Các động cơ, động cơ và các thiết bị kiểm soát chúng đại diện cho một cơ hội tăng trưởng bền vững, được thúc đẩy bởi những đổi mới trong các hệ thống ô tô và công nghiệp và những tiến bộ trong công nghệ sản xuất. Các ngành công nghiệp ô tô và giao thông dự kiến sẽ chiếm tỷ lệ lớn nhất của động cơ servo và điều khiển doanh số đến năm 2022 đến năm 2022. Nhu cầu về ổ đĩa, bộ điều khiển và động cơ servo vẫn mạnh mẽ để giúp các công ty cải thiện hiệu quả trong môi trường công nghiệp.
Các yêu cầu và công nghệ điều khiển tốc độ và tốc độ/mô-men xoắn khác nhau tùy theo loại động cơ, từ điều khiển đơn giản điện áp và dòng điện cho động cơ DC và động cơ có mục đích chung cho đến việc sử dụng bộ biến tần cho động cơ AC, chuyển đổi phản hồi của các pha khác nhau trong động cơ không chổi than và phức tạp Động cơ bước mạch kỹ thuật số. Ngay cả đối với các động cơ tương tự truyền thống như động cơ cảm ứng và các loại miễn cưỡng chuyển đổi, công nghệ tương tự truyền thống ngày nay đi kèm với các phương pháp điều khiển kỹ thuật số ngày càng tinh vi cho phép các giải pháp được thực hiện với chi phí thấp. Việc sử dụng các thiết bị vi điện tử cho phép điều khiển tốc độ, vị trí và mô -men xoắn tốt hơn, cũng như hiệu quả cao hơn.
Hình 1: Sơ đồ khối IC điều khiển động cơ (Hình ảnh: Tích hợp Maxim)
Mạch điều khiển động cơ phải nhanh chóng bật và tắt dòng điện trong các cuộn dây động cơ trong khi giảm thiểu tổn thất chuyển mạch hoặc dẫn điện. Cả MOSFET và các bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách điện (IGBT) đều đáp ứng nhu cầu điều khiển động cơ trong nhiều ứng dụng. Các thiết bị điều khiển điện này có các chức năng và thuộc tính tương tự, và có sự chồng chéo trong thiết kế nội bộ của chúng. Trong hầu hết các ứng dụng, chúng được sử dụng trong cấu hình cầu H để điều khiển đường dẫn hiện tại đến hai hoặc nhiều cuộn động cơ. Điều này cho phép kiểm soát hoàn toàn tốc độ và hướng của động cơ (Hình 1).
Tổng quan về động cơ
Bất kỳ dự án thiết kế nào bao gồm yêu cầu của động cơ hoặc ổ đĩa cơ học phải đánh giá xem có nên sử dụng thiết kế dòng điện liên tục hoặc động cơ bước hoặc động cơ servo hay không. Trong một động cơ liên tục, nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây được sử dụng để tạo ra một từ trường tĩnh trong stato. Rôto bao gồm các cuộn dây trong đó dòng điện đi qua các bàn chải than chì được ép vào một đa tạp trên trục quay. Dòng chảy qua cuộn dây liên tiếp để duy trì xoay vòng.
Động cơ AC có thể đồng bộ hoặc không đồng bộ. Trong các động cơ không đồng bộ (còn được gọi là động cơ cảm ứng), các cuộn dây stator được sắp xếp để tạo thành sự phân bố hình sin gần như. Động cơ đồng bộ bao gồm các động cơ DC và AC không chổi than cũng như các động cơ và động cơ miễn cưỡng chuyển đổi được cung cấp bởi các nguồn điện áp hình sin.
Trong động cơ không chổi than, rôto có nam châm vĩnh cửu và các cuộn dây nằm trong stato được điều khiển bởi các thiết bị điện tử điều khiển theo trình tự thích hợp. Một động cơ DC không chổi than được điều khiển bởi một chuỗi chuyển đổi tín hiệu liên tục trên các cuộn dây stato khác nhau. Động cơ AC không chổi than có thể được thực hiện dưới dạng động cơ AC đồng bộ với nam châm vĩnh cửu; Trong trường hợp này, chúng được điều khiển bởi các tín hiệu hình sin. Sự vắng mặt của bàn chải làm tăng hiệu quả bằng cách loại bỏ các nguồn ma sát. Việc không có các bộ phận cơ học trên các công tắc cho phép đạt được tốc độ quay cao hơn.
Động cơ Stepper là động cơ đồng bộ không chổi than được cung cấp bởi DC. Các rôto vẫn đứng yên ở một vị trí cụ thể. Động cơ bước có thể xoay chính xác trục rôto một vài độ mà không sử dụng cảm biến để phát hiện vị trí góc.
Tham số chính
Như với hầu hết các thành phần điện tử, một số tham số hiệu suất khóa và cụ thể xác định sự tương ứng ban đầu giữa thiết bị và ứng dụng. Các tham số chính cho các thiết bị điều khiển động cơ là các giá trị quản lý hiện tại và điện áp, vì chúng xác định liệu một thành phần cụ thể có thể hỗ trợ các yêu cầu tải động cơ hay không.
Đối với MOSFET, các tham số chính tiếp theo là điện trở hoạt động (RDS (BẬT)) và điện dung cổng. Điện trở thấp hơn làm giảm tổn thất điện trở và giảm điện áp trong trạng thái BẬT, làm giảm tải trọng và cải thiện hiệu quả. Công suất cổng xác định tần số và tốc độ hiện tại cần thiết để bật hoàn toàn và vô hiệu hóa cổng ở thời gian chuyển tiếp mong muốn (tốc độ chuyển đổi). Đối với IGBTS, tham số quan trọng tiếp theo là giảm điện áp (VDROP), là tổng số đóng góp từ điốt và MOSFEs bên trong đi qua ngã ba PN. Nhiệt độ và mức hiện tại ảnh hưởng đến các tham số RDS (BẬT) và VDROP.
Nói chung, MOSFET cung cấp tốc độ chuyển đổi cao hơn (tính bằng MHz) và dòng cực đại cao hơn. IGBTS cung cấp các giá trị hiện tại khoảng 10 A và mạnh mẽ, nhưng có tốc độ chuyển đổi chậm hơn. Đối với các ứng dụng điều khiển động cơ, quy tắc cơ bản là MOSFET là lựa chọn tốt hơn cho điện áp thấp hơn và tần số chuyển đổi dòng điện và cao hơn, trong khi IGBT là lựa chọn tốt hơn cho điện áp/dòng điện cao hơn và tần số thấp hơn.