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                  使用旋轉變壓器的電機控制設計

                  發布時間:2022-08-11 來源:瑞薩電子 責任編輯:wenwei

                  【導讀】如今,在科技的浪潮下,機械設備的智能化發展已經成為一種必然趨勢,這使得高能效的電機控制設計面臨著嚴峻的挑戰。與此同時,隨著電子產品精細化發展趨勢顯著,能夠在體積和成本雙重受限的狀況下,還能保持長期運行且安全可靠的電機控制設計更是難上加難。


                  為了縮短客戶的研發時間,減輕客戶的研發難度,瑞薩電子推出了使用旋轉變壓器的電機控制方案,該方案提供了具有旋轉變壓器位置控制功能的步進電機設計和可選的BLDC電機設計,集成了一個帶內置旋轉變壓器的馬達、MCU、旋轉變壓器、數字轉換器、電機驅動器,以及用于電機和控制電路的電源IC,不僅具有極高的性能,而且高集成度和緊湊的設計,也可使其應用于體積受限的應用中。


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                  系統框圖


                  MCU選型


                  本方案采用了RX24T與RX651/RA6E1的雙MCU控制。其中,RX24T系列屬于32位微控制器,特別適于雙逆變器控制。其內置浮點單元(FPU),能夠輕松地對復雜的逆變器控制算法進行編程。這極大地縮短了軟件開發和整體維護所需的時間。RX24T微控制器設計確保最高的抗擾度,能夠為任何采用逆變器的設備提供高可靠性。而RX651則非常適用于需要增強安全性、連接功能和HMI功能的物聯網設備。

                  步進電機


                  本方案采用了2個全橋FET驅動器HIP4082、1個低壓差線性穩壓器RAA214220以及1個旋轉變壓器數字轉換器(RDC)IC RAA3064002/3的設計。HIP4082 H橋驅動器專門針對PWM電機控制和UPS應用。該器件的工作電壓高達80V,非常適用于中等功率水平的應用,且器件內部不包含電荷泵,但具有上層驅動電路的非鎖存電平移位轉換控制。這樣的功能和規格對于尺寸和成本有需求的應用非常友好。

                  RAA214220低壓差線性穩壓器具有2.5V–20V的寬輸入電壓范圍以及出色的線路和負載調節能力。并在內部集成了多種故障保護功能,這些特性使其適用于電池供電和USB設備。RAA3064002/3 RDC IC的作用是將來自旋轉變壓器的角度模擬信號轉換為數字信號,從而供MCU處理。


                  借助這些器件,步進電機解決方案實現了以下特點:


                  ●    通過帶有旋轉變壓器位置信息的伺服控制實現了無失步裕度,最大程度地提高電機扭矩,縮小電機尺寸,并通過減少齒輪(減速器)來降低BOM成本。


                  ●    通過減小轉矩紋波的伺服控制實現低噪音和低振動。通過減少阻尼器和縮小系統尺寸來降低BOM成本。


                  ●    通過用最小所需電流控制扭矩來減少功率消耗。通過降低電機的熱量產生來降低冷卻系統成本。


                  得益于這些性能,本方案可用于辦公自動化和工業應用的高性能電機驅動裝置,例如可用于掃描儀、多功能打印機和自動存款機。


                  BLDC電機設計


                  方案采用了RAA227063智能柵極驅動器IC和RAA3064002/3旋轉變壓器數字轉換器(RDC)IC。其中,RAA227063適用于三相無刷DC(BLDC)電機應用。它集成了三個半橋智能柵極驅動器,能夠驅動多達三個N溝道MOSFET橋,支持4.5V至60V的橋電壓。并具有可編程驅動強度控制。實現了可調和自適應死區時間,以確保魯棒性和靈活性。


                  BLDC電機解決方案是一款可用于自動引導車AGV、小型車、服務機器人和機動自行車應用的高性能電機驅動裝置,能夠實現以下優勢:

                  使用高精度位置信息和高分辨率旋轉變壓器,通過伺服控制來實現精細運動/停止控制。


                  通過提高位置分辨率和優化速度響應,來抑制旋轉不均的情況并減少造成震動的波紋。甚至可以在高速的情況下抑制震動/振動,并快速移動到目標值。


                  該旋轉變壓器由銅板或鋼板制成,無需精密零件,因此不易斷裂,并且經久耐用。在任何環境下(如熱、油、灰塵和強振動)都能保持傳感器的功能和性能。


                  使用旋轉變壓器的電機控制設計將步進電機方案和BLDC電機方案結合在一起,為客戶帶來精確控制和高電機性能的同時,最大程度地減少了客戶的研發時間。未來,瑞薩也會在此基礎上繼續研發新的產品,為電機發展貢獻力量。



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