Проект, рассмотренный в статье, выполнен на микросхеме STK984-090A компании ON Semiconductor, которая представляет собой интегральный инвертор с номинальным током 20 А и напряжением питания до 40 В (Рисунок 1). Микросхема была разработана для управления 3-фазными бесколлекторными электродвигателями постоянного тока (Brushless DC Motors, BLDC) и синхронными электродвигателями с постоянными магнитами (permanent-magnet synchronous motors, PMSM).
 |
|
| Рисунок 1. | Модуль драйвера 3-фазного бесколлекторного электродвигателя на STK984-090A. |
Модуль может использоваться в качестве выходного драйвера, который включает в себя силовой каскад и схему измерения тока, разъем с сигналами интерфейса управления (сигналы управления, контроля, обратная связь по току) для подключения к плате Arduino или микроконтроллеру (МК). Винтовые разъемы предназначены для подключения электродвигателя и источника питания.
Принципиальная схема модуля изображена на Рисунке 2. Микросхема INA168 представляет собой токовый монитор с аналоговым выходом, другими словами, это датчик тока, который измеряет ток на резистивном шунте встроенного в интегральный инвертор STK984-090A. Напряжение с выхода датчика тока может подаваться на аналоговый вход Arduino (или на вход АЦП МК) для измерения тока, протекающего через силовые MOSFET интегрального драйвера.
 |
|
| Рисунок 2. | Принципиальная схема модуля драйвера 3-фазного бесколлекторного электродвигателя на STK984-090A. |
Регулятор напряжения серии LM317 обеспечивает выходное напряжение +5 В для питания датчика тока и логических схем интегрального драйвера. Светодиод D1 свидетельствует о подаче питания на модуль. Максимальная частота ШИМ сигнала 20 кГц, коэффициент заполнения в диапазоне 10% - 90% или 100%.
В состав интегрального инвертора STK984-090A входят драйверы затворов, 6 силовых MOSFET и резистивный шунт в силовой части. Силовые транзисторы включены в схему 3-фазного моста с общим истоком в нижнем плече. Силовой каскад снабжен схемами защиты, включая защиту от сквозной проводимости (сквозных токов), функцию внешнего отключения и блокировку при пониженном напряжении. Кроме того, интегрированы зарядовый насос, обеспечивающий стабильную работу драйвера при пониженном напряжении питания, защита от перегрузки по току для верхнего и нижнего плеча, схема отключения при перегреве, схема отключения при повышенном и пониженном напряжении, резистивный шунт в верхнем плече для внешнего контроля тока.
Обратная связь по току
Микросхема INA168 преобразует дифференциальное входное напряжение в токовый выход. Этот ток преобразуется обратно в напряжение с помощью внешнего нагрузочного резистора, который устанавливает коэффициент усиления в диапазоне 1 – 100. Выходное напряжение цепи обратной связи по току рассчитывается по формуле:
V = Is × Rs× RL/5 кОм;
где Is – ток шунта, Rs – сопротивление шунта (3 мОм – сопротивление встроенного в STK984-090A резистивного шунта), RL – сопротивление нагрузочного резистора.
Токовый выход INA168 преобразуется в напряжение на нагрузочном резисторе R1 (RX). Значение выходного тока остается точным во всем диапазоне соответствующего напряжения выходного каскада. Напряжение на шунте и синфазное напряжение на входе, а также напряжение питания токового монитора ограничивают максимально возможный выходной сигнал. Нагрузочный резистор подбирается по таблице в спецификации на INA168. Максимальное выходное напряжение (Vout max) ограничено уровнем:
Vout max = VIN- -0.5 В
В соответствии со спецификацией на STK984-090A, резисторы R12 – R17 и конденсаторы С7-С12 образуют RC фильтры и применяются опционально; рекомендуются в случае работы системы в шумной среде. При работе микросхемы на пиковых нагрузках необходима установка охлаждающего радиатора.
Разработанная печатная плата модуля является двухсторонней, что позволило минимизировать размеры модуля. Расположение элементов на плате и подключение сигналов управления и контроля изображено на Рисунке 3. Вид платы со стороны установки интегрального драйвера изображен на Рисунке 4. Список и номиналы примененных компонентов приведен в Таблице 1.
Дополнительная информация по интегральному драйверу STK984-090A, в том числе таблицы состояний для режимов работы драйвера, доступны в спецификации.
 |
|
| Рисунок 3. | Расположение элементов на плате модуля и подключение сигналов управления. |
 |
|
| Рисунок 4. | Вид печатной платы модуля со стороны установки интегрального драйвера STK984-090A. |
| Таблица 1. Список примененных компонентов. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Купить STK984-090A на РадиоЛоцман.Цены
