Universal ESC Circuit για κινητήρες BLDC και Alternator

Σε αυτήν την ανάρτηση συζητάμε ένα παγκόσμιο κύκλωμα ESC ή ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ελεγκτή ταχύτητας που μπορεί να εφαρμοστεί καθολικά για τον έλεγχο οποιουδήποτε τύπου 3 φάσης BLDC ή ακόμα και ενός κινητήρα εναλλασσόμενου.

Τι είναι το ESC

Ένα ESC ή ηλεκτρονικός ελεγκτής ταχύτητας είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα που χρησιμοποιείται συνήθως για τη λειτουργία και τον έλεγχο ενός τριφασικού κινητήρα BLDC.

Κινητήρας BLDC σημαίνει κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες που δηλώνει με σαφήνεια ότι αυτοί οι κινητήρες είναι άκυροι από βούρτσες, πολύ αντίθετα από τον τύπο κινητήρα που βουρτσίζονται που βασίζονται σε βούρτσες για μετακίνηση.

Λόγω της απουσίας βουρτσών, οι κινητήρες BLDC είναι σε θέση να λειτουργούν με μέγιστη απόδοση, καθώς η απουσία βουρτσών το απαλλάσσει από τριβές και άλλες σχετικές ανεπάρκειες.

Ωστόσο, οι κινητήρες BLDC έχουν ένα σημαντικό μειονέκτημα, αυτοί δεν μπορούν να λειτουργήσουν μέσω μίας τροφοδοσίας όπως οι άλλοι κινητήρες βουρτσισμένου, αντί για έναν κινητήρα BLDC απαιτείται ένας τριφασικός οδηγός για τη λειτουργία τους.

Παρά αυτήν την τεχνική πολυπλοκότητα, οι κινητήρες BLDC γίνονται εξαιρετικά προτιμώμενοι σε σύγκριση με τους αντίστοιχους βουρτσισμένους, επειδή οι κινητήρες BLDC είναι εξαιρετικά αποδοτικοί όσον αφορά την κατανάλωση ισχύος και ουσιαστικά δεν έχουν προβλήματα φθοράς.

Αυτός είναι ο λόγος που οι κινητήρες BLDC χρησιμοποιούνται σήμερα ηλεκτρικά οχήματα , ανεμόμυλοι, αεροπλάνα, τετραπλή copters και ο περισσότερος εξοπλισμός που σχετίζεται με τον κινητήρα.

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η λειτουργία ενός κινητήρα BLDC φαίνεται αρκετά περίπλοκο και αν προσπαθείτε να αναζητήσετε ένα πρόγραμμα οδήγησης ή ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ελεγκτή ταχύτητας για κινητήρες BLDC, πιθανότατα θα συναντούσατε κυκλώματα που είναι πολύ περίπλοκα χρησιμοποιώντας MCU ή που απαιτούν δύσκολο να βρεθούν εξαρτήματα.

Σε αυτήν την ανάρτηση θα μάθουμε πώς να φτιάχνουμε ένα απλό και αποτελεσματικό κύκλωμα ESC που μπορεί να εφαρμοστεί παγκοσμίως για τη λειτουργία των περισσότερων κινητήρων BLDC μέσω κάποιων μικρών τροποποιήσεων.

Μόλις μάθετε τις λεπτομέρειες του κυκλώματος, μπορείτε να το χρησιμοποιήσετε για την κατασκευή ηλεκτρικά οχήματα , quad copters, ρομπότ, αυτόματες πύλες, ηλεκτρική σκούπα και οποιοδήποτε μηχανοκίνητο προϊόν με μέγιστη απόδοση.

Τριφασικά κυκλώματα γεννήτριας

Δεδομένου ότι ένας κινητήρας BLDC απαιτεί ένα σήμα 3 φάσεων, το πρώτο πράγμα που πρέπει να σχεδιαστεί είναι ένα κύκλωμα γεννήτριας 3 φάσεων.

Τα ακόλουθα κυκλώματα δείχνουν πώς αυτό μπορεί να γίνει χρησιμοποιώντας μια χούφτα λειτουργικά μέρη. Το πρώτο χρησιμοποιεί opamps ενώ το δεύτερο χρησιμοποιεί μόνο ένα λίγα BJT .

Απλές γεννήτριες 3 φάσεων

Η έξοδος σήματος 3 φάσεων πρέπει να ενσωματωθεί με ένα Τριφασικό κύκλωμα οδήγησης mosfet για την ενεργοποίηση της λειτουργίας του κινητήρα.

Επομένως, το δεύτερο σημαντικό στοιχείο είναι το κύκλωμα οδήγησης 3 φάσεων εναλλάκτη, το οποίο υποτίθεται ότι ανταποκρίνεται στο παραπάνω κύκλωμα γεννήτριας 3 φάσεων για τη λειτουργία του συνδεδεμένου κινητήρα BLDC.

Για ένα τριφασικό πρόγραμμα οδήγησης, θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε τυπικό τριφασικό πρόγραμμα οδήγησης, όπως A4915, 6EDL04I06NT ή το παλιό μας IRS233 IC

Στο γενικό μας κύκλωμα ESC θα χρησιμοποιήσουμε το IRS233 και θα δούμε πώς μπορεί να διαμορφωθεί για τον επιδιωκόμενο ηλεκτρονικό έλεγχο ταχύτητας και να εφαρμοστεί για τους περισσότερους κινητήρες BLDC. Η παρακάτω εικόνα δείχνει ολόκληρο το κύκλωμα του προτεινόμενου σχεδιασμού ESC.

Το Σχηματικό ESC

Το παρουσιαζόμενο κύκλωμα οδήγησης εναλλάκτη ESC φαίνεται αρκετά απλό και δεν φαίνεται να χρησιμοποιεί πολύπλοκα στάδια.

Τα σήματα 3 φάσεων που λαμβάνονται από τα κυκλώματα γεννήτριας 3 φάσεων εφαρμόζονται στις εισόδους των πυλών NOT που εμφανίζονται στην επάνω αριστερή γωνία του παραπάνω διαγράμματος.

Αυτά τα σήματα 3 φάσεων μετατρέπονται στις απαιτούμενες εισόδους Hin και Lin για το 3 φάσης πρόγραμμα οδήγησης mosfer IC IRS233.

Η κότα IC IRS233 επεξεργάζεται αυτά τα σήματα για τη λειτουργία του συνδεδεμένου κινητήρα BLDC με τη σωστή φάση και ροπή μέσω των σχετικών mosfets του προγράμματος οδήγησης ή των IGBTs.

Μπορούμε επίσης να δούμε ένα στάδιο PWM βασισμένο στο IC 555. Αυτό το στάδιο διαμορφώνεται με τα mosfets χαμηλής πλευράς ή τα IGBT, για να κόβουν τις σκανδάλες πύλης τους σε κατάλληλες ενότητες.

Αυτή η κοπή πύλης αναγκάζει τις συσκευές να λειτουργούν με ρυθμό που καθορίζεται από αυτούς τους ρυθμούς κύκλου λειτουργίας PWM τεμαχισμού. Οι ευρύτεροι κύκλοι λειτουργίας επιτρέπουν στον κινητήρα να περιστρέφεται γρηγορότερα και ο στενότερος κύκλος λειτουργίας επιτρέπει στον κινητήρα να επιβραδύνεται αναλογικά.

Ο ρυθμός PWM ελέγχεται μέσω του IC 555 μέσω του υποδεικνυόμενου δοχείου PWM.