Este artículo técnico explica por qué los diseñadores de electrodomésticos deberían considerar los circuitos integrados (CI) de sensores de efecto Hall para el control de motores. Este documento analiza algunas características de diseño clave que mejoran la eficiencia del motor, como la precisión, el tiempo de respuesta, el consumo de energía y el empaque.
prólogo
Los circuitos de control de motores en electrodomésticos como refrigeradores, lavadoras y acondicionadores de aire deben operar de manera más eficiente, confiable y segura mientras cumplen con los requisitos de costos. Con el creciente interés en la eficiencia energética, los fabricantes de productos electrónicos de consumo deberían considerar los circuitos integrados de sensores de corriente de efecto Hall para el control de motores.
Ya sea que se usen en aplicaciones de lado alto (cerca del potencial de suministro) o de lado bajo (cerca del potencial de tierra), estos dispositivos de detección de corriente mejoran directamente la eficiencia del motor. Estos circuitos integrados de sensor de efecto Hall se utilizan para determinar cuándo aplicar corriente a las bobinas del motor para controlar el motor de la manera más eficiente posible. Un IC convierte el campo magnético producido por la corriente que fluye a través de los conductores incrustados en el paquete IC en un voltaje que es directamente proporcional a esta corriente.
Junto con la detección de corriente, existen numerosas técnicas de control o algoritmos que se utilizan para controlar motores. Aquí es donde entran en juego la precisión y el tiempo de respuesta de los circuitos integrados de sensores de efecto Hall. En general, cuanto más preciso y rápido sea el IC del sensor de corriente, mejor podrá controlar el motor, lo que conducirá a un diseño más eficiente. La mayor eficiencia se traduce en el potencial de motores más pequeños como resultado de una mayor potencia de salida y una menor disipación de calor. Esto puede eliminar la necesidad de dispositivos de enfriamiento y disipadores de calor dentro del motor.
Cada aplicación de electrodoméstico es diferente y se ve afectada por una tecnología o algoritmo de control de motor específico y un tipo de motor. Por lo tanto, los diseñadores deben hacer coincidir el IC de sensor de efecto Hall correcto con su aplicación mediante la evaluación de varias características de diseño clave que mejoran la eficiencia del motor. Estas características incluyen precisión, tiempo de respuesta, consumo de energía y empaque. El aislamiento de voltaje es otro criterio importante para aplicaciones de lado alto. Veremos cada una de estas especificaciones individualmente.
La precisión afecta el par motor
Los fabricantes de productos electrónicos de consumo que diseñan para una alta eficiencia energética en configuraciones de detección de lado alto o bajo necesitan circuitos integrados de sensor de corriente para detectar con precisión la corriente del motor y controlar la sincronización y la dirección del motor. Una mayor precisión se traduce directamente en un mejor y más estricto control del motor.
Por ejemplo, un motor trifásico requiere que las tres fases se cambien simultáneamente para lograr la máxima eficiencia. Para operar el motor con la máxima eficiencia, el motor debe controlarse con precisión, lo que requiere un sensor de corriente de alta precisión. La conmutación debe estar lo más cerca posible del punto de corriente cero para evitar pérdidas de potencia de conmutación inductiva y picos de tensión. El transistor de conmutación requiere un tiempo muerto, por lo que la conmutación lleva mucho tiempo y nunca llega a un punto de corriente perfectamente cero.
Allegro ofrece circuitos integrados de sensor de corriente de efecto Hall innovadores que integran un conductor portador de corriente y un circuito integrado de sensor Hall en un solo paquete de circuito integrado. Esto mejora la precisión del IC al colocar el conductor cerca del IC del sensor Hall, lo que maximiza la fuerza del campo magnético. Algunos ejemplos incluyen ACS710, ACS711, ACS712 y ACS758.
Allegro programa estos dispositivos monolíticos internamente para compensar las compensaciones y sensibilidades sobre la temperatura, mejorando aún más la precisión y la confiabilidad del sistema. Una buena detección de corriente cero ayuda a proteger los dispositivos de conmutación de energía, como MOSFET e IGBT, contra daños. Esto se debe a que el alto voltaje y la corriente del diodo del cuerpo se detectan cuando se conmuta una carga inductiva mientras se transporta corriente.
Efecto de la eficiencia del tiempo de respuesta
En aplicaciones de motores trifásicos, si no se optimiza el tiempo de conmutación del motor, el motor no alcanzará el par máximo y se reducirá la eficiencia del sistema y del motor. Un IC de sensor de corriente que proporciona un tiempo de respuesta de salida rápido reduce los retrasos en el bucle de control, permite un control del motor más preciso y mejora la eficiencia de conmutación del motor.
Por ejemplo, los circuitos integrados de sensor de corriente de efecto Hall de Allegro tienen un tiempo de respuesta de 4 a 6 microsegundos. Para la detección del lado bajo, por ejemplo, el ACS711 ofrece un tiempo de respuesta de 4,6 microsegundos y proporciona una salida de falla rápida de menos de 2 microsegundos, lo que ayuda a evitar daños a los IGBT u otros dispositivos de conmutación durante condiciones de cortocircuito o sobrecorriente. También se puede utilizar como función de fallo redundante para el control de motores.