Датчик тока и контроль напряжения питания
Датчик тока и контроль напряжения питания двигателя потребуют 2 АЦП входа. Предполагается, что датчик тока выдает сигнал в диапазоне питания микроконтроллера (0..5В). Мы будем использовать датчик тока на основе датчика Холла из серии ACS758.
Можно использовать классический шунт, с операционным усилителем. Датчик тока на основе датчика Холла выбран, поскольку планируется управлять двигателями с большими токами, где применение шунта приведет к значительному тепловыделению.
Контроль напряжения питания необходим при использовании батарей. Он позволит избежать глубокого разряда батарей.
Сигнал, задающий обороты двигателя.
Способов указать регулятору, с какой скоростью должен вращаться двигатель множество. Это может быть как аналоговый, так и цифровой сигнал. Будем применять простой аналоговый сигнал, формируемый потенциометром.
Дополнительные сигналы
Хотелось бы сделать более-менее универсальный регулятор, который можно настроить для управления широким разнообразием бесколлекторных двигателей. Поэтому, потребуется интерфейс для настройки регулятора. Я остановился на наиболее простом варианте – подключить к Tx, Rx выходам микроконтроллера FT232 преобразователь и подключить его к компьютеру. Это универсальный способ, поскольку позволяет передавать информацию в обе стороны. К Tx, Rx выходам можно подключить специально разработанный дисплей или через Bluetooth модуль к смартфону или другому устройству имеющему Bluetooth интерфейс.
Поскольку Tx, Rx выходы предполагается использовать только для настройки регулятора, нам потребуется еще индикатор состояния. Наиболее простой – обычный светодиод.
Модуль силовых ключей
Для управления трехфазным бесколлекторным двигателем необходимо 6 ключей, включенных по мостовой схеме. Параметры силовых ключей выбираются в зависимости от характеристик управляемого двигателя. Основные характеристики силовых ключей – напряжение и коммутируемый ток. Модуль ключей состоит из самих транзисторных ключей и драйверов ключей. Задача драйвера ключей преобразовать логические уровни микроконтроллера в сигналы, управляющие силовыми транзисторами. Для мощных полевых транзисторов требуются достаточно мощные управляющие сигналы. В противном случае время открытия ключа может увеличиться, что вызовет увеличение тепловых потерь на транзисторах. Схемы драйверов могут строиться на транзисторах или с применением специализированных микросхем.
Драйверы ключей следует проектировать так, чтобы те не допускали возможности одновременного открытия ключей верхнего и нижнего плеча. Кроме того, должны реализовывать временную задержку между закрытием одного ключа и открытием другого. Эта задержка может быть реализована драйвером, если у используемого драйвера имеется такая функция, или – микроконтроллером. При выходе со строя ключей, драйверы ключей должны препятствовать прохождению напряжения, питающего двигатель, в цепь микроконтроллера. Именно поэтому я предпочитаю использовать специальные микросхемы драйвера MOSFET ключей.
Для систем с большими токами не всегда удается подобрать подходящий транзистор для ключа. Параллельное включение транзисторов может решить эту задачу. Если включить два одинаковых полевых транзистора параллельно, можно получить сборку, пропускающую в 2 раза больший ток. Рекомендуется включать затворы транзисторов через резисторы номиналом 2-100 Ом, как показано на схеме. Номиналы резисторов выбираются с учетом емкости затвора транзистора, максимального тока, который может обеспечить драйвер ключа и необходимого времени открытия ключа.
