BLDC Motorlar ve Panjit’in Geliştirilmiş Kontrol Çözümleri

Bu yazımızda BLDC motorlar ve bu motorları sürme tekniklerini kısaca hatırlatarak, Panjit markasının Metawells iş birliğiyle geliştirdiği BLDC motor drive çözümlerine değineceğiz.

BLDC Motorların Temel Özellikleri
BLDC motorlar, fırçalı DC motorlar gibi sadece enerji verilerek çalışamaz. Döner manyetik alan oluşturmak için sabit mıknatıslarla etkileşen sıralı bir sistem gereklidir. Fırçalı motorlarda manyetik alanı yönlendiren komütatör ve kömür kullanılırken, BLDC motorlarda komütasyon elektronik sürücü devresi tarafından sağlanır. Stator ve rotor arasında doğrudan elektriksel bir bağlantı yoktur.

Bu özellikleri sayesinde BLDC motorlar:

• Yüksek verimlilik
• Hassas tork, hız ve pozisyon kontrolü
• Düşük bakım maliyetleri
• Sessiz çalışma
• Düşük elektriksel gürültü
• Uzun ömür
  
  gibi avantajlar sunar ve klasik DC motorlardan üstünlük sağlar. BLDC motorlar, beyaz eşyalar, küçük ev aletleri, elektrikli araçlar, dronlar, tıbbi cihazlar, robotlar ve PC fanları gibi pek çok uygulamada kullanılıyor. Ayrıca sabit, hareketli rotorlu veya lineer tahrik sistemlerinde mekanik kontrolü yüksek hassasiyetle gerçekleştirmeye olanak tanıyor.

BLDC Motor Sürüş Yöntemleri

1. Komütasyon Algılama Mekanizması: Sensörsüz Kontrol

• Sensörsüz kontrol, rotor pozisyonunu fiziksel sensörler olmadan tespit eden bir yöntemdir (Hall sensörleri veya enkoderler gibi).
• Sürüş dalga formu: Sinüs veya kare dalga.

2. Vektör Kontrol: Alan Yönelimli Kontrol (Field Oriented Control – FOC)

• BLDC veya PMSM (Daimi Mıknatıslı Senkron Motor) motorlarını kontrol etmek için kullanılır.
• Stator akımının tork ve akı bileşenleri birbirinden ayrılarak kontrol edilir (decoupling).
• Bu sayede motorun tork ve hız kontrolü, DC motor hassasiyetine yakın şekilde gerçekleştirilebilir.

Sensörsüz Kontrole Genel Bakış

• Fiziksel konum sensörlerine ihtiyaç duymaz.
• Rotor konumu ve hızı, motorun geri EMF (Electromotive Force) veya diğer elektriksel sinyallerinden elektronik olarak tahmin edilir.
• Bu yaklaşım, motor sürücülerinin maliyetini düşürür ve sistem güvenilirliğini artırır.

Alan Yönelimli Kontrol (FOC) – Vektör Kontrole Giriş
Alan Yönelimli Kontrol (Field Oriented Control – FOC), BLDC veya PMSM motorlarını yüksek hassasiyetle kontrol etmek için kullanılan gelişmiş bir tekniktir. Bu yöntem, motor kontrolünde vektör yaklaşımıyla çalışır ve stator akımını iki bileşene ayırır:

• Tork üreten bileşen
• Manyetik akı (fluks) üreten bileşen
  Bu ayrıştırma (decoupling) sayesinde, motor neredeyse bir DC motor gibi davranır ve şu avantajları sağlar:
• Pürüzsüz ve kesintisiz dönüş
• Yüksek enerji verimliliği
• Hassas tork ve hız kontrolü FOC, özellikle yüksek performanslı robotik, elektrikli taşıtlar, dronlar ve endüstriyel otomasyon uygulamalarında tercih edilir. Motorun tork ve hız kontrolü, klasik sürüş yöntemlerine göre çok daha hassas ve stabil bir şekilde gerçekleştirilir.

Panjit, BLDC motor çözümlerinde öne çıkan iki IC üzerinden dikkat çekiyor; özellikle Pre-Driver uygulamaları için PM20025G-08 modelini sunuyor.

PM20025G-08 avantajları:
Yüksek Düzeyde Entegrasyon

• MCU ve üç fazlı ön sürücü tek bir çipe entegre edilmiştir.
• MOSFET’leri doğrudan sürebilen dahili üç fazlı 6N kapı sürücü yapısına sahiptir.
• Harici üç fazlı sürücü IC’lerine ve koruma devrelerine olan ihtiyacı ortadan kaldırarak BOM ve PCB düzenini önemli ölçüde basitleştirir.
• Kısa devre korumalı entegre 5 V / 12 V LDO kontrolü sunar.
• Entegre ADC, OPAMP, karşılaştırıcı, zamanlayıcı, PWM, UART, I2C ve SPI ile motor kontrol gereksinimlerini karşılar.

Motor kontrolü için optimize edilmiştir:

• 0 bekleme durumu Flash’lı 48 MHz ARM Cortex-M0 çekirdek
  Üç fazlı yüksek/düşük taraf sürücü kapasitesi: +1,5 A / -1,8 A, 70 V dayanım gerilimi
• Yüksek hassasiyetli 12 bit çift kanallı senkron örneklemeli ADC (1 MSPS)
• Üç adet programlanabilir kazançlı amplifikatör (PGA OPAMP)
• Döngüsel aşırı akım koruması için dört adet analog karşılaştırıcı (COMP)
• Tamamlayıcı PWM çıkışları ve ölü zaman eklemesi ile 16 bit gelişmiş motor kontrol zamanlayıcısı (TIM1)
  
  WQFN6x6-48 paket, motor sürücü devrelerinin çok küçük alanlara sıkıştırılması gereken durumlarda avantaj sağlar. Modern ürün tasarımlarında her geçen gün daha “smart”, ufak ve kompakt bir trend izleniyor; bu nedenle mekanik tasarım, elektronik tasarıma her zaman geniş tasarım alanları sağlamayabilir.

PM20025G-08 IC için geliştirme kiti
Günümüzde hızlanan üretim prosesleri elektronik tasarım çıktısını hızlı istiyor. Geliştirme kitleri, hazır uygulanmış ideal tasarım örneği olarak tasarlandı ve herhangi bir devre oluşturmaya gerek kalmadan 5,5 – 36 V arası beslenerek 0–20 A’lik BLDC motorları 150.000 RPM’e kadar kontrol edebilir. Bu geliştirme kiti, tasarımlarınızı önemli ölçüde hızlandırıyor.

All-in-One BLDC Motor Kontrol Çözümü: PN: PM30003V-0405B
PM30003V-0405B, 48 MHz ARM® Cortex®-M0 çekirdeği, 16 KB Flash ve 4 KB SRAM ile tüm motor kontrol gereksinimlerinizi tek bir çipte birleştirir. Dahili üç fazlı fırçasız gate driver ve 36 V’a kadar çalışabilen entegre P+N MOSFET’leri sayesinde, ekstra sürücü devresine ihtiyaç duymadan yüksek performans sağlar. Seri, yüksek hassasiyetli 12 bit 1 MSPS ADC, dual low-offset operasyonel amplifikatör, 2 UART, 1 I²C ve 1 SPI arayüzü gibi kapsamlı çevre birimleriyle donatıldı. Düşük voltaj kilitlemesi (UVLO) ve dahili ölü zaman kontrolü gibi koruma özellikleri, güvenli ve verimli motor kontrolü sunar. Kompakt tasarımı ve güçlü performansıyla PM30003V-0405B, fanlar, pompalar, küçük ev aletleri, İHA’lar ve robotik uygulamalar için ideal bir çözümdür. Hızlı prototipleme ve güvenilir çalışma isteyen tasarımcılar için hazır bir çözüm sunar.

TSSOP-25: PM30003V-0405

All-in-One IC Geliştirme Bordu
Bu geliştirme bordu, kontrolcü ve güç devresini tek bir pakette birleştiren All-in-One IC’ler için tasarlanmış genel amaçlı bir uygulama kitidir. Kullanıcıların hızlı prototipleme yapmasını sağlar ve ek devre tasarımına gerek bırakmaz. Kit, 24 V BLDC motorları 400 ila 2000 devir/dakika arasında hassas şekilde kontrol edebilir. Kompakt ve kullanımı kolay yapısı sayesinde fanlar, pompalar ve küçük otomasyon uygulamaları için ideal bir çözümdür.

Daha fazla bilgi için:
https://www.panjit.com.tw/enPM30003V-0405

• Product Page: PM30003V-0405B
• Flyers:
  ◦ BLDC Motor Control Solution Flyer (PM30003V-0405)
  ◦ Ceiling Fan Solution (PM30003V-0405)
• Video: All-in-One Motor Control IC Solution PM20025G-08QW
• Web Page: PM20025G-08QW
• Flyer: Pre-driver Motor Solution for Power Tools