K U R S
Silniki elektryczne w praktyce
elektronika, część 2
Bezszczotkowe silniki DC sÄ… znane od
DrugÄ… czÍśĘ artykuÅ‚u poÅ›wiÍcamy bezszczotkowym silnikom
bardzo dawna, jednak ich powszechne za-
stosowanie umołliwiły dopiero tanie sca- DC z wirującym magnesem. Silniki tego rodzaju nie
lone sterowniki impulsowe. Budowa silni-
istniaÅ‚yby bez elektronicznych ukÅ‚adÛw sterujÄ…cych, ktÛre
ka z wirujÄ…cym magnesem jest
"odwrÛceniem" budowy silnika komutatoro-
takłe opisujemy w artykule.
wego z magnesem trwałym: uzwojenia
znajdujÄ… siÍ w stojanie a wirnik wykonany
jest z odpowiednio ukształtowanego magne- tylko 2 zaciski zasilania, co uniemołliwia W układzie o schemacie z rys. 7 czuj-
su. W terminologii angielskiej uÅ‚ywa siÍ regulacjÍ kierunku i prÍdkoÅ›ci obrotowej niki Halla powodujÄ… przepÅ‚yw prÄ…du przez
dla silnikÛw bezszczotkowych akronimu (niektÛre wbudowane sterowniki zmieniajÄ… uzwojenie A lub B w zaleÅ‚noÅ›ci od poÅ‚o-
BLDC, od Brushless DC Motor. kierunek obrotÛw silnika przy zmianie bie- Å‚enia kÄ…towego wirnika. Pole magnetyczne
Ze wzglÍdu na liczbÍ uzwojeÒ, wyrÛÅ‚- gunowoÅ›ci zasilania). W bardziej rozbudo- cewek oddziaÅ‚uje z polem magnesu, czego
niamy silniki bezszczotkowe 2-fazowe i 3- wanych sÄ… wejÅ›cia sterujÄ…ce (analogowe efektem jest obrÛt wirnika. AnalizujÄ…c
fazowe, natomiast w zaleÅ‚noÅ›ci od sposo- lub cyfrowe) do regulacji obrotÛw. Najwy- dziaÅ‚anie ukÅ‚adu Å‚atwo zauwaÅ‚yĘ, Å‚e mo-
bu zasilania uzwojeÒ - silniki unipolarne Å‚szej klasy sterowniki majÄ… takÅ‚e wejÅ›cia ment obrotowy jest maksymalny w momen-
i bipolarne. komunikacji szeregowej, umołliwiające cie poziomego ustawienia osi magnetycz-
konfigurowanie sterownika za pomocÄ… mik- nej wirnika (jak na rysunku), natomiast po
WÅ‚aÅ›ciwoÅ›ci i zastosowanie roprocesora, komputera PC lub wspÛÅ‚pracÍ obrÛceniu wirnika o 90o moment obrotowy
silnikÛw BLDC ze sterownikami PLC, czujnikami poÅ‚oÅ‚e- wynosi zero. KonsekwencjÄ… tego faktu jest
Parametry mechaniczne bezszczotko- nia i mają wbudowane algorytmy roz- niemołliwośĘ uruchomienia silnika przy
wych silnikÛw DC sÄ… porÛwnywalne z sil- pÍdzania/hamowania i wiele innych ìbaje- niektÛrych poÅ‚oÅ‚eniach wirnika. MoÅ‚na so-
nikami komutatorowymi z magnesem trwa- rÛwî. Sterowniki wyÅ‚szej klasy zwykle nie bie z tym poradziĘ poprzez podziaÅ‚ uzwo-
Å‚ym - podobna moc i moment obrotowy sÄ… wbudowane, lecz stanowiÄ… moduÅ‚ doÅ‚Ä…- jeÒ na pasma uÅ‚oÅ‚one naprzemiennie lub
przy zbliÅ‚onych wymiarach i masie. Istot- czany do silnika. zwiÍkszajÄ…c liczbÍ biegunÛw magnetycz-
nymi ich zaletami są: nych wirnika. Przykład silnika o takiej
- wysoka trwałośĘ, ograniczona praktycz- Zasada działania, budowie pokazano na rys. 8. Kałde uzwo-
nie wytrzymałością łołysk wirnika, silnik 2-fazowy BLDC jenie jest podzielone na 4 pasma, a wirnik
- moÅ‚liwośĘ bardzo precyzyjnej regulacji ZasadÍ dziaÅ‚ania i uproszczony sche- ma 4 bieguny. Symbole ì+î i ì-î oznacza-
obrotÛw - dziÍki zaawansowanym ukÅ‚a- mat sterowania silnika 2-fazowego przed- jÄ… kierunki uzwojeÒ, sekcje A1+, A2+, A1-
dom sterownikÛw moÅ‚na sterowaĘ kÄ…tem stawiono na rys. 7. Elementy oznaczone , A2- sÄ… poÅ‚Ä…czone szeregowo (analogicz-
obrotu wirnika podobnie jak w silnikach jako H1 i H2 to czujniki Halla (scalone nie dla uzwojenia B). W tak skonstruo-
krokowych. czujniki pola magnetycznego). Typowy wanym silniku zmiany momentu obrotowe-
Cena silnika bezszczotkowego jest czujnik Halla stosowany w silnikach jest go w funkcji kÄ…ta obrotu sÄ… mniejsze, ale
2...3-krotnie wyÅ‚sza od podobnego silnika elementem 3-koÒcÛwkowym (ì+î, ì-î nadal dokuczliwe.
komutatorowego, jednak kompensuje ją 20- i wyjście) w obudowie zbliłonej do Nieco zmodyfikowany układ z rys. 7
krotnie wiÍksza trwaÅ‚ośĘ. MoÅ‚liwośĘ pre- obudowy tranzystorÛw maÅ‚ej mocy. Pod jest powszechnie stosowany w miniaturo-
cyzyjnego sterowania powoduje, łe w wie- wpływem pola magnetycznego o określo- wych wentylatorach, uływanych m.in. do
lu aplikacjach sÄ… one stosowane zamiast nej biegunowoÅ›ci, wyjÅ›cie czujnika zmie- chÅ‚odzenia urzÄ…dzeÒ elektronicznych. Ze
silnikÛw krokowych - od ktÛrych sÄ… nia stan w momencie przekroczenia pro- wzglÍdu na brak generatora ustalajÄ…cego
mniejsze, lÅ‚ejsze i sprawujÄ… siÍ lepiej przy gowej wartoÅ›ci natÍÅ‚enia pola. Czujniki prÍdkośĘ obrotowÄ…, moÅ‚na zmieniaĘ obro-
duÅ‚ych prÍdkoÅ›ciach obrotowych. Halla produkuje wiele firm, m.in. Allegro ty takich wentylatorÛw poprzez zmianÍ
Obecnie silniki bezszczotkowe z wiru- (A3240, A3280, A3141), Texas (TLE4905, napiÍcia zasilania (w zakresie 50...120 %
jÄ…cym magnesem sÄ… powszechnie stosowa- TLE4945), Everlight(HI300). Produkowane prÍdkoÅ›ci znamionowej). Niestety przy ta-
ne w serwonapÍdach maszyn oraz w sprzÍ- sÄ… takÅ‚e czujniki bipolarne, posiadajÄ…ce kim sterowaniu moment obrotowy maleje
cie powszechnego uÅ‚ytku (magnetowidy, dwa wyjÅ›cia S i N (lub ì+î i ì-î). SygnaÅ‚ przy zmniejszaniu obrotÛw. PowyÅ‚ej pew-
magnetofony, wideokamery, napÍdy CD/ pojawia siÍ na odpowiednim wyjÅ›ciu nego napiÍcia granicznego wentylator mo-
DVD). Wypierają teł silniki krokowe w na- w zalełności od biegunowości pola mag- łe przestaĘ pracowaĘ z powodu zadziała-
pÍdach dyskÛw komputerowych. netycznego. nia ukÅ‚adÛw zabezpieczajÄ…cych przed prze-
Bardzo czÍsto elektroniczny sterownik ciÄ…Å‚eniem.
jest wbudowany w silnik. W najprostszych
silnikach na zewnÄ…trz sÄ… wyprowadzone
Rys. 7. Zasada działania i uproszczony Rys. 8. Zmodyfikowane uzwojenie silnika
schemat sterowania silnika 2-fazowego dwufazowego
Rys. 9. 2-fazowe sterowanie bipolarne
Elektronika Praktyczna 1/2004
95
K U R S
Rys. 10. Połączenie uzwojeń silnika 3-fazowego w gwiazdę
Sterowanie bipolarne w uzwojeniach dla silnika 2-fazowego, oraz
W układzie unipolarnym z rys. 7 wy- 3-fazowego unipolarnego.
korzystanie uzwojeÒ nie jest najlepsze - ZasadÍ dziaÅ‚ania silnika wyjaÅ›niono na
prÄ…d pÅ‚ynie na przemian przez uzwojenie rys. 13, na ktÛrym przedstawiono poszcze-
A lub B. Znacznie lepszy, lecz bardziej gÛlne fazy obrotu wirnika w przypadku
rozbudowany jest ukÅ‚ad 2-fazowego stero- sterowania uzwojeÒ wedÅ‚ug rys. 12c.
wania bipolarnego, pokazany na rys. 9. Zmiany momentu obrotowego w funkcji
Zastosowanie 4-tranzystorowego ukÅ‚adu kÄ…ta obrotu sÄ… w silniku trÛjfazowym nie-
mostkowego typu X umoÅ‚liwia zmianÍ wielkie. MoÅ‚na je jeszcze bardziej zredu-
kierunku prądu przepływającego przez kowaĘ stosując impulsy prądowe o kształ-
uzwojenia i zasilanie obu uzwojeÒ jedno- cie trapezowym. W celu uzyskania staÅ‚ego
czeÅ›nie, dziÍki temu siÅ‚a dziaÅ‚ajÄ…ca na wir- momentu obrotowego naleÅ‚y zapewniĘ si-
nik jest 2-krotnie wiÍksza. Na schemacie nusoidalny przebieg prÄ…du w uzwojeniach,
z rys. 9 cewki sÄ… poÅ‚Ä…czone szeregowo. ale wtedy nie moÅ‚na juÅ‚ mÛwiĘ o silniku
W praktycznych ukÅ‚adach sterownikÛw cza- prÄ…du staÅ‚ego (w napÍdach przemysÅ‚owych
sami stosuje siÍ dwa oddzielne mostki dla czÍsto stosuje siÍ 3-fazowe silniki prÄ…du
Rys. 12. Wykresy czasowe prÄ…du
cewek A i B. Sterowanie bipolarne 2-fazo- zmiennego z wirujÄ…cym magnesem).
płynącego w uzwojeniach dla silnika 2-
we powoduje wzrost momentu obrotowe-
fazowego unipolarnego (a), oraz 3-
go, lecz nadal nie rozwiÄ…zuje problemu Silniki BLDC z wirnikiem
fazowego unipolarnego (b) i 3-fazowego
zaleÅ‚noÅ›ci momentu od kÄ…ta obrotu wirni- wewnÍtrznym i zewnÍtrznym
bipolarnego (c)
ka. Znacznie lepsze pod tym wzglÍdem sÄ… ZarÛwno silniki bezszczotkowe 2-fazo-
silniki DC 3-fazowe. we jak i 3-fazowe mogÄ… mieĘ rÛÅ‚nÄ…
budowÍ wirnika. Silnik z wirnikiem we-
3-fazowy silnik BLDC wnÍtrznym ma budowÍ ìklasycznÄ…î, czyli szÄ… ok. 15000 obr./min. dla wirnika we-
Silnik 3-fazowy ma trzy uzwojenia: A, wirnik w ksztaÅ‚cie walca znajduje siÍ we- wnÍtrznego i ponad 30000 obr./min. dla
B i C. MogÄ… byĘ one sterowane niezaleÅ‚- wnÄ…trz stojana z uzwojeniami. W silniku zewnÍtrznego.
nie w ukÅ‚adzie unipolarnym, ale najczÍÅ›- z wirnikiem zewnÍtrznym, magnetyczny
ciej spotykany jest ukÅ‚ad poÅ‚Ä…czenia wirnik ma ksztaÅ‚t kubka i obraca siÍ wo- Silniki BLDC i krokowe -
w gwiazdÍ (rys. 10). KaÅ‚de z trzech uzwo- kÛÅ‚ nieruchomego stojana. Silnik z wirni- porÛwnanie
jeÒ jest podzielone na 2 pasma, co tworzy kiem zewnÍtrznym ma wiÍkszy moment Czytelnicy znajÄ…cy silniki krokowe za-
6-biegunowy stojan. Wirnik pokazany na obrotowy, ale i wiÍkszÄ… bezwÅ‚adnośĘ, co pewne zauwaÅ‚Ä… podobieÒstwa miÍdzy sil-
rysunku ma 2 bieguny, ale w praktycznych ogranicza jego zastosowanie, gdy wymaga- nikami BLDC i krokowymi. Rzeczywiście,
rozwiÄ…zaniach stosuje siÍ wirniki cztero- ne jest bardzo szybkie rozpÍdzanie i ha- moÅ‚na przyjąĘ, Å‚e silniki BLDC sÄ… pod-
lub szeÅ›ciobiegunowe. Bipolarne sterowanie mowanie silnika. DuÅ‚a bezwÅ‚adnośĘ wirni- grupÄ… silnikÛw krokowych o kroku 180o
uzwojeÒ moÅ‚e byĘ zrealizowane wedÅ‚ug ka moÅ‚e byĘ takÅ‚e zaletÄ… - uÅ‚atwia precy- lub 120o. TakÅ‚e niektÛre scalone sterowni-
schematu pokazanego na rys. 11. W silni- zyjnÄ… stabilizacjÍ prÍdkoÅ›ci obrotowej ki mogÄ… byĘ stosowane do obu typÛw sil-
ku 2-fazowym do sterowania wymagane w przypadku wahaÒ obciÄ…Å‚enia (np. prze- nikÛw. Jednak rÛÅ‚nice konstrukcyjne i ap-
byÅ‚y dwa przebiegi prostokÄ…tne, przesuniÍ- suw taÅ›my w magnetowidzie). Poza tym, likacyjne spowodowaÅ‚y wydzielenie silni-
te w fazie o 180o, silnik 3-fazowy wymaga wirnik zewnÍtrzny jest mniej podatny na kÛw BLDC jako oddzielnej grupy.
trzech przebiegÛw z przesuniÍciem fazo- drgania przy duÅ‚ych prÍdkoÅ›ciach obroto- Mimo to moÅ‚na natknąĘ siÍ na rÛÅ‚ne
wym 120o. Na rys. 12 przedstawiono wy- wych - maksymalne obroty (bez stosowa- puÅ‚apki: w ofertach producentÛw okreÅ›lenie
kresy czasowe wartości prądu płynącego nia dodatkowej stabilizacji wirnika) wyno- brushless motor (silnik bezszczotkowy) by-
wa uÅ‚ywane zarÛwno dla silnikÛw BLDC,
silnikÛw indukcyjnych AC, czasami takÅ‚e
dla silnikÛw krokowych. Dopiero uwaÅ‚ne
przestudiowanie danych katalogowych
uświadamia z jakim silnikiem mamy do
czynienia. Kryterium rozrÛÅ‚niania silnikÛw
krokowych od BLDC moÅ‚e byĘ nastÍpu-
jÄ…ce: dla poprawnej pracy silnika BLDC
sterownik musi mieĘ sygnał zwrotny o ak-
tualnym połołeniu kątowym wirnika (np.
z czujnikÛw Halla), a w silnikach kroko-
wych nie jest to konieczne.
Silniki liniowe VCM
Definicja: ìsilniki liniowe przetwarza-
ją, za pośrednictwem pola magnetycznego,
energiÍ elektrycznÄ… na energiÍ mechanicz-
nÄ… w ruchu postÍpowymî. OczywiÅ›cie, nie
Rys. 11. Bipolarny sterownik silnika 3-fazowego
Elektronika Praktyczna 1/2004
96
K U R S
Rys. 13. Zasada działania silnika 3-fazowego
musi to byĘ ruch w linii prostej jak suge- proporcjonalna do natÍÅ‚enia prÄ…du, a na- cy (wykres prÍdkoÅ›ci w funkcji czasu ma
ruje nazwa, ale na przykÅ‚ad po Å‚uku. Wie- piÍcie samoindukcji jest proporcjonalne do ksztaÅ‚t trapezu). JeÅ‚eli pominiemy fazÍ Å›rod-
le konstrukcji jest po prostu rozwiniÍciem szybkoÅ›ci poruszania siÍ cewki. Poprzez kowÄ…, otrzymamy trÛjkÄ…tny tryb pracy - skÅ‚a-
na pÅ‚aszczyünie ìnormalnegoî silnika. Od- zmianÍ natÍÅ‚enia i kierunku przepÅ‚ywu dajÄ…cy siÍ z przyspieszania i hamowania.
powiednikiem stojana jest szyna z uzwoje- prądu mołna bardzo precyzyjnie sterowaĘ Układ sterujący musi zdecydowaĘ, jaki tryb
niami rozmieszczonymi w okreÅ›lonych od- poÅ‚oÅ‚eniem cewki. Praktyczne realizacje pracy bÍdzie najlepszy, ustaliĘ maksymalnÄ…
stÍpach, po ktÛrej porusza siÍ ìwirnikî silnikÛw VCM przedstawiono na rys. 14 prÍdkośĘ oraz moment rozpoczÍcia hamowa-
zawierający magnesy trwałe lub uzwojenie. (cylindryczny) i rys. 15 (płaski). Podstawo- nia (naleły zauwałyĘ, łe w przypadku dysku
Na dokÅ‚adniejsze omÛwienie zasÅ‚uguje we czÍÅ›ci skÅ‚adowe silnika VCM: komputerowego mamy do czynienia z mikro-
odmiana silnika liniowego o angielskiej na- - dwa magnesy trwałe umieszczone tak, metrami i mikrosekundami).
zwie Voice Coil Motor (VCM), przede aby były skierowane tym samym biegu- Na rys. 16 przedstawiono schemat blo-
wszystkim ze wzglÍdu na powszechne sto- nem w stronÍ cewki, kowy pÍtli sterowania silnikiem VCM.
sowanie takich silnikÛw do przesuwu - cewka poruszajÄ…ca siÍ w szczelinie miÍ- Symbol P oznacza czujnik prÍdkoÅ›ci a P'
gÅ‚owic w napÍdach dyskÛw komputero- dzy magnesami, - czujnik pozycji. Do pomiaru prÍdkoÅ›ci
wych. Nazwa silnika pochodzi od zasady - obudowa z miÍkkiego Å‚elaza zamykajÄ…ca moÅ‚na wykorzystaĘ np. napiÍcie samoin-
jego dziaÅ‚ania - identycznie jak w zwyk- obwÛd magnetyczny. dukcji cewki, a do pomiaru pozycji - syg-
Å‚ym gÅ‚oÅ›niku, cewka porusza siÍ w szcze- W napÍdach gÅ‚owic dyskÛw komputero- naÅ‚ z gÅ‚owic magnetycznych. Na rysunku
linie magnesu. Trudno powiedzieĘ czy na- wych jest stosowany pÅ‚aski silnik VCM, pÍtlÍ regulacji przedstawiono jako analo-
leÅ‚y takie urzÄ…dzenie nazwaĘ silnikiem czy w ktÛrym ruch ramienia odbywa siÍ po Å‚uku. gowÄ…. W rzeczywistoÅ›ci do sterowania sil-
siÅ‚ownikiem, bo zakres jego ruchu nie Sterowanie takim silnikiem nie jest Å‚atwe. nikÛw VCM wykorzystuje siÍ specjalizowa-
przekracza kilku centymetrÛw (spotyka siÍ PrzykÅ‚adowo: chcemy przesunąĘ gÅ‚owicÍ dys- ne cyfrowo-analogowe ukÅ‚ady scalone
okreÅ›lenie Voice Coil Actuator - VCA). ku z poÅ‚oÅ‚enia A do poÅ‚oÅ‚enia B. Ruch cew- wspÛÅ‚pracujÄ…ce z kontrolerem dysku. Regu-
Zgodnie z reguÅ‚Ä… Lorentza: jeÅ‚eli przez ki silnika bÍdzie odbywaÅ‚ siÍ w trzech fazach: lacja prÄ…du cewki zwykle jest realizowana
cewkÍ znajdujÄ…cÄ… siÍ w polu magnetycznym przyspieszanie, ruch ze staÅ‚Ä… prÍdkoÅ›ciÄ…, ha- w trybie modulacji wypeÅ‚nienia sygnaÅ‚u
przepÅ‚ywa prÄ…d, to na cewkÍ dziaÅ‚a siÅ‚a mowanie. Jest to tzw. trapezoidalny tryb pra- sterujÄ…cego (PWM).
Rys. 14. Uproszczona budowa cylindrycznego silnika VCM Rys. 15. Uproszczona budowa płaskiego silnika VCM
Elektronika Praktyczna 1/2004
98
K U R S
Przydatne linki (dotyczące silników
BLDC i VCM)
Polskie:
- www.silniki.pl - dystrybutor silników
i sterowników (DC, BLDC)
Zagraniczne:
- www.allegromicro.com - firma Allegro
Microsystems - producent scalonych
sterowników silników, ciekawe poradniki
i noty aplikacyjne,
- http://us.st.com/stonline/books - karty
katalogowe i noty aplikacyjne sterowników
Rys. 16. Schemat blokowy pętli sterowania silnikiem VCM
firmy ST Microelectronics,
- www.micromo.com, www.densitron.com/
em, www.beikimco.com -producenci
silników BLDC i VCM,
- www.compumotor.com - strona firmy
Parker Motion & Control która opracowała
doskonały poradnik Motor Technologies.
komutatorowych oraz innych urzÄ…dzeÒ
wykonawczych.
c)Sterowniki wyposałone w prosty układ
logiczny, umoÅ‚liwiajÄ…cy sterowanie prÍd-
koÅ›ciÄ… i kierunkiem obrotÛw silnika przy
ułyciu 2...4 wejśĘ cyfrowych. Dla prą-
dÛw wyjÅ›ciowych do 1,5 A sÄ… zwykle
wyposałone w elementy wyjściowe mo-
cy. Sterowniki bez stopnia mocy wyma-
gają dołączenia odpowiedniego układu
z grupy b). NiektÛre sterowniki mogÄ…
pracowaĘ z rÛÅ‚nymi typami silni-
kÛw (BLDC, PMDC lub krokowymi), in-
ne są przeznaczone do pracy z określo-
nymi silnikami BLDC 3-fazowymi. DziÍ-
Rys. 17. Schemat blokowy układu TA8420AF
ki wbudowanej logice, układy z tej gru-
PoczÄ…tkowo do napÍdu gÅ‚owic w dys- WÅ‚aÅ›ciwie nie sÄ… to samodzielne sterow- py realizujÄ… niektÛre funkcje sprzÍtowo,
kach stosowano silniki krokowe, natomiast niki, a jedynie ukÅ‚ady mocy do stero- odciÄ…Å‚ajÄ…c gÅ‚Ûwny procesor.
obecnie - ze wzglÍdu na swoje zalety - wania uzwojeÒ. W jednym ukÅ‚adzie sca- d)Inteligentne sterowniki silnikÛw. SÄ… to
przewałają silniki VCM. Charakteryzują lonym mołe byĘ jeden lub dwa mostki specjalizowane mikrokontrolery cyfrowo-
siÍ one maÅ‚ymi wymiarami, niewielkÄ… X oraz obwody przesuwania poziomu, analogowe, umoÅ‚liwiajÄ…ce realizacjÍ
bezwÅ‚adnoÅ›ciÄ…, duÅ‚Ä… szybkoÅ›ciÄ… pracy, umoÅ‚liwiajÄ…ce kluczowanie tranzystorÛw skomplikowanych funkcji: programowane
precyzyjnym pozycjonowaniem, brakiem mostka poziomami logicznymi TTL/ procedury rozpÍdzania i hamowania, pre-
bÅ‚ÍdÛw pozycjonowania wynikajÄ…cych CMOS. UkÅ‚ady sÄ… zwykle wyposaÅ‚one cyzyjna stabilizacja obrotÛw, kontrola
z konieczności przełołenia ruchu obroto- w ogranicznik prądu i zabezpieczenie połołenia wirnika itp. Takie sterowniki
wego na liniowy. Inne, typowe zastoso- termiczne. Diody bocznikujÄ…ce tranzysto- sÄ… stosowane m.in. w napÍdach dysko-
wanie silnikÛw VCM, to sterowanie po- ry mostka mogÄ… byĘ zintegrowane wych z silnikami 3-fazowymi BLDC i sil-
Å‚oÅ‚eniem lusterek w projektorach lasero- w strukturze lub doÅ‚Ä…czane zewnÍtrznie. nikami VCM. Sterownik jest wyposaÅ‚o-
wych (oraz dziesiÄ…tki innych zastosowaÒ Scalone mostki X sÄ… ukÅ‚adami uniwer- ny w wewnÍtrzne rejestry konfiguracyj-
w precyzyjnych urządzeniach mechanicz- salnymi, mołna je stosowaĘ do sterowa- ne, łącze szeregowe do komunikacji
nych i optycznych). nia silnikÛw BLDC, VCM, krokowych, z kontrolerem dysku, wejÅ›cia sygnaÅ‚Ûw
Scalone sterowniki silnikÛw
BLDC i VCM
Na Å›wiecie produkuje siÍ ponad 100
typÛw scalonych sterownikÛw silnikÛw
BLDC i VCM. Niniejszy artykuł mołe tyl-
ko dostarczyĘ pewnych informacji podsta-
wowych, ułatwiających korzystanie z da-
nych katalogowych producentÛw. UkÅ‚ady
sterownikÛw moÅ‚na podzieliĘ na kilka
grup. Wszystkie, bardzo rÛÅ‚niÄ…ce siÍ miÍ-
dzy sobÄ… ukÅ‚ady, sÄ… przez producentÛw
klasyfikowane do wspÛlnej grupy motor
drivers:
a)Proste sterowniki unipolarne (zwykle sil-
nikÛw 2-fazowych). SÄ… to ukÅ‚ady prze-
widziane do wbudowania w silnik, np.
wentylatora, wymagają dołączenia tylko
kilku elementÛw zewnÍtrznych RC. Nie
sÄ… przystosowane do wspÛÅ‚pracy z mik-
roprocesorem, ale mają zwykle wyjście
typu open collector, na ktÛrym pojawia-
jÄ… siÍ impulsy synchronicznie z obrota-
mi silnika (1 lub 2 impulsy/obrÛt).
b)Scalone mostki 4-tranzystorowe typu X.
Rys. 18. Schemat blokowy układów L6201/02/03
Elektronika Praktyczna 1/2004
99
K U R S
Rys. 19. Schemat blokowy układu A3932
Rys. 20. Schemat blokowy układu L6268
Elektronika Praktyczna 1/2004
100
K U R S
z czujnikÛw prÍdkoÅ›ci i poÅ‚oÅ‚enia, prze- w jednej strukturze tranzystorÛw mocy MODE, SR, PWM i RC sÅ‚uÅ‚Ä… do sterowa-
tworniki A/C i C/A. Zwykle sterownik DMOS oraz ukÅ‚adÛw cyfrowych CMOS nia trybem pracy i prÍdkoÅ›ciÄ… obrotowÄ…
tego rodzaju nie zawiera elementÛw wy- i bipolarnych. DziÍki temu sygnaÅ‚y wej- silnika, wejÅ›cie DIR steruje kierunkiem
konawczych mocy. Å›ciowe sÄ… kompatybilne z TTL i CMOS, obrotÛw, a BRAKE - hamowaniem silni-
PoniÅ‚ej przedstawiono krÛtki opis wy- a z wyjśĘ moÅ‚na bezpoÅ›rednio sterowaĘ ka. UkÅ‚ad A3932 jest produkowany w 32-
branego układu z kałdej grupy: uzwojenia silnika dułej mocy - maksy- wyprowadzeniowej obudowie SMD.
a)UkÅ‚ad TA8420AF jest produkowany przez malne napiÍcie zasilania wynosi 48 V. d)UkÅ‚ad L6268 jest produkowany przez
firmÍ Toshiba (rys. 17). Jest to sterow- Wbudowane pompa Å‚adunkowa i ukÅ‚ady firmÍ STMicroelectronics (rys. 20). Jest
nik 2-fazowego silnika wentylatora w 10- przesuwania poziomu napiÍcia sÅ‚uÅ‚Ä… do to kompletny sterownik napÍdÛw dysku
wyprowadzeniowej obudowie SMD, przy- wytworzenia napiÍĘ polaryzujÄ…cych komputerowego z zasilaniem 12 V, umoÅ‚-
stosowany do wspÛÅ‚pracy z bipolarnym bramki ìgÛrnychî tranzystorÛw MOS. liwiajÄ…cy sterowanie trÛjfazowym silni-
czujnikiem Halla doÅ‚Ä…czonym do wejśĘ MiÍdzy wyjÅ›cie SENSE a masÍ moÅ‚na kiem BLDC napÍdu gÅ‚Ûwnego (5400
INA i INB. Dopuszczalny prÄ…d wyjÅ›cio- podÅ‚Ä…czyĘ rezystor umoÅ‚liwiajÄ…cy kont- obr./min.) oraz silnikiem VCM napÍdu
wy wynosi 1 A, a napiÍcie zasilania po- rolÍ prÄ…du uzwojeÒ. gÅ‚owic. Obwody wyjÅ›ciowe mocy majÄ…
winno siÍ mieÅ›ciĘ w zakresie 4...15 V. c)UkÅ‚ad A3932 jest produkowany przez fir- wydajnośĘ prÄ…dowÄ… do 2 A dla silnika
UkÅ‚ad wyposaÅ‚ono w zabezpieczenie ter- mÍ Allegro Microsystems (rys. 19). Jest BLDC (wyjÅ›cia OUT A, B, C) i do 1,5A
miczne, ogranicznik prÄ…du wyjÅ›ciowego to sterownik trÛjfazowego silnika BLDC dla silnika VCM (wyjÅ›cia A+, A-). Kon-
(wartośĘ prÄ…du zaleÅ‚y od wartoÅ›ci z wyjÅ›ciami przystosowanymi do sterowa- figurowanie sterownika odbywa siÍ po-
rezystancji rezystora Rsc) oraz obwÛd po- nia trzech ukÅ‚adÛw pÛÅ‚mostkowych, z ze- przez wpisywanie odpowiednich wartoÅ›-
nownego startu w przypadku zablokowa- wnÍtrznie doÅ‚Ä…czonymi tranzystorami mo- ci do bloku wewnÍtrznych rejestrÛw.
nia wirnika (staÅ‚a czasowa obwodu za- cy n-MOS (na rysunku przedstawiono KomunikacjÍ z mikroprocesorem - kont-
leły od pojemności Csc). Na wyjściu FG tylko jeden z trzech identycznych obwo- rolerem dysku zapewnia szybki port
otrzymujemy impulsy o czÍstotliwoÅ›ci dÛw wyjÅ›ciowych). UkÅ‚ad moÅ‚e byĘ za- szeregowy. WejÅ›cia cyfrowe sÄ… kompa-
proporcjonalnej do obrotÛw wirnika. silany napiÍciem do 50 V. PrÄ…d wyjÅ›cio- tybilne z poziomami logicznymi CMOS
Kompletny sterownik skÅ‚ada siÍ z ukÅ‚adu wy zaleÅ‚y od zastosowanych tranzysto- 3,3 V. UkÅ‚ad zawiera pÍtle stabilizacji
TA8420, czujnika Halla i kilku elemen- rÛw. Sterownik A3932 jest wyposaÅ‚ony obrotÛw silnika BLDC oraz precyzyjnego
tÛw RC, czyli bez problemu moÅ‚e byĘ w: wewnÍtrzny generator PWM, ukÅ‚ady pozycjonowania silnika VCM z 14-bito-
wbudowany w silnik wentylatora. zabezpieczajÄ…ce przed jednoczesnym za- wym przetwornikiem DAC. Rozbudowa-
b)UkÅ‚ady L6201/02/03 sÄ… produkowane Å‚Ä…czeniem ìgÛrnegoî i ìdolnegoî tranzys- ny ukÅ‚ad logiczny moÅ‚e realizowaĘ
przez STMicroelectronics (rys. 18). Mos- tora, rozbudowany ukÅ‚ad diagnostyczny zÅ‚oÅ‚one procedury - np. rÛÅ‚ne sekwen-
tek typu X ma prÄ…d wyjÅ›ciowy od z sygnalizujÄ…cym bÅ‚Ä…d wyjÅ›ciem FAULT, cje rozpÍdzania i hamowania, kontrola
1 A (L6201 w obudowie SMD SO20) do trzy wejÅ›cia do czujnikÛw Halla (H1, poprawnoÅ›ci pracy silnikÛw, diagnosty-
4 A (L6203 w obudowie Multiwatt 11). H2, H3), zabezpieczenia termiczne i prÄ…- ka bÅ‚ÍdÛw. UkÅ‚ad jest produkowany
Układ wykonano w technologii Multipo- dowe, stabilizatory zasilania 13 w obudowie SMD typu TQFP44.
wer-BCD, pozwalajÄ…cej na zintegrowanie V i 5 V (do czujnikÛw Halla). WejÅ›cia Jacek Przepiórkowski
Elektronika Praktyczna 1/2004
101