Dlaczego wciąż używasz przekaźnika do napędzania silnika samochodowego?
Wraz z pojawieniem się mniejszych i bardziej inteligentnych układów scalonych (IC) w samochodowych systemach elektrycznych, nadszedł czas, aby spojrzeć na "słonia" w pomieszczeniu: dlaczego wciąż używamy przekaźników do sterowania dachami samochodowymi, podnośnikami okiennymi, zamkami elektrycznymi i tylnymi Podnośniki na bagaż, siedzenia pamięci, kompresory i różne pompy w samochodzie? Chociaż przekaźniki są niedrogie i łatwe w projektowaniu, ich funkcjonalność jest nieco uciążliwa dla nowoczesnych aplikacji silnikowych ze względu na ich ograniczoną żywotność i duże rozmiary. Aby zapewnić ciche, małe i bezpieczne rozwiązanie, półprzewodnikowe układy scalone są najlepszym wyborem do zastosowań związanych z sterowaniem silnikami samochodowymi.
Rozmiar rozwiązania
Porównajmy dwa rozwiązania. Rysunek 1 pokazuje typowe rozwiązanie przekaźnikowe o tym samym napięciu i natężeniu oraz równoważnym rozwiązaniu półprzewodnikowym.
Tylko dla wielkości rozwiązania, półprzewodnikowe 8 mil kwadratowych x 8 mm bez odprowadzenia (QFN) i dwa dwupakowe N-kanałowe tranzystory MOSFET stanowią około jednej trzeciej obszaru tablicy rozwiązania przekaźnika. Patrząc na oś Z, cały roztwór półprzewodnikowy ma około 0,9 mm lub 0,035 cala wysokości. Jeśli chcesz zbudować płytkę drukowaną sterownika silnika (PCB), która pasuje dokładnie z tyłu obudowy silnika, rozwiązania półprzewodnikowe TI są idealne do tego zastosowania.
Oprócz wielkości, sterownik bramki półprzewodnikowej integruje kompletny zestaw funkcji zabezpieczających, które w przeciwnym razie powinny być dyskretnie wbudowane w rozwiązanie przekaźnika. Te funkcje obejmują:
Pomiar prądu silnika
W przypadku każdego rodzaju regulacji prądowej zarówno przekaźnik, jak i układy półprzewodnikowe wymagają rezystora bocznikowego. Rozwiązanie przekaźnika wymaga oddzielnego dyskretnego obwodu wzmacniacza, aby zwiększyć napięcie mierzone na rezystorze sensownym. Zwiększone napięcie przesyłane jest następnie do konwertera analogowo-cyfrowego (ADC) mikrokontrolera (MCU), aby logika cyfrowa w MCU mogła określić, kiedy wyłączyć silnik lub ograniczyć prąd. Ale półprzewodnikowe napędy silnikowe zwykle integrują niski boczny wzmacniacz bocznikowy, więc jedynym potrzebnym komponentem jest pojedynczy rezystor prądowy. Rysunek 2 pokazuje różnicę między zintegrowanym układem scalonym napędu silnika i dyskretną topologią obwodu pomiaru prądu.
Krzywa prędkości silnika
Krzywe prędkości silnika z przekaźnikami są niezwykle nieefektywne. Projektanci mogą użyć rezystora o różnej wielkości, umieszczonego szeregowo z silnikiem lub silnikiem wielozwojowym o różnych prędkościach, aby uzyskać schemat sterowania z wieloma prędkościami dla elektrycznych okien, bram podnoszonych, dachów słonecznych, drzwi przesuwnych lub pomp z przekaźnikami. Jeśli chcesz wybrać inną prędkość, oba rozwiązania wymagają większej liczby przekaźników, co oznacza więcej miejsca na płycie i dyskretnych komponentów.
W rozwiązaniu półprzewodnikowym wystarczy dostarczyć dwa sygnały modulacji szerokości impulsu (PWM) z MCU dla sterowników silnika TI, aby sterować prędkością silnika. W DRV8702-Q1 i DRV8703-Q1, TI zapewnia tryb PH / EN, w którym tylko jeden sygnał PWM jest podawany na pin aktywujący, podczas gdy prosty logiczny pin wysoki lub niski fazowy steruje kierunkiem silnika. Sygnał PWM poziomu logicznego jest bezpośrednio konwertowany na bramkę MOSFET z odpowiednim napięciem, aby w pełni poprawić MOSFET strony wysokiej lub niskiej strony. Za pomocą tego typu interfejsu można szybko zaprojektować wielostopniowe pompy, niestandardowe trajektorie przesuwanych szklanych okien dachowych, miękkie okna z zamkniętymi szybami, ekonomiczne wycieraczki o zmiennej prędkości lub dowolny inny typ prostej aplikacji sterowania ruchem.
Powiązane projekty referencyjne
Konstrukcja referencyjna silnika o małym rozmiarze okna dachowego jest półprzewodnikowym modułem sterowania silnikiem do zastosowań w oknach dachowych i podnośnikach okiennych. Konstrukcja referencyjna TI wykorzystuje sterownik bramki DRV8703-Q1 ze zintegrowanym wzmacniaczem bocznikowym i dwoma pakietami MOSFET o podwójnym pakiecie motoryzacyjnym, aby stworzyć bardzo mały układ stopnia mocy w porównaniu do typowych rozwiązań przekaźników. Konstrukcja zawiera również dwa TI DRV5013-Q1, cyfrowe, zatrzaskowe czujniki Halla do kodowania położenia silnika.
Zaprojektowanie układu sterowania silnika za pomocą półprzewodnikowego napędu TI pozwoli zmniejszyć rozmiar rozwiązania PCB, umożliwiając sterowanie większą liczbą silników z tego samego modułu. Dzięki wysoce zintegrowanemu i prostemu schematowi sterowania silnikami TI projektanci mogą szybko i łatwo przeprojektować najnowocześniejsze obwody sterownika szczotkowego prądu stałego, które obecnie używają przekaźników.
