استراتيجية لتبسيط أنظمة التحكم في المحركات والدفع BLDC على ثلاث مراحل
منتجات أشباه الموصلات عالية التكامل ليست فقط اتجاه المنتجات الاستهلاكية ، ولكن أيضا اختراق تدريجيا في تطبيقات التحكم في المحركات. في نفس الوقت ، محركات DC بدون فرشات (BLDC) تظهر نفس الزخم في العديد من الأسواق ، مثل السيارات والتطبيقات الطبية ، وحصتها في السوق تتفوق تدريجياً على أنواع المحركات الأخرى. مع تزايد الطلب على محركات BLDC ونضج تقنيات المحركات ذات الصلة ، تطورت إستراتيجية تطوير أنظمة التحكم في المحركات BLDC من الدوائر المنفصلة إلى ثلاث فئات مختلفة. وتنقسم هذه الأنواع الرئيسية الثلاثة من الحلول إلى نظام (on-a-chip) (system-on-a-chip) ، والمنتجات القياسية الخاصة بالتطبيق (ASSP) ، وحلول الرقاقة.
يتم تفضيل هذه الحلول الرئيسية الثلاثة بشكل متزايد من قبل مهندسي تصميم النظام الحركي لأنها تقلل عدد المكونات المطلوبة للتطبيق وتقليل تعقيد التصميم. ومع ذلك ، فإن كل استراتيجية لها نقاط قوتها وضعفها. تناقش هذه المقالة هذه الخيارات الثلاثة وكيف يمكن استبدالها بين تكامل التصميم والمرونة.
يتكون النظام الحركي الأساسي من ثلاث وحدات رئيسية هي: مصدر الطاقة ومحرك المحرك ووحدة التحكم. يبين الشكل 1 تصميم نظام المحرك المنفصل التقليدي. تتضمن الأنظمة الآلية عادة معالج RISC بسيط مع فلاش مدمج يقوم بتشغيل MOSFET الخارجي بالتحكم في برنامج تشغيل البوابة. ويمكن للمعالج أيضًا أن يدير المحرك مباشرة من خلال منظم MOSFET متكامل ومنظم جهد كهربائي يعمل على تشغيل المعالج وبرنامج التشغيل.
يدمج محرك محرك الأقراص SoC جميع الوحدات المذكورة أعلاه ويمكن برمجته لمجموعة كبيرة من التطبيقات. بالإضافة إلى ذلك ، فهو مثالي للتطبيقات التي تتطلب تحسين المساحة نظرًا لقيود المساحة. ومع ذلك ، لا يمكن تطبيق الأداء المنخفض للمعالجة ومساحة الذاكرة الداخلية المحدودة على الأنظمة الآلية التي تتطلب تحكمًا متقدمًا. عيب آخر من محركات الأقراص المضغوطة الخاصة بـ SoC هو أدوات التطوير المحدودة ، مثل عدم وجود بيئة تطوير البرامج الثابتة. وهذا يتناقض بشكل صارخ مع حقيقة أن معظم مورّدي وحدات التحكم الدقيقة في الصناعة يقدمون مجموعة واسعة من الأدوات سهلة الاستخدام.
تم تصميم محركات السيارات ASSP لمنطقة معينة ويتم تحسين كل شيء لتطبيق ضيق. يستغرق مساحة صغيرة جدًا ولا يتطلب أي تعديلات على البرامج. بالإضافة إلى ذلك ، فهو مثالي للتطبيقات ذات المساحات المحدودة. ويبين الشكل 2 رسم تخطيطي لسائق محرك مروحة DFN 10-pin. نظرًا لأن محركات ASSP الآلية غالباً ما تركز على تطبيقات الإنتاج ذات الحجم الكبير ، فإنها غالباً ما يكون لديها نسب ممتازة للسعر / الأداء. ومع ذلك ، هذا لا يعني أن المحركات التي تعمل على محركات أقراص ASSP تحتاج إلى التضحية بالأداء. على سبيل المثال ، يمكن لمعظم محركات السيارات ASSP الحديثة أن تقود محركات BLDC مع خوارزميات غير مجربة وجيوبودية ، والتي كانت في الماضي تتطلب ميكروكنترولر عالية الأداء. ومع ذلك ، تفتقر منتجات ASSP إلى البرمجة ولا تضبط قوة الدفع ، مما يحد من قدرتها على التكيف مع متطلبات السوق المتغيرة.
على الرغم من أن التكامل العالي هو الاتجاه الرئيسي في مجال الإلكترونيات اليوم ، لا يزال هناك طلب متزايد على الحلول ذات الشريحة المزدوجة مع محركات الأقراص التناظرية الغنية وميكروكنترولر التناظرية الذكية. تسمح استراتيجية الشريحتين للمصممين بالاختيار من بين مجموعة متنوعة من المتحكمات الدقيقة لدعم تبديل الحواس أو تبديل المستشعرات باستخدام تقنية محرك شبه منحرف أو جيبية. عند استخدام هذا الحل ، فإن اختيار رقاقة التشغيل الداعمة أمر بالغ الأهمية. يجب أن تحتوي الشريحة المصاحبة المثالية على الميزات التالية على الأقل:
منظم فعال وقابل للتعديل لتقليل استهلاك الطاقة وتشغيل جميع أنواع المتحكمات الدقيقة
وحدات المراقبة والمعالجة الخلفية لضمان التشغيل الآمن للمحرك والسماح باتصال ثنائي الاتجاه بين المضيف والمحرك
معلمات اختيارية تعمل على تحسين الأداء دون الحاجة إلى جهد برمجة إضافي
سائق القدرة المقدرة لمحركات MOSFET أو BLDC
بشكل عام ، مع محركات الأقراص SoC و ASSP ، لا يستخدم مصممو النظام الحركي فقط أقل المكونات ، ولكن أيضًا لديهم مرونة معتدلة. ومع ذلك ، فإن هذه الحلول المتكاملة للغاية لها قيود مختلفة ، مثل الوظيفة الثابتة ، وسعة التخزين المحدودة ، وقوة المعالجة. ويقارن الجدول 1 إستراتيجيات التحكم في المحركات BLDC الرئيسية الثلاث الموصوفة أعلاه.
بالمقارنة مع التصاميم المنفصلة ، لا تقلل حلول التحكم والحركة الحديثة للمحرك من فاتورة المواد فحسب ، بل تقلل أيضًا وقت تطوير النظام ، بينما لا يكون لها تأثير على أنظمة البناء الأمثل لمحركات BLDC المختارة. يمكن للمخططات المرجعية للأجهزة والبرامج الثابتة والمكتبات من بائعي أشباه الموصلات أن تقلل بشكل كبير من وقت التطوير وتسريع الوقت المستغرق في السوق لمفاهيم التحكم في المحركات المتقدمة والقيادة.
