Структура регулятора скорости бесколлекторного двигателя (esc)
Перед тем, как приступить непосредственно к разработке схемы регулятора, составим его блок-схему. Это упростит последующий выбор элементной базы.
Регулятор скорости бесколлекторного двигателя (ESC – Electronic Speed Controller) иногда называют контроллер бесколлекторного двигателя или привод бесколлекторного двигателя.
Условно разделим регулятор на следующие модули: Модуль контроллера – принимает задающие сигналы, сигналы датчиков, выдает управляющие сигналы на ключи Модуль силовых ключей – управляет силовыми ключами Модуль датчиков – совокупность различных датчиков и схем согласования.
Модуль контроллера
Регулятор должен гарантировать основные выходные сигналы:
ШИМ сигнал на 6 ключей (UH_PWM, UL_PWM, VH_PWM, VL_PWM, WH_PWM, WL_PWM).
Принимать сигналы:
напряжение от трех фаз U1, V1, W1 (для регулятора, работающего с двигателем с датчиками положения – сигналы от датчиков положения H1, H2, H3);
напряжение средней точки или половинного напряжения питания Z1 (для регулятора работающего с двигателем с датчиками положения не требуется);
сигнал датчика тока двигателя (Id1);
напряжение питания двигателя (Vd1);
управляющий сигнал, задающий обороты двигателя (Va).
Дополнительные сигналы:
сигналы для управления, контроля индикации. Например, светодиодный индикатор (LED), сигналы для настройки регулятора с использованием терминала (Tx, Rx).
Разумеется, могут быть и другие полезные сигналы, например, сигналы от датчиков температуры ключей и двигателя, переключатель направления вращения (реверс) и т.п. Так же могут быть совсем специфичные датчики, необходимые для решения конкретной задачи.
Техническая реализация шим сигнал на 6 ключей
Поскольку наш регулятор двигателя будет строиться на микроконтроллере, он должен гарантировать ШИМ сигнал на 6 ключей (для трехфазного бесколлекторного двигателя). Существует два способа:
генерировать на выходах микроконтроллера 6 ШИМ сигналов: отдельно на каждый ключ;
генерировать один ШИМ сигнал и разводить на ключи дополнительными логическими элементами “И”.
Первый способ реализуем, если микроконтроллер имеет 6 ШИМ (PWM) выходов. Как правило, это специализированные ШИМ (PWM) микроконтроллеры, например AT90PWM3B.
Второй способ легко реализуется с помощью любого микроконтроллера хотя бы с одним PWM выходом + 6 дискретных выходов для каждого из ключей. В этом случае дополнительно потребуются микросхемы логики.
Если требуется выбрать способ подачи ШИМ на ключи (только верхние / только нижние / верхние и нижние) в первом случае придется предусмотреть программные установки. Во втором можно обойтись двумя перемычками на плате.
Напряжение от трех фаз, напряжение средней точки
Напряжение от трех фаз двигателя нужно привести к уровню, приемлемому для входов компараторов. Это делается с помощью простого делителя напряжения.
Такая же схема – для напряжения средней точки. После делителя эти сигналы поступают на вход компаратора. Можно использовать отдельные схемы компараторов. После компараторов дискретные сигналы поступают на входы микроконтроллера. Многие микроконтроллеры имеют встроенные компараторы, которые можно использовать. Сигналы после делителя будут подаваться непосредственно на входы микроконтроллера. По большому счету, в каждый момент времени нас интересует напряжение только на одной, измеряемой фазе. Поэтому можно построить схему с одним компаратором и аналоговым мультиплексором. Собственно, внутри микроконтроллера примерно так и происходит.