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使用旋轉(zhuǎn)變壓器的電機(jī)控制設(shè)計(jì)

發(fā)布時(shí)間:2022-08-11 來源:瑞薩電子 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】如今,在科技的浪潮下,機(jī)械設(shè)備的智能化發(fā)展已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì),這使得高能效的電機(jī)控制設(shè)計(jì)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與此同時(shí),隨著電子產(chǎn)品精細(xì)化發(fā)展趨勢(shì)顯著,能夠在體積和成本雙重受限的狀況下,還能保持長期運(yùn)行且安全可靠的電機(jī)控制設(shè)計(jì)更是難上加難。


為了縮短客戶的研發(fā)時(shí)間,減輕客戶的研發(fā)難度,瑞薩電子推出了使用旋轉(zhuǎn)變壓器的電機(jī)控制方案,該方案提供了具有旋轉(zhuǎn)變壓器位置控制功能的步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)和可選的BLDC電機(jī)設(shè)計(jì),集成了一個(gè)帶內(nèi)置旋轉(zhuǎn)變壓器的馬達(dá)、MCU、旋轉(zhuǎn)變壓器、數(shù)字轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,以及用于電機(jī)和控制電路的電源IC,不僅具有極高的性能,而且高集成度和緊湊的設(shè)計(jì),也可使其應(yīng)用于體積受限的應(yīng)用中。


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系統(tǒng)框圖


MCU選型


本方案采用了RX24T與RX651/RA6E1的雙MCU控制。其中,RX24T系列屬于32位微控制器,特別適于雙逆變器控制。其內(nèi)置浮點(diǎn)單元(FPU),能夠輕松地對(duì)復(fù)雜的逆變器控制算法進(jìn)行編程。這極大地縮短了軟件開發(fā)和整體維護(hù)所需的時(shí)間。RX24T微控制器設(shè)計(jì)確保最高的抗擾度,能夠?yàn)槿魏尾捎媚孀兤鞯脑O(shè)備提供高可靠性。而RX651則非常適用于需要增強(qiáng)安全性、連接功能和HMI功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

步進(jìn)電機(jī)


本方案采用了2個(gè)全橋FET驅(qū)動(dòng)器HIP4082、1個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器RAA214220以及1個(gè)旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)IC RAA3064002/3的設(shè)計(jì)。HIP4082 H橋驅(qū)動(dòng)器專門針對(duì)PWM電機(jī)控制和UPS應(yīng)用。該器件的工作電壓高達(dá)80V,非常適用于中等功率水平的應(yīng)用,且器件內(nèi)部不包含電荷泵,但具有上層驅(qū)動(dòng)電路的非鎖存電平移位轉(zhuǎn)換控制。這樣的功能和規(guī)格對(duì)于尺寸和成本有需求的應(yīng)用非常友好。

RAA214220低壓差線性穩(wěn)壓器具有2.5V–20V的寬輸入電壓范圍以及出色的線路和負(fù)載調(diào)節(jié)能力。并在內(nèi)部集成了多種故障保護(hù)功能,這些特性使其適用于電池供電和USB設(shè)備。RAA3064002/3 RDC IC的作用是將來自旋轉(zhuǎn)變壓器的角度模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),從而供MCU處理。


借助這些器件,步進(jìn)電機(jī)解決方案實(shí)現(xiàn)了以下特點(diǎn):


●    通過帶有旋轉(zhuǎn)變壓器位置信息的伺服控制實(shí)現(xiàn)了無失步裕度,最大程度地提高電機(jī)扭矩,縮小電機(jī)尺寸,并通過減少齒輪(減速器)來降低BOM成本。


●    通過減小轉(zhuǎn)矩紋波的伺服控制實(shí)現(xiàn)低噪音和低振動(dòng)。通過減少阻尼器和縮小系統(tǒng)尺寸來降低BOM成本。


●    通過用最小所需電流控制扭矩來減少功率消耗。通過降低電機(jī)的熱量產(chǎn)生來降低冷卻系統(tǒng)成本。


得益于這些性能,本方案可用于辦公自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用的高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,例如可用于掃描儀、多功能打印機(jī)和自動(dòng)存款機(jī)。


BLDC電機(jī)設(shè)計(jì)


方案采用了RAA227063智能柵極驅(qū)動(dòng)器IC和RAA3064002/3旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)IC。其中,RAA227063適用于三相無刷DC(BLDC)電機(jī)應(yīng)用。它集成了三個(gè)半橋智能柵極驅(qū)動(dòng)器,能夠驅(qū)動(dòng)多達(dá)三個(gè)N溝道MOSFET橋,支持4.5V至60V的橋電壓。并具有可編程驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度控制。實(shí)現(xiàn)了可調(diào)和自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間,以確保魯棒性和靈活性。


BLDC電機(jī)解決方案是一款可用于自動(dòng)引導(dǎo)車AGV、小型車、服務(wù)機(jī)器人和機(jī)動(dòng)自行車應(yīng)用的高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)以下優(yōu)勢(shì):

使用高精度位置信息和高分辨率旋轉(zhuǎn)變壓器,通過伺服控制來實(shí)現(xiàn)精細(xì)運(yùn)動(dòng)/停止控制。


通過提高位置分辨率和優(yōu)化速度響應(yīng),來抑制旋轉(zhuǎn)不均的情況并減少造成震動(dòng)的波紋。甚至可以在高速的情況下抑制震動(dòng)/振動(dòng),并快速移動(dòng)到目標(biāo)值。


該旋轉(zhuǎn)變壓器由銅板或鋼板制成,無需精密零件,因此不易斷裂,并且經(jīng)久耐用。在任何環(huán)境下(如熱、油、灰塵和強(qiáng)振動(dòng))都能保持傳感器的功能和性能。


使用旋轉(zhuǎn)變壓器的電機(jī)控制設(shè)計(jì)將步進(jìn)電機(jī)方案和BLDC電機(jī)方案結(jié)合在一起,為客戶帶來精確控制和高電機(jī)性能的同時(shí),最大程度地減少了客戶的研發(fā)時(shí)間。未來,瑞薩也會(huì)在此基礎(chǔ)上繼續(xù)研發(fā)新的產(chǎn)品,為電機(jī)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。



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