Scegliere tra a driver del motore BLDC senza sensorie unDriver motore BLDC con sensore Hallè una decisione importante nella progettazione del sistema motore BLDC. I due approcci utilizzano metodi diversi per determinare la posizione del rotore e ciascuno presenta vantaggi e limitazioni specifici.
In generale, il controllo tramite sensore Hall fornisce un feedback diretto sulla posizione del rotore e un avvio affidabile a partire da velocità zero, mentre il controllo senza sensori elimina i sensori Hall e utilizza i segnali elettrici del motore, comunemente back-EMF, per stimare la posizione del rotore.La scelta appropriata dipende dal motore, dal carico di avvio, dall'intervallo di velocità, dal costo, dal cablaggio e dai requisiti dell'applicazione.
1. Qual è la differenza tra il controllo BLDC senza sensore e quello con sensore Hall?
Un motore BLDC trifase necessita di informazioni sulla posizione del rotore per determinare quando commutare le fasi del motore.
Sensore Hall BLDC
Un motore BLDC con sensore Hall utilizza normalmente tre sensori a effetto Hall installati all'interno del motore. I loro segnali digitali indicano la posizione elettrica del rotore, consentendo al controller di selezionare lo stato di commutazione appropriato.
In un sistema convenzionale a sei fasi, i tre segnali Hall identificano sei settori elettrici validi di 60 gradi elettrici ciascuno.
BLDC senza sensori
Un motore BLDC sensorless non richiede sensori Hall. Nel tradizionale controllo sensorless a sei fasi, il controller monitora la forza elettromotrice posteriore (Back-EMF) della fase flottante del motore e utilizza le informazioni di passaggio per lo zero per stimare la posizione del rotore e determinare i tempi di commutazione.
La differenza fondamentale è quindi:
Sensore Hall:
- Posizione del rotore → Sensori Hall → Controller → Commutazione
Senza sensore:
- Rotazione del rotore → Back-EMF → Stima della posizione → Controller → Commutazione
2. BLDC senza sensore e con sensore Hall: differenze chiave
| Caratteristica |
BLDC senza sensori |
Sensore Hall BLDC |
| Posizione del rotore |
Stima elettricamente |
Rilevato direttamente dai sensori Hall |
| Sensori di Hall |
Non richiesto |
Necessario |
| Cablaggio aggiuntivo della sala |
NO |
SÌ |
| Avviamento da velocità zero |
Più impegnativo |
Affidabile |
| Funzionamento a bassa velocità |
Più impegnativo |
Affidabile |
| Funzionamento a velocità media/alta |
Bene |
Bene |
| Costo del motore |
Potenzialmente più basso |
Maggiore a causa dei sensori |
| Complessità meccanica |
Inferiore |
Più alto |
| Installazione del sensore |
Non richiesto |
Necessario |
| Rilevamento BEMF |
Richiesto nel tradizionale controllo sensorless a sei fasi |
Non richiesto per la commutazione |
| Considerazioni sul rumore |
Il rumore BEMF/PWM deve essere gestito |
È necessario gestire l'EMI del segnale Hall |
| Applicazioni tipiche |
Ventilatori, pompe, soffianti, elettrodomestici |
Sistemi a bassa velocità/coppia di avviamento elevata, automazione, apparecchiature |
Il limite principale del tradizionale controllo BEMF sensorless è che la back-EMF dipende dalla velocità di rotazione del motore. Durante l'arresto non esiste essenzialmente alcuna back-EMF, quindi il controller non può ottenere la posizione del rotore solo dal BEMF e deve utilizzare una strategia di avvio.
3. Come funziona un motore BLDC con sensore Hall?
In un motore BLDC basato su Hall, i sensori Hall rilevano il campo magnetico del rotore a magnete permanente.
Il controller legge gli stati Hall e determina in quale settore elettrico si trova attualmente il rotore.
Una sequenza di controllo semplificata è:
Segnale Hall → Posizione rotore → Commutazione → Rotazione motore
Per un sistema convenzionale a sei fasi a tre Hall, i segnali del sensore forniscono sei stati di posizione validi corrispondenti ai sei settori di commutazione.
Vantaggi
- Avvio affidabile
- Buon controllo a bassa velocità
- Informazioni dirette sulla posizione del rotore
- Adatto per applicazioni che richiedono coppia di spunto
- Logica di commutazione relativamente semplice
Limitazioni
- Richiede sensori Hall all'interno del motore
- Richiede cablaggio aggiuntivo
- Aggiunge componenti e requisiti di assemblaggio
- L'installazione del sensore può aumentare la complessità della produzione del motore
- Il cablaggio e i segnali della sala richiedono ancora una progettazione EMI adeguata
4. Come funziona un motore BLDC senza sensori?
In un tradizionale sistema BLDC a sei fasi sensorless, due fasi del motore vengono azionate mentre la terza fase viene lasciata fluttuante.
Il controller monitora la fase flottante.
Quando il motore ruota, i magneti permanenti generano back-EMF negli avvolgimenti del motore. Il controller rileva il passaggio per lo zero della back-EMF e utilizza queste informazioni per sincronizzare il successivo evento di commutazione.
Un processo semplificato è:
Rotazione del motore
↓
Back-EMF generato
↓
Rilevata fase mobile
↓
Rilevato passaggio allo zero
↓
Posizione del rotore stimata
↓
Prossima commutazione
Ciò elimina la necessità di sensori fisici di posizione del rotore.
5. Perché l'avvio di un BLDC senza sensori è più difficile?
Questa è una delle differenze ingegneristiche più importanti.
Quando un motore BLDC viene arrestato:
Velocità del motore ≈ 0 → Back-EMF ≈ 0
Pertanto, il controller non può inizialmente fare affidamento su BEMF per determinare la posizione del rotore.
Un driver sensorless normalmente necessita di una sequenza di avvio iniziale per accelerare il motore fino a quando non è disponibile un segnale BEMF sufficientemente rilevabile.
Questo significa questoIl carico di avvio del motore è un fattore critico quando si seleziona un driver BLDC sensorless.
Ad esempio, un driver sensorless può funzionare molto bene con una ventola leggermente caricata ma avere difficoltà ad avviare una pompa, un ventilatore o un sistema meccanico con elevati requisiti di coppia di avviamento se i parametri del motore e del driver non corrispondono correttamente.
6. Cos'è meglio: senza sensore o con sensore Hall?
Non esiste una risposta universale.
La scelta corretta dipende dall'applicazione.
Il BLDC sensorless è spesso appropriato quando:
- I sensori Hall non sono disponibili
- È importante ridurre i costi della distinta base
- È preferibile il cablaggio semplificato del motore
- L'integrazione meccanica deve essere semplificata
- Il motore funziona normalmente a velocità media o alta
- L'applicazione è un ventilatore, una pompa, un ventilatore o un carico rotante simile
- L'applicazione non richiede una posizione precisa del rotore a velocità zero
Il BLDC con sensore Hall è spesso appropriato quando:
- Un avvio affidabile è fondamentale
- È necessaria una coppia di avviamento elevata
- Il motore funziona spesso a velocità molto bassa
- La posizione del rotore deve essere disponibile da fermo
- L'applicazione utilizza già un motore dotato di Hall
- Il sistema di controllo necessita di un feedback diretto sulla posizione della Hall
Queste sono considerazioni sulla selezione ingegneristica piuttosto che regole assolute. Un particolare motore e carico devono essere sempre valutati insieme al controller.
7. Sensorless e sensore Hall: l'abbinamento del motore è fondamentale
Selezione di un driver BLDC solo in base atensione e correntenon è sufficiente.
Gli ingegneri dovrebbero anche considerare:
- Configurazione dell'avvolgimento del motore
- Tensione nominale
- Corrente nominale
- Corrente di picco/avvio
- Gamma di velocità del motore
- Numero di poli
- Caratteristiche del back-EMF
- Disposizione del sensore Hall, se applicabile
- Coppia di avviamento
- Carico meccanico
- Accelerazione richiesta
- Frequenza PWM
- Temperatura operativa
- Requisiti di protezione
Per i sistemi sensorless, le caratteristiche BEMF e il comportamento all'avvio sono particolarmente importanti.
Per i sistemi basati su Hall, è necessario verificare anche il tipo di sensore Hall, l'angolo elettrico Hall, la sequenza del segnale e la relazione fase/cablaggio Hall.
8. Soluzioni JUYI Tech per motori BLDC sensorless e con sensore Hall
JUYI Tech fornisce soluzioni di controllo BLDC sia sensorless che con sensore Hall, inclusi circuiti integrati controller e schede driver.
Ciò consente agli ingegneri di selezionare un'architettura di controllo in base ai requisiti effettivi del motore e dell'applicazione.
ILJY01è particolarmente rilevante quando gli ingegneri necessitano di flessibilità tra progetti di motori con sensore Hall e senza sensori.
È progettato come CI controller BLDC a doppia modalità che supporta entrambi:
- Motori BLDC con sensore Hall
- Motori BLDC senza sensori
Il JY01 utilizza la tecnologia di azionamento SPWM e include funzioni come avvio graduale, controllo della corrente, protezione da sovraccarico, protezione dal blocco del rotore e feedback di velocità.
Secondo la documentazione dell'applicazione JY01, l'IC può essere configurato per il funzionamento Hall o senza sensori. Nel funzionamento senza sensore, la regolazione della coppia di avvio è particolarmente importante poiché una coppia di avvio insufficiente può impedire l'avvio, mentre una coppia di avvio eccessiva può contribuire a scuotimenti o movimenti inversi.
Ciò rende JY01 un'opzione utile per gli ingegneri che desiderano una piattaforma di controllo in grado di ospitare sia progetti di motori Hall che BLDC sensorless.
9. Soluzioni BLDC senza sensori JUYI Tech
Per le applicazioni che richiedono specificamente il controllo sensorless, JUYI Tech offre prodotti basati su circuiti integrati di controllo BLDC sensorless comeJY03B.
ILJY03Bè un CI di controllo motore BLDC sensorless da 9–36 V in un contenitore SSOP-28. Integra il core di controllo del motore, i gate driver MOSFET, la regolazione della tensione e altre funzioni di controllo in un unico circuito integrato, riducendo la quantità di circuiti di controllo esterni richiesti.
Ad esempio, ilJYQD-V9.3Eè una scheda driver BLDC trifase sensorless da 10–36 V basata su JY03B, con PWM e controllo della velocità analogico da 0–5 V e uscita a impulsi di velocità FG.
Questo tipo di soluzione è adatta per applicazioni in cui non sono richiesti sensori Hall e si preferisce un'architettura di controllo BLDC priva di sensori compatta.
10.
JUYI TechSoluzioni driver BLDC per sensori Hall
Per i motori dotati di Hall, JUYI Tech fornisce anche schede driver per sensori Hall dedicate.
Ad esempio, ilJYQD-V7.3E2è una scheda driver per motore BLDC a effetto Hall da 24 V con una corrente nominale massima di 15 A, controllo della velocità analogico da 0–5 V, controllo della velocità PWM e uscita a impulsi di velocità. È progettato per motori BLDC con sensore Hall con configurazione Hall a 120°.
Un'altra opzione è laJYQD-YL02D, una scheda driver BLDC a doppio canale che supporta il funzionamento a 12–36 V e motori BLDC con sensore Hall a 120°.
Pertanto, il portafoglio di prodotti JUYI Tech copre entrambi i lati della selezione:
BLDC senza sensori
- JY03B
- JYQD-V9.3E
- Altre serie JYQD senza sensore
Sensore Hall BLDC
- JY01
- JYQD-V7.3E2
- JYQD-YL02D
- Altre soluzioni di driver per sensori Hall
L'attuale portafoglio di prodotti JUYI Tech elenca anche prodotti separati di controller BLDC sensorless, con sensore Hall e dual-mode.
11. Domande frequenti
Il BLDC senza sensore è migliore del BLDC con sensore Hall?
Nessuno dei due metodi è universalmente migliore. Il controllo senza sensori elimina i sensori Hall e semplifica l'interfaccia del motore, mentre i sensori Hall forniscono informazioni dirette sulla posizione del rotore e un funzionamento affidabile a velocità zero.
Un motore BLDC sensorless può avviarsi a velocità zero?
Sì, ma normalmente richiede una strategia di avvio dedicata perché il back-EMF non è disponibile o è troppo debole da fermo e a velocità molto bassa.
Un sensore Hall migliora l'avvio del BLDC?
SÌ. I sensori Hall forniscono informazioni sulla posizione del rotore anche quando il motore è fermo, il che rende la commutazione dell'avvio più semplice.
JY01 può pilotare sia motori Hall che BLDC sensorless?
SÌ. JY01 è progettato come controller in CI a doppia modalità per motori BLDC con sensore Hall e senza sensore.
JY03B supporta i sensori Hall?
JY03B è unCI di controllo motore BLDC sensorless. Per le applicazioni con sensori Hall, JUYI Tech fornisce altri prodotti, tra cui soluzioni basate su JY01 e schede driver per sensori Hall.
Conclusione
La scelta tra il controllo BLDC sensorless e quello con sensore Hall dovrebbe basarsi sui requisiti completi del motore e dell’applicazione, non semplicemente sul fatto che una tecnologia sia più recente o più economica.
Controllo BLDC senza sensoripuò semplificare il cablaggio, ridurre i componenti relativi ai sensori e fornire una soluzione efficace per ventole, pompe, soffianti e altre applicazioni in cui il funzionamento affidabile a velocità medio/alta è più importante del feedback diretto sulla posizione del rotore a veicolo fermo.
Controllo BLDC con sensore Hallfornisce informazioni dirette sulla posizione del rotore ed è particolarmente utile quando sono richiesti un avvio affidabile, un funzionamento a bassa velocità o una coppia di avviamento elevata.
JUYI Tech supporta entrambe le architetture tramite i circuiti integrati di controllo BLDC dual-mode JY01, JY02A, circuiti integrati di controllo BLDC sensorless JY03B, schede driver per sensori Hall, schede driver sensorless e soluzioni personalizzate di controllo motori BLDC. La soluzione più appropriata deve essere scelta in base alle caratteristiche elettriche del motore, al carico di avviamento, alla velocità di funzionamento e ai requisiti dell'applicazione.
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