이 다목적 브러시리스 (BLDC) 모터 컨트롤러 IC는 원하는 고전압, 고전류, 홀 효과 센서가 장착 된 3 상 BLDC 모터를 매우 정확하고 안전하게 제어 할 수 있습니다. 자세히 알아 보겠습니다.

IC MC33035 사용

회로의 '영웅'은 고성능 2 세대 IC 모듈 인 단일 칩 컨트롤러 MC33035로, 대부분의 고전류, 고전압, 3 상 또는 4 상 BLDC를 실행하는 데 필요할 수있는 모든 필수 활성 기능을 갖추고 있습니다. 개방 루프 또는 폐쇄 루프 구성이있는 모터.

IC에는 정확한 정류 시퀀싱을 가능하게하는 회 전자 위치 디코더, 정확한 센서 전압을 촉진하기위한 온도 보상 기준, 프로그래밍 가능한 주파수 톱니 발진기, 3 개의 내장 된 오픈 콜렉터 하이 사이드 드라이버 스테이지 및 3 개의 고전류 토템폴이 장착되어 있습니다. 3 상 H 브리지 고전력 MOSFET 모터 컨트롤러 스테이지를 작동하도록 특별히 설계된 타입 로우 사이드 드라이버.

이 칩은 또한 내부적으로 고급 보호 기능과 저전압 잠금, 조정 가능한 지연 래치 형 셧다운 옵션을 통한 사이클 별 전류 제한, 내부 IC 고온 셧다운 및 독점적으로 고안된 선호하는 고급 처리 및 피드백을 위해 MCU와 인터페이스 할 수있는 오류 출력 핀아웃.

이 IC로 실행할 수있는 일반적인 기능은 개방 루프 속도 제어, 정방향 역방향 제어, '실행 활성화', 비상 동적 브레이크 기능입니다.

IC는 60 ~ 300도 또는 120 ~ 240 도의 위상을 가진 모터 센서와 함께 작동하도록 설계되었습니다. 또한 IC는 기존 브러시 모터를 제어하는데도 사용할 수 있습니다.

IC 작동 원리

MC33035는 여러 고효율 모 놀리 식 DC 브러시리스 모터 컨트롤러 중 하나입니다. Motorola .

이는 완전한 기능을 갖춘 개방형 루프, 3 상 또는 4 상 모터 제어 시스템을 시작하는 데 필요한 기능으로 구성됩니다.

또한 컨트롤러는 DC 브러시 모터를 제어하도록 수행 할 수 있습니다. 바이폴라 아날로그 기술로 설계된이 제품은 무자비한 산업 환경에서 우수한 수준의 효율성과 내구성을 제공합니다.

MC33035는 정확한 정류 시퀀싱을위한 로터 위치 디코더, 센서 전력을 제공 할 수있는 환경 보상 기준, 주파수 프로그래밍 가능 톱니 발진기, 완전히 액세스 가능한 오류 증폭기, 펄스 폭 변조기 비교기, 3 개의 오픈 컬렉터 상단 드라이브 출력 및 3 개를 제공합니다. 고전류 토템 폴 로우 드라이버 출력은 전력 MOSFET 작동에 적합합니다.

MC33035에는 저전압 잠금, 선택 가능한 시간 지연 래치 셧다운 모드를 통한 사이클 별 전류 제한, 내장형 열 셧다운, 마이크로 프로세서 컨트롤러에 편리하게 인터페이스되는 전용 오류 출력을 포함하는 차폐 기능이 내장되어 있습니다.

표준 모터 제어 속성은 개방 루프 속도 제어, 정 회전 또는 역 회전, 실행 활성화 및 동적 제동을 포함합니다. 또한 MC33035에는 60 ° 또는 120 ° 센서 전기 위상 입력에 대해 로터 상황 디코더를 구성하는 60 ° / 120 ° 선택 핀이 있습니다.

핀아웃 기능 :

핀 1, 2, 24 (Bt, At, Ct) = 이들은 BJT와 같은 외부 구성 전원 장치를 작동하도록 지정된 IC의 상위 드라이브 출력 3 개입니다. 이러한 핀아웃은 내부적으로 오픈 컬렉터 모드로 구성됩니다.

핀 # 3 (Fwd, Rev) = 이 핀아웃은 모터 회전 방향을 제어하는 데 사용됩니다.

핀 # 4, 5, 6 (Sa, Sb, Sc) = 모터의 제어 시퀀스를 명령하기 위해 할당 된 IC의 3 개 센서 출력입니다.

Pin # 7 (출력 활성화) = IC의이 핀은 하이 로직이 여기에서 유지되는 한 모터 작동을 활성화하기 위해 할당되고 로우 로직은 모터의 코스 팅을 활성화하기위한 것입니다.

핀 # 8 (기준 출력) =이 핀은 오실레이터 타이밍 커패시터 Ct를 충전하기위한 공급 전류로 활성화되고 오류 증폭기에 대한 기준 레벨을 제공합니다. 모터 홀 효과 센서 IC에 전원을 공급하는데도 사용할 수 있습니다.

Pin # 9 (전류 감지 비 반전 입력) : 100mV의 신호 출력은 15 번 핀을 참조하여이 핀아웃에서 얻을 수 있으며 지정된 오실레이터 사이클 동안 출력 스위치 전도를 취소하는 데 사용됩니다. 이 핀아웃은 일반적으로 전류 감지 저항의 위쪽과 연결됩니다.

“가변 DC 전원 공급 장치 구축 ”

Pin # 10 (발진기) :이 핀아웃은 RC 네트워크 Rt 및 Ct의 도움으로 IC의 발진기 주파수를 결정합니다.

핀 # 11 (오류 앰프 비 반전 입력) :이 핀아웃은 속도 제어 전위차계와 함께 사용됩니다.

핀 # 12 (오류 앰프 반전 입력) :이 핀은 개방 루프 애플리케이션을 활성화하기 위해 위에서 언급 한 오류 증폭기 출력과 내부적으로 연결됩니다. .

핀 # 13 (오류 앰프 출력 / PWM 입력) :이 핀아웃의 기능은 폐쇄 루프 애플리케이션 동안 보상을 제공하는 것입니다.

핀 # 14 (오류 출력) :이 오류 표시기 출력은 다음과 같은 몇 가지 중요한 조건에서 활성 로직 로우가 될 수 있습니다. 센서에 대한 잘못된 입력 코드, 제로 로직으로 공급되는 핀아웃 활성화, 전류 감지 입력 핀아웃이 100mV보다 높아짐 (@ pin9, pin15 참조) , 저전압 잠금 트리거 또는 과열 셧다운 상황).

Pin # 15 (전류 감지 반전 입력) :이 핀은 내부 100mV 임계 값에 대한 기준 레벨을 제공하기 위해 설정되며 아래쪽 전류 감지 저항과 연결된 것으로 볼 수 있습니다.

핀 # 16 (GND) : 이것은 IC의 접지 핀이며 제어 회로에 접지 신호를 제공하도록 지정되었으며 전원 접지에 다시 참조되어야합니다.

핀 # 17 : (Vcc) : 이것은 IC의 제어 회로에 포지티브 전압을 제공하기 위해 지정된 공급 포지티브 핀입니다. 이 핀의 최소 작동 범위는 10V이고 최대는 30V입니다.

핀 # 18 (Vc) :이 핀아웃은이 핀에 귀속되는 전력을 통해 낮은 드라이브 출력에 대해 높은 상태 (Voh)를 설정합니다. 스테이지는 10 ~ 30V 범위에서 작동합니다.

핀 # 19, 20, 21 (Cb, Bb, Ab) :이 3 개의 핀아웃은 토템폴 출력의 형태로 내부적으로 배열되며 낮은 드라이브 출력 전력 장치를 구동하기 위해 할당됩니다.

핀 # 22 (60D, 120D 위상 편이 선택) :이 핀아웃으로 인한 상태는 60도 (고 논리) 또는 120도 (저 논리) 위상 각 입력에 대해 홀 효과 센서로 제어 회로 작동을 구성합니다.

핀 # 23 (브레이크) :이 핀아웃의 로직이 낮 으면 BLDC 모터가 원활하게 작동하고 로직 하이는 빠른 감속을 통해 모터 작동을 즉시 중지합니다.

기능 설명

대표적인 내부 블록 다이어그램이 위 그림에 나와 있습니다. 아래에 열거 된 중앙 블록 각각의 이점과 작동에 대한 설명.

“저항기 커패시터 인덕터 다이오드 트랜지스터 ”

로터 위치 디코더

내부 로터 위치 디코더는 3 개의 센서 입력 (핀 4, 5, 6)을 측정하여 상단 및 하단 드라이브 핀아웃의 올바른 순서를 렌더링합니다. 센서 입력은 개방형 컬렉터 유형 홀 효과 스위치 또는 옵토 슬롯 형 커플러와 직접 인터페이스하도록 제조됩니다.

내장 풀업 저항은 필요한 양의 외부 부품을 줄이기 위해 분류됩니다. 입력은 2.2V에서 특성 적으로 임계 값과 함께 TTL과 호환됩니다.

MC33035 IC 제품군은 3 상 모터를 제어하고 가장 널리 사용되는 4 가지 센서 위상 규약으로 실행되도록 설계되었습니다. 60 ° / 120 ° 선택 (핀 22)이 적절하게 제공되며 MC33035가 60 °, 120 °, 240 ° 또는 300 ° 전기 센서 위상을 갖는 모터를 조절하도록 자체적으로 구성하도록 제공합니다.

3 개의 센서 입력으로 8 개의 잠재적 입력 코드 구성을 발견 할 수 있으며, 그중 6 개는 합법적 인 로터 배치입니다.

다른 두 코드는 일반적으로 센서 연결이 열리거나 단락 되었기 때문에 구식입니다.

6 개의 정당한 입력 코드로 디코더는 모터 회 전자 위치를 60 도의 스펙트럼 내에서 처리 할 수 있습니다.

정방향 / 역방향 입력 (핀 3)은 고정자 권선의 전압을 역전시켜 모터 일정 과정을 수정하는 도구로 사용됩니다.

입력이 할당 된 센서 입력 프로그램 코드 (예 : 100)를 사용하여 높음에서 낮음으로 상태를 변경하는 즉시 동일한 알파 상태를 사용하는 상단 및 기본 드라이브 출력이 교체됩니다 (AT에서 AB, BT에서 BB, CT에서 CB).

기본적으로 변경 가능한 스트링은 방향이 변경되고 모터는 방향 순서를 반대로합니다. 모터 켜기 / 끄기 제어는 출력 활성화 (핀 7)에 의해 이루어집니다.

연결이 끊긴 상태로 둘 때마다 내부 25μA 전류 공급 장치가 선행 및 기본 드라이브 출력의 시퀀싱을 허용합니다. 접지되면 상부 드라이브 출력이 꺼지고 기본 드라이브가 로우로 밀려 모터가 코스 팅하고 오류 출력이 트리거됩니다.

동적 모터 제동을 통해 잉여 보호 한계를 최종 장치로 개발할 수 있습니다. 제동 시스템은 제동 입력 (핀 23)을 더 높은 상태로 설정함으로써 달성됩니다.

이로 인해 상단 드라이브 출력이 꺼지고 하단 드라이브가 활성화되어 모터에서 다시 생성 된 EMF가 단락됩니다. 브레이크 입력은 다른 모든 입력에 대해 절대적이고 전심으로 고려됩니다. 내부 40kΩ 풀업 저항은 개방 또는 차단시 브레이크 활성화를 보장함으로써 프로그램 안전 스위치를 사용하여 인터페이싱합니다.

정류 논리 진리표는 다음과 같습니다. 4 입력 NOR 게이트는 브레이크 입력과 3 개의 상단 드라이브 출력 BJT에 대한 입력을 검사하는 데 사용됩니다.

목표는 일반적으로 상단 드라이브 출력이 높은 상태를 달성하기 전에 제동을 끄는 것입니다. 이를 통해 상단 및 기본 전원 스위치의 동기화 된 임대를 방지 할 수 있습니다.

반파 모터 드라이브 프로그램에서 상단 드라이브 구성 요소는 일반적으로 필요하지 않으며 대부분의 경우 분리 된 상태로 유지됩니다. 이러한 유형의 상황에서 NOR 게이트가 상단 드라이브 출력 BJT에 대한 기본 전압을 감지하기 때문에 제동이 여전히 달성됩니다.

오류 증폭기

폐쇄 루프 모터 속도 제어의 실행을 지원하기 위해 각 입력 및 출력 (핀 # 11, 12, 13)에 능동적으로 액세스 할 수있는 개선 된 효율성, 완전 보상 형 오류 증폭기가 제공됩니다.

이 증폭기는 접지에서 Vref까지 확장되는 넓은 입력 공통 모드 전압 범위와 함께 80dB의 표준 DC 전압 이득, 0.6MHz 이득 대역폭을 제공합니다.

대부분의 개방 루프 속도 제어 프로그램에서 증폭기는 비 반전 입력이 속도 설정 전압 공급 장치에 결합 된 단일 이득 전압 팔로워로 설정됩니다.

오실레이터 내부 램프 오실레이터의 주파수는 타이밍 요소 RT 및 CT에 대해 결정된 값을 통해 고정 배선됩니다.

커패시터 CT는 저항 RT를 통해 기준 출력 (핀 8)을 통해 충전되고 내부 방전 트랜지스터를 통해 방전됩니다.

램프 피크 및 피트 전압은 일반적으로 4.1V 및 1.5V입니다. 가청 노이즈와 출력 스위칭 성능 사이에서 적절한 스키 프를 제공하기 위해 20 ~ 30kHz 중에서 선택할 수있는 오실레이터 주파수가 제안됩니다. 구성 요소 선택은 그림 1을 참조하십시오.

펄스 폭 변조기

통합 된 펄스 폭 변조는 정류 시리즈 전체에 걸쳐 모든 고정자 권선에 부여 된 표준 전압을 변경하여 모터 속도를 제어하는 전력 효율적인 접근 방식을 제공합니다.

CT가 방전됨에 따라 오실레이터는 각 래치를 모델링하여 상위 및 하위 드라이브 출력의 전도를 가능하게합니다. PWM 비교기는 상단 래치를 재설정하여 CT의 포지티브 방향 램프가 오류 증폭기 결과를 초과하게되면 하단 드라이브 출력 임대를 종료합니다.

펄스 폭 변조기 타이밍 다이어그램은 그림 21에 나와 있습니다.

속도 관리를위한 펄스 폭 변조는 낮은 드라이브 출력에서만 독점적으로 나타납니다. 전류 제한 상당한 과부하가 발생할 수있는 모터의 지속적인 기능은 과열 및 불가피한 오작동으로 이어집니다.

이 유해한 상황은 사이클 별 전류 제한을 사용하여 쉽게 방지 할 수 있습니다.

즉, 모든 on-cycle은 독립적 인 기능으로 취급됩니다. 사이클 별 전류 제한은 출력 스위치가 트리거 될 때마다 고정자 전류 축적을 추적하고 고전류 상황을 감지 한 후 즉시 스위치를 비활성화하고 발진기 램프 업 간격의 미해결 기간 동안 스위치를 끈 상태로 유지함으로써 달성됩니다.

고정자 전류는 3 개의 하부 스위치 트랜지스터 (Q4, Q5, Q6)에 맞춰 접지 참조 감지 저항 RS (그림 36)를 적용하여 전압으로 변환됩니다.

예상 저항을 따라 설정된 전압은 전류 감지 입력 (핀 9 및 15)으로 감시되고 내부 100mV 기준점과 비교됩니다.

전류 감지 비교기 입력은 약 3.0V의 입력 공통 모드 범위와 함께 제공됩니다.

100mV 전류 감지 허용 오차를 초과하는 경우 비교기는 하단 감지 잠금을 재설정하고 출력 스위치 전도를 종료합니다. 전류 감지 저항의 값은 실제로 다음과 같습니다.

Rs = 0.1 / Istator (최대)

고장 출력은 높은 암페어 상황에서 시작됩니다. 듀얼 래치 PWM 설정은 오류 증폭기의 출력이나 전류 제한 비교기의 출력을 통해 종료되는지 여부에 관계없이 특정 오실레이터 루틴 과정에서 단 하나의 단일 출력 트리거 펄스가 발생하도록합니다.

온칩 6.25V 레귤레이터 (핀 8)는 오실레이터 타이밍 커패시터에 충전 전류를 제공하고, 오류 증폭기의 기준점으로 저전압 프로그램에서 센서에 전력을 공급하는 데 적합한 20mA 전류를 공급할 수 있습니다.

더 큰 전압 목적에서 이것은 IC에서 레귤레이터에서 방출되는 전력을 교환하는 데 중요해질 수 있습니다. 이것은 그림 22에 설명 된대로 다른 패스 트랜지스터의 도움으로 확실히 달성됩니다.

6.25V 벤치 마크 포인트는 Vref-VBE가 열에 대한 홀 효과 센서에 필수적인 최소 전압을 능가하는 간단한 NPN 회로의 렌더링을 가능하게하기 위해 결정된 것 같습니다.

적절한 트랜지스터 구성과 충분한 히트 싱크가 있으면 1A의 부하 전류를 구입할 수 있습니다.

저전압 차단

IC 및 대체 전원 스위치 트랜지스터에 대한 피해를 줄이기 위해 3 방향 저전압 잠금 기능이 통합되었습니다. 낮은 전력 공급 요인 동안 IC 및 센서가 완전히 작동하고 적절한 기본 드라이브 출력 전압이 있는지 확인합니다.

IC (VCC) 및 로우 드라이브 (VC)에 대한 양극 전원 공급 장치는 각각 9.1V에서 임계 값을 얻는 독립적 인 비교기에 의해 검사됩니다.이 특정 단계는 일반 전력을 구동 할 때마다 낮은 RDS (on)를 달성하는 데 필요한 적절한 게이트 통근을 보장합니다. MOSFET 장비.

기준점에서 홀 센서에 직접 전원을 공급할 때마다 기준점 출력 전압이 4.5V 미만으로 떨어지면 부적절한 센서 작동이 나타납니다.

이 문제를 인식하기 위해 세 번째 비교기를 사용할 수 있습니다.

둘 이상의 비교기에서 저전압 상황을 감지하면 오류 출력이 켜지고 상위 실행이 중단되고 기본 드라이브 출력이 낮은 지점으로 구성됩니다.

각 비교기에는 개별 임계 값을 연결할 때 진폭으로부터 보호하기 위해 히스테리시스가 통합되어 있습니다.

오류 출력

오픈 콜렉터 오류 출력 (핀 14)은 프로세스 고장시 분석 세부 정보를 제공하기위한 것입니다. 16mA의 싱크 전류 능력을 가지고 있으며 가시 신호를 위해 특히 발광 다이오드를 구동 할 수 있습니다. 또한 실제로 마이크로 프로세서 관리 프로그램에서 사용하기 위해 TTL / CMOS 로직과 편리하게 인터페이스됩니다.

오류 출력은 다음 상황 중 하나 이상이 발생하는 동안 유효합니다.

1) 잘못된 센서 입력 코드

2) 로직 [0]에서 출력 활성화

“라이트 플래시를 만드는 방법 ”

3) 100mV 이상의 전류 감지 입력

4) 저전압 차단, 1 개 이상의 비교기 활성화

5) Heat Shutdown, 최적의 접합 온도가 최대가 됨이 독점 출력은 모터 시동 또는 침수 상황에서 지속 된 기능을 구분하는 데에도 사용할 수 있습니다.

오류 출력과 인 에이블 입력 사이에 RC 네트워크를 사용하면 과전류와 관련하여 시간 지연 래치 셧다운을 개발할 수 있습니다.

그림 23에 표시된 추가 회로는 과전류 보호를 안전하게 보호하면서 추가 픽업 토크를 제공하여 더 높은 관성 부하가 장착 된 모터 시스템을 손쉽게 시작할 수 있도록 도와줍니다. 이 작업은 현재 제한을 설정된 기간 동안 최소값보다 다음 값으로 설정하여 수행됩니다. 지나치게 긴 과전류 상황이 진행되는 동안 커패시터 CDLY가 충전되어 인 에이블 입력이 낮은 조건에 대한 허용 오차를 통과하도록 유도합니다.

이제 래치는 오류 출력에서 출력 활성화로의 포지티브 피드백주기에 의해 형성 될 수 있습니다. 전류 감지 입력에 의해 설정되면 CDLY를 단락 시키거나 전원 공급 장치를 껐다 켜서 만 재설정 할 수 있습니다.