Silnik BLDC: Klucze przełączające

Autor: Dondu

Artykuł z cyklu: Silnik BLDC: Spis treści

Do sterowania fazami silnika potrzebny będzie układ wykonawczy składający się z trzech modułów przełączających, które będą potrafiły przełączyć na poszczególnych fazach napięcie według tabelki z poprzedniego artykułu:

Faza	Krok 1	Krok 2	Krok 3
U	+	NC	-
V	-	+	NC
W	NC	-	+

NC - niepodłączony (Not Connected)

Zauważ, że w kolejnych krokach do danej fazy (przewodu silnika) podłączane są bieguny dodatni jak i ujemny (w naszym przypadku masa). Dodatkowo faza może także nie mieć polaryzacji, czyli nie być podłączona (tzw. stan wysokiej impedancji).

W związku z tym, nasz umowny schemat dla jednej fazy powinien wyglądać następująco:

Rys. Half Bridge (pół-mostek)
Klucze przełączające dla jednej fazy.

Taki układ nazywa się Half-Bridge (pół-mostek). Cały mostek (H-bridge) stosujemy do silników DC.

Skoro mamy dwa klucze (włączniki), to możemy je ustawić na cztery różne sposoby:

Rys. Silnik BLDC - Dozwolone stany kluczy przełączających.

Kolejno mamy więc:

1. pierwszy obrazuje stan NC (Not Connected), czyli nie podłączony,
2. drugi pokazuje stan, w którym przewodzi górny klucz, dostarczając na wyjście (fazę) 12V,
3. trzeci, gdy przewodzi dolny klucz zwierając wyjście (fazę) do masy.

Zauważ, że w przewodzie fazowym (wyjście) prąd płynie w różnych kierunkach!

Czwarty stan kluczy, to stan zabroniony, który niechybnie spowoduje obłok dymu i uszkodzenie jednego albo obu kluczy.

Rys, Silnik BLDC - Niedozwolony stan
kluczy przełączających.

Ponieważ nasz moduł kluczy, nie będzie modułem sprzętowo zabezpieczonym przed stanem zabronionym, wprowadzimy zabezpieczenie programowe. O tym będzie mowa w dalszej części tego cyklu artykułów.


Skoro wiemy już jak sterować jedną fazą, a mamy ich trzy (U, V oraz W), to moduły nimi sterujące możemy połączyć i przedstawić następująco:

Rys. Silnik BLDC - Komplet kluczy przełączających
dla trzech faz silnika trójfazowego.

To nic innego jak pokazanie trzech pół-mostków połączonych wspólnie biegunami zasilania.

Mamy już schemat i zasadę przełączania, nadszedł więc czas, by dobrać klucze.
Co może być kluczami?

• tranzystory bipolarne,
• tranzystory unipolarne,
• scalone driver'y Half-Bridge
• scalone driver'y dedykowane dla silników BLDC,
• przekaźniki - taki żarcik :-)  choć dla hardcorowców ... 

Tranzystory

Tranzystorami zajmiemy się w osobnych artykułach.


L293D

Jednym z możliwych do wykorzystania jako element wykonawczy jest popularny (dlatego o nim piszę tutaj) układ L293D. Zawiera on w sobie cztery pół-mostki (4 x Half Bridge) z osobnymi wyprowadzeniami.

Możemy więc śmiało wykorzystać je i połączyć, jak na schemacie powyżej. Oczywiście tylko trzy z nich - jeden może być wykorzystany w innym celu.

Schemat kluczy w L293D wygląda tak:

W naszym przypadku (silniki dysków twardych) układ ten nie spełni jednak wymagań, ze względu na zbyt mały prąd wyjściowy (zaledwie 600mA) oraz częstotliwość komutacji (do 5kHz).

Ale jeżeli masz malutki silnik (mniejszy niż z twardego dysku) i/lub zastosujesz  ograniczenia prądowe, to do testów i zabawy z BLDC, można śmiało zastosować ten układ. Najprostszym ograniczeniem prądowym będą rezystory odpowiedniej mocy i rezystancji wpięte w każdą z faz. Jeżeli będzie potrzeba to przygotujemy odpowiedni algorytm ich obliczania.

Inny sposób ograniczania prądowego, to regulacja PWM'em i to wszystko znajdziesz w tym cyklu artykułów.


Inne scalone Half Bridge

Na rynku części elektronicznych znajduje się wiele scalonych pół-mostków, jest więc w czym wybierać. Ich doborem zajmiemy się w osobnym artykule.


Sterowanie fazami silnika BLDC nie jest tak proste jak w tabelce na początku tego artykułu. Dojdziemy do tego w następnych częściach cyklu o silnikach BLDC.

Artykuł z cyklu: Silnik BLDC: Spis treści