کنترلرهای موتور DC بدون جاروبک: نحوه کار و انتخاب آنها

A کنترل کننده موتور بدون جاروبک DC (BLDC). درایو الکترونیکی است که نیرو را به سیم‌پیچ‌های استاتور موتور به ترتیب صحیح برای تولید چرخش پیوسته ترتیب می‌دهد و جایگزین کموتاسیون مکانیکی می‌شود که برس‌ها در موتورهای DC سنتی انجام می‌دهند. بدون کنترل‌کننده، موتور BLDC نمی‌تواند کار کند - کنترل‌کننده سخت‌افزار اختیاری نیست، بلکه بخشی جدایی‌ناپذیر از هر سیستم موتور BLDC است و انتخاب نامناسب برای ولتاژ، جریان، روش کنترل یا بار کاربردی، عملکرد را محدود می‌کند، باعث ناپایداری یا تخریب موتور می‌شود.

این راهنما نحوه عملکرد کنترل‌کننده‌های BLDC، تفاوت‌های معماری کلیدی بین انواع کنترل‌کننده‌ها، مشخصاتی که برای انتخاب مهم‌تر است و آنچه در حوزه‌های کاربردی مختلف از روباتیک و خودروهای برقی گرفته تا اتوماسیون صنعتی و لوازم مصرفی باید ارزیابی شود را پوشش می‌دهد.

کنترل کننده های موتور BLDC چگونه کار می کنند

یک موتور BLDC دارای سه سیم پیچ (فاز) استاتور است که در اطراف روتور مرتب شده اند. برای ایجاد چرخش، جریان باید به ترتیبی به این سیم‌پیچ‌ها اعمال شود که یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد کند که روتور آهنربای دائمی آن را دنبال می‌کند. وظیفه کنترلر این است که موقعیت فعلی روتور را تعیین کند و جریان را به جفت سیم پیچ صحیح در لحظه صحیح تغییر دهد - فرآیندی به نام کموتاسیون الکترونیکی.

مرحله قدرت شامل یک پل سه فاز از شش ترانزیستور سوئیچینگ - معمولا ماسفت ها یا IGBT ها - است که در سه جفت سمت بالا / پایین، یکی برای هر فاز موتور مرتب شده اند. با روشن و خاموش کردن ترانزیستورهای خاص، کنترل کننده ولتاژ باس DC را به هر ترکیبی از سیم پیچ های فاز هدایت می کند. منطق کنترل، بر اساس بازخورد موقعیت روتور، تعیین می کند که کدام ترانزیستورها و چه زمانی شروع به کار کنند.

الگوی سوئیچینگ با استفاده از PWM (مدولاسیون عرض پالس) مدوله می شود - چرخه وظیفه سیگنال PWM ولتاژ متوسط ​​اعمال شده به سیم پیچ ها و در نتیجه سرعت و گشتاور موتور را کنترل می کند. کنترل کننده ای که با فرکانس PWM 20-100 کیلوهرتز کار می کند، ولتاژی را در پالس های سریع اعمال می کند که اندوکتانس موتور به جریان پیوسته موثر تبدیل می شود. ، بسیار کارآمدتر از آن چیزی است که یک تنظیم کننده خطی می تواند به دست آورد.

جابجایی سنسور هال در مقابل تغییر سنسور بدون سنسور

موقعیت روتور را می توان به دو روش تعیین کرد و این روش اساساً بر طراحی کنترلر و مناسب بودن برنامه تأثیر می گذارد:

• کموتاسیون سنسور هال: سه حسگر جلوه هال تعبیه شده در استاتور موتور موقعیت آهنربای روتور را تشخیص می دهند و سیگنال های دیجیتال را مستقیماً به کنترل کننده ارسال می کنند. این اطلاعات موقعیت قابل اعتماد را در تمام سرعت ها از جمله در حالت سکون و در هنگام راه اندازی تحت بار فراهم می کند. سنسورهای هال پیچیدگی سیم‌کشی (معمولاً مهار سنسور 5 سیم) و نقطه شکست احتمالی را اضافه می‌کنند، اما کموتاسیون قوی و قابل پیش‌بینی ارائه می‌دهند. مورد استفاده در برنامه هایی که نیاز به گشتاور راه اندازی کنترل شده دارند: فن ها، پمپ ها، موتورهای EV، درایوهای سروو.
• جابجایی بدون حسگر (تشخیص EMF برگشتی): همانطور که موتور می چرخد، هر فاز بدون انرژی یک ولتاژ back-EMF متناسب با سرعت تولید می کند. کنترل کننده این ولتاژ را برای تعیین موقعیت روتور نظارت می کند. سیم کشی حسگر را به طور کامل حذف می کند، اما نمی تواند موقعیت را با سرعت صفر تشخیص دهد - قبل از انتقال به عملکرد بدون حسگر، به دنباله شروع حلقه باز نیاز دارد. به طور گسترده در پیشرانه پهپادها (ESC)، فن های کامپیوتری و موتورهای لوازم خانگی استفاده می شود که در آن شروع به کار تحت بار بدون بار یا بار سبک معمول است.

برخی از کنترل‌کننده‌ها از هر دو حالت پشتیبانی می‌کنند - استفاده از حسگرهای هال برای راه‌اندازی و انتقال به عملکرد بدون سنسور با سرعت در حال اجرا برای کاهش پیچیدگی سیم‌کشی در خدمات طولانی‌مدت.

کنترل ذوزنقه ای در مقابل سینوسی در مقابل کنترل FOC: آنچه که هر روش ارائه می دهد

استراتژی کموتاسیون - روش ریاضی که کنترل کننده برای محاسبه زمان و مقدار جریان به هر فاز استفاده می کند - صافی گشتاور موتور، راندمان، سطح نویز و پاسخ دینامیکی موتور را تعیین می کند. سه استراتژی بر کنترل کننده های BLDC تجاری تسلط دارند.

جابجایی ذوزنقه ای (شش مرحله ای).

ساده ترین استراتژی: سه فاز در شش مرحله مجزا در هر دور الکتریکی انرژی می گیرند. در هر لحظه دو فاز جریان دارند و فاز سوم باز است. سوئیچینگ در فواصل الکتریکی 60 درجه بر اساس ورودی های سنسور هال یا تقاطع صفر پشت EMF انجام می شود.

کنترل ذوزنقه ای از نظر محاسباتی سبک وزن است و پیاده سازی آن آسان است و آن را به روش غالب در کاربردهای حساس به هزینه تبدیل می کند. محدودیت آن موج گشتاور است - سوئیچینگ گسسته تغییرات گشتاور را تولید می کند 10-15٪ در هر چرخه الکتریکی ، که به لرزش و نویز صوتی ترجمه می شود. قابل قبول برای فن ها، پمپ ها و ابزار برقی؛ برای موقعیت یابی دقیق یا برنامه های کاربردی سروو با عملکرد روان مشکل ساز است.

کموتاسیون سینوسی

به جای مراحل گسسته، کموتاسیون سینوسی جریان سینوسی متغیری را به طور همزمان به هر سه فاز اعمال می کند و یک میدان مغناطیسی هموار در حال چرخش ایجاد می کند. موج گشتاور کاهش می یابد 2-5٪ در مقایسه با کنترل ذوزنقه ای، صدای موتور به طور قابل توجهی کاهش می یابد و عملکرد به ویژه در سرعت های پایین نرم تر است. به قدرت پردازش بیشتری نسبت به جابجایی ذوزنقه ای و حسگر موقعیت با وضوح بالاتر (رمزگذار یا حل کننده) برای بهترین نتایج نیاز دارد، اگرچه می توان آن را با سنسورهای هال با استفاده از درون یابی نیز پیاده سازی کرد.

کنترل میدان گرا (FOC / کنترل برداری)

FOC پیچیده ترین روش کنترل است که به صورت ریاضی، جریان های موتور سه فاز را به دو کمیت DC مستقل تبدیل می کند - جزء تولید کننده شار (Id) و جزء تولید کننده گشتاور (Iq). با کنترل مستقل اینها، کنترلر می تواند بازده موتور بهینه را در هر سرعت و باری حفظ کند، به موج گشتاور نزدیک به صفر برسد و پاسخ گشتاور دینامیکی بسیار سریع را ارائه دهد.

FOC معمولاً بازده سیستم را 5-15٪ نسبت به کموتاسیون ذوزنقه ای بهبود می بخشد. در کاربردهای با بار متغیر، زیرا جریان راکتیو را که بدون تولید گشتاور گرما تولید می کند، به حداقل می رساند. این به یک DSP یا میکروکنترلری نیاز دارد که قادر به اجرای تبدیل های Clarke و Park در زمان واقعی باشد - معمولاً یک ARM Cortex-M 32 بیتی یا DSP کنترل موتور اختصاصی. FOC روش استاندارد در درایوهای کششی EV، درایوهای سروو صنعتی و موتورهای لوازم خانگی ممتاز است.

مشخصات کلیدی برای ارزیابی هنگام انتخاب یک کنترلر BLDC

دیتاشیت های کنترلر حاوی پارامترهای زیادی هستند. اینها مشخصاتی هستند که مستقیماً تعیین می کنند که آیا یک کنترل کننده برای یک موتور و کاربرد معین مناسب است یا خیر.

محدوده ولتاژ تغذیه

محدوده ولتاژ ورودی نامی کنترلر باید شامل ولتاژ منبع تغذیه شما با فضای سر کافی باشد. کارکردن یک کنترلر در حداکثر ولتاژ مطلق آن هیچ حاشیه ای برای گذراهای ولتاژ باقی نمی گذارد - ترمز احیا کننده، تخلیه بار ناشی از سوئیچینگ القایی یا ناپایداری منبع می تواند ولتاژ باس را افزایش دهد. 20 تا 50 درصد بالاتر از اسمی برای میکروثانیه برای یک سیستم اسمی 48 ولت، یک کنترلر با حداکثر امتیاز مطلق 80 ولت یا 100 ولت حاشیه حفاظتی واقعی را فراهم می کند.

متداول‌ترین محدوده ولتاژی که در کنترل‌کننده‌های BLDC تجاری مشاهده می‌شود، از روباتیک‌های کوچک و سیستم‌های پهپاد با ولتاژ 7.4-22.2 ولت (2-6S LiPo) تا درایوهای صنعتی در سیستم‌های باس DC 24 ولت، 48 ولت و 96 ولت است. EV و برنامه‌های صنعتی پرقدرت از کنترل‌کننده‌های باس 200-800 ولت DC استفاده می‌کنند که به جای ماسفت به‌عنوان عناصر سوئیچینگ به IGBT نیاز دارند.

رتبه‌بندی‌های جریان پیوسته و پیک

کنترلرها دو رتبه بندی فعلی را مشخص می کنند که اغلب اشتباه گرفته می شوند. جریان پیوسته جریان فاز پایداری است که کنترل‌کننده می‌تواند به طور نامحدود در دمای محیطی یا حالتی مشخص از عهده آن برآید. حداکثر جریان حداکثر جریان لحظه ای است که کنترل کننده می تواند برای مدت کوتاهی (معمولاً 1 تا 30 ثانیه) قبل از فعال شدن حفاظت حرارتی تأمین کند.

جریان فاز نامی موتور در شرایط عملیاتی معمولی نباید از جریان پیوسته کنترلر تجاوز کند. اگر برنامه شامل پیک‌های شتاب مکرر یا شروع زیر بار باشد، درجه‌بندی جریان اوج نیز باید حداکثر جریان گشتاور مورد نیاز را در خود جای دهد - معمولاً 2 تا 4× درجه پیوسته برای فواصل کوتاه. انتخاب یک کنترل‌کننده با درجه‌بندی پیوسته برابر با پیک جریان موتور، یک رویکرد بزرگ‌سازی متداول برای کاربردهای بار با سیکل بالا یا با اینرسی بالا است.

فرکانس PWM

فرکانس PWM میزان امواج جریان، تلفات سوئیچینگ و نویز صوتی را تعیین می کند. فرکانس PWM بالاتر موج جریان را کاهش می دهد (بهبود صافی گشتاور) و نویز سوئیچینگ را به بالای شنوایی انسان در فرکانس 20 کیلوهرتز می رساند، اما تلفات سوئیچینگ در ترانزیستورهای قدرت را افزایش می دهد.

• 8-16 کیلوهرتز: رایج در کنترل کننده های بهینه سازی هزینه؛ ممکن است صدای ناله 8 کیلوهرتزی را تولید کند
• 20-40 کیلوهرتز: عملکرد بی صدا در اکثر شرایط؛ استاندارد برای کنترل کننده های BLDC مصرف کننده و صنعتی با کیفیت
• 40-100 کیلوهرتز: مورد استفاده در کنترلرهای سروو با عملکرد بالا. نیاز به ماسفت های سوئیچینگ سریع (شارژ کم گیت) و افزایش تولید گرما در مرحله قدرت

رابط سنسور موقعیت

کنترل کننده باید از نوع سنسور موقعیت مورد استفاده در موتور یا همراه با آن پشتیبانی کند:

• سنسور هال (دیجیتال، 3 سیم): کمترین وضوح (6 موقعیت در هر دور الکتریکی)؛ برای کنترل سرعت کافی است، برای سروو موقعیت دقیق کافی نیست
• رمزگذار افزایشی (شاخص چهارگانه A/B): وضوح 100-10000 PPR معمولی. برای موقعیت یابی با دقت متوسط مورد نیاز است
• رمزگذار مطلق (SSI، BiSS-C، EnDat): داده های موقعیت مطلق تک چرخشی یا چند چرخشی؛ برای محورهای سروو که باید هنگام روشن شدن بدون هومینگ موقعیت را بدانند مورد نیاز است
• حل کننده: بازخورد موقعیت آنالوگ ترجیح داده شده در محیط های با دمای بالا یا ارتعاش بالا (خودرو، هوافضا). نیاز به مبدل جداکننده به دیجیتال (RDC) اختصاصی در کنترلر دارد
• بدون حسگر: Back-EMF یا شار مبتنی بر ناظر. بدون نیاز به سیم کشی سنسور

رابط ارتباط و فرماندهی

نحوه ارسال دستورات سرعت، گشتاور و موقعیت به کنترلر، ادغام آن را در یک سیستم بزرگتر تعیین می کند. رابط های رایج عبارتند از:

• آنالوگ (0-5V یا 0-10V): ساده، جهانی، ذاتا پر سر و صدا؛ در کنترل اولیه سرعت استفاده می شود
• ورودی PWM: استاندارد برای ESC های RC/پهپاد و بسیاری از کاربردهای مصرف کننده
• RS-232/RS-485/UART: ارتباط سریال برای پیکربندی و کنترل در سیستم های تعبیه شده
• اتوبوس CAN: استاندارد در سیستم های چند گره خودرو و صنعتی؛ قوی و مقاوم در برابر نویز، از چندین کنترلر در یک اتوبوس پشتیبانی می کند
• CANopen / EtherCAT / Profibus: پروتکل های فیلدباس صنعتی برای سیستم های کنترل حرکت که با PLC ها و کنترل کننده های حرکت یکپارچه می شوند
• USB / SPI / I²C: رایج در تابلوهای توسعه و ارزیابی، سرگرمی ها و ادغام میکروکنترلرهای تعبیه شده

دسته های کنترل کننده بر اساس دامنه برنامه

کنترل‌کننده‌های BLDC یک دسته محصول واحد نیستند - آنها از ESC در مقیاس گرم تا درایوهای صنعتی کیلووات را شامل می‌شوند. درک مقوله ای که متناسب با برنامه شما باشد، هم از مهندسی بیش از حد و هم از عدم تعیین آن جلوگیری می کند.

مدیریت حرارتی و اتلاف نیرو

اتلاف توان کنترلر از دو منبع حاصل می شود: تلفات رسانایی در ماسفت ها و تلفات سوئیچینگ در طول هر انتقال روشن/خاموش ترانزیستور. با راندمان 95 درصدی سیستم - معمولی برای یک کنترلر BLDC با طراحی خوب در بار نامی - یک درایو 1000 واتی تقریباً 50 وات را به عنوان گرما در الکترونیک کنترلر دفع می کند.

معمولاً دمای محل اتصال ماسفت باید زیر حد مجاز باقی بماند دمای محل اتصال 150-175 درجه سانتیگراد برای ماسفت های سیلیکونی - با حاشیه حرارتی برای گذرا. مسیر حرارتی از محل اتصال ماسفت به محیط تعیین می کند که چه مقدار توان می تواند به طور مداوم تلف شود. این مسیر دارای سه مقاومت به صورت سری است: اتصال به کیس (R_th,jc - یکی از ویژگی های بسته ماسفت)، کیس به هیت سینک (تعیین شده توسط مواد رابط حرارتی و نصب)، و هیت سینک به محیط (تعیین شده توسط ناحیه هیت سینک و جریان هوا).

رویکردهای مدیریت حرارتی عملی در کنترل کننده های تجاری BLDC:

• هیت سینک اکستروژن آلومینیومی با همرفت طبیعی: مناسب برای کنترلرهای تا 500 وات در نصب در هوای آزاد. بدون قطعات متحرک، بدون تعمیر و نگهداری
• خنک کننده با هوای اجباری (فن روی هیت سینک): توان پیوسته یک هیت سینک معین را 2 تا 4× افزایش می دهد. فن نویز اضافه می کند و یک مورد سایش/عیب است
• صفحه سرد (خنک کننده مایع): استاندارد برای کنترل‌کننده‌های کشش EV و درایوهای صنعتی پرقدرت بالای 5 تا 10 کیلو وات؛ چگالی توان بسیار بالا، به زیرساخت حلقه خنک کننده نیاز دارد
• پخش حرارت بری PCB مس: مورد استفاده در کنترلرهای کم مصرف فشرده (زیر 200 وات)؛ ماسفت ها مستقیماً بر روی ردهای PCB مسی سنگین نصب می شوند که گرما را به لبه های برد هدایت می کنند

مدارهای خاموش شدن حرارتی و درجه بندی از ویژگی های حفاظتی ضروری هستند - اگر دمای محیط افزایش یابد یا جریان هوا محدود شود، یک کنترل‌کننده بدون محافظت در برابر دمای بیش از حد، ماسفت‌ها را از منطقه عملیاتی امن خود عبور می‌دهد، که در نتیجه خرابی ماسفت اغلب فاجعه‌بار و دائمی است. همیشه بررسی کنید که کنترل کننده انتخابی شامل نظارت حرارتی و کاهش یا خاموش شدن خودکار جریان قبل از رسیدن به محدودیت های حرارتی باشد.

ویژگی های حفاظتی که از آسیب کنترلر و موتور جلوگیری می کند

یک کنترل کننده BLDC که در یک برنامه واقعی کار می کند در معرض شرایط خطا قرار می گیرد که در صورت عدم محافظت می تواند آن یا موتور را در چند میلی ثانیه از بین ببرد. حفاظت های زیر اختیاری نیستند - وجود یا عدم وجود آنها کنترل کننده های درجه صنعتی را از طرح های بودجه متمایز می کند.

• حفاظت بیش از حد جریان (OCP): جریان فاز بیش از حد نامی را تشخیص می دهد و خروجی را در عرض میکروثانیه غیرفعال می کند. در سخت‌افزار (مبتنی بر مقایسه) برای سریع‌ترین پاسخ پیاده‌سازی شده است - حلقه‌های OCP نرم‌افزاری برای جلوگیری از تخریب ماسفت در یک اتصال کوتاه سخت بسیار کند هستند.
• حفاظت از بیش از حد ولتاژ (OVP): ولتاژ باس DC بیش از حد ایمن را تشخیص می دهد - معمولاً در اثر ترمز احیا کننده ایجاد می شود که در صورت عدم وجود مسیر اتلاف، انرژی را به اتوبوس باز می گرداند. OVP یا مدار مقاومت ترمز را فعال می کند یا خروجی کنترلر را خراب می کند. کارکردن یک کنترلر 48 ولت در 60 ولت بدون OVP باعث از بین رفتن ماسفت ها می شود.
• حفاظت در برابر ولتاژ (UVP): هنگامی که ولتاژ منبع تغذیه به کمتر از حداقل مورد نیاز برای درایو گیت مطمئن و منطق کنترل کاهش می‌یابد، از عملکرد جلوگیری می‌کند - برای سیستم‌های باتری‌دار که در آن باتری‌های عمیق دشارژ می‌توانند باعث رفتار غیرقابل پیش‌بینی کنترل‌کننده شوند، از عملکرد جلوگیری می‌کند.
• حفاظت در برابر دمای بیش از حد (OTP): سنسور حرارتی (NTC یا سنسور دمای روی تراشه) دمای MOSFET یا PCB را کنترل می کند و حد جریان را کاهش می دهد یا قبل از آسیب حرارتی خاموش می شود.
• پیشگیری از تیراندازی (درج در زمان مرگ): در نیم پل، روشن کردن هر دو ترانزیستور سمت بالا و پایین به طور همزمان یک اتصال کوتاه مستقیم در سرتاسر منبع ایجاد می کند - به نام shoot-through. آی سی های درایور گیت یک زمان مرده قابل برنامه ریزی (معمولاً 100 تا 500 ns) بین خاموش کردن یک ترانزیستور و روشن شدن ترانزیستور مکمل وارد می کنند و از این وضعیت جلوگیری می کنند.
• تشخیص توقف موتور: سرعت صفر یا نزدیک به صفر را تحت اعمال جریان مداوم تشخیص می دهد که نشان دهنده توقف مکانیکی موتور است. بدون تشخیص استال، یک موتور BLDC متوقف شده، جریان روتور قفل شده را به طور مداوم می کشد - معمولاً 5 تا 10 × جریان در حال کار معمولی - تا زمانی که سیم پیچ های موتور بیش از حد گرم شود و از کار بیفتد.

ترمز احیا کننده و بازیابی انرژی

هنگامی که یک موتور BLDC تحت ترمز فعال کاهش می یابد، به عنوان یک ژنراتور عمل می کند و انرژی را به باس DC برمی گرداند. اینکه آیا این انرژی بازیابی شود، هدر می رود یا به سادگی به یک مشکل تبدیل می شود به طراحی کنترل کننده و قابلیت ذخیره انرژی برنامه بستگی دارد.

سه رویکرد برای مدیریت انرژی احیا کننده:

• بازیابی احیا کننده به باتری یا خازن: کنترل کننده اجازه می دهد تا جریان در هنگام ترمز به منبع انرژی برگردد. به یک باتری شیمیایی نیاز دارد که شارژ احیاکننده را بپذیرد (بیشتر سلول‌های Li-ion و NiMH این کار را می‌کنند) و یک کنترل‌کننده طراحی‌شده برای مدیریت جریان دو طرفه. مورد استفاده در خودروهای برقی، دوچرخه‌های الکترونیکی و روباتیک - در سیستم‌های EV، ترمز احیاکننده می‌تواند بازیابی شود. 10 تا 25 درصد انرژی که در غیر این صورت به عنوان گرما از بین می رود.
• مقاومت ترمز احیا کننده (ترمز پویا): هنگامی که ولتاژ شین از یک آستانه فراتر رفت، کنترل کننده جریان احیا کننده را از طریق یک مقاومت (مدار ترمز شکن) منحرف می کند. انرژی به جای بازیابی به صورت گرما تلف می شود. هنگامی که منبع تغذیه نمی تواند جریان معکوس را بپذیرد - منابع باس DC صنعتی غیر احیا کننده یا بانک های خازن بدون ذخیره انرژی کافی استفاده می شود.
• ترمز سواری / غیرفعال: کنترل کننده تمام خروجی ها را در هنگام کاهش سرعت غیرفعال می کند و به موتور اجازه می دهد تا به سمت پایین حرکت کند. بدون ترمز فعال، بدون بازیابی انرژی. ساده ترین رویکرد؛ فقط در مواردی قابل قبول است که زمان کاهش سرعت و تکانه بار اجازه می دهد.

پلتفرم های کنترل کننده تجاری BLDC قابل توجه

بازار کنترل‌کننده‌های تجاری BLDC از پلتفرم‌های توسعه منبع باز تا درایوهای صنعتی بسته را شامل می‌شود. پلتفرم های متعددی در حوزه های مربوطه خود به پذیرش گسترده دست یافته اند و به عنوان نقاط مرجع ارزش درک دارند.

ODrive و VESC (روباتیک / تحقیق منبع باز)

ODrive (نسخه‌های 3.6 و S1) و VESC (کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی Vedder) کنترل‌کننده‌های FOC منبع باز هستند که به طور گسترده در روباتیک، اسکیت‌بردهای الکتریکی و برنامه‌های تحقیقاتی استفاده می‌شوند. هر دو از بازخورد سنسور هال و رمزگذار، ارتباط USB/CAN و پارامترهای FOC قابل تنظیم از طریق نرم افزار رایانه شخصی پشتیبانی می کنند. ODrive S1 تا 60 ولت و 60 آمپر مداوم را کنترل می کند ; کنترلرهای مبتنی بر VESC بسته به اجرای سخت افزار، محدوده وسیعی را در بر می گیرند. ماهیت منبع باز آن‌ها امکان سفارشی‌سازی عمیق را فراهم می‌کند، اما نسبت به درایوهای صنعتی کلید در دست نیاز به تلاش بیشتری برای تنظیم دارد.

Texas Instruments InstaSPIN و MotorWare

InstaSPIN-FOC TI یک الگوریتم FOC بدون حسگر است که در ROM روی DSPهای سری C2000 آنها پیاده سازی شده است و FOC را بدون رمزگذار فعال می کند. ابزارهای MotorWare و Code Composer Studio یک محیط توسعه یکپارچه برای سیستم عامل کنترل کننده BLDC سفارشی فراهم می کند. این پلتفرم به طور گسترده در درایوهای صنعتی، لوازم خانگی و ابزارهای برقی استفاده می‌شود که توسعه کنترل‌کننده سفارشی روی سیلیکون TI رویکرد طراحی است.

آی سی های یکپارچه درایور Trinamic (دستگاه های آنالوگ).

TMC6100، TMC6200 Trinamic و آی سی های درایور گیت مربوطه، درایورهای گیت ماسفت، سنجش جریان و مدارهای حفاظتی را در یک بسته فشرده طراحی شده برای ارتباط با یک MCU خارجی یکپارچه می کنند. اینها بلوک‌های ساختمانی برای کنترل‌کننده‌های BLDC فشرده سفارشی در کاربردهای محدود فضا هستند - اتصالات روباتیک، موتورهای گیمبال، و درایوهای تعبیه‌شده در جایی که اندازه برد مهم است.

درایوهای سروو صنعتی (Kollmorgen، Beckhoff، Siemens)

برای CNC صنعتی، اتوماسیون و کنترل حرکت با کارایی بالا، سیستم‌های سروو درایو کامل از تولیدکنندگانی مانند Kollmorgen (سری AKD)، Beckhoff (سری AX) و زیمنس (سری SINAMICS S) کنترل FOC را با ارتباطات EtherCAT یا Profinet، پشتیبانی از رمزگذار مطلق، و تمام عملکردهای ایمنی مورد نیاز برای یکپارچه‌سازی ماشین با علامت CE ارائه می‌کنند. اینها پلتفرم های باز نیستند، اما قابلیت اطمینان، گواهینامه ها و پشتیبانی فروشنده مورد نیاز برای ماشین آلات تولیدی با الزامات ایمنی تعریف شده SIL یا PL را ارائه می دهند.

تطبیق موتور و کنترلر: پارامترهایی که باید تراز شوند

یک موتور و کنترلر BLDC باید به عنوان یک سیستم مطابقت داشته باشند. عدم تطابق بین پارامترهای آنها شایع ترین علت عملکرد ضعیف، ناپایداری یا خرابی سخت افزار در سیستم های درایو BLDC است.

1. رتبه موتور KV در مقابل ولتاژ کار: رتبه KV (RPM در هر ولت) موتور باید سرعت مورد نیاز را در ولتاژ شین موجود ایجاد کند. یک موتور 500 کیلوولت در 48 ولت به سرعت تئوری بی باری 24000 RPM می رسد - تأیید کنید که کنترل کننده، موتور و بار مکانیکی برای این محدوده سرعت رتبه بندی شده اند.
2. مقاومت فاز موتور و پهنای باند حلقه جریان کنترل کننده: پهنای باند حلقه کنترل جریان کنترل کننده باید به طور مناسب برای ثابت زمانی الکتریکی موتور (L/R) تنظیم شود. یک موتور با اندوکتانس کم نیاز به یک حلقه جریان سریعتر دارد. استفاده از بهره‌های حلقه جریان پیش‌فرض تنظیم‌شده برای یک موتور با اندوکتانس بالا روی یک موتور با اندوکتانس پایین باعث ایجاد موج‌های جریان و ناپایداری می‌شود.
3. تعداد قطب موتور و حداکثر فرکانس الکتریکی: فرکانس الکتریکی که کنترل کننده باید تغییر دهد برابر است (RPM × جفت قطب / 60). یک موتور 12 قطبی (6 جفت قطب) که با 6000 دور در دقیقه کار می کند، به کنترل کننده نیاز دارد تا در فرکانس الکتریکی 600 هرتز - تأیید کنید که حداکثر فرکانس کموتاسیون کنترلر از این پشتیبانی می کند. موتورهای خروجی با تعداد قطب بالا در رباتیک می‌توانند به نرخ‌های کموتاسیونی نیاز داشته باشند که بیش از توانایی کنترل‌کننده‌های کم‌هزینه باشد.
4. جریان فاز موتور در گشتاور نامی در مقابل جریان پیوسته کنترلر: جریان فاز موتور را از گشتاور مورد نیاز محاسبه کنید: I = T / (KT × √2)، که در آن KT ثابت گشتاور موتور است. این مقدار باید در محدوده رتبه بندی جریان پیوسته کنترل کننده در چرخه وظیفه عملیاتی باشد.
5. سازگاری رابط حسگر: بررسی کنید که ولتاژ منبع تغذیه سنسور هال با خروجی کنترلر مطابقت داشته باشد (منطق 5 ولت در مقابل 3.3 ولت)، و سطوح سیگنال رمزگذار و پروتکل‌ها قبل از فرض اینکه هر ترکیبی از موتور-کنترل کننده در سطح رابط الکتریکی کار کند، سازگار هستند.

ایمن ترین رویکرد هنگام ساخت یک سیستم محرک BLDC سفارشی، استفاده از یک موتور و کنترل کننده از همان سازنده یا یک تامین کننده است که یک ماتریس سازگاری معتبر ارائه می دهد. هنگام ادغام قطعات از منابع مختلف، قبل از اینکه به ولتاژ عملیاتی و بار مکانیکی کامل متعهد شوید، یک تست بنچ را در ولتاژ پایین و بدون بار انجام دهید - خرابی های ماسفت ناشی از پارامترهای کنترل ناهمخوان به ندرت قابل بازیابی هستند و شواهد تشخیصی معمولاً در رویداد خرابی از بین می روند.