Proč stále používáte relé k řízení motoru auta?
S příchodem menších a inteligentnějších integrovaných obvodů (IC) v automobilových elektrických systémech je čas začít se podívat na "slona" v místnosti: proč stále používáme relé pro ovládání střešních oken, výtahů, elektrických zámků a zadních Výtahy zavazadel, paměťové sedačky, kompresory a různé čerpadla na autě? Přestože jsou relé cenově dostupné a snadno navržené, jejich funkčnost je poněkud těžkopádná pro moderní motorové aplikace kvůli jejich omezenému životu a velké velikosti. Pro tiché, malé a bezpečné řešení jsou integrované obvody polovodičové jednotky nejlepší volbou pro aplikace pro řízení motorových motorů.
Velikost řešení
Porovnejme tato dvě řešení. Obrázek 1 ukazuje typické řešení relé se stejným jmenovitým napětím a proudem a ekvivalentním řešením v pevném stavu.
Pouze pro velikost řešení, polovodičové čtvercové jednotky s plochým vedením (QFN) o průměru 8 mm x 8 mm a dva N-kanálové MOSFET s dvojitým obalem představují přibližně jednu třetinu plochy desky reléového řešení. Při pohledu na osu z je celé řešení v pevné fázi přibližně 0,9 mm nebo 0,035 palce vysoké. Chcete-li vytvořit desku s plošnými spoji (PCB) řidiče motoru, která se hodí právě na zadní straně skříně motoru, řešení TI v pevné fázi jsou pro tuto aplikaci ideální.
Kromě velikosti obsahuje integrovaný ovladač pevných stavů kompletní sadu ochranných prvků, které by jinak musely být v reléovém řešení diskrétně postaveny. Mezi tyto funkce patří:
Měření proudu motoru
Pro jakýkoli typ regulace proudu vyžadují oba reléové a polovodičové systémy zkratový odpor. Řešení relé vyžaduje samostatný diskrétní obvod zesilovače pro zvýšení napětí měřeného napříč senzorovým odporem. Zvýšené napětí je pak odesláno na převodník analogově-číslicového (ADC) mikrokontroléru (MCU) tak, aby digitální logika v MCU mohla určit, kdy vypnout motor nebo omezit proud. Ovládání pevných motorů typicky integruje slabý bočný zesilovač, takže jediný diskrétní komponent, který potřebujete, je jediný rezistor s proudovým smyslem. Obrázek 2 ukazuje rozdíl mezi integrovaným obvodem pohonu motoru a topologií obvodu pro diskrétní proud.
Křivka otáček motoru
Křivky otáček motoru s relé jsou extrémně neúčinné. Návrháři mohou použít jiný rozměrový odpor umístěný v sérii s motorem nebo vícenásobným vinutím motoru s různou rychlostí pro dosažení schématu vícestupňového řízení pro elektrické okna, výtahy, střešní okna, posuvné dveře nebo čerpadla s relé. Pokud chcete zvolit jinou rychlost, obě řešení vyžadují více relé, což znamená více místa na desce a samostatné součásti.
Při řešení s pevným stavem musíte pro ovládání pohonů TI poskytnout pouze dva signály modulace šířky impulsu (PWM) z MCU pro řízení otáček motoru. Na DRV8702-Q1 a DRV8703-Q1 poskytuje TI režim PH / EN, ve kterém je na uvolňovací kolík aplikován pouze jeden PWM signál, zatímco jednoduchý logický pin s vysokou nebo nízkou fází ovládá směr motoru. Signál PWM logické úrovně je přímo přeměněn na bránu MOSFET se správným napětím, aby plně vylepšil vysoký boční nebo nízkoúrovňový MOSFET. Pomocí tohoto typu rozhraní můžete rychle navrhnout vícestupňová čerpadla, vlastní trajektorie pro posuvné skleněné střešní okna, měkké uzavřené elektrické okenice, ekonomicky stálé stěrače čelního skla nebo jakýkoli jiný typ jednoduché aplikace pro řízení pohybu motoru.
Související referenční návrh
Návrhová konstrukce modulu střešního okna malého rozměru je pevný motorový řídicí modul motoru pro aplikace světlíků a okenních výtahů. Referenční návrh TI využívá ovladač brány DRV8703-Q1 s integrovaným shuntovým zesilovačem a dvěma balíčky MOSFET s dvojitým balíčkem, které vytvářejí velmi malé uspořádání výkonových stupňů ve srovnání s typickými reléovými řešeními. Konstrukce také obsahuje dva digitální zábleskové senzory DRI5013-Q1 TI pro kódování polohy motoru.
Navrhování řídicího systému motoru pomocí pevného motorového pohonu TI pomůže snížit velikost řešení plošných spojů tím, že bude možné řídit více a více motorů ze stejného modulu. Díky vysoce integrované a jednoduché schémě řízení motorických pohonů společnosti TI mohou návrháři rychle a snadno přepracovat většinu moderních obvodů řadičů DC stejnosměrného motoru, které aktuálně používají relé.
