Esta nota de aplicación describe un microcontrolador Z16FMC utilizado para controlar un motor BLDC trifásico sin escobillas en modo de modulación PWM sinusoidal. Aprenda a implementar modulación PWM sinusoidal y sincronización de ángulo de fase con retroalimentación del sensor Hall.
característica
Las características de ahorro de energía en este código de aplicación Z16FMC incluyen:
- Arranque suave del motor debido a la corriente de arranque reducida
- 3 Modulación PWM de onda sinusoidal de retroalimentación del sensor Hall
- Protección contra sobrecorriente basada en microcontrolador
- Velocidad y corriente ajustables (frecuencia y magnitud de onda sinusoidal)
- Control seleccionable de la dirección del motor
- Interfaz UART para control de PC
- LED para indicar la actividad del motor
- LED para indicar control UART
- LED para indicar condiciones de falla
La figura 1 muestra un diagrama de bloques de la arquitectura del microcontrolador Z16FMC.
discusión
Los microcontroladores flash de la serie Z16FMC en los que se concibió este controlador PWM sinusoidal se basan en el núcleo de CPU ZNEO avanzado de 16 bits de Zilog. Las CPU ZNEO establecen el estándar de rendimiento y eficiencia con un rendimiento de hasta 20 MIPS a 20 MHz. Admite un ancho de bus interno de 16 bits y proporciona una ejecución de instrucciones de casi un ciclo.
La CPU puede acceder a hasta 128 KB de memoria flash interna de 16 bits a la vez, lo que aumenta el rendimiento del procesador. Hasta 4 KB de RAM interna proporcionan almacenamiento para datos, variables y operaciones de pila.
La operación sinusoidal PWM tiene varias ventajas sobre el enfoque de accionamiento de motor PMSM de conmutación en bloque. En comparación, el esquema de conmutación en bloque provoca transiciones de corriente bruscas a través de las bobinas del motor PMSM, esencialmente activando y desactivando los devanados de fase del motor entre conmutaciones. El método sinusoidal PWM no crea estas transiciones de corriente bruscas a través de las bobinas del motor porque las corrientes y los voltajes de fase son de naturaleza sinusoidal. Sin embargo, los motores que funcionan en un esquema PWM sinusoidal generalmente funcionan con eficiencias más altas que los motores conmutados por bloque.
Marca de tiempo de control de velocidad
Puede usar la función de captura del temporizador de 16 bits para obtener la marca de tiempo del período de tiempo eléctrico del sensor Hall. Una vez que se alcanza una condición de sala predefinida, se lee un temporizador que funciona de forma asíncrona y su valor se compara con un valor de referencia de velocidad calculado mediante el control de bucle cerrado PI.
amplificador operacional integrado
Los controladores de electrodomésticos casi siempre monitorean la velocidad del motor detectando la corriente a través de los devanados del motor usando técnicas con sensores y sin sensores en combinación con ADC. Las instancias de muestreo del ADC generalmente se sincronizan con la MCU. Este proceso a menudo utiliza un amplificador operacional externo para convertir la señal de corriente en una señal de voltaje. Luego, el ADC muestrea la señal de voltaje y envía el resultado al procesador. Luego, el procesador sintetiza la salida PWM para controlar la velocidad del motor. Para la familia de microcontroladores Z16FMC, un amplificador operacional integrado en el chip elimina la necesidad de componentes externos, lo que reduce el costo total del sistema.
Temporizador PWM multicanal
Cada MCU Z16FMC cuenta con un módulo PWM flexible con 3 pares complementarios (o 6 salidas PWM independientes) que admiten operación de banda muerta y entradas de disparo protegidas contra fallas. Estas características brindan capacidades de control multifásico para varios tipos de motores y apagan inmediatamente los pines PWM durante condiciones de falla para garantizar la operación segura del motor.