Услуги по сборке печатных плат драйверов BLDC-двигателей | Бесщеточная электроника управления постоянным током

Сборки драйверов двигателей BLDC реализуют сложные алгоритмы управления, включая шестиступенчатую коммутацию, синусоидальное векторное управление (FOC) и бессенсорную работу с использованием обнаружения противо-ЭДС, достигая высокой эффективности (>95%), плавной подачи крутящего момента и точного регулирования скорости в дронах (квадрокоптерах, самолетах с фиксированным крылом), электроинструментах (дрелях, пилах, шлифовальных машинах), бытовой технике (вентиляторах, насосах, компрессорах) и промышленной автоматизации, требующих надежной работы бесщеточных двигателей, обрабатывающих токи от 1 до 100 А+ в течение миллионов циклов пуска-останова.

В APTPCB мы предоставляем специализированные услуги по сборке драйверов BLDC, реализующие передовые алгоритмы управления, мощные силовые каскады и комплексные функции защиты в соответствии со стандартами качества аэрокосмической и оборонной промышленности. Наши возможности поддерживают приложения BLDC от 12В до 800В в диапазонах мощности от 50Вт для потребительских устройств до 50кВт+ для промышленных приводов с проверенной реализацией бессенсорных алгоритмов и FOC.

Реализация векторного управления (FOC)

Векторное управление преобразует трехфазные токи во вращающуюся систему отсчета, обеспечивая независимое управление компонентами тока, создающими крутящий момент, и намагничивающими компонентами, что позволяет достичь превосходных характеристик по сравнению с шестишаговой коммутацией: плавный крутящий момент во всем диапазоне скоростей, снижение акустического шума, повышение эффективности и точное управление крутящим моментом. Для векторного управления требуются высокопроизводительные микроконтроллеры, выполняющие сложные математические преобразования (Кларка, Парка, обратное Парка) с частотой контура управления 10-50 кГц.

В APTPCB наши услуги по сборке поддерживают драйверы двигателей с поддержкой FOC и проверенными реализациями управления.

Ключевые требования к реализации FOC

Выполнение алгоритма управления

Микроконтроллеры ARM Cortex-M4/M7 с поддержкой DSP и плавающей запятой, выполняющие алгоритмы FOC с надежностью медицинских устройств для критически важных приложений
Пространственно-векторная модуляция (SVM), генерирующая оптимальные ШИМ-паттерны, максимизирующие использование шины постоянного тока
ПИ-регуляторы тока, регулирующие токи Id и Iq для достижения желаемого крутящего момента
Оценка положения/скорости с использованием фазовой автоподстройки частоты или наблюдателей скользящего режима
Координатные преобразования (Кларка, Парка), преобразующие между системами отсчета
ШИМ высокого разрешения (таймер >200 МГц), обеспечивающая точный синтез вектора напряжения

Измерение и считывание тока

Трехфазное измерение тока с использованием шунтирующих резисторов или датчиков Холла
Высокоскоростная АЦП-выборка (1-2 MSPS), фиксирующая мгновенные фазные токи
Синхронная выборка, согласованная с ШИМ, для точной реконструкции тока
Усилитель и фильтрация, оптимизирующие отношение сигнал/шум в шумной моторной среде
Обнаружение перегрузки по току, защищающее силовой каскад в условиях неисправности
Калибровка и компенсация смещения, поддерживающие точность в широком диапазоне температур

Выполнение бессенсорных алгоритмов управления

Бессенсорное управление BLDC устраняет датчики Холла или энкодеры, снижая затраты, повышая надежность и обеспечивая работу двигателя в суровых условиях. Определение противо-ЭДС обнаруживает точки пересечения нуля, определяя положение ротора и обеспечивая правильное время коммутации. Бессенсорная работа требует сложных алгоритмов запуска, переходящих от разгона с разомкнутым контуром через порог обнаружения противо-ЭДС к бессенсорному управлению с замкнутым контуром.

APTPCB производит бессенсорные драйверы BLDC с проверенными реализациями алгоритмов.

Ключевая бессенсорная реализация

Методы обнаружения противо-ЭДС

Обнаружение пересечения нуля, контролирующее напряжение неактивной фазы относительно нейтральной точки
Компаратор и фильтрация, извлекающие события пересечения нуля из зашумленных сигналов
Регулировка времени коммутации, оптимизирующая эффективность в зависимости от скорости и нагрузки
Мониторинг амплитуды противо-ЭДС, подтверждающий точность положения ротора и обнаруживающий неисправности
Аппаратная и программная фильтрация, предотвращающая ложные срабатывания от коммутационного шума
Адаптивные алгоритмы, компенсирующие изменения параметров двигателя и температуры

Управление запуском и переходом

Запуск в разомкнутом контуре с использованием I-f управления, наращивающего частоту при постоянном токе
Фаза выравнивания, устанавливающая известное положение ротора перед вращением
Профиль ускорения, постепенно увеличивающий скорость до обнаружения противо-ЭДС
Плавный переход из разомкнутого в замкнутый контур, избегающий прерываний крутящего момента
Алгоритмы "захвата и раскрутки", обнаруживающие и синхронизирующиеся с уже вращающимися двигателями
Обнаружение и восстановление при заклинивании, перезапуск двигателя при потере синхронизации

BLDC Driver Assembly

Оптимизация для высокопроизводительных приложений

Высокопроизводительные BLDC-приложения, включая гоночные дроны, электроинструменты и сервоприводы, требуют максимальной плотности мощности, быстрого динамического отклика и эффективной работы, что требует оптимизированной конструкции силового каскада, передовых алгоритмов управления и комплексного теплового менеджмента для обеспечения непрерывной работы при номинальной мощности без снижения характеристик.

APTPCB реализует высокопроизводительные BLDC-драйверы, поддерживающие требовательные приложения.

Высокопроизводительные функции

Оптимизация силового каскада

MOSFET с низким Rds(on), минимизирующие потери проводимости при высоких токах
Быстрое переключение (10-50 кГц), уменьшающее пульсации крутящего момента и акустический шум
Параллельные конфигурации устройств, распределяющие высокие токи и снижающие тепловую нагрузку
Оптимизация мертвого времени, минимизирующая потери проводимости диода тела
Синхронное выпрямление во время рекуперации, восстанавливающее энергию при замедлении
Терморегулирование, поддерживающее безопасные температуры перехода при пиковой мощности

Улучшение динамического отклика

Высокоскоростные контуры управления током (>5 кГц), обеспечивающие быстрый отклик по крутящему моменту
Прямое управление, компенсирующее предсказуемые изменения нагрузки
Методы анти-накопления, предотвращающие насыщение интегратора во время переходных процессов
Компенсация напряжения, регулирующая управление на основе изменений напряжения батареи
Адаптивные алгоритмы, изучающие характеристики двигателя и оптимизирующие производительность
Интерфейсы телеметрии и настройки, обеспечивающие оптимизацию и диагностику в полевых условиях

Обеспечение функций защиты и безопасности

Драйверы BLDC требуют комплексной защиты, предотвращающей повреждение двигателя и драйвера от перегрузки по току (заблокированный ротор, перегрузка), перенапряжения (регенеративное перенапряжение), пониженного напряжения (разряд батареи), перегрева (недостаточное охлаждение) и неисправностей двигателя (обрыв фазы, короткое замыкание). Защита должна реагировать быстро, избегая ложных срабатываний во время нормальной работы.

APTPCB реализует многоуровневую защиту BLDC, обеспечивающую безопасную работу.

Реализация защиты

Защита от перегрузки по току и блокировки

Аппаратное отключение при перегрузке по току, срабатывающее в течение микросекунд
Программное ограничение тока, снижающее мощность при длительной перегрузке
Обнаружение блокировки, идентифицирующее заблокированный ротор и вызывающее отключение
Тепловая модель I²t, предотвращающая тепловые повреждения от переходных перегрузок по току
Мониторинг фазного тока, обнаруживающий разомкнутые или короткозамкнутые фазы двигателя
Диагностические коды, определяющие специфические условия неисправности для поддержки устранения неполадок

Управление батареей и температурным режимом

Отключение при пониженном напряжении, защищающее LiPo-аккумуляторы от повреждений из-за чрезмерного разряда
Защита от перенапряжения во время рекуперативного торможения, предотвращающая перенапряжение шины
Активное управление тормозным резистором, рассеивающее рекуперативную энергию при необходимости
Мониторинг температуры и снижение мощности при повышенных температурах
Тепловое отключение, предотвращающее повреждение компонентов от перегрева
Мониторинг ячеек батареи, координирующийся с системами BMS в оснащенных приложениях

Поддержка разнообразных BLDC-приложений

Драйверы BLDC используются в таких приложениях, как дроны и БПЛА (мультироторы, самолеты), электроинструменты (аккумуляторные дрели, ударные шуруповерты), бытовая техника (вентиляторы, насосы, пылесосы) и электротранспорт (электровелосипеды, электросамокаты, электрические скейтборды), требующих специфических для приложения оптимизаций в алгоритмах управления, интерфейсах, уровнях мощности и экологических характеристиках.

APTPCB обеспечивает гибкое производство BLDC, поддерживающее разнообразные приложения.

Оптимизация под конкретное приложение

Приложения для дронов и БПЛА

Сверхлегкий вес, минимизирующий влияние на полезную нагрузку и максимизирующий время полета
Высокая плотность мощности (>100 Вт/см³), обеспечивающая компактную интеграцию ESC
Быстрый отклик дросселя (<10 мс), поддерживающий агрессивные полетные маневры
Плавный крутящий момент, минимизирующий вибрации, влияющие на управление полетом и камеру
Телеметрические интерфейсы (PWM, DShot, UART), взаимодействующие с полетными контроллерами
Водонепроницаемое конформное покрытие, выдерживающее эксплуатацию на открытом воздухе в любую погоду

Электроинструменты и бытовая техника

Оптимизация затрат, соответствующая конкурентоспособным ценам на потребительскую электронику
Совместимость с батареями, поддерживающая различные химические составы элементов (Li-ion, NiMH, NiCd)
Плавный пуск, снижающий механическую нагрузку на редуктор и двигатель
Электронный тормоз, быстро останавливающий двигатель для безопасности и удобства
Тепловое управление, выдерживающее длительную работу на высокой мощности
Соответствие нормативным требованиям (CE, FCC, UL), обеспечивающее доступ на мировой рынок

Благодаря оптимизированным для приложений конструкциям, гибкому производству и всестороннему тестированию, согласованному со стандартами качества серверных центров обработки данных, APTPCB позволяет производителям драйверов BLDC обслуживать различные потребительские, промышленные и специализированные рынки по всему миру.

Обеспечение массового производства

Производство драйверов BLDC для потребительской электроники и дронов требует возможности массового производства, обеспечивающей конкурентоспособные затраты при сохранении производительности и надежности. Оптимизация производства за счет автоматизации, эффективности тестирования и управления цепочками поставок обеспечивает массовое производство, поддерживающее успешные продукты для массового рынка.

APTPCB обеспечивает массовое производство драйверов BLDC.

Превосходство в массовом производстве

Производственные возможности

Автоматизированная сборка, работающая с компонентами с малым шагом и точным размещением
Тестирование нагрузки двигателя, подтверждающее производительность драйвера с реальными BLDC-двигателями
Функциональное тестирование, проверяющее алгоритмы управления, защиту и интерфейсы
Экологические испытания, подтверждающие работу в диапазонах температур и влажности
Статистический контроль процессов, отслеживающий качество и обеспечивающий постоянное улучшение
Глобальное производственное присутствие, поддерживающее региональные требования клиентов

Благодаря возможностям крупносерийного производства, всестороннему тестированию и управлению качеством, скоординированному со стандартами оборудования для обеспечения безопасности, APTPCB позволяет производителям драйверов BLDC внедрять экономичные, высокопроизводительные решения для управления бесщеточными двигателями на конкурентных мировых рынках.