04 Көч җайланмасы: 3 фазалы MOS күпере тоташтыргычның чыгу моменты сыйдырышлыгын билгели

5 нче рәсем: Өч фазалы мотор чыбыклары MOS көч бүлегенә үзәкләштерелгән рәвештә тоташтырылган, аның тирәли үрнәк алу резисторлары, драйверлар һәм фильтр компонентлары урнаштырылган.

 

Бу тоташтыргыч өч фазалы щеткасыз моторлар өчен эшләнгән. Өч фазалы BLDC моторларын югары нәтиҗәле идарә итү өчен гадәттә өч ярым күпер кирәк, бу ким дигәндә алты куәтле MOSFET белән өч фазалы инвертор барлыкка китерә. Күп санлы зур комплектлы MOS җайланмаларыбанкабу архитектурага туры китереп, өч фазалы чыгу паяль нокталарын әйләндереп алган PCBA'да күренергә мөмкин.

 

Өч фазалы күпернең эш логикасын түбәндәгечә гадиләштерергә мөмкин:

Батарея яки шина көчәнеше P+ һәм P- аша бирелә; MOS ярымкүперләренең югары тизлектәге күчерүе даими ток көчәнешен өч фазалы токка әйләндерә;

Өч фазалы ток мотор чыбыкларына ага һәм әйләнүче магнит кыры барлыкка китерә; Контроллер кодлаучы позициясенә һәм ток кире элемтәсенә нигезләнеп PWM эш циклларын өзлексез көйли;

Нәтиҗәдә, бу тоташуның максатчан моментны, тизлекне яки позицияне күрсәтергә мөмкинлек бирә.

Бу өлешнең начар дизайны берничә типик проблемага китерәчәк: артык MOS җылынуы, түбән тизлекле тибрәнү, көчле момент пульсациясе, ялган артык ток саклау триггеры һәм кодлагычларга яки элемтә схемаларына тәэсир итүче электромагнит миграция комачаулавы. Шуңа күрә робот тоташтыргычлары өчен көч платасын проектлау гади кечкенә мотор драйвер платаларына караганда күпкә катлаулырак.

 

6 нчы рәсем: TLV767 көчәнеш регуляторын индукторлар, конденсаторлар һәм берничә түбән көчәнешле көч компонентлары белән беррәттән тактада күрергә мөмкин.

Электр белән тәэмин итү агачын да анализларга кирәк. TLV767 кебек LDO регуляторлары һәм "100" дип билгеләнгән көч индукторлары платада күренә. 48В номиналь тоташуларның куллану сценариесын исәпкә алып, түбән вольтлы системаның югары вольттан LDO аша гына турыдан-туры киметелүе ихтимал түгел дип фаразларга мөмкин. Аның урынына, түбәндәгегә охшаш электр белән тәэмин итү архитектурасы кулланыла:

Югары вольтлы шина → Киңәйткеч үзгәртүне күчерү → Түбән вольтлы рельслар (5В / 3.3В һ.б.) → Икенчел LDO көйләү / җирле шау-шуны фильтрлау

Бу көч архитектурасы рациональрәк. MCU, энкодер, үрнәк алу көчәйткечләре һәм элемтә трансиверлары чиста, тотрыклы түбән вольтлы көч таләп итә, ә MOS ачкычлары һәм мотор фаза линияләре көчле тавыш чыгара. Әгәр түбән вольтлы көч белән тәэмин итү системасы җитәрлек дәрәҗәдә комачаулауга каршы тормый икән, беренче булып барлыкка килә торган җитешсезлекләр гадәттә мотор эшләмәүләре түгел, ә кинәт почмак сикерүләре, элемтә өзелүләре яки агымның үрнәк алу күрсәткечләренең тайпылуы була.

05 Ток һәм температураны сизү: Робот тоташтыргычлары чыгу моментын реаль вакыт режимында күзәтергә тиеш

 

7 нче рәсем: Өч фазалы көч участогы астында берничә R001 түбән кыйммәтле сенсор резисторлары урнашкан.

Бу платада R001 компонентлары бик мөһим, алар моторның фаза тогын яки шина тогын үлчәү өчен кулланыла торган миллиом дәрәҗәсендәге түбән кыйммәтле сенсор резисторларын (гадәттә 1 мΩ) күрсәтә. Ток сенсоры робот тоташулары өчен ябык контурлы идарә итүнең үзәген тәшкил итә, чөнки BLDC моторының чыгыш моменты аның фаза тогы белән нык корреляцияләнгән.

Икенче төрле әйткәндә, контроллер тоташтыргычның чыгару моментын "фаразламый"; киресенчә, ул сенсор резисторларындагы кечкенә көчәнеш төшүен үлчәп, токны исәпли:

Сенсор резисторында көчәнеш төшүе → Көчәйтү һәм фильтрлау → ADC үрнәкләре → Ток исәпләүе → ФОК моментын контрольдә тоту

Бу сигнал чылбырының төгәллеге турыдан-туры түбәндәгеләргә тәэсир итә:

Момент контроле төгәллеге: Әгәр агымдагы бәяләү төгәл булмаса, момент чыгышы төгәл булмаячак.

Түбән тизлекле шомалык: Югары сайлау шау-шулары түбән тизлектә тибрәнүләргә китерә.

Артык токтан саклау: Акрын җавап MOSFETларны яндырып бетерергә мөмкин, ә артык сизгер көйләүләр ялган саклау триггерларына китерә.

Җылылык белән идарә итү стратегиясе: Дәвамлы югары ток мотор ромбларында, MOSFETларда һәм ток сизү резисторларында бер үк вакытта температура күтәрелүенә китерә.

Макетлаштыру ягыннан, ток сизүче резисторларны MOSFET һәм фаза үткәргечләренә якын урнаштыру югары ток контурын кыскарта, бу паразит индуктивлыкны һәм сайлап алу хаталарын киметергә ярдәм итә. Һәр фаза янында күп санлы кечкенә резисторлар һәм конденсаторлар урнаштырылган, алар гадәттә капканы сүндерү, сайлап алу фильтрлау, йөртүчене тотрыклыландыру һәм җирле аеру өчен кулланыла.

Температураны ачыклау да шулай ук ​​бик мөһим. МОТОР NTC этикеткасы мотор эченә яки ромблар янында урнаштырылган термисторны күрсәтә. Гуманоид робот тоташтыргычлары өчен түбән тизлектәге югары моментлы эшләү, озак вакытлы статик тоту һәм басып торганда яки чүгәләгәндә вакытлыча бәрелү - болар барысы да температураның сизелерлек күтәрелүенә китерә. NTC контроллерга температурага нигезләнгән өч төп функцияне башкарырга мөмкинлек бирә:

Токны чикләү: Температура арткан саен максималь чыгу тогын киметү; Дератинг: Озак вакытлы авыр йөкләнешләр астында капкачның иң югары моменты;

Саклагыч сүндерү: Температура куркынычсызлык чигеннән артып киткәч, хата режимына керегез.

Бу шулай ук ​​профессиональ робот тоташтыргычларында булырга тиешле төп мөмкинлек. Температураны ябык контур белән контрольдә тотмыйча, тоташтыргыч югары момент рейтингына карамастан, озак вакыт ышанычлы эшли алмый.

06 Позицияне ачыклау: Икеләтелгән магнитлы энкодерлар һәм шестернялар бер борылышлы почмакларны күп борылышлы позиция күрсәткечләренә үзгәртә

PCBAны алганнан соң, арткы ягында кечкенә шестерня конструкцияләре җыелмасын күрергә мөмкин. Болар төп редуктор шестернялар түгел, ә почмакны ачыклау өчен эшләнгән ярдәмче механизмнар.

 

8 нче рәсем: Идарә итү тактасының арткы ягындагы шестерня һәм магнит кодлагыч өлкәсе

 

9 нчы рәсем: Үзәк валның әйләнүе ике янәшә урнашкан пиньон шестернясын синхрон әйләнергә этәрә.

Конструктив яктан, үзәк валның әйләнүе ике кечкенә шестерняны хәрәкәткә китерә. Һәр кечкенә шестерняның үзәгендә магнит компоненты урнаштырылган, ә магнит кодлаучы интеграль схемалар PCBA-ның арткы ягындагы туры килүче позицияләргә урнаштырылган. Магнит кодлагычлар магнит кырларының почмак үзгәрешләрен үлчиләр, оптик рәшәткә дискларына ихтыяҗны бетерәләр. Алар майның кечкенә пычрануына һәм тузанга түземле, бу аларны тулысынча ябык робот тоташтыргычлары өчен кулайрак итә.

 

10 нчы рәсем: Ике тизлекле һәм ике кодлагычлы структура почмак чишелешен яхшырта һәм күп борылышлы позицияне ачыклау мөмкинлеген бирә.

Монда иң күренеклесе - "ике тизлекле + ике магнитлы энкодер" конфигурациясе. Аның кыйммәте югарырак төгәллек өчен икенче сенсор өстәүдән күпкә артып китә; ул, мөгаен, күп борылышлы абсолют позиция кодлау схемасын гамәлгә ашыру өчен эшләнгән:

Бер магнитлы энкодер 0–360° аралыгындагы почмакларны төгәл үлчи;

шулай да буын берничә әйләнеш ясый ала, һәм бер әйләнешле энкодер әйләнешләр санын үзе билгели алмый;

Әгәр ике шестерняның тешләр саны яки шестерня нисбәте төрле булса, алар верниус кебек корреляция барлыкка китерә;

Ике почмак күрсәткечләрен берләштереп, контроллер абсолют позицияне күпкә киңрәк диапазонда исәпли.

Бу конструкция гуманоид роботлар өчен зур әһәмияткә ия. Электр сүндерелгәннән соң, аяклар, куллар яки бил буыннары тышкы көчләр аркасында урыныннан кузгалырга мөмкин. Яңадан электр белән тәэмин иткәндә, киң өй хәрәкәтләрен таләп итә торган буыннар түбән нәтиҗәлелектән интегә һәм куркынычсызлык өчен куркыныч тудыра. Күп борылышлы абсолют позиция сизү системасы буыннарга электр белән тәэмин итү торгызылганнан соң шунда ук торыш мәгълүматларын алырга мөмкинлек бирә.