Wybór między sterownikiem silnika BLDC bez czujników asterownikiem silnika BLDC z czujnikami Halla jest ważną decyzją w projektowaniu systemów silników BLDC. Oba podejścia wykorzystują różne metody określania pozycji wirnika, a każde z nich ma swoje specyficzne zalety i ograniczenia.

Ogólnie rzecz biorąc, sterowanie z czujnikami Halla zapewnia bezpośrednie sprzężenie zwrotne pozycji wirnika i niezawodny rozruch od zerowej prędkości, podczas gdy sterowanie bez czujników eliminuje czujniki Halla i wykorzystuje sygnały elektryczne silnika – zazwyczaj siłę przeciwelektromotoryczną (SEM) – do szacowania pozycji wirnika. Odpowiedni wybór zależy od silnika, obciążenia rozruchowego, zakresu prędkości, kosztów, okablowania i wymagań aplikacji.

Trójfazowy silnik BLDC potrzebuje informacji o pozycji wirnika, aby określić, kiedy komutować fazy silnika.

Silnik BLDC z czujnikami Halla zazwyczaj wykorzystuje trzy czujniki Halla zainstalowane wewnątrz silnika. Ich sygnały cyfrowe wskazują elektryczną pozycję wirnika, umożliwiając kontrolerowi wybór odpowiedniego stanu komutacji.

W konwencjonalnym systemie sześciostopniowym, trzy sygnały Halla identyfikują sześć prawidłowych sektorów elektrycznych po 60 stopni elektrycznych każdy.

Silnik BLDC bez czujników nie wymaga czujników Halla. W tradycyjnym sześciostopniowym sterowaniu bez czujników, kontroler monitoruje siłę przeciwelektromotoryczną (SEM) swobodnej fazy silnika i wykorzystuje informacje o przejściu przez zero do szacowania pozycji wirnika i określania czasu komutacji.

Podstawowa różnica jest zatem następująca:

Czujnik Halla:

• Pozycja wirnika → Czujniki Halla → Kontroler → Komutacja

Bez czujników:

• Obrót wirnika → SEM → Szacowanie pozycji → Kontroler → Komutacja

Kluczowym ograniczeniem tradycyjnego bezczujnikowego sterowania SEM jest to, że SEM zależy od prędkości obrotowej silnika. Przy zatrzymaniu praktycznie nie ma SEM, więc kontroler nie może uzyskać pozycji wirnika tylko z SEM i musi użyć strategii rozruchowej.

W silniku BLDC opartym na czujnikach Halla, czujniki Halla wykrywają pole magnetyczne wirnika z magnesami trwałymi.

Kontroler odczytuje stany Halla i określa, w którym sektorze elektrycznym znajduje się aktualnie wirnik.

Uproszczona sekwencja sterowania:

Sygnał Halla → Pozycja wirnika → Komutacja → Obrót silnika

Dla konwencjonalnego systemu sześciostopniowego z trzema czujnikami Halla, sygnały Halla zapewniają sześć prawidłowych stanów pozycji odpowiadających sześciu sektorom komutacji.

• Niezawodny rozruch
• Dobre sterowanie przy niskich prędkościach
• Bezpośrednie informacje o pozycji wirnika
• Nadaje się do zastosowań wymagających momentu rozruchowego
• Stosunkowo prosta logika komutacji

• Wymaga czujników Halla wewnątrz silnika
• Wymaga dodatkowego okablowania
• Dodaje komponenty i wymagania montażowe
• Instalacja czujnika może zwiększyć złożoność produkcji silnika
• Okablowanie i sygnały Halla nadal wymagają odpowiedniego projektu EMI

W tradycyjnym sześciostopniowym systemie BLDC bez czujników, dwie fazy silnika są sterowane, podczas gdy trzecia faza jest pozostawiona swobodna.

Kontroler monitoruje swobodną fazę.

Gdy silnik się obraca, magnesy trwałe generują SEM w uzwojeniach silnika. Kontroler wykrywa przejście przez zero SEM i wykorzystuje te informacje do synchronizacji następnego zdarzenia komutacji.

Uproszczony proces:

Obrót silnika

↓

Generowana SEM

↓

Wykryta swobodna faza

↓

Wykryte przejście przez zero

↓

Szacowana pozycja wirnika

↓

Następna komutacja

Eliminuje to potrzebę fizycznych czujników pozycji wirnika.

Jest to jedna z najważniejszych różnic inżynieryjnych.

Gdy silnik BLDC jest zatrzymany:

Prędkość silnika ≈ 0 → SEM ≈ 0

Dlatego kontroler początkowo nie może polegać na SEM, aby określić pozycję wirnika.

Sterownik bez czujników zazwyczaj potrzebuje początkowej sekwencji rozruchowej, aby przyspieszyć silnik do momentu, gdy dostępny będzie wystarczająco wykrywalny sygnał SEM.

Oznacza to, żeobciążenie rozruchowe silnika jest krytycznym czynnikiem przy wyborze bezczujnikowego sterownika BLDC.

Na przykład, bezczujnikowy sterownik może działać bardzo dobrze z lekko obciążonym wentylatorem, ale mieć trudności z uruchomieniem pompy, dmuchawy lub systemu mechanicznego o wysokich wymaganiach dotyczących momentu rozruchowego, jeśli parametry silnika i sterownika nie są odpowiednio dopasowane.

Nie ma uniwersalnej odpowiedzi.

Właściwy wybór zależy od aplikacji.

• Czujniki Halla nie są dostępne
• Niższy koszt BOM jest ważny
• Preferowane jest uproszczone okablowanie silnika
• Konieczna jest uproszczona integracja mechaniczna
• Silnik zazwyczaj pracuje przy średniej lub wysokiej prędkości
• Aplikacja to wentylator, pompa, dmuchawa lub podobne obciążenie obrotowe
• Aplikacja nie wymaga precyzyjnej pozycji wirnika przy zerowej prędkości

• Niezawodny rozruch jest krytyczny
• Wymagany jest wysoki moment rozruchowy
• Silnik często pracuje przy bardzo niskich prędkościach
• Pozycja wirnika musi być dostępna od zatrzymania
• Aplikacja już wykorzystuje silnik wyposażony w czujniki Halla
• System sterowania potrzebuje bezpośredniego sprzężenia zwrotnego pozycji Halla

Są to kwestie wyboru inżynieryjnego, a nie absolutne zasady. Konkretny silnik i obciążenie powinny być zawsze oceniane razem z kontrolerem.

Wybór sterownika BLDC tylko wedługnapięcia i prądu nie jest wystarczający.

Inżynierowie powinni również wziąć pod uwagę:

• Konfiguracja uzwojenia silnika
• Napięcie znamionowe
• Prąd znamionowy
• Prąd szczytowy/rozruchowy
• Zakres prędkości silnika
• Liczba biegunów
• Charakterystyka SEM
• Układ czujników Halla, jeśli dotyczy
• Moment rozruchowy
• Obciążenie mechaniczne
• Wymagane przyspieszenie
• Częstotliwość PWM
• Temperatura pracy
• Wymagania dotyczące ochrony

W przypadku systemów bez czujników, szczególnie ważne są charakterystyka SEM i zachowanie podczas rozruchu.

W przypadku systemów opartych na czujnikach Halla, należy również zweryfikować typ czujnika Halla, kąt elektryczny Halla, sekwencję sygnałów i zależność między fazą a okablowaniem Halla.

JUYI Tech oferuje rozwiązania sterowania BLDC bez czujników i z czujnikami Halla, w tym układy scalone kontrolerów i płytki sterowników.

Pozwala to inżynierom na wybór architektury sterowania zgodnie z ich rzeczywistymi wymaganiami dotyczącymi silnika i aplikacji.

UkładJY01 jest szczególnie istotny, gdy inżynierowie potrzebują elastyczności między projektami silników z czujnikami Halla i bez czujników.

Jest zaprojektowany jako dwu-trybowy układ scalony kontrolera BLDC obsługujący oba typy:

• Silniki BLDC z czujnikami Halla
• Silniki BLDC bez czujników

JY01 wykorzystuje technologię sterowania SPWM i zawiera funkcje takie jak miękki start, kontrola prądu, ochrona przed przeciążeniem, ochrona przed zablokowaniem wirnika i sprzężenie zwrotne prędkości.

Zgodnie z dokumentacją aplikacji JY01, układ scalony może być skonfigurowany do pracy z czujnikami Halla lub bez nich. W trybie bez czujników, regulacja momentu rozruchowego jest szczególnie ważna, ponieważ niewystarczający moment rozruchowy może uniemożliwić start, podczas gdy nadmierny moment rozruchowy może przyczynić się do drgań lub ruchu wstecznego.

To sprawia, że JY01 jest użyteczną opcją dla inżynierów, którzy chcą jednej platformy sterowania, która może obsługiwać zarówno projekty silników BLDC z czujnikami Halla, jak i bez czujników.

Dla aplikacji wymagających specyficznie sterowania bez czujników, JUYI Tech oferuje produkty oparte na bezczujnikowych układach scalonych sterowania BLDC, takich jakJY03B.

UkładJY03B to układ scalony sterowania silnikiem BLDC bez czujników o napięciu 9-36 V w obudowie SSOP-28. Integruje rdzeń sterowania silnikiem, sterowniki bramek MOSFET, stabilizację napięcia i inne funkcje sterowania w jednym układzie scalonym, zmniejszając ilość wymaganego zewnętrznego obwodu sterującego.

Na przykład,JYQD-V9.3E to trójfazowa płytka sterownika BLDC bez czujników o napięciu 10-36 V oparta na JY03B, z kontrolą prędkości PWM i analogową 0-5 V oraz wyjściem impulsu prędkości FG.

Ten typ rozwiązania jest odpowiedni dla aplikacji, w których czujniki Halla nie są wymagane i preferowana jest kompaktowa architektura sterowania BLDC bez czujników.

Dla silników wyposażonych w czujniki Halla, JUYI Tech oferuje również dedykowane płytki sterowników z czujnikami Halla.

Na przykład,JYQD-V7.3E2 to 24 V płytka sterownika silnika BLDC z efektem Halla o maksymalnym prądzie 15 A, analogową kontrolą prędkości 0-5 V, kontrolą prędkości PWM i wyjściem impulsu prędkości. Jest przeznaczona dla silników BLDC z czujnikami Halla o konfiguracji Halla 120°.

Inną opcją jestJYQD-YL02D, dwukanałowa płytka sterownika BLDC obsługująca napięcie 12-36 V i silniki BLDC z czujnikami Halla 120°.

Dlatego portfolio produktów JUYI Tech obejmuje obie strony wyboru:

BLDC bez czujników

• JY03B
• JYQD-V9.3E
• Inne serie JYQD bez czujników

BLDC z czujnikami Halla

• JY01
• JYQD-V7.3E2
• JYQD-YL02D
• Inne rozwiązania sterowników z czujnikami Halla

Obecne portfolio produktów JUYI Tech zawiera również oddzielne produkty kontrolerów BLDC bez czujników, z czujnikami Halla i dwu-trybowe.

Żadna metoda nie jest uniwersalnie lepsza. Sterowanie bez czujników eliminuje czujniki Halla i upraszcza interfejs silnika, podczas gdy czujniki Halla zapewniają bezpośrednie informacje o pozycji wirnika i niezawodne działanie od zerowej prędkości.

Tak, ale zazwyczaj wymaga dedykowanej strategii rozruchowej, ponieważ SEM jest niedostępna lub zbyt słaba przy zatrzymaniu i bardzo niskiej prędkości.

Tak. Czujniki Halla dostarczają informacji o pozycji wirnika nawet wtedy, gdy silnik jest nieruchomy, co ułatwia komutację rozruchową.

Tak. JY01 jest zaprojektowany jako dwu-trybowy układ scalony kontrolera dla silników BLDC z czujnikami Halla i bez czujników.

JY03B toukład scalony sterowania silnikiem BLDC bez czujników. W przypadku aplikacji z czujnikami Halla, JUYI Tech oferuje inne produkty, w tym rozwiązania oparte na JY01 i płytki sterowników z czujnikami Halla.

Wybór między sterowaniem BLDC bez czujników a sterowaniem BLDC z czujnikami Halla powinien opierać się na kompletnych wymaganiach silnika i aplikacji – a nie tylko na tym, czy jedna technologia jest nowsza lub tańsza.

Sterowanie BLDC bez czujników może uprościć okablowanie, zmniejszyć liczbę komponentów związanych z czujnikami i zapewnić skuteczne rozwiązanie dla wentylatorów, pomp, dmuchaw i innych aplikacji, gdzie niezawodne działanie przy średnich/wysokich prędkościach jest ważniejsze niż bezpośrednie sprzężenie zwrotne pozycji wirnika przy zatrzymaniu.

Sterowanie BLDC z czujnikami Halla zapewnia bezpośrednie informacje o pozycji wirnika i jest szczególnie przydatne, gdy wymagany jest niezawodny rozruch, praca przy niskich prędkościach lub wysoki moment rozruchowy.

JUYI Tech wspiera obie architektury poprzez dwu-trybowe układy scalone sterowania BLDC JY01, JY02A, bezczujnikowe układy scalone sterowania BLDC JY03B, płytki sterowników z czujnikami Halla, płytki sterowników bez czujników i niestandardowe rozwiązania sterowania silnikami BLDC. Najodpowiedniejsze rozwiązanie powinno być wybierane zgodnie z charakterystyką elektryczną silnika, obciążeniem rozruchowym, prędkością roboczą i wymaganiami aplikacji.

• Jak działa detekcja SEM?
• Jak wybrać odpowiedni sterownik silnika BLDC