Силовой модуль 20 А/40 В для управления бесколлекторными электродвигателями

Rajkumar Sharma

Electronics-lab.com

Проект, рассмотренный в статье, выполнен на микросхеме STK984-090A компании ON Semiconductor, которая представляет собой интегральный инвертор с номинальным током 20 А и напряжением питания до 40 В (Рисунок 1). Микросхема была разработана для управления 3-фазными бесколлекторными электродвигателями постоянного тока (Brushless DC Motors, BLDC) и синхронными электродвигателями с постоянными магнитами (permanent-magnet synchronous motors, PMSM).

Рисунок 1.	Модуль драйвера 3-фазного бесколлекторного электродвигателя на STK984-090A.

Модуль может использоваться в качестве выходного драйвера, который включает в себя силовой каскад и схему измерения тока, разъем с сигналами интерфейса управления (сигналы управления, контроля, обратная связь по току) для подключения к плате Arduino или микроконтроллеру (МК). Винтовые разъемы предназначены для подключения электродвигателя и источника питания.

Принципиальная схема модуля изображена на Рисунке 2. Микросхема INA168 представляет собой токовый монитор с аналоговым выходом, другими словами, это датчик тока, который измеряет ток на резистивном шунте встроенного в интегральный инвертор STK984-090A. Напряжение с выхода датчика тока может подаваться на аналоговый вход Arduino (или на вход АЦП МК) для измерения тока, протекающего через силовые MOSFET интегрального драйвера.

Рисунок 2.	Принципиальная схема модуля драйвера 3-фазного бесколлекторного электродвигателя на STK984-090A.

Регулятор напряжения серии LM317 обеспечивает выходное напряжение +5 В для питания датчика тока и логических схем интегрального драйвера. Светодиод D1 свидетельствует о подаче питания на модуль. Максимальная частота ШИМ сигнала 20 кГц, коэффициент заполнения в диапазоне 10% - 90% или 100%.

В состав интегрального инвертора STK984-090A входят драйверы затворов, 6 силовых MOSFET и резистивный шунт в силовой части. Силовые транзисторы включены в схему 3-фазного моста с общим истоком в нижнем плече. Силовой каскад снабжен схемами защиты, включая защиту от сквозной проводимости (сквозных токов), функцию внешнего отключения и блокировку при пониженном напряжении. Кроме того, интегрированы зарядовый насос, обеспечивающий стабильную работу драйвера при пониженном напряжении питания, защита от перегрузки по току для верхнего и нижнего плеча, схема отключения при перегреве, схема отключения при повышенном и пониженном напряжении,  резистивный шунт в верхнем плече для внешнего контроля тока.