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解決方案 | 使用旋轉(zhuǎn)變壓器的電機控制設(shè)計

2022/07/29
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如今,在科技的浪潮下,機械設(shè)備的智能化發(fā)展已經(jīng)成為一種必然趨勢,這使得高能效的電機控制設(shè)計面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與此同時,隨著電子產(chǎn)品精細(xì)化發(fā)展趨勢顯著,能夠在體積和成本雙重受限的狀況下,還能保持長期運行且安全可靠的電機控制設(shè)計更是難上加難。

為了縮短客戶的研發(fā)時間,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)電機設(shè)計和可選的BLDC電機設(shè)計,集成了一個帶內(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、電機驅(qū)動器,以及用于電機和控制電路電源IC,不僅具有極高的性能,而且高集成度和緊湊的設(shè)計,也可使其應(yīng)用于體積受限的應(yīng)用中。

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)置浮點單元(FPU),能夠輕松地對復(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)所需的時間。RX24T微控制器設(shè)計確保最高的抗擾度,能夠為任何采用逆變器的設(shè)備提供高可靠性。而RX651則非常適用于需要增強安全性、連接功能和HMI功能的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

步進(jìn)電機

本方案采用了2個全橋FET驅(qū)動器HIP4082、1個低壓差線性穩(wěn)壓器RAA214220以及1個旋轉(zhuǎn)變壓器數(shù)字轉(zhuǎn)換器(RDC)IC RAA3064002/3的設(shè)計。HIP4082 H橋驅(qū)動器專門針對PWM電機控制和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轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,從而供MCU處理。

借助這些器件,步進(jìn)電機解決方案實現(xiàn)了以下特點:

通過帶有旋轉(zhuǎn)變壓器位置信息的伺服控制實現(xiàn)了無失步裕度,最大程度地提高電機扭矩,縮小電機尺寸,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現(xiàn)低噪音和低振動。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化和工業(yè)應(yīng)用的高性能電機驅(qū)動裝置,例如可用于掃描儀、多功能打印機和自動存款機。

BLDC電機設(shè)計

方案采用了RAA227063智能柵極驅(qū)動器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)電機應(yīng)用。它集成了三個半橋智能柵極驅(qū)動器,能夠驅(qū)動多達(dá)三個N溝道MOSFET橋,支持4.5V至60V的橋電壓。并具有可編程驅(qū)動強度控制。實現(xiàn)了可調(diào)和自適應(yīng)死區(qū)時間,以確保魯棒性和靈活性。

BLDC電機解決方案是一款可用于自動引導(dǎo)車AGV、小型車、服務(wù)機器人和機動自行車應(yīng)用的高性能電機驅(qū)動裝置,能夠?qū)崿F(xiàn)以下優(yōu)勢:

使用高精度位置信息和高分辨率旋轉(zhuǎn)變壓器,通過伺服控制來實現(xiàn)精細(xì)運動/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的波紋。甚至可以在高速的情況下抑制震動/振動,并快速移動到目標(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、灰塵和強振動)都能保持傳感器的功能和性能。

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

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瑞薩電子

瑞薩電子

(RENESAS)于2003年4月1日—由日立制作所半導(dǎo)體部門和三菱電機半導(dǎo)體部門合并成立。RENESAS結(jié)合了日立與三菱在半導(dǎo)體領(lǐng)域方面的先進(jìn)技術(shù)和豐富經(jīng)驗,是無線網(wǎng)絡(luò)、汽車、消費與工業(yè)市場設(shè)計制造嵌入式半導(dǎo)體的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。創(chuàng)立日期2003年4月1日公司法人董事長&CEO伊藤達(dá)業(yè)務(wù)范圍單片機邏輯模擬等的系統(tǒng)LSI、分立半導(dǎo)體元件、SRAM等的存儲器開發(fā)、設(shè)計、制造、銷售、服務(wù)的提供。集團成員44家公司(日本20家,日本以外24家)年度銷售額2006財年(截止至2007年3月):9526億日元(約83億美元)從業(yè)人員:26000人(全世界20個國家、43家公司)瑞薩科技是世界十大半導(dǎo)體芯片供應(yīng)商之一,在很多諸如移動通信、汽車電子和PC/AV 等領(lǐng)域獲得了全球最高市場份額。瑞薩集成電路設(shè)計(北京)有限公司蘇州分公司(RDB-SU)是瑞薩科技全資子公司,2004年1月成立以來,現(xiàn)已擁有150多名優(yōu)秀工程師,承擔(dān)著家電和汽車電子領(lǐng)域MCU的一系列設(shè)計工作,并在2006年4月開始開發(fā)面向中國市場的MCU。

(RENESAS)于2003年4月1日—由日立制作所半導(dǎo)體部門和三菱電機半導(dǎo)體部門合并成立。RENESAS結(jié)合了日立與三菱在半導(dǎo)體領(lǐng)域方面的先進(jìn)技術(shù)和豐富經(jīng)驗,是無線網(wǎng)絡(luò)、汽車、消費與工業(yè)市場設(shè)計制造嵌入式半導(dǎo)體的全球領(lǐng)先供應(yīng)商。創(chuàng)立日期2003年4月1日公司法人董事長&CEO伊藤達(dá)業(yè)務(wù)范圍單片機邏輯模擬等的系統(tǒng)LSI、分立半導(dǎo)體元件、SRAM等的存儲器開發(fā)、設(shè)計、制造、銷售、服務(wù)的提供。集團成員44家公司(日本20家,日本以外24家)年度銷售額2006財年(截止至2007年3月):9526億日元(約83億美元)從業(yè)人員:26000人(全世界20個國家、43家公司)瑞薩科技是世界十大半導(dǎo)體芯片供應(yīng)商之一,在很多諸如移動通信、汽車電子和PC/AV 等領(lǐng)域獲得了全球最高市場份額。瑞薩集成電路設(shè)計(北京)有限公司蘇州分公司(RDB-SU)是瑞薩科技全資子公司,2004年1月成立以來,現(xiàn)已擁有150多名優(yōu)秀工程師,承擔(dān)著家電和汽車電子領(lǐng)域MCU的一系列設(shè)計工作,并在2006年4月開始開發(fā)面向中國市場的MCU。收起

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