Weitere Informationen über die breite Auswahl an Motorsteuerungs-Treibern der Toshiba America Electronics Corporation (TAEC).
Die MCD-Palette von Toshiba für ein breites Anwendungsspektrum
Ob Sie diesen Artikel im Büro, in Ihrem Lieblingscafé oder im Wohnzimmer lesen – wahrscheinlich arbeitet in Ihrer unmittelbaren Nähe ein Motor, der die Festplatte Ihres Computers dreht, diesen Artikel druckt, Kaffeebohnen mahlt, heißes Wasser für Ihren Espresso pumpt, Luft umwälzt oder den Vibrationsalarm ihres Smartphones auslöst. Und das ist natürlich nur ein geringer Bruchteil von dem, was Motoren tagtäglich für uns leisten.
In einem breiten Anwendungsspektrum, darunter Verbraucherelektronik, Haushaltsgeräte, Computer und Peripheriegeräte, Medizingeräte und Automobilbau, werden Motoren eingesetzt, wenn kontinuierliche Bewegung oder präzise Positionierung erforderlich ist.
Je nach Projektanforderungen und Kostenaspekten entscheiden Sie sich bei Konstruktionen mit geringer Leistungsaufnahme meist für einen von drei Motortypen – Gleichstrom-Bürstenmotoren (BDC), bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) oder Schrittmotoren. Und je nach Motor benötigen Sie angemessene Motorsteuerungstreiber (MCDs), um den Motor ein- und auszuschalten, Drehzahl und Drehmoment zu regeln, und hohe Effizienz zu erzielen.
DC-Motoren mit Bürsten
DC-Motoren mit Bürsten stellen den einfachsten der drei Motortypen dar, und wir kennen ihn alle aus der Schule. Da sich Wicklungen am Rotor oder Anker und Permanentmagneten oder Feldwicklungen am Stator befinden, benötigen diese Motoren Gleichrichter und Bürsten, um die Polarität der Wicklung während der Drehung zu ändern, damit sich ein kontinuierlicher Drehmoment in eine Richtung entwickeln kann. Da diese Motoren relativ einfach herzustellen und zu steuern sind, sind sie im Allgemeinen günstiger. Neben der Nutzung in Spielzeugen und anderen kostensensiblen Anwendungen werden sie auch in Haushaltsgeräten wie elektrischen Jalousien und Schlössern verwendet.
Die Regelung von BDCs ist relativ einfach – bei einer Änderung der durchschnittlichen Motorspannung ändert sich auch die Drehzahl – und kann über eine H-Brücke und einen Mikrocontroller erfolgen; die Auswahl der Treiber-ICs muss jedoch sorgfältig überdacht werden.
Dies wird durch den breiten Betriebsspannungsbereich des TB67H450FNG,EL der Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation (TDSC) vereinfacht. Die Betriebsspannung reicht von 4,5 V bis 44 V für größere Geräte (weniger als 3,5 A) wie Büro-Automatisierungsgeräte, Geldautomaten, Haushaltsgeräte einschließlich akkubetriebener Produkte wie Staubsaugerroboter, elektronische Schlösser, kleine Roboter und Geräte mit 5 V-USB-Stromversorgung. Der Treiber zieht im Standby-Modus nur 1 μA und ist im kompakten, oberflächenmontierten 8-Pin HSOP8-Paket erhältlich.
Wenn Sie eine niedrigere Betriebsspannung und einen höheren Strom wünschen, können Sie den TC78H653FTG,EL verwenden; einen Dual-H-Brücken-Treiber-IC, der einen Betriebsspannungsbereich von 1,8 V bis 7,0 V und zwei Strommodi bietet – einen Kleinstrommodus mit 2,0 A DC und einer 2,5 A DC Spitze (weniger als 10 ms) mit zwei Kanälen und einen Großstrommodus mit 4,0 A DC und 5,0 A DC Spitze mit einem kombinierten Kanal. Durch den geringen Einschaltwiderstand fließt mehr Strom durch den Motor, was ein höheres Drehmoment ermöglicht. Wenn Ihr Projekt Mobilgeräte wie Kameras und tragbare Geräte mit 3,7 V Lithium-Ionen-Akkus oder Haushaltsgeräte wie Gasstellgeräte, intelligente Stromzähler, elektronische Schlösser oder andere Anwendungen mit zwei 1,5 V Trockenbatterien umfasst, eignen sich die Eigenschaften dieses Treibers hervorragend zur Verwendung in der Konstruktion.
TDSC bietet weitere Geräte für BDC-Motoren an; einige dieser Geräte sind mit gebräuchlichen Bürstenmotortreibern pin-kompatibel, sodass Ingenieure Teile mit nur minimaler oder keiner Änderung des Designs austauschen können, um sich ändernde Marktanforderungen zu erfüllen.
Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC)
BLDC-Motoren sind mechanisch einfacher als Bürstenmotoren. Üblicherweise befinden sich die Permanentmagneten auf dem Rotor, die Wicklungen auf dem Stator. Bei BLDCs entfällt die laute, funkenschlagende, Drehmoment-begrenzende mechanische Kommutierung, und höhere Drehzahlen und Drehmomente sind möglich. Hier ist jedoch eine präzise Steuerung erforderlich, um die höhere Effizienz zu erzielen, die bei Anwendungen von Computerlüftern bis hin zu Servo-Mechanismen in Industrieanlagen möglich ist.
Eine Regelung der Polarität, der Stärke des durch die Spulen fließenden Stroms und dessen Synchronisierung mit dem Rotor lässt sich durch Messung der Magnetposition mit Halleffektgebern oder, bei sensorlosen BLDCs, durch Erfassung des Nulldurchgangs der gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-EMF) erzielen, wobei diese Daten zurück an die Motortreiber geleitet werden. Es sind jedoch wiederholte Justierungen der Phasenunterschiede zwischen Motorspannung und Motorstrom im Drehzahlbereich erforderlich, um optimale Effizienzeigenschaften zu erreichen. Aufgrund von Induktanz bei hohen Frequenzen besteht jedoch eine Tendenz zu Stromverzögerungen bei Motoren mit hoher Drehzahl.
Die firmeneigene InPAC-Technologie (Intelligent Phase Control) von TDSC gestaltet die BLDC-Motorsteuerung einfacher und präziser. Sie vergleicht die Phase des Motorstroms mit der Phase der Motorspannung vom Hall-Signal und leitet das Ergebnis an die Motorstrom-Steuerung weiter. Die Anpassung der Phasenunterschiede zwischen Motorspannung und Motorstrom lässt sich durch eine einfache Anfangseinstellung automatisch über ein breites Spektrum an Motordrehzahlen hinweg erreichen. Dies reduziert den Entwicklungsaufwand der Ingenieure erheblich.
TDSC bietet vier neue dreiphasige BLDC-Motorsteuerungen an, die diese Technologie verwenden: Die Steuerungsteile TC78B041FNG,EL in einem SSOP30-Paket, den TC78B042FTG in einem VQFN32-Paket, den vollständig integrierten Treiber TC78B016FTG und die Steuerung mit integriertem Gate-Treiber TC78B027FTG. Die MCDs verwenden ein Sinuswellen-Treibersystem und erzielen so eine glatte Strom-Wellenform, um Geräusche und Vibration bei Motoren mit hoher Drehzahl bei Anwendungen wie Klimaanlagen, Gebläsen, Luftreinigern, Pumpen und Industrieanlagen zu reduzieren.
TDSC bietet zudem MCDs für sensorlosen Betrieb an, wenn Ihr Projekt sensorlose BLDCS zur Reduzierung der Motorkosten erlaubt. Bei dem TB67B001FTG,EL handelt es sich um einen dreiphasigen Pulsbreitenmodulation-Choppertreiber (PWM), der die Motordrehzahl über Änderung des PWM-Lastzyklus regelt. Mit einem maximalen Ausgangsstrom von 3 A und maximalen Stromversorgung von 25 V bietet das Gerät überlappende Kommutierung bei 120°, 135° und 150°, auswählbares weiches Schalten, anpassbare Starteinstellungen, Überstromschutz, thermische Überlastsicherung und Unterspannungsabschaltung. Der TC78B009FTG ist eine neue Steuerung mit integriertem Gate-Treiber-Teil und bietet Konstrukteuren die erforderliche Flexibilität, um angemessene Power-Stage-MOSFETs für Anwendungen auszulegen. TC78B009FTG wird aktuell geprüft und wird voraussichtlich ab Q1 2020 produziert.
Schrittmotoren
Der dritte Motortyp ist der Schrittmotor. Er wird bei Konstruktionen verwendet, die präzise Drehbewegungen erfordern, wie Desktopdrucker, 3D-Drucker, Sicherheitskameras, Kameraobjektive, medizinische Scanner, intelligente Beleuchtung und CNC-Fräsmaschinen.
Schrittmotoren lassen sich durch Regelung der Impulsbreite, des Lastzyklus oder der Periode der Eingangsimpulse steuern. Die Herausforderung bei der Schrittmotor-Regelung liegt in der Vermeidung eines Absterbens, da Motoren oder Elektronik durchbrennen können – Tritt während einer Überlast oder bei einer schnellen Drehzahländerung die Synchronisierung verloren, stirbt der Motor ab, während der Treiber weiterhin mit voller Kraft leitet. Daher müssen Sie genügend Stromreserve bereitstellen, um plötzliche starke Drehmoment-Änderungen zu verhindern. Der Kompromiss hierbei ist jedoch eine geringere Effizienz und gesteigerte Wärmeerzeugung.
Der zusätzliche Strom kann reduziert werden, um diesen Kompromiss zu vermeiden. Hierzu kann eine Stromanpassung über Echtzeit-Überwachung des Drehmoments und Strom-Feedback über zusätzliche Sensoren und Mikrocontroller genutzt werden; dies steigert jedoch Komplexität und Kosten.
Die aktive Verstärkungssteuerung (Active Gain Control, AGC) von TDSC geht dieses Problem über eine automatische Optimierung des Motorstroms je nach erforderlichem Drehmoment an. Dies verhindert ein Absterben des Motors und bietet optimale Kontrolle, um höchste Effizienz und geringste Wärmeerzeugung zu ermöglichen.
Das Teil TB67S128FTG,EL des Unternehmens, ein doppelpoliger Schrittmotor-Treiber, die statt 32 herkömmlichen Schritten eine Steuerung mit 128 extrem glatten Mikroschritten (pro Viertelzyklus) bietet, nutzt die AGC-Technologie. Die Nennleistung von 50 V/5 A bietet eine leistungsstarke Steuerung für diverse Anwendungen, darunter 3D-Drucker, Überwachungskameras, Geldautomaten und OA-Ausrüstung.
Zudem verwendet der TB67S128FTG die ADMD-Technologie (Advanced Dynamic Mixed Decay) des Unternehmens, die den induktiven Motorstrom effektiver und schneller entlädt als herkömmliche kombinierte Absenkung. ADMD kann einen üblicherweise langsamen Schrittmotor an seine Grenzen bringen, ohne Schritte zu verpassen. Das Teil nutzt zudem die ACDS-Technologie (Advanced Current Detect System) von TDSC, um die Strombegrenzung ohne externe, stromerfassende Widerstände zu erfassen, was wiederum den Platzbedarf, die Teileanzahl und die Stücklisten-Kosten reduziert.
Eine Steuerung für die gesamte Motorregelung
TDSC vereinfacht die MCD-Auswahl, da das Unternehmen alle Motortypen und ein breites Spektrum an Spannungs- und Leistungsanforderungen abdeckt. Das breite Spektrum an Motortreibern des Unternehmens deckt ein ebenso breites Anwendungsspektrum ab, darunter Haushaltsgeräte, Industrieausrüstung, Bürogeräte und Computer-Peripherie. Zudem stehen zahlreiche Pakete zur Verfügung, darunter HSIP, HZIP, WQFN EP, HSOP und VQFN EP, von denen viele pin-kompatibel sind.
Auf Arrow.com können Sie ein TDSC MCD auswählen, die Ihre Designanforderungen optimal erfüllt.
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