3 상 BLDC 모터 제어 및 구동 시스템을 단순화하는 전략

고도로 집적 된 반도체 제품은 소비자 제품의 추세 일뿐만 아니라 점차적으로 모터 제어 어플리케이션에도 사용되고 있습니다. 동시에 브러시리스 DC (BLDC) 모터는 자동차 및 의료 애플리케이션과 같은 많은 시장에서 동일한 추진력을 보이고 있으며 시장 점유율은 점차 다른 유형의 모터를 능가하고 있습니다. BLDC 모터에 대한 수요가 증가하고 관련 모터 기술이 성숙됨에 따라 BLDC 모터 제어 시스템의 개발 전략은 디스크리트 회로에서 세 가지 카테고리로 발전했습니다. 이 세 가지 주요 유형의 솔루션은 시스템 온 칩 (SoC), 애플리케이션 별 표준 제품 (ASSP) 및 2 칩 솔루션으로 나뉩니다.

이 세 가지 주요 솔루션은 모터 시스템 설계 엔지니어가 점점 더 선호하고 있습니다. 왜냐하면 모터 시스템 설계 엔지니어는 애플리케이션에 필요한 부품 수를 줄이고 설계의 복잡성을 줄이기 때문입니다. 그러나 각 전략에는 자체 강점과 약점이 있습니다. 이 기사에서는 이러한 세 가지 옵션에 대해 논의하고 디자인 통합과 유연성간에 어떻게 교환 할 수 있는지에 대해 설명합니다.

기본 모터 시스템은 전원 공급 장치, 모터 드라이브 및 제어 장치의 세 가지 주요 모듈로 구성됩니다. 그림 1은 전통적인 이산 모터 시스템의 설계를 보여줍니다. 모터 시스템은 일반적으로 게이트 드라이버를 제어하여 외부 MOSFET을 구동하는 플래시가 내장 된 간단한 RISC 프로세서를 포함합니다. 또한 프로세서는 프로세서와 드라이버에 전원을 공급하는 통합 MOSFET 및 전압 조정기를 통해 모터를 직접 구동 할 수 있습니다.

SoC 모터 드라이브는 위의 모든 모듈을 통합하고 다양한 애플리케이션에 대해 프로그래밍 할 수 있습니다. 또한 공간 제약으로 인해 공간 최적화가 필요한 응용 프로그램에 이상적입니다. 그러나 낮은 처리 성능과 제한된 내부 메모리 공간은 고급 제어가 필요한 모터 시스템에는 적용 할 수 없습니다. SoC 모터 드라이버 IC의 또 다른 단점은 펌웨어 개발 환경의 부재와 같은 제한된 개발 툴이다. 이것은 업계를 선도하는 대부분의 마이크로 컨트롤러 공급 업체가 다양한 사용하기 쉬운 도구를 제공한다는 사실과는 완전히 다른 점입니다.

ASSP 모터 드라이브는 특정 영역 용으로 설계되었으며 모든 것이 좁은 용도로 최적화되어 있습니다. 공간을 거의 차지하지 않으며 소프트웨어를 조정할 필요가 없습니다. 또한 공간이 제한된 어플리케이션에 이상적입니다. 그림 2는 10 핀 DFN 팬 모터 드라이버의 블록 다이어그램을 보여준다. ASSP 모터 드라이브는 종종 대량 생산 애플리케이션에 중점을두기 때문에 가격 대비 성능이 뛰어납니다. 그러나 이것이 ASSP 드라이브에서 실행되는 모터가 성능을 희생해야 함을 의미하지는 않습니다. 예를 들어, 대부분의 최신 ASSP 모터 드라이브는 과거에는 고성능 마이크로 컨트롤러가 필요한 센서리스 및 사인파 알고리즘을 사용하여 BLDC 모터를 구동 할 수 있습니다. 그러나 ASSP 제품에는 프로그래밍 기능이 없으므로 드라이브 강도가 조정되지 않아 변화하는 시장 요구에 적응하는 능력이 제한됩니다.

오늘날 전자 제품의 고집적화가 주요 추세이지만 풍부한 아날로그 드라이버와 지능형 아날로그 마이크로 컨트롤러를 갖춘 듀얼 칩 솔루션에 대한 수요가 계속 증가하고 있습니다. 이 2 칩 전략은 설계자가 다양한 마이크로 컨트롤러 중에서 사다리꼴 또는 정현파 구동 기술로 센서 식 정류 또는 센서리스 정류를 지원할 수 있도록 선택할 수 있도록 해준다. 이 솔루션을 사용할 때 지원하는 드라이버 칩을 선택하는 것이 중요합니다. 이상적인 컴패니언 칩은 적어도 다음 기능을 포함해야합니다.

전력 소비를 줄이고 모든 유형의 마이크로 컨트롤러에 전원을 공급하는 효율적이고 조정 가능한 레귤레이터

모니터링 및 백그라운드 처리 모듈을 통해 안전한 모터 작동을 보장하고 호스트와 드라이브 간의 양방향 통신 가능

추가 프로그래밍 작업 없이도 성능을 최적화하는 선택적 매개 변수

MOSFET 또는 BLDC 모터 용 정격 전력 드라이버

일반적으로 SoC 및 ASSP 모터 드라이브의 경우, 모터 시스템 설계자는 가장 적은 부품을 사용할뿐만 아니라 적당한 유연성을 갖추고 있습니다. 그러나 이러한 고집적 솔루션에는 고정 기능, 제한된 저장 용량 및 처리 능력과 같은 서로 다른 한계가 있습니다. 표 1은 위에서 설명한 세 가지 주요 BLDC 모터 제어 전략을 비교합니다.

이산 형 설계와 비교하여 현대식 모터 제어 및 드라이브 솔루션은 BOM (Bill of Material)을 줄이는 동시에 시스템 개발 시간을 줄이는 동시에 특정 BLDC 모터에 최적화 된 빌딩 시스템에 영향을 미치지 않습니다. 반도체 벤더의 하드웨어 및 펌웨어 레퍼런스 설계 및 라이브러리는 첨단 모터 제어 및 드라이브 개념에 대한 개발 시간을 획기적으로 단축하고 시장 진입 시간을 단축시킵니다.