Les petits moteurs électriques se trouvent dans tout ce que nous utilisons dans notre quotidien. Moudre notre café, faire circuler l’air dans nos maisons et nos bureaux, animer les jouets de nos enfants et peut-être nettoyer nos sols grâce à un robot.
Selon le moteur choisi, vous aurez besoin de pilotes de commande de moteur (MCD) adaptés pour mettre en route ou éteindre le moteur, réguler la vitesse et le couple et obtenir plus d'efficacité et de fiabilité.
Selon les exigences en termes de conception et les aspects financiers, si vous recherchez une conception basse consommation, votre choix risque fort de se faire parmi trois types de moteur.
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Moteurs CC à balais BDC)
Moteurs CC sans balais (BLDC)
Moteur pas-à-pas
Moteurs CC à balais (BDC).
Les moteurs CC à balais sont les plus simples des trois types de moteur et ceux dont le fonctionnement est enseigné en premier à l'école. Dotés d'enroulements sur le rotor ou l'armature et d'aimants permanents ou d'enroulements de champ sur le stator, ces moteurs ont besoin de commutateurs et de balais pour modifier la polarité de l'enroulement durant la rotation, afin que le couple se développe en continu dans une même direction. Ces moteurs étant relativement simples à fabriquer et à commander, ce sont généralement les moins chers. Si on les trouve souvent dans les jouets et autres applications présentant des contraintes de coût, ils sont également employés dans les appareils ménagers, comme les volets et les serrures électriques.
Les BDC sont relativement simples à commander (la variation de la tension moyenne appliquée au moteur fait varier la vitesse). Il suffit de disposer d'un pont en H et d'un microcontrôleur ; cependant, la sélection des circuits intégrés de commande peut nécessiter une véritable réflexion.
Le TB67H450FNG,EL de Toshiba dispose d'une plage étendue de tension de fonctionnement qui simplifie tout ceci. Sa tension de fonctionnement varie de 4,5 V à 44 V pour les appareils à courant élevé (moins de 3,5 A), comme les équipements de bureautique, les terminaux bancaires, les appareils ménagers, dont les produits alimentés par batterie comme les aspirateurs robots, les serrures électroniques, ainsi que les petits robots et les périphériques utilisant des alimentations électriques USB de 5 V. Le pilote consomme seulement 1 μA en mode veille et est fourni dans le petit boîtier de montage en surface HSOP8 à 8 broches.
Regarder notre vidéo sur TB67H450FNG.
Si vous avez besoin d'une tension de fonctionnement inférieure, mais d'une intensité supérieure, le modèle TC78H653FTG,EL est un circuit intégré de pilote à double pont H qui offre une plage de tension de fonctionnement comprise entre 1,8 et 7,5 V et deux modes de courant : le mode de courant faible avec un pic CC de 2,5 A sur deux canaux, et le mode de courant élevé avec un pic CC de 5,0 A sur un canal combiné. Sa résistance faible entraîne un afflux supérieur de courant dans le moteur et un couple plus élevé. Si votre projet concerne des périphériques mobiles qui fonctionnent avec des batteries lithium-ion de 3,6 V, ou des appareils ménagers comme des actionneurs de cuisinières, des compteurs intelligents, des serrures électroniques ou d'autres applications utilisant deux piles sèches de 1,5 V, les caractéristiques associées de ce pilote le rendent parfaitement compatible à ce type d'application.
Si un pilote avec moteur BDC à double canal pour une tension de fonctionnement allant jusqu'à 16 V est nécessaire, le nouveau circuit intégré de pilote de moteur à pont en H TC78H660FTG, basé sur le processus DMOS nouvelle génération de l'entreprise, peut fournir un courant contrôlé par PWM de 2 A (maximum). Soutenant un fonctionnement économe en énergie, il a des exigences de courant ultra-faibles en mode veille, avec une consommation de 0,1 µA. En minimisant l'utilisation du PCB, ce CI est fourni dans un boîtier QFN16 compact de 3 mm x 3 mm. TC78H660FNG est une variante du même circuit intégré de pilote dans un package TSSOP16.
Toshiba propose plus d'appareils pour les moteurs BDC, plusieurs d'entre eux étant compatibles broche à broche avec les pilotes de moteurs à balais courants. Les ingénieurs peuvent ainsi remplacer les pièces sans apporter de modification à la conception, ou alors fort peu, afin de répondre à l'évolution des besoins du marché.
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Moteurs CC sans balais (BLDC)
Les moteurs BLDC sont plus simples sur le plan mécanique que les moteurs à balais, les aimants permanents étant généralement positionnés sur le rotor et les enroulements sur le stator. Les BLDC suppriment la commutation mécanique bruyante, source d'étincelles et réductrice du couple, tout en fournissant un couple et une vitesse supérieurs. Cependant, ils nécessitent un contrôle précis pour atteindre le niveau d'efficacité supérieur promis aux applications telles que les ventilateurs compacts ou les servo-mécanismes des équipements industriels.
Le contrôle de la polarité et la magnitude du courant passant au travers des bobines, ainsi que sa synchronisation avec le rotor sont obtenus en mesurant la position des aimants à l'aide de capteurs Hall Effect ou en détectant le niveau zéro de la force contre-électromotrice (FCEM) dans les BLDC sans capteur, et en renvoyant ces informations aux pilotes de moteurs. Cependant, il est nécessaire de procéder à des ajustements répétés des différences de phase entre la tension et le courant du moteur dans la plage de vitesse de rotation pour obtenir des caractéristiques d'efficacité optimales. Malgré tout, le courant tend à accuser un retard dans les moteurs à grande vitesse en raison de l'inductance à hautes fréquences.
L'InPAC (Intelligent Phase Control) est une technologie propriétaire de Toshiba qui rend le contrôle des moteurs BLDC plus simple et plus précis. Elle compare la phase du courant du moteur et celle de la tension du moteur du signal de Hall, et renvoie le résultat à la commande de courant du moteur. L'ajustement de la différence de phase entre la tension et le courant du moteur s'effectue automatiquement sur une large plage de vitesses du moteur, et ce à l'aide d'un simple paramètre initial. Ceci réduit considérablement le travail de développement durant le processus de conception.
Toshiba propose quatre nouvelles solutions de commande moteur BLDC triphasée qui utilisent cette technologie, les pièces de contrôleur TC78B041FNG,EL et TC78B042FTG, respectivement logées dans des boîtiers SSOP30 et VQFN32, ainsi que le pilote TC78B025FTG entièrement intégré, et le contrôleur TC78B027FTG avec commande de grille intégrée. Les dispositifs de commande de moteur (MDC) utilisent un système d'entraînement à onde sinusoïdale afin d'obtenir une forme d'onde de courant uniforme permettant de réduire les bruits et les vibrations dans les moteurs à grande vitesse pour les applications telles que les ventilateurs, les purificateurs d'air, les pompes et les équipements industriels.
LeTC78B025FTG et le TC78B027FTG disposent en outre d'une fonction de contrôle de vitesse en boucle fermée, qui régule et maintient la vitesse de rotation du moteur lors des fluctuations dynamiques de puissance et des variations de charge. Il s'agit d'une fonction précieuse pour les applications critiques telles que les ventilateurs de serveur et d'autres applications de refroidissement. Le réglage précis d'un profil de vitesse est effectué par la mémoire non volatile intégrée (NVM) et, par conséquent il n'est plus nécessaire de disposer d'un MCU externe pour le contrôle de vitesse en boucle fermée.
Toshiba propose également des pilotes MCD pour le fonctionnement sans capteur, si votre projet permet de réduire le coût du moteur avec les BLDC sans capteur. Le TC78B009FTG est un chopper driver triphasé avec modulation de largeur d'impulsions (MLI) qui contrôle la vitesse du moteur en modifiant le cycle de service PWM. Avec 30 V maximum pour l'alimentation, il offre une commutation simultanée à 120°, 135° et 142,5°, une commutation douce sélectionnable, des paramètres de démarrage réglables, une protection contre les surintensités, un arrêt thermique et un verrouillage de sous-tension. Grâce à la pièce de commande de grille intégrée, le TC78B009FTG offre aux concepteurs la possibilité de dimensionner des MOSFET de puissance pour les applications. Le TC78B009FTG contient également un moniteur de courant moteur intégré pour permettre au MCU d'effectuer des ajustements en temps réel. En outre, le contrôleur de moteur comprend une fonction de contrôle de vitesse en boucle fermée avec une mémoire non volatile (NVM) intégrée, qui permet un fonctionnement sans MCU externe.
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Moteurs pas-à-pas
Le troisième type de moteur que vous pouvez également envisager est le moteur pas-à-pas. Il est utilisé dans les conceptions exigeant un déplacement angulaire d'une grande précision, comme les imprimantes de bureau, les imprimantes 3D, les caméras de sécurité, les objectifs de caméra, les scanners médicaux, les éclairages intelligents et les fraiseuses à commande numérique.
Les moteurs pas-à-pas sont gérés en contrôlant la largeur d'impulsion, le cycle de service ou la période des impulsions d'entrée. La difficulté avec le contrôle du moteur pas-à-pas réside dans la nécessité d'éviter les décrochages, car les moteurs ou les composants électroniques pourraient brûler. Si la synchronisation est perdue durant une surcharge ou un changement de vitesse rapide, le moteur cale alors que l'entraînement continue de fonctionner à pleine vitesse. Vous devez donc fournir une marge de courant suffisante pour prévenir les modifications importantes soudaines du couple. En contrepartie, l'efficacité est réduite et la production de chaleur augmente.
Le courant supplémentaire peut être réduit pour éviter cette conséquence en mettant en place une régulation du courant par la surveillance en temps réel du couple et un retour courant par l'ajout de capteurs et de microcontrôleurs ; cependant, ceci accroît la complexité et les coûts de conception.
La technologie AGC (Active Gain Control) de Toshiba cible ce problème en optimisant automatiquement le courant du moteur en fonction du couple requis. Ceci empêche le moteur de caler et fournit un contrôle optimal pour offrir la meilleure efficacité possible et réduire au maximum la production de chaleur.
En savoir plus sur la technologie AGC en regardant la vidéo.
La pièce TB67S128FTG,EL de
Toshiba, un pilote de moteur pas-à-pas bipolaire offrant 128 micro-pas ultra doux (par quart de cycle) contre 32 dans les systèmes classiques, utilise la technologie AGC. Avec une alimentation de 50 V / 5 A, elle confère une puissance motrice supérieure aux applications telles que les imprimantes 3D, les caméras de surveillance, les guichets automatiques et les équipements de bureautique.
De plus, le TB67S128FTG utilise la technologie ADMD (Advanced Dynamic Mixed Decay) de Toshiba, laquelle décharge le courant inductif du moteur avec plus d'efficacité et de rapidité que le mode Mixed Decay classique. La technologie ADMD peut pousser un moteur pas-à-pas de vitesse généralement faible à ses limites sans manquer aucun pas. La pièce tire également profit de la technologie ACDS (Advanced Current Detect System) de Toshiba pour détecter la limitation de courant sans résistances externes de détection du courant, ce qui permet en retour de réduire l'espace, le nombre de pièces et les coûts de la nomenclature.
Pour les applications alimentées par deux batteries sèches de 1,5 V ou une seule batterie Li-Ion de 3,6 V et nécessitant donc une tension de fonctionnement inférieure, le TC78H670FTG est une solution idéale. Il peut fonctionner de 2,5 V à 16 V et est évalué jusqu'à 2 A (crête). Il est doté de la technologie ACDS (Advanced Current Detect System) de Toshiba et d'un petit boîtier QFN de 3 mm x 3 mm pour réduire considérablement l'espace et les coûts sur la carte. La taille de son emballage a été réduite de 44 % par rapport à la génération précédente. Le courant de veille ultra-faible de seulement 0,1 µA en fait un choix parfait pour les applications à espace restreint et alimentées par batterie comme les imprimantes fiscales.
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