Esta nota de aplicación describe el microcontrolador Z16FMC utilizado como controlador de CC sin escobillas con sensor Hall trifásico. Este microcontrolador presenta una matriz de aplicaciones integrada en el chip con un kit de desarrollo de múltiples motores que no solo proporciona un control de fallas rápido y preciso, sino también una alta eficiencia del sistema y un fácil desarrollo de firmware para aplicaciones personalizadas.
diseño de hardware
Este diseño hace funcionar el motor BLDC en bucle cerrado o abierto y establece la velocidad con un potenciómetro. Como se muestra en el diagrama de arquitectura, este diseño genera voltajes PWM a través del módulo PWM del microcontrolador Z16FMC para hacer funcionar un motor BLDC. El estado de los tres sensores Hall cambia según la posición del rotor mientras el monitor está funcionando. Dependiendo del estado del sensor, el voltaje de cada una de las tres fases se conmuta (conmutación). El sensor Hall interrumpe un tic del temporizador de captura cada 60 grados para medir la velocidad del rotor del motor. Se pueden utilizar otras funciones periféricas para proteger el sistema en caso de sobrecarga de corriente, subtensión o sobretensión y sobrecalentamiento. El hardware se describe en la siguiente sección.
- MOSFET puente trifásico
Un MOSFET de puente trifásico consta de seis MOSFET conectados en forma de puente que se utilizan para impulsar las tres fases de un motor BLDC. El bus de CC se mantiene a 24 V, la misma tensión nominal que el motor BLDC. Se utilizan controladores de compuerta Hi-Lo separados para cada par de fase MOSFET de lado alto y lado bajo, lo que hace que el diseño del hardware sea más simple y más robusto. La carga del condensador de arranque impulsa el MOSFET de lado alto. El uso de un divisor de voltaje para reducir al valor adecuado monitorea el voltaje del bus de CC y la colocación de una derivación en la ruta de retorno de CC monitorea la corriente del bus de CC. Un sensor de temperatura tipo NTC proporciona una salida de voltaje analógico proporcional a la temperatura.
El microcontrolador Z16FMC contiene un módulo PWM de 12 bits y 6 canales configurado para operar en modo complementario para esta aplicación. La frecuencia de conmutación se establece en 20 kHz. La salida PWM se controla de acuerdo con la entrada del sensor Hall. La entrada de los sensores Hall determina la secuencia de conmutación de los MOSFET de puente trifásico. El ciclo de trabajo de PWM es directamente proporcional a la entrada del potenciómetro del acelerador. La variación del ciclo de trabajo controla la corriente a través de los devanados del motor, que a su vez controla el par motor.
Los sensores Hall están conectados a los puertos PD3, PD4 y PD5 del microcontrolador Z16FMC. Se genera una interrupción cuando cambia el estado de entrada de cualquier pin. La rutina de servicio de interrupción verifica el estado de los tres pines y cambia los voltajes trifásicos del motor en consecuencia. La rectificación trapezoidal se usa en esta aplicación para facilitar la implementación. En este proceso de conmutación, cualquiera de las dos fases se conecta al bus de CC al encender el MOSFET superior de una fase y el MOSFET inferior de otra fase. La tercera fase no está energizada (los MOSFET superiores e inferiores de esa fase están apagados).
Uno de los tres sensores Hall se usa para capturar los ticks del Timer0 que representan el período Hall real para los cálculos de ciclo cerrado.
Implementación de software
Durante la implementación del software, se realizan las siguientes acciones: Inicialización Los módulos de hardware se inicializan para las siguientes funciones:
- Cambio de oscilador interno a externo para el funcionamiento del sistema
- Habilite funciones alternativas en los pines ADC, Comparator y UART para controlar los LED
- Configure Timer0 para operar en modo continuo para capturar el tiempo del período de la sala.
- Configure el comparador para apagar el módulo PWM cuando ocurra una sobrecorriente
- Habilite el amplificador operacional y mida la corriente del bus de CC que fluye a través del motor.
- Configure el ADC para leer valores analógicos como voltaje de bus de CC, corriente, temperatura, potenciómetro de aceleración (solo un canal a la vez).
- Establece el módulo PWM en modos de funcionamiento individuales con una frecuencia de conmutación de 20 kHz, controla la salida de acuerdo con el valor en el registro PWMOUT y conduce PWMOUT a su estado de apagado bajo predeterminado durante el reinicio de encendido y cualquier reinicio.
interrumpir
Una interrupción del puerto D controla la conmutación. La salida del sensor Hall se lee en los pines PD3:5 y el software realiza una operación de filtrado para determinar la secuencia de conmutación de los MOSFET. Una interrupción del temporizador PWM se usa para cronometrar tareas periódicas, un bucle de fondo lee valores analógicos de diferentes canales, promedia estos valores, actualiza el estado de los indicadores LED, se usa para actualizar los parámetros de lectura.