolja be és ki. A 3 érzékelő 120°-os rotorszegmensei csak alapvető és nagyon durva helyzetinformációkat nyújtanak. Az érzékelők mindegyike bináris állapotban jelzi, hogy hol kell energiát szolgáltatni a motornak.
Egyetlen, de nagy integráltságú eszköz, mint az MA102, képes előállítani az összes korábbi klasszikus három Hall-jelet. Hatalmas előny származik az adott eszközön elvégezhető beállításokból, amelyek maradandóan és egyszerűen beprogramozhatók, de a pólusszámot, valamint a szögbeállításokat is lefedik az MA102 tipusú mágneses érzékelő paraméterei. A készüléket kisebb helyigény, rugalmas helyzetbeállítás és mezőmonitorozás jellemzi. Az összes érzékelő gyári kalibrálása miatt nincs szükség egyedi kalibrálásra a felhasználás során, ami időt és felesleges erőfeszítést takarít meg.

Az MP6543HB motorvezérlő IC szinergikus kiegészítője az MA102-nek. A hat beépített monolit MOSFET segítségével közvetlenül képes vezérelni egy BLDC motort anélkül, hogy bármilyen külső MCU-ra lenne szükség. Az MP6543HB az MA102-ből származó Hall-jelek információit használja fel, és önálló blokk-kommutációs motormeghajtóként működik.
A precíz mozgásszabályozás megvalósításához sokkal nagyobb az igény a helyzet- és a sebességinformációkra. A SpinAxis™ technológián alapuló nagyobb felbontású Hall-érzékelők nem csak egyszerű UVW-kommutációnál használhatók. Ezek az érzékelők valódi abszolút szöginformációt nyújtanak akár 14 bites és 1 MHz-es szögfrissítési sebességgel, párhuzamosan elérhető, népszerű, szabványos kvadratúrainterfésszel (ABZ-jelek, 12 MHz). Az ABZ- és UVW-jelek felbontással történő összehasonlítása azt mutatja, hogy egy 12 bites ABZ-jel sokkal finomabb szöginformációt szolgáltat, mint a 3 × 2 (<3 bites) kommutációs jelek, nagyságrendileg több mint 500-szoros felbontással.

A hurok zárása

A zárt hurkú vezérlés azt jelenti, hogy a motor mozgását egy érzékelő észleli, és azt a vezérlő feldolgozza: az érzékelő felbontása döntő fontosságú a pontos és nagy nyomatékú mozgáshoz. Különösen az alacsonyabb fordulatszámnál a pontos pozicionálás nagy szabályozási huroksebességet és nagy felbontású helyzetadatokat igényel. Az ABZ növekményes jellege miatt a teljes abszolút helyzetadatokra van szükség, ciklusonként akár egyetlen Hall-alapú érzékelővel is megvalósítható. Az MPS szögérzékelők népszerű beágyazott SPI vagy szabványos ipari SSI interfészt is biztosítanak párhuzamosan a vezérlőnek.

A teljes rendszer és moduláris alkatrészek

A mozgásvezérlő rendszerek egyre jobban integrálódnak: minden alkatrész – motor, érzékelő, vezérlés – egyetlen rendszer része. Ebben az esetben a motor kommutációja és az érzékelő kommunikációja a rendszer belsejében, beágyazott alapon és közvetlen csatlakozáson keresztül történik, néha ugyanazon a NYÁK-on. Az MMP-modulok kompakt és teljesen integrált modulmegoldást kínálnak a BLDC vezérléséhez. A szögérzékelő, a FOC kommutáció, az RS485 interfész és a motorvezérlő IC egyetlen apró – utólag bármely BLDC motorhoz felszerelhető – nyomtatott áramköri lapon helyezkednek el.

Még mindig vannak olyan alkalmazások azonban, amelyek külön modulokat használnak: a legrosszabb esetben van egy motor, egy csatlakoztatható kódoló és a mozgásvezérlő / meghajtó külön egységként. Ezen összetevők sikeres kombinálásához közös szabványokra van szükség a szerelés, a kábelezés, a jelek és a kommunikációs protokollok tekintetében. Itt az ipari szabványok lehetővé teszik a zökkenőmentes és méretezhető kombinációt.
Az MPS MMP motormeghajtó moduljaival komplett NyÁK szerelési megoldásokat kínál a Codico, amelyek magukba foglalják a helyzetérzékelőt, a meghajtó teljesítményfokozatát és a mezőorientált algoritmusokat a kefe nélküli motorokba történő integráláshoz.

Mezőorientált vezérlés – FOC

A mezőorientált vezérléssel a rendszert a kinematikai dinamikai rendszer és a mágneses tulajdonságok szerint optimalizálják. A vezérlés a BLDC motor megfelelő áramellátását szolgáltatja a tökéletes mozgás érdekében. A helyzetadatok és a motoráramok felbontása, valamint frissítési aránya nagyobb, és alacsony késleltetéssel adnak szöginformációt a zárt hurkú nagy teljesítményű mozgásvezérlő számára.
Az MPM6570 például a FOC-vezérlőt és a szögérzékelőt egyetlen IC-be integrálja. Az MP6540-hez hasonló külső teljesítményfokozattal (Power-Stage) kombinálva képesek a szükséges motoráramok leadására, mérésére és visszacsatolására.

Több érzékelő, több adat

A mozgásvezérlő rendszerben nem csak a rotor szöginformációi kerülnek feldolgozásra a jobb irányítás érdekében. A motor áramára vonatkozó információk szintén relevánsak a vezérlők áramszabályozó hurokjánál. A motor áramát érzékelhetjük akár a meghajtón belül (pl. MP6540), akár külső áramérzékelőkkel (MPS MCSxxxx sorozat). A dedikált feszültségek mellett az elszigetelt áramérzékelők előnyeinek kihasználása népszerű a mozgásszabályozó rendszerekben. Az egyszeres táplálástól az egyedi motorfázis-áramérzékelésig: a motorfázisok áramai szolgáltatják a mozgásvezérléshez a jelenlegi működési pont és a mozgásszabályozás optimalizálásának további adatait.

A változatos követelmények rugalmas megoldásokat igényelnek

Az alkalmazások széles skálája különböző szintű motorokkal, érzékelőkkel és vezérlőkkel fedhető le. Az alkalmazási követelmények meghatározzák a kompatibilis alkatrészek körét.
Az MPS a félvezető megoldások teljes választékát kínálja a BLDC-meghajtóknak, áramérzékelőknek és rotorérzékelőknek, amelyek tökéletesen illeszkednek a csak néhány watt és több kilowatt közötti alkalmazásokhoz.

Balogh Gergely
CODICO GmbH
Field Sales Engineer, Active Components
Mobil: +36 30 867 0687
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.