04 Güc Ötürücüsü: 3 Fazalı MOS Körpüsü Birləşdiricinin Çıxış Moment Tutumunu Müəyyən Edir

Şəkil 5: Üç fazalı mühərrik naqilləri mərkəzi olaraq MOS güc hissəsinə qoşulmuşdur və nümunə götürmə rezistorları, sürücülər və filtr komponentləri onun ətrafında düzülmüşdür.

 

Bu birgə sürücü üç fazalı fırçasız mühərriklər üçün nəzərdə tutulmuşdur. Üç fazalı BLDC mühərriklərinin yüksək performanslı idarə olunması adətən üç yarım körpü tələb edir və minimum altı güclü MOSFET-ə malik üç fazalı inverter əmələ gətirir. Birdən çox böyük paketli MOS cihazıqutubu arxitekturaya uyğun olaraq, üç fazalı çıxış lehim nöqtələrini əhatə edən PCBA-da görülə bilər.

 

Üç fazalı körpünün işləmə məntiqi aşağıdakı kimi sadələşdirilə bilər:

Batareya və ya şin gərginliyi P+ və P- vasitəsilə verilir; MOS yarımkörpülərinin yüksək sürətli kommutasiyası DC gərginliyini üç fazalı cərəyana çevirir;

Üç fazalı cərəyan fırlanan maqnit sahəsi yaratmaq üçün mühərrik sarımlarına axır; Nəzarətçi kodlayıcı mövqeyinə və cərəyan geribildiriminə əsasən PWM iş dövrlərini davamlı olaraq tənzimləyir;

Nəticədə, oynağın hədəf fırlanma momentini, sürətini və ya mövqeyini çıxarmasına imkan verir.

Bu hissənin zəif dizaynı bir neçə tipik problemə səbəb olacaq: həddindən artıq MOS istiləşməsi, aşağı sürətli titrəmə, güclü fırlanma anı dalğalanması, yalançı həddindən artıq cərəyan mühafizəsi tetiklemesi və kodlayıcılara və ya rabitə dövrələrinə təsir edən EMI müdaxiləsi. Bu səbəbdən, robot birləşmələri üçün güc lövhəsinin dizaynı adi kiçik mühərrik sürücü lövhələrindən daha çətindir.

 

Şəkil 6: TLV767 gərginlik tənzimləyicisini lövhədə induktorlar, kondensatorlar və bir neçə aşağı gərginlikli güc komponenti ilə birlikdə görmək olar.

Enerji təchizatı ağacı da təhlil etməyə dəyər. TLV767 kimi LDO tənzimləyiciləri və "100" işarəli güc induktorları PCB-də görünür. 48V-reytinqli birləşmələrin tətbiq ssenarisini nəzərə alsaq, aşağı gərginlikli sistemin yalnız LDO-lar vasitəsilə yüksək gərginlikdən birbaşa aşağı salınmasının ehtimalının az olduğu qənaətinə gəlmək olar. Bunun əvəzinə, aşağıdakılara bənzər bir enerji təchizatı arxitekturası qəbul edilir:

Yüksək gərginlikli şin → Azaldıcı çevrilmənin dəyişdirilməsi → Aşağı gərginlikli relslər (5V / 3.3V və s.) → İkinci dərəcəli LDO tənzimlənməsi / yerli səs-küyün filtrlənməsi

Bu güc arxitekturası daha rasionaldır. MCU, kodlayıcı, nümunə götürmə gücləndiriciləri və rabitə ötürücüləri təmiz, sabit aşağı gərginlikli güc tələb edir, MOS açarları və motor faza xətləri isə güclü səs-küy yaradır. Aşağı gərginlikli enerji təchizatı kifayət qədər müdaxilə əleyhinə performansa malik deyilsə, ortaya çıxan ilk nasazlıqlar adətən motor nasazlıqları deyil, qəfil bucaq sıçrayışları, rabitə kəsintiləri və ya cərəyan nümunə götürmə oxunuşlarının sürüşməsidir.

05 Cərəyan və Temperatur Sensoru: Robot Birləşdiriciləri Çıxış Momentini Real Vaxtda İzləməlidir

 

Şəkil 7: Çoxsaylı R001 aşağı dəyərli sensor rezistorları üç fazalı güc bölməsinin altında yerləşir.

Bu lövhədə R001 komponentləri çox vacibdir və mühərrik faz cərəyanını və ya şin cərəyanını ölçmək üçün istifadə olunan milliohm səviyyəli aşağı dəyərli sensor rezistorlarını (adətən 1 mΩ) təmsil edir. BLDC mühərrikinin çıxış fırlanma anı onun faz cərəyanı ilə güclü şəkildə əlaqəli olduğundan, cərəyan sensoru robot birləşmələri üçün qapalı dövrəli idarəetmənin əsasını təşkil edir.

Başqa sözlə, nəzarətçi birləşmənin fırlanma momentini "təxmin etmir"; bunun əvəzinə, sensor rezistorlarındakı kiçik gərginlik düşməsini ölçərək cərəyanı hesablayır:

Sensor rezistorunda gərginlik düşməsi → Gücləndirmə və filtrləmə → ADC nümunəsi → Cərəyan hesablanması → FOC fırlanma momentinin idarə edilməsi

Bu siqnal zəncirinin dəqiqliyi birbaşa təsir göstərir:

Fırlanma momentinin idarə olunması dəqiqliyi: Əgər cari qiymətləndirmə qeyri-dəqiqdirsə, çıxış fırlanma momenti də qeyri-dəqiq olacaq.

Aşağı Sürətli Hamarlıq: Yüksək nümunə götürmə səs-küyü aşağı sürətlə titrəməyə səbəb olur.

Həddindən artıq cərəyandan qorunma: Yavaş cavab MOSFET-ləri yandıra bilər, həddindən artıq həssas parametrlər isə yalançı qoruma tetikleyicilərinə səbəb olur.

İstilik İdarəetmə Strategiyası: Davamlı yüksək cərəyan mühərrik sarımlarında, MOSFET-lərdə və cərəyan həssas rezistorlarda eyni vaxtda temperaturun artmasına səbəb olur.

Planlaşdırma baxımından, cərəyan həssas rezistorların MOSFET-lərə və faz naqillərinə yaxın yerləşdirilməsi yüksək cərəyan dövrəsini qısaldır ki, bu da parazit induktivliyi və nümunə götürmə səhvlərini azaltmağa kömək edir. Hər fazanın yaxınlığında çox sayda kiçik rezistor və kondensator yerləşdirilib ki, bunlar ümumiyyətlə qapı söndürmə, nümunə götürmə filtrasiyası, sürücünün sabitləşdirilməsi və lokal ayırma üçün istifadə olunur.

Temperaturun aşkarlanması da eyni dərəcədə vacibdir. MOTOR NTC etiketi mühərrikin içərisində və ya sarımların yanında quraşdırılmış termistoru göstərir. Humanoid robot birləşmələri üçün aşağı sürətli yüksək fırlanma momenti işləməsi, uzun müddətli statik saxlama və ayaq üstə durma və ya çömbəlmə zamanı müvəqqəti təsir temperaturun əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olur. NTC nəzarətçiyə temperatura əsaslanan üç əsas funksiyanı yerinə yetirməyə imkan verir:

Cərəyan məhdudlaşdırıcısı: Temperatur artdıqca maksimum çıxış cərəyanını azaldın; Deratinq: Davamlı ağır yüklər altında qapaq pik fırlanma momenti;

Qoruyucu söndürmə: Temperatur təhlükəsizlik həddini aşdıqdan sonra nasazlıq rejiminə keçin.

Bu, həm də peşəkar robot birləşmələrinin sahib olmalı olduğu əsas qabiliyyətdir. Temperaturun qapalı dövrə nəzarəti olmadan, birləşmə yüksək pik fırlanma anı reytinqinə baxmayaraq uzun müddət etibarlı şəkildə işləyə bilməz.

06 Mövqe Aşkarlanması: İkiqat Maqnit Enkoderlər və Ötürücülər Tək Dönüşümlü Bucaqları Çox Dönüşümlü Mövqe Oxumalarına Çevirir

PCBA çıxarıldıqdan sonra, arxa tərəfdə bir sıra kiçik dişli konstruksiyalar görünə bilər. Bunlar əsas reduktorlar deyil, bucaq aşkarlanması üçün hazırlanmış köməkçi mexanizmlərdir.

 

Şəkil 8: İdarəetmə lövhəsinin arxa tərəfindəki dişli və maqnit kodlayıcı sahəsi

 

Şəkil 9: Mərkəzi valın fırlanması iki bitişik dişli çarxın sinxron fırlanmasına səbəb olur.

Struktur olaraq, mərkəzi valın fırlanması iki kiçik dişli çarxı hərəkətə gətirir. Hər kiçik dişli çarxın mərkəzində maqnit komponenti quraşdırılıb və maqnit kodlayıcı mikrosxemlər PCBA-nın arxa tərəfindəki uyğun mövqelərə quraşdırılıb. Maqnit kodlayıcılar maqnit sahələrinin bucaq dəyişikliklərini ölçür və optik barmaqlıq disklərinə ehtiyacı aradan qaldırır. Onlar kiçik yağ çirklənməsinə və toza qarşı tozludurlar və bu da onları tam qapalı robot birləşmələri üçün daha uyğun edir.

 

Şəkil 10: İkiqat dişli və ikili kodlayıcı struktur bucaq qətnaməsini yaxşılaşdırır və çoxdöngəli mövqe aşkarlamasını təmin edir.

Burada ən çox diqqət çəkən şey "ikili dişli + ikili maqnit kodlayıcı" konfiqurasiyasıdır. Onun dəyəri daha yüksək dəqiqlik üçün sadəcə ikinci bir sensor əlavə etməkdən daha çox şeyə malikdir; çox güman ki, çox dönüşlü mütləq mövqe kodlaşdırma sxemini həyata keçirmək üçün hazırlanmışdır:

Tək bir maqnit kodlayıcısı 0–360° aralığında bucaqları dəqiq ölçür;

lakin birləşmə birdən çox dövrə vura bilər və tək dövrəli enkoder fırlanmaların sayını təkbaşına müəyyən edə bilməz;

Əgər iki dişli çarx fərqli diş sayına və ya dişli nisbətlərinə malikdirsə, onlar vernierə bənzər bir korrelyasiya yaradır;

İki bucaq oxunuşunu birləşdirərək, nəzarətçi mütləq mövqeyi daha geniş diapazonda hesablayır.

Bu quruluş humanoid robotlar üçün böyük dəyər təmin edir. Elektrik kəsildikdən sonra ayaqlar, qollar və ya bel oynaqları xarici qüvvələr tərəfindən yerindən tərpənə bilər. Yenidən elektrik verildikdə, geniş hopping hərəkətləri tələb edən oynaqlar aşağı səmərəlilikdən əziyyət çəkir və təhlükəsizlik üçün təhlükə yaradır. Çoxnövbəli mütləq mövqe sensoru, elektrik bərpa edildikdən dərhal sonra oynaqların duruş məlumatlarını əldə etməsinə imkan verir.