DC motorların gövde elektroniği uygulamaları
Araç içi sistemlerdeki elektronik ürünlerin içeriği büyümeye devam ediyor çünkü pazarın otomasyon, güvenlik, enerji tüketimi optimizasyonu ve yüksek kaliteli deneyim için giderek daha yüksek gereksinimleri var. Bu bağlamda DC motor kullanan uygulamaların sayısı da artmaktadır.
Bu makale, otomotiv DC motorlarının pazar eğilimini analiz edecek ve katı hal sürücülerinin (SSD'ler) tanılama işlevleri, değişim süresinin optimizasyonu, ağırlık azaltma ve (en önemlisi) artan güvenilirlik açısından neden daha iyi olduğunu açıklayacaktır. Mimariyi tasarlayın.
Ayrıca, yeni piyasaya sürülen VIPower M0-7 H-köprü serisinin, otomotiv DC motor kontrolü için tasarlanmış tüm entegre devreler arasında aynı seviyenin en iyi seçimi olabileceğini de özellikle açıklayacağız.
piyasa eğilimi
Otomotiv DC motor sistemlerine olan talebin, önümüzdeki beş yıl içinde yıllık yaklaşık% 3,1'lik bir büyüme oranıyla istikrarlı bir şekilde artması bekleniyor. Araba gövdesi etrafındaki talep temel olarak kapı kilitleri, elektrikli aynalar, koltuk ayarları, deterjan pompaları, silecekler, pencere anahtarları, açılır tavanlar ve elektrikli sürgülü kapılar gibi geleneksel uygulamalardan gelir. Bununla birlikte, piyasada yavaş yavaş ortaya çıkan birçok yeni ortaya çıkan ve çok çekici uygulama vardır.Bazı örnekler arasında baş üstü ekranlar (HUD), gizli kapı kolları, elektrikli bagaj kapakları, elektrikli araç vites anahtarları ve elektrikli araç şarj kilitleri sayılabilir.
Yukarıdaki durum göz önüne alındığında, otomobil gövdeleri ile ilgili otomotiv DC motorlarına yönelik küresel talebin 2020 yılında 2 milyara ulaşacağı tahmin ediliyor.
Aşağıdaki şekil, tümü 30W ile 200W arasında güç tüketen çeşitli uygulamaların oranını göstermektedir.
Gövde uygulamalarında DC motorları sürmek için röleler ve yerleşik yongalar kullanmanın karşılaştırması
Geçmişte otomotiv endüstrisi, röleleri her zaman DC motorları çalıştırmak için basit ve ucuz bir çözüm olarak görmüştü. Ancak bu fikir yavaş yavaş değişiyor ve şimdi otomobil üreticileri SSD'nin yeni uygulama tasarımı için daha uygun bir seçim olduğuna inanıyor. Oldukça güvenilir kalitesi ve gelişmiş tanılama işlevleri sayesinde SSD'ler, çeşitli değişken yük profillerini (elektrikli arka kapılar gibi) sürmek veya hareketlerin düzgünlüğünü (arabalar gibi) kontrol etmek gibi çeşitli yenilikçi işlevleri kolayca oluşturabilir. Pencere anahtarı veya koltuk ayarı), röle anahtarlama gürültüsünü ortadan kaldırır ve lüks hissini artırır.
En önemlisi, dünyanın dört bir yanındaki yerel yasama organları, otomobillerden kaynaklanan kirleticiler ve karbondioksit emisyonları üzerinde yeni kısıtlamalar getirmeye başladı.Otomobillerin yapısı ayarlanmalı.Özellikle, güç yüklerinin tedariki daha verimli elektronik bileşenler kullanmalıdır. . Yeni standardın etkisi güç aktarma sistemi olacak olsa da, Karoseri Kontrol Modülü (BCM) hala biraz alakalı.
Bu nedenle, SSD'lerle çalıştırılan DC motorların 2020'den 2025'e kadar yılda ortalama% 6,7 büyüyeceğini ve bunun da rölelerin pazar payına kademeli olarak saldıracağını tahmin ediyoruz.
Bu durumda, ST'nin VIPower M0-7 H-köprü serisi ürünleri, otomotiv uygulamaları için motor kontrolünde aynı seviyedeki bileşenler arasında en iyi seçim olacaktır. M0-7 H-Bridge serisi, mantık işlevlerini ve güç yapılarını tek bir pakette birleştirerek çipin yerleşik akıllı işlevlere sahip olmasını sağlar.Bu nedenle, arızaları önlemek için basit sürüş işlevleri sağlamanın yanı sıra gelişmiş teşhis ve koruma işlevleri sağlar ve gerekli parça sayısını azaltır. , Güvenilirliği artırın ve baskılı devre kartı (PCB) alanını kaydedin.
Hizmet ömrünü 10 kat uzatan artırılmış güvenilirlik
Röle kontağı, akımın geçmesine izin vermek için birbirine bağlanan iletken bir metal parçadır. Mekanik anahtar kontaklarındaki yaygın sorunlar arasında duyulabilir gürültü ve mekanik titreşim nedeniyle son müşterilerin zayıf algılanması (özellikle anahtarlama frekansı sürücü uygulamaları için) bulunur. Ek olarak, röle değiştirildiğinde ark gürültüsüne neden olur ve bu da elektromanyetik parazit (EMI) oluşturur. Rölenin anahtarlama gürültüsünü azaltmak için RC snubber ve volan diyot gibi ek parçalara ihtiyaç vardır, ancak bu ek parçalar nihai yapının karmaşıklığı üzerinde olumsuz bir etkiye sahip olacaktır. Anahtarlama sırasında oluşan elektromekanik gerilim, orta ve uzun vadede kontak direncini ve verimliliği azaltarak röleyi kullanılamaz hale getirecek veya ömrünü kısaltacaktır. Röle performansının bozulması güvenilirliği azaltacaktır.
Katı hal anahtarlarının hareketli parçaları yoktur çünkü mekanik kontaklar transistörlerle değiştirilmiştir: bu nedenle ark teması, manyetik alanlar veya duyulabilir gürültü ile ilgili herhangi bir sorun yoktur. Giriş kontrolü, baskılı devre kartının karmaşıklığını ve alanını büyük ölçüde azaltabilen ek tamponlar, sürücüler veya amplifikatörler olmadan çoğu IC mantık serisi ürünle uyumludur. Sonuç artan güvenilirliktir ve değişim süresi 10 kata kadar artırılabilir.
Küçük güç paketi uygulama alanından tasarruf etmeye yardımcı olur
Otomotiv pazarı otonom sürüşe doğru gelişiyor ve giderek daha fazla sensör ve aktüatör kullanılması gerekiyor. Aynı aralıkta daha fazla bileşenin kurulması gerektiğini düşündüğünüz sürece, kaplanan alanın neden giderek daha kısıtlayıcı olduğunu anlamak kolaydır.
H-köprü konfigürasyonunun topolojisi genellikle çift yönlü bir DC motoru sürmek için kullanılır: köprü anahtarlarını dönüşümlü olarak açarak, motorun yönünü kontrol etmek veya motoru durdurmak mümkündür. H-köprü mimarisi röleler kullanılarak kolayca oluşturulabilse de, SSD'lerin kullanımı kart alanını önemli ölçüde azaltabilir.
Genel bir rölenin baskı alanı yaklaşık 250 mm² olduğundan, bir H-köprü yapısı inşa etmek için en az 500 mm² devre kartı alanı gereklidir. Ek olarak, yüksek voltajlı geçici durum bastırma, sistem teşhisi ve koruma fonksiyonları oluşturmak için tamponlar, işlemsel yükselticiler ve sensörler gibi ek ayrık devreler eklenmelidir. Bu ekstra parçalar, devre kartının nihai boyutunu ve karmaşıklığını büyük ölçüde artıracak ve uygulamanın güvenilirliğini olumsuz yönde etkileyecektir.
Son olarak, devre kartı kapağının ve muhafazanın tasarımı da rölenin yüksekliğini dikkate almalıdır, bu nedenle genel olarak 17 mm'lik bir dikey mesafe korunmalıdır.
VIPower M0-7 teknolojisinin olağanüstü yerden tasarruf sağlayan özelliklerini hesaba katan STMicroelectronics H-köprü serisi ürünleri, tüm motor sürücü çerçevesini gelişmiş bir küçük güç paketi içinde oluşturabilir: SO-16N ve PowerSSO-36. Baskı alanı sırasıyla 60 mm² ve 106 mm² azaltılabilir ve kalınlık 2,5 mm'den az olduğundan, baskılı devre kartı küçültülür ve sistem de ağırlığı azaltabilir. Ayrıca VIPower M0-7 H-Bridge, olağanüstü ısı yayma performansı sağlamak için kurşunsuz çevre dostu ürünler paketi sunar.
Anahtarlama süresi ve darbe genişliği modülasyonu (PWM) kontrolü
H-köprü mimarisine rehberlik ederken, özellikle anahtarlama aşamasında akü hattı ile toprak arasında gereksiz kısa devrelerden kaçınmak için özel dikkat gösterilmelidir; bu durum genellikle dinamik bir arıza (ateşleme) olarak tanımlanır. Bir arıza olayı meydana geldiğinde, pil hattında ek gürültü ve güç tüketimi üretilecek ve böylece sistem verimliliği azalacaktır. H köprüsü, darbe genişliği modülasyon sinyali gibi hızlı bir anahtarla çalıştırılırsa, bu fenomen daha ciddi hale gelecektir.
Darbe genişliği modülasyonu giriş sinyalleri genellikle H köprüsü mimarisini kontrol etmek için kullanılır.Görev döngüsü değiştirildiği sürece, motor hızı ve torku, aşağıdaki gelişmiş işlevleri uygulamak için ayarlanabilir:
· Sıkışmayı önleme işlevi;
· Sürüş deneyimini geliştirmek için yumuşak başlatma ve durdurma eylemleri;
· Stall durumu kontrolü;
· Akü voltajına bakılmaksızın motor hız düzenlemesi;
· Başlangıçta demeraj akımını azaltın
Genel olarak, DC motor konfigürasyon dosyası bir başlangıç periyoduna sahip olacaktır ve ani akım normal akımın 10-12 katıdır. Tüm elektronik parçalar, son uygulamanın kablo boyutunu, baskılı devre kartı alanını ve sürücü işlevini etkilemeye devam edecek olan bu tür yüksek akımlara bir süre dayanmak için spesifikasyonları karşılamalıdır.
Röle özelliklerinin yalnızca dirençli DC yükleri için maksimum kontak değerini sağladığı doğrudur, ancak bu derecelendirme, yüksek endüktif veya kapasitif yükler tarafından büyük ölçüde azaltılacaktır.
Darbe genişlik modülasyon sinyaline sahip bir DC motoru sürerek, sınırlı bir tork altında düzgün bir motor başlangıcı elde etmek mümkündür. Kalkış akımı da azaltılacak ve motor başlatma süresini uzatacaktır. Darbe genişliği modülasyonlu bir sinyale sahip bir DC motorun sürülmesi, güç tüketimini optimize edebilir ve böylece genel ağırlığı azaltmaya elverişli olan tel boyutunu azaltabilir.
Hızlı çıkış anahtarlaması gerektiren sistemlerde röleler kullanıma uygun değildir Anahtarlama süresi, mekanik ucun hareketiyle, genellikle 5 milisaniye (ms) ile 15 milisaniye arasında sınırlı olacaktır. Ek olarak, mikro denetleyici (MCU) gereksiz etkileşimli iletim olaylarını önlemek için uygun mantık koruması oluşturmalıdır.
VIPower M0-7 H-bridge serisi ürünler hızlı bir anahtarlama süresi (genellikle 1 mikrosaniye) ve 20 KHz'e kadar anahtarlama frekansı garanti eder. Anahtarlama profili, elektromanyetik paraziti ve anahtarlama kaybını optimize etmek için özel olarak tasarlanmıştır. Ek olarak, bu çip dinamik ve statik çapraz iletim sorunlarını önlemek için özel koruma işlevleri de içerir. Bu nedenle, VNH7 serisi, sistem performansını optimize etmek için özel olarak tasarlanmıştır.
VIPower M0-7 serisi H köprüsü, DC motor kontrolü için kullanılır
VIPower M0-7 H köprü serisi, pazarın gelişmiş güvenilirlik, sistem verimliliği ve lüks talebini karşılayabilen, araçlar için DC motorları sürmek için doğal bir seçenek olarak kabul edilebilir. Hibrit modu sayesinde, M0-7 H-köprü serisi, mantık fonksiyonlarını ve güç yapılarını tek bir pakette entegre ederek tam entegre ve korumalı devrelerden oluşan eksiksiz bir ürün portföyü sağlayabilir. Durumda farklı dirençler sağlayabildiğinden (8 m ila 100 m) ve güç paketi küçük olduğundan, bu ürün serisi, çeşitli yük durumlarını (en uç noktadan) kapsayan esnek sürüş ve kontrol işlevleri sağlayabilir. 200W kadar düşük).
Düşük ve orta güç bileşenleri, tüm mantık işlevlerini ve yüksek taraf ve düşük taraf güçlü metal oksit yarı iletken (MOS) dahil olmak üzere eksiksiz bir güç aşamasını entegre etse de, VNHD7008AY ve VNHD7012AY gibi yüksek güç Bileşenler, yüksek taraf güçlü MOS ve alçak taraf kapı sürücüleri dahil olmak üzere farklı mimariler kullanır. Bu nedenle, H köprüsü mimarisini tamamlamak için harici bir düşük-taraf güçlü MOS (STMicroelectronics'ten STL76DN4LF7AG önerilir) olmalıdır.
20-kHz darbe genişlik modülasyonu hız kontrolü artı teşhis mekanizması, yukarıdaki ürünleri üst düzey otomotiv uygulamaları için en uygun hale getirir. Bekleme modunda güç tüketimi 3 mikroamper (A) 'ya kadar düşüktür ve dönüşüm süresi boyunca anahtarlama profili de optimize edilmiştir Devre kartındaki elektronik bileşenlerin sayısını artıracak olsa da modül güç tüketimini düşük tutabilir.
Gelişmiş teşhislerin (VCC voltajının tespiti, kasa sıcaklığı ve akım yükü) ve koruma fonksiyonlarının (aşırı gerilim, kısa devre, yüksek sıcaklık ve çapraz iletkenlik koruması) entegrasyonu sayesinde, güç seviyesi ve yük, nihai verimlilik sistemini etkilemeden aynı anda korunabilir. Cihazın her zaman güvenli bir çalışma alanında çalışabileceğinden emin olun. Ek olarak, kapalı durum teşhis fonksiyonu sayesinde, açıldığında olası hasarı önlemek için bekleme durumu sırasında motor durumu izlenebilir.
VIPower M0-7'nin akıllı güç anahtarlama işlevi ile karoseri kontrol modülündeki H köprü sürücüsünü birleştirmek güç tüketimini, baskılı devre kartı alanını ve kablolama gereksinimlerinden tasarruf sağlayabilir. Gerçek sonuç, sistem güvenilirliğinde bir artış olacak ve her arabanın ağırlığı 50 kg'a kadar azaltabileceği tahmin ediliyor ki bu, içten yanmalı motorlu (ICE) araçlardan karbondioksit emisyonlarının azaltılması da dahil olmak üzere kirlilik üzerinde olumlu bir etkiye sahip olacak (tahmini 3,5 g'ye kadar) / km), batarya optimizasyonu ve saf elektrikli araçların (BEV) otomatik sürüş derecesi de iyileştirilebilir.
