Tujuan utama modul ini adalah untuk mengontrol
motor brushless sinkron (BLDC, BLAC, PMSM ...) dengan
bentuk tegangan
trapesium atau
sinusoidal ,
dengan sensor posisi-kecepatan atau
tanpa sensor . Selain itu, modul ini memiliki dimensi kecil, kisaran voltase pasokan yang cukup luas, berbagai saluran debugging, komunikasi kabel dan nirkabel.
Kekuatan mesin yang dikendalikan oleh modul dapat berada dalam beberapa ratus watt dan tegangan hingga 30V. Ini adalah mesin dari berbagai mekanisme dan perangkat, seperti: printer 3D, pintu otomatis, penutup otomatis, pompa yang berdiri sendiri, kipas, kunci, perkakas listrik, stabilisator, motor dan mekanisme servo model RC, robot, dll.
Tetapi ini tidak terbatas pada penggunaan modul. Ini dapat digunakan dengan tambahan kecil untuk mengontrol solenoida, motor stepper, untuk mengontrol pencahayaan, sebagai pengisi daya yang kuat, sebagai pengatur tegangan, sebagai sumber sinyal audio yang kuat, sebagai saklar ampli tinggi dengan meteran saat ini, dan hanya sebagai platform debugging.
Singkatnya, modul seperti itu di rumah tangga insinyur bisa sangat berguna.
Semua sifat-sifat modul ini diperoleh berkat sirkuit setengah jembatan 3 fase klasik dengan sensor arus dan tegangan serta mikrokontroler yang kuat.
(Klik untuk memperbesar)Untuk mempercepat proses pengembangan sirkuit unit daya, salah satu desain standar yang diusulkan oleh TI diambil sebagai dasar.
Saya memilih desain
papan TIDA-00901 .
(Klik untuk memperbesar)Papan memiliki karakteristik yang baik: arus hingga 20 A, daya motor hingga 200 W, tegangan pengenal 12 V. Dirancang untuk pengoperasian di dalam mobil.
Sebagai pendorong tombol daya, chip
DRV8305 digunakan . Beberapa pencarian mengarah pada kesimpulan bahwa ini adalah salah satu chip driver terbaik untuk aplikasi semacam itu.
Dokumen pengembangan yang sangat berguna adalah
Desain Referensi Drive Motor BLDC 12 V 200 W (20 A) .
Papan memiliki bentuk bulat tertentu, pengontrol C2000 LaunchPad digunakan sebagai elemen kontrol. Sayangnya, perangkat lunak tidak sepenuhnya terbuka sehubungan dengan perpustakaan kontrol motor. C2000 LaunchPad didasarkan pada keluarga prosesor DSP F2802x Piccolo. Keluarga prosesor ini khusus untuk pengembangan konverter energi sederhana, dan tidak berbeda dalam universalitas dan sumber daya yang hebat.
Arsitektur modul.
Dalam proyek ini, diputuskan untuk mengeksekusi modul dalam bentuk struktur komposit 2 papan. Papan utama berisi driver daya, subsistem daya, dan beberapa fungsi periferal. Papan prosesor dipasang di papan utama. Saat prosesor dipilih
Papan proyek
K66BLEZ1 (lebih banyak artikel tentang proyek ini -
1 ,
2 ,
3 ,
4 ) dengan mikrokontroler keluarga NXP
Kinetis berdasarkan pada
inti ARM Cortex-M4 . (
180 MHz, 2 MB memori Flash, 256 KB RAM + kartu micro SD, self-time clock self-time, perangkat USB / host kecepatan tinggi, terpisah Bluetooth LE 4 / ZigBee chip )
(Klik untuk memperbesar)Modul ini diaktifkan dalam kisaran tegangan
dari 8,5 ke 30 V. Beberapa sensor suhu - dalam mikrokontroler, sakelar daya dekat dan satu sakelar eksternal melindungi modul dan motor dari panas berlebih yang berbahaya. Seluruh dasar elemen dipilih untuk operasi pada
suhu hingga -40 derajat. STombol daya untuk mengendalikan motor dirancang untuk
arus pulsa hingga 200 A. Pengukuran saat ini dilakukan oleh shunt resistif dengan resistensi 0,001 Ohm. Berkat amplifier yang dapat disesuaikan yang terintegrasi dalam chip driver DRV8305, modul ini mampu
mengukur arus dari 300 A hingga 0,1 A.Bus CAN memungkinkan untuk mengintegrasikan banyak modul tersebut ke dalam jaringan yang disinkronkan secara umum.
Chip
MPU-9250 berguna jika Anda perlu mengontrol orientasi modul dalam ruang dan navigasi inersia, serta untuk memantau getaran dan guncangan.
Konverter dengan tegangan output 5 V terintegrasi dalam modul DC-DC dirancang untuk
arus hingga 3,5 A. Modul itu sendiri mengkonsumsi dari konverter ini tidak lebih dari 150 mA, sisa pasokan saat ini dapat diberikan ke beban eksternal dari konektor X4. Konektor X4 nyaman untuk menghubungkan elemen pencahayaan dan indikasi, seperti strip LED RGB berdasarkan chip
WS2812B dan sejenisnya. Prosesor ini mendukung pembentukan perangkat keras bit protokol pengodean digital dalam format
WS2812B , serta PPM, PCM, pengkodean PWM. Demikian pula, modul dapat menerima sinyal PPM dan PCM tanpa kesulitan dengan beban prosesor minimal.
Perhitungan frekuensi switching maksimum dan dasar pemikiran untuk pemilihan transistor daya
Kami memeriksa kembali tabel perbandingan transistor yang diusulkan dalam
dokumen dari TI . Semua parameter ditulis ulang dari lembar data.
(Klik untuk memperbesar)Di sini, seperti spesialis TI, saya memilih CSD1854Q5B. Dalam hal arus maksimum, ini adalah pilihan terbaik. Dan frekuensi switching 122 KHz jauh melampaui batas wajar yang dapat dicapai dengan kontrol dari keluarga Kinetis.
Perhitungan riak arus maksimum dan dasar pemikiran untuk pemilihan kapasitor filter
Riak saat ini secara langsung mempengaruhi pemanasan dan masa pakai kapasitor, terutama yang elektrolitik. Oleh karena itu, perlu untuk memilih kapasitor berdasarkan jenis dan peringkat, dengan mempertimbangkan perkiraan masa kerja dan arus maksimum.
Dengan menggunakan rumus ini, Anda harus memeriksa apakah modul ini mampu mengendalikan motor ini tanpa melebihi arus kapasitor maksimum.
Sebagai ahli TI menghitung, dengan kapasitor ditunjukkan pada diagram, modul pada frekuensi PWM 40 KHz untuk waktu yang lama dapat memasok motor terkunci dengan arus melalui belitan lebih dari 80 A.
Diagram papan utama modul
(Klik untuk memperbesar)(Klik untuk memperbesar)Lokasi Konektor
Tampilan papan utama utama:
(Klik untuk memperbesar)Lihat papan utama dari bawah
(Klik untuk memperbesar)Dimensi
(Klik untuk memperbesar)Repositori proyek
Semua bahan yang terkait dengan proyek
disimpan di sini .
Papan sirkuit dan sirkuit dikembangkan dalam Altium Designer 17.0.6.
Di repositori, Anda dapat menemukan
model perakitan
3D dalam format LANGKAH.
Ada juga
file perhitungan untuk konverter DC-DC pada A8586 dalam format Mathcad.
Bagian program dari proyek akan dipertimbangkan dalam artikel selanjutnya.