Perché stai ancora utilizzando un relè per guidare un motore di un'auto?
Con l'avvento di circuiti integrati (IC) più piccoli e intelligenti nei sistemi elettrici automobilistici, è ora di iniziare a guardare l'elefante nella stanza: perché usiamo ancora i relè per controllare i tettucci apribili, i finestrini, le serrature elettriche e il posteriore Sollevatori di copribagagli, sedili memory, compressori e varie pompe sull'auto? Sebbene i relè siano economici e facili da progettare, la loro funzionalità è alquanto ingombrante per le moderne applicazioni motorie a causa della loro durata limitata e di grandi dimensioni. Per una soluzione silenziosa, piccola e sicura, i circuiti integrati a stato solido sono la scelta migliore per le applicazioni di controllo motore automobilistico.
Dimensione della soluzione
Confrontiamo le due soluzioni. La Figura 1 mostra una tipica soluzione a relè con la stessa tensione e corrente nominale e una soluzione equivalente a stato solido.
Solo per le dimensioni della soluzione, i MOSFET a canale N da 8 mm x 8 mm quadripolare a stato solido (QFN) a stato solido rappresentano circa un terzo dell'area della scheda della soluzione relè. Guardando l'asse z, l'intera soluzione a stato solido è di circa 0,9 mm, o 0,035 pollici di altezza. Se si desidera costruire un circuito stampato (PCB) del driver motore che si adatti esattamente sul retro dell'alloggiamento del motore, le soluzioni a stato solido di TI sono perfette per questa applicazione.
Oltre alle dimensioni, il driver gate a stato solido integra un set completo di funzioni di protezione che altrimenti devono essere costruite in modo discreto nella soluzione relè. Queste funzionalità includono:
Misura della corrente del motore
Per qualsiasi tipo di regolazione della corrente, entrambi i sistemi a relè e allo stato solido richiedono un resistore di shunt. La soluzione relè richiede un circuito amplificatore separato separato per aumentare la tensione misurata attraverso il resistore di rilevamento. L'aumento della tensione viene quindi inviato a un convertitore analogico-digitale (ADC) del microcontrollore (MCU) in modo che la logica digitale nell'MCU possa determinare quando spegnere il motore o limitare la corrente. Ma i drive a stato solido generalmente integrano un amplificatore shunt low-side, quindi l'unico componente discreto di cui hai bisogno è un singolo resistore a rilevamento di corrente. La Figura 2 mostra la differenza tra l'IC del motore integrato e la topologia del circuito di misura della corrente discreta.
Curva della velocità del motore
Le curve di velocità del motore con relè sono estremamente inefficienti. I progettisti possono utilizzare una resistenza di dimensioni diverse posizionata in serie con il motore o un motore a più avvolgimenti con velocità diverse per ottenere uno schema di controllo a più velocità per alzacristalli elettrici, cancelli di sollevamento, tettucci apribili, porte scorrevoli o pompe con relè. Se si desidera scegliere una velocità diversa, entrambe le soluzioni richiedono più relè, il che significa più spazio sulla scheda e componenti discreti.
Con una soluzione a stato solido, è necessario fornire solo due segnali PWM (PWM) di modulazione di ampiezza dell'impulso dall'MCU per i conducenti del motore TI per controllare la velocità del motore. Sul DRV8702-Q1 e DRV8703-Q1, TI fornisce una modalità PH / EN in cui solo un segnale PWM viene applicato al pin di abilitazione, mentre un semplice pin di fase alta o bassa logica controlla la direzione del motore. Il segnale PWM a livello logico viene convertito direttamente nella porta MOSFET con la tensione corretta per migliorare completamente il MOSFET lato alto o lato basso. Con questo tipo di interfaccia, è possibile progettare rapidamente pompe multistadio, traiettorie personalizzate per tettucci apribili scorrevoli in vetro, alzacristalli elettrici a chiusura morbida, tergicristalli economici a velocità variabile o qualsiasi altro tipo di semplice applicazione del motore di controllo del movimento.
Progetto di riferimento correlato
Il design di riferimento del modulo motore tetto apribile di piccole dimensioni è un modulo di controllo del motore a stato solido per applicazioni di lucernario e alzacristalli. Il progetto di riferimento TI utilizza il driver gate DRV8703-Q1 con amplificatore shunt integrato e due MOSFET per package di livello automobilistico a doppio pacchetto per creare un layout dello stadio di potenza molto piccolo rispetto alle soluzioni relè tipiche. Il design include anche due sensori di effetto Hall digitali a ritenuta digitale DRV5013-Q1 per la codifica della posizione del motore.
La progettazione di un sistema di controllo motore mediante l'azionamento a motore a stato solido di TI consentirà di ridurre le dimensioni della soluzione PCB, consentendo di controllare sempre più motori dallo stesso modulo. Grazie allo schema di controllo altamente integrato e semplice di TI per i convertitori di frequenza, i progettisti possono riprogettare rapidamente e facilmente i più moderni circuiti di controller per motori CC a corrente continua che utilizzano attualmente i relè.
