Scopri maggiori informazioni sulla vasta gamma di driver di controllo motore di Toshiba America Electronics Corporation (TAEC).
La linea di driver di controllo motore di Toshiba è in grado di soddisfare una vasta gamma di applicazioni
Se stai leggendo questo articolo al lavoro, seduto a un tavolo nel tuo caffè preferito o nel salotto di casa, ci sono buone probabilità che ti trovi vicino ad almeno uno di quei motori che contribuiscono a far funzionare il disco rigido del tuo computer, a stampare la pagina che hai in mano, a macinare i chicchi del tuo caffè, a pompare l'acqua per il tuo espresso, a far circolare l'aria dell'impianto di condizionamento o a far vibrare il tuo smartphone. E queste sono solo una minuscola frazione delle applicazioni per cui utilizziamo i motori al giorno d'oggi.
In moltissimi ambiti, come elettronica di consumo, elettrodomestici, computer e periferiche, dispositivi medici e nel settore automobilistico, utilizziamo i motori ogni volta che abbiamo bisogno di un movimento continuo o di un posizionamento preciso.
In base ai requisiti del progetto e alle considerazioni relative ai costi, se si tratta di progetti a bassa potenza è molto probabile che sceglierai tra tre tipi di dispositivi: motori DC con spazzole (BDC), motori DC senza spazzole (BLDC) o motori passo-passo. Quindi, in base al motore, saranno necessari gli opportuni driver di controllo motore (MCD) per attivare e disattivare il motore, regolare velocità e coppia e ottenere un'efficienza elevata.
Motori DC con spazzole
I motori DC con spazzole sono il più semplice dei tre tipi di motore e anche quello che viene studiato per primo a scuola. Dotati di avvolgimenti sul rotore o l'armatura e magneti permanenti o avvolgimenti di campo sullo statore, questi motori hanno bisogno di commutatori e spazzole per modificare la polarità dell'avvolgimento durante la rotazione, in modo che la coppia si sviluppi continuamente in una direzione. Dato che questi motori sono relativamente semplici da realizzare e controllare, sono in genere più economici e, sebbene vengano spesso utilizzati per giocattoli e altre applicazioni per cui il costo è importante, trovano impiego anche in dispositivi domestici come tapparelle elettriche e serrature.
Il controllo dei motori BDC è relativamente semplice - la variazione della tensione media applicata al motore ne modifica la velocità - e può essere ottenuto con un ponte H e un microcontroller. La scelta dei circuiti integrati del driver, tuttavia, può richiedere un minimo di riflessione.
Questa parte della progettazione è semplificata dalla vasta gamma di tensioni d'esercizio del driver TB67H450FNG,EL di Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation (TDSC). La tensione d'esercizio di questo componente varia da 4,5 V a 44 V per dispositivi a corrente elevata (inferiore a 3,5 A), quali apparecchiature di automazione per ufficio, terminali bancari, elettrodomestici inclusi prodotti alimentati a batteria come aspirapolveri robotici, serrature elettroniche e piccoli robot, e dispositivi che utilizzano alimentatori USB da 5 V. Il driver consuma solo 1 μA in standby ed è disponibile in un package HSOP8 a 8 pin di dimensioni ridotte e con montaggio superficiale.
Se hai bisogno di una tensione d'esercizio minore, ma di una corrente maggiore, il componente TC78H653FTG,EL è un circuito integrato del driver con doppio ponte H che offre una gamma di tensione d'esercizio compresa tra 1,8 V e 7,0 V e due modalità di corrente: la modalità di corrente ridotta con 2,0 A CC e un picco di 2,5 A CC (inferiore a 10 ms) in due canali e la modalità di corrente ampia con 4,0 A CC e un picco di 5,0 A CC in un canale combinato. Il valore basso della resistenza indica che più flussi di corrente transitano nel motore per garantire una coppia maggiore. Se il tuo progetto prevede dispositivi mobili come videocamere e dispositivi portatili che utilizzano batterie agli ioni di litio da 3,7 V o elettrodomestici come attuatori per cucine a gas, contatori intelligenti, serrature elettroniche o altre applicazioni che usano due batterie a secco da 1,5 V, questa combinazione di caratteristiche del driver lo rende perfetto per l'introduzione nella progettazione.
TDSC offre vari dispositivi per i motori BDC e molti di essi sono compatibili a livello di pin con i comuni driver di motori con spazzole, in modo che i progettisti possano cambiare i componenti apportando poche o nessuna modifica al proprio progetto in risposta ai mutevoli requisiti dei mercati.
Motori DC senza spazzole (BLDC)
I motori BLDC sono meccanicamente più semplici dei motori con spazzole, poiché, in genere, hanno dei magneti permanenti sul rotore e gli avvolgimenti sullo statore. I motori BLDC eliminano la rumorosa commutazione meccanica che limita la coppia e necessita avviamento, ma garantiscono coppie e velocità più elevate. Tuttavia, questi dispositivi richiedono un controllo accurato per raggiungere la maggiore efficienza che promettono per applicazioni che vanno dalle ventole dei computer ai servomeccanismi delle apparecchiature industriali.
Il controllo sulla polarità e la magnitudine della corrente che passa attraverso le bobine e la sua sincronizzazione con il rotore sono ottenute misurando la posizione dei magneti con sensori effetto Hall o rilevando la forza elettromotrice posteriore che effettua lo zero-crossing nei motori BLDC privi di sensori e riportando questa informazione attraverso i driver dei motori. Tuttavia, per garantire caratteristiche di efficienza ottimali, sono necessarie ripetute regolazioni tra la tensione e la corrente del motore nella gamma di velocità di rotazione. Tuttavia, la corrente tende a rallentare nei drive ad alta velocità a causa dell'induttanza a frequenze elevate.
Una tecnologia proprietaria di TDSC denominata Intelligent Phase Control (InPAC) rende il controllo dei motori BLDC più semplice e accurato. Essa confronta la fase della corrente motore e la fase della tensione motore derivanti dal segnale di Hall e riporta il risultato al controllo della corrente motore. La regolazione della differenza di fase tra tensione e corrente del motore viene effettuata automaticamente su una vasta gamma di velocità del motore con una semplice impostazione iniziale e questo riduce considerevolmente il carico di sviluppo richiesto agli ingegneri.
TDSC mette a disposizione quattro nuove soluzioni per il controllo del motore BLDC trifase che utilizzano questa tecnologia: i componenti del controller TC78B041FNG,EL, incluso in un package SSOP30 e TC78B042FTG disponibile in un package VQFN32, il driver completamente integrato TC78B016FTG e il controller con gate driver integrato TC78B027FTG. I driver MCD utilizzano un sistema di azionamento con onda sinusoidale per ottenere una forma d'onda della corrente regolare e ridurre rumore e vibrazioni nei motori ad alta velocità per applicazioni quali condizionatori e purificatori d'aria, ventole, pompe e apparecchiature industriali.
TDSC offre inoltre driver MCD per azionamento senza sensori, se il progetto su cui stai lavorando consente l'utilizzo di BLDC privi di sensori per ridurre i costi del motore. Il driver TB67B001FTG,EL è un driver chopper di modulazione di larghezza di impulso (PWM) trifase in grado di controllare la velocità del motore modificando il ciclo di lavoro PWM. Con una corrente d'uscita nominale massima di 3 A e un'alimentazione massima nominale di 25 V, il dispositivo offre sovrapposizione della commutazione a 120°, 135° e 150°, commutazione soft selezionabile, impostazioni di avvio regolabili, protezione di sovracorrente, spegnimento termico e blocco per sottotensione. Un nuovo controller con componente gate driver integrato, il TC78B009FTG, offre ai progettisti la flessibilità per dimensionare i MOSFET stadio di potenza più adatti in base alle applicazioni. Il controller TC78B009FTG è ora in fase di campionamento e si prevede che verrà messo in produzione entro il 1° trimestre del 2020.
Motori passo-passo
Il terzo tipo di motore che è possibile incontrare è il motore passo-passo (o stepper). Questo sistema viene utilizzato in progetti che richiedono movimenti angolari di alta precisione, quali stampanti desktop, stampanti 3D, videocamere di sicurezza, obiettivi per videocamere, scanner medici, illuminazione intelligente e fresatrici CNC.
Gli stepper sono gestiti controllando ampiezza dell'impulso, ciclo di lavoro o periodo degli impulsi di input. La sfida nel caso del controllo dei motori passo-passo consiste nell'evitare gli stalli, poiché i motori o l'elettronica possono bruciarsi: se la sincronizzazione viene persa durante un sovraccarico o un rapido cambio della velocità, il motore si ferma mentre il driver continua a funzionare alla massima potenza. Ciò richiede la garanzia di un margine di corrente sufficiente a evitare modifiche improvvise e rilevanti della coppia. Tuttavia, lo svantaggio in questa configurazione sono la riduzione dell'efficienza e l'aumento della generazione di calore.
Per evitare tale svantaggio, è possibile ridurre la corrente aggiuntiva implementando la regolazione di corrente tramite il monitoraggio in tempo reale della coppia e del feedback di corrente con l'aggiunta di sensori e microcontroller; tuttavia, tale soluzione aggiunge complessità e costi al progetto.
La tecnologia Active Gain Control (AGC) di TDSC mira a risolvere questo problema ottimizzando automaticamente la corrente motore in base alla coppia necessaria. Ciò evita lo stallo del motore e garantisce controllo ottimale per offrire la migliore efficienza e la minore generazione di calore possibili.
Il componente TB67S128FTG,EL di TDSC, un driver stepper bipolare che offre un azionamento estremamente regolare con 128 micro-passi (per quarto di ciclo) rispetto ai 32 passi convenzionali, utilizza la tecnologia AGC. I suoi valori nominali pari a 50 V e 5 A garantiscono un azionamento ad alta potenza alle applicazioni, incluse stampanti 3D, videocamere di sorveglianza, sportelli bancomat e apparecchiature di automazione per ufficio.
Inoltre, il dispositivo TB67S128FTG utilizza la tecnologia aziendale ADMD (Advanced Dynamic Mixed Decay), che scarica la corrente motore induttiva in modo più efficace e rapido rispetto alla modalità convenzionale di decadimento misto. La tecnologia ADMD è in grado di far raggiungere il suo limite a un motore stepper generalmente a velocità ridotta senza perdere passi. La parte sfrutta inoltre la tecnologia ACDS (Advanced Current Detect System) di TDSC, per rilevare il limite di corrente senza resistori di rilevamento corrente esterni e ciò, a sua volta, riduce lo spazio, il numero delle parti e i costi della distinta materiali.
Un azionamento per tutte le necessità dei controlli motore
TDSC semplifica la selezione del driver MCD offrendo soluzioni per tutti i tipi di motore e per una vasta gamma di requisiti di tensione e potenza. La sua vasta gamma di driver motore soddisfa una gamma altrettanto vasta di applicazioni, inclusi elettrodomestici, apparecchiature industriali, macchinari da ufficio e periferiche informatiche. Inoltre, è disponibile in moltissimi package, come HSIP, HZIP, WQFN EP, HSOP e VQFN EP e molti di essi sono compatibili a livello di pin.
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