انتخاب بین یک درایور موتور BLDC بدون سنسور و یکدرایور موتور BLDC با سنسور هال تصمیمی مهم در طراحی سیستم موتور BLDC است. این دو رویکرد از روش‌های متفاوتی برای تعیین موقعیت روتور استفاده می‌کنند و هر کدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند.

به طور کلی، کنترل با سنسور هال بازخورد مستقیم موقعیت روتور و راه‌اندازی قابل اعتماد از سرعت صفر را فراهم می‌کند، در حالی که کنترل بدون سنسور سنسورهای هال را حذف کرده و از سیگنال‌های الکتریکی موتور - معمولاً Back-EMF - برای تخمین موقعیت روتور استفاده می‌کندارائه می‌دهد.انتخاب مناسب به موتور، بار راه‌اندازی، محدوده سرعت، هزینه، سیم‌کشی و الزامات کاربرد بستگی دارد.

یک موتور BLDC سه فاز برای تعیین زمان کموتاسیون فازهای موتور به اطلاعات موقعیت روتور نیاز دارد.

یک موتور BLDC با سنسور هال معمولاً از سه سنسور اثر هال نصب شده در داخل موتور استفاده می‌کند. سیگنال‌های دیجیتال آن‌ها موقعیت الکتریکی روتور را نشان می‌دهند و به کنترل‌کننده اجازه می‌دهند تا حالت کموتاسیون مناسب را انتخاب کند.

در یک سیستم شش مرحله‌ای معمولی، سه سیگنال هال شش بخش الکتریکی معتبر ۶۰ درجه الکتریکی را مشخص می‌کنند.

یک موتور BLDC بدون سنسور نیازی به سنسور هال ندارد. در کنترل بدون سنسور شش مرحله‌ای سنتی، کنترل‌کننده Back Electromotive Force (Back-EMF) فاز شناور موتور را نظارت کرده و از اطلاعات عبور از صفر برای تخمین موقعیت روتور و تعیین زمان‌بندی کموتاسیون استفاده می‌کند.

بنابراین تفاوت اساسی این است:

سنسور هال:

• موقعیت روتور → سنسورهای هال → کنترل‌کننده → کموتاسیون

بدون سنسور:

• چرخش روتور → Back-EMF → تخمین موقعیت → کنترل‌کننده → کموتاسیون

محدودیت کلیدی کنترل BEMF بدون سنسور سنتی این است که Back-EMF به سرعت چرخش موتور بستگی دارد. در حالت سکون اساساً هیچ Back-EMF وجود ندارد، بنابراین کنترل‌کننده نمی‌تواند موقعیت روتور را فقط از BEMF به دست آورد و باید از یک استراتژی راه‌اندازی استفاده کند.

در یک موتور BLDC مبتنی بر هال، سنسورهای هال میدان مغناطیسی روتور آهنربای دائمی را تشخیص می‌دهند.

کنترل‌کننده وضعیت‌های هال را می‌خواند و تعیین می‌کند که روتور در حال حاضر در کدام بخش الکتریکی قرار دارد.

یک توالی کنترل ساده شده به شرح زیر است:

سیگنال هال → موقعیت روتور → کموتاسیون → چرخش موتور

برای یک سیستم شش مرحله‌ای سه هال معمولی، سیگنال‌های سنسور شش وضعیت موقعیت معتبر مربوط به شش بخش کموتاسیون را فراهم می‌کنند.

• راه‌اندازی قابل اعتماد
• کنترل خوب در سرعت پایین
• اطلاعات مستقیم موقعیت روتور
• مناسب برای کاربردهایی که نیاز به گشتاور راه‌اندازی دارند
• منطق کموتاسیون نسبتاً ساده

• نیاز به سنسورهای هال در داخل موتور
• نیاز به سیم‌کشی اضافی
• افزودن قطعات و الزامات مونتاژ
• نصب سنسور می‌تواند پیچیدگی تولید موتور را افزایش دهد
• سیم‌کشی و سیگنال‌های هال همچنان به طراحی مناسب EMI نیاز دارند

در یک سیستم BLDC شش مرحله‌ای بدون سنسور سنتی، دو فاز موتور هدایت می‌شوند در حالی که فاز سوم شناور باقی می‌ماند.

کنترل‌کننده فاز شناور را نظارت می‌کند.

هنگامی که موتور می‌چرخد، آهنرباهای دائمی Back-EMF را در سیم‌پیچ‌های موتور تولید می‌کنند. کنترل‌کننده عبور از صفر Back-EMF را تشخیص داده و از این اطلاعات برای همگام‌سازی رویداد کموتاسیون بعدی استفاده می‌کند.

یک فرآیند ساده شده به شرح زیر است:

چرخش موتور

↓

Back-EMF تولید شده

↓

فاز شناور تشخیص داده شده

↓

عبور از صفر تشخیص داده شده

↓

موقعیت روتور تخمین زده شده

↓

کموتاسیون بعدی

این امر نیاز به سنسورهای موقعیت روتور فیزیکی را از بین می‌برد.

این یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های مهندسی است.

هنگامی که یک موتور BLDC متوقف می‌شود:

سرعت موتور ≈ ۰ → Back-EMF ≈ ۰

بنابراین، کنترل‌کننده در ابتدا نمی‌تواند برای تعیین موقعیت روتور به BEMF تکیه کند.

یک درایور بدون سنسور معمولاً به یک توالی راه‌اندازی اولیه برای شتاب دادن موتور تا زمانی که سیگنال BEMF به اندازه کافی قابل تشخیص در دسترس باشد، نیاز دارد.

این بدان معناست کهبار راه‌اندازی موتور یک عامل حیاتی هنگام انتخاب درایور BLDC بدون سنسور استارائه می‌دهد.

به عنوان مثال، یک درایور بدون سنسور ممکن است با یک فن با بار کم به خوبی کار کند اما در راه‌اندازی پمپ، دمنده یا سیستم مکانیکی با نیازهای گشتاور راه‌اندازی بالا در صورت عدم تطابق مناسب پارامترهای موتور و درایور، مشکل داشته باشد.

پاسخ جهانی وجود ندارد.

انتخاب صحیح به کاربرد بستگی دارد.

• سنسورهای هال در دسترس نیستند
• هزینه پایین BOM مهم است
• سیم‌کشی ساده موتور ترجیح داده می‌شود
• ادغام مکانیکی نیاز به ساده‌سازی دارد
• موتور معمولاً در سرعت متوسط یا بالا کار می‌کند
• کاربرد فن، پمپ، دمنده یا بار چرخشی مشابه است
• کاربرد نیاز به موقعیت دقیق روتور در سرعت صفر ندارد

• راه‌اندازی قابل اعتماد حیاتی است
• گشتاور راه‌اندازی بالا مورد نیاز است
• موتور اغلب در سرعت بسیار پایین کار می‌کند
• موقعیت روتور باید از حالت سکون در دسترس باشد
• کاربرد از قبل از موتور مجهز به هال استفاده می‌کند
• سیستم کنترل نیاز به بازخورد مستقیم موقعیت هال دارد

اینها ملاحظات انتخاب مهندسی هستند نه قوانین مطلق. یک موتور و بار خاص باید همیشه همراه با کنترل‌کننده ارزیابی شوند.

انتخاب درایور BLDC فقط بر اساسولتاژ و جریانکافی نیست.

مهندسان همچنین باید در نظر بگیرند:

• پیکربندی سیم‌پیچ موتور
• ولتاژ نامی
• جریان نامی
• جریان پیک/راه‌اندازی
• محدوده سرعت موتور
• تعداد قطب‌ها
• مشخصات Back-EMF
• آرایش سنسور هال، در صورت کاربرد
• گشتاور راه‌اندازی
• بار مکانیکی
• شتاب مورد نیاز
• فرکانس PWM
• دمای عملیاتی
• الزامات حفاظتی

برای سیستم‌های بدون سنسور، مشخصات BEMF و رفتار راه‌اندازی به ویژه مهم هستند.

برای سیستم‌های مبتنی بر هال، نوع سنسور هال، زاویه الکتریکی هال، توالی سیگنال و رابطه سیم‌کشی فاز/هال نیز باید تأیید شوند.

JUYI Tech هر دو راه‌حل کنترل BLDC بدون سنسور و با سنسور هال را ارائه می‌دهد، از جمله آی‌سی‌های کنترل‌کننده و بردهای درایور.

این به مهندسان اجازه می‌دهد تا معماری کنترل را بر اساس الزامات واقعی موتور و کاربرد خود انتخاب کنند.

آی‌سیJY01به خصوص زمانی که مهندسان نیاز به انعطاف‌پذیری بین طرح‌های موتور با سنسور هال و بدون سنسور دارند، مرتبط است.

این به عنوان یک آی‌سی کنترل‌کننده BLDC دو حالته طراحی شده است که هر دو را پشتیبانی می‌کند:

• موتورهای BLDC با سنسور هال
• موتورهای BLDC بدون سنسور

JY01 از فناوری درایو SPWM استفاده می‌کند و شامل عملکردهایی مانند راه‌اندازی نرم، کنترل جریان، حفاظت اضافه بار، حفاظت قفل روتور و بازخورد سرعت است.

طبق مستندات کاربردی JY01، این آی‌سی را می‌توان برای عملکرد با سنسور هال یا بدون سنسور پیکربندی کرد. در عملکرد بدون سنسور، تنظیم گشتاور راه‌اندازی به ویژه مهم است زیرا گشتاور راه‌اندازی ناکافی می‌تواند مانع از راه‌اندازی شود، در حالی که گشتاور راه‌اندازی بیش از حد می‌تواند به لرزش یا حرکت معکوس کمک کند.

این امر JY01 را به گزینه‌ای مفید برای مهندسانی تبدیل می‌کند که یک پلتفرم کنترل می‌خواهند که بتواند طرح‌های موتور BLDC با سنسور هال و بدون سنسور را در خود جای دهد.

برای کاربردهایی که به طور خاص به کنترل بدون سنسور نیاز دارند، JUYI Tech محصولاتی را بر اساس آی‌سی‌های کنترل BLDC بدون سنسور مانندJY03Bارائه می‌دهد.

آی‌سیJY03Bیک آی‌سی کنترل موتور BLDC بدون سنسور ۹ تا ۳۶ ولت در بسته SSOP-۲۸ است. این آی‌سی هسته کنترل موتور، درایورهای گیت MOSFET، تنظیم ولتاژ و سایر عملکردهای کنترلی را در یک آی‌سی واحد ادغام می‌کند و میزان مدار کنترل خارجی مورد نیاز را کاهش می‌دهد.

به عنوان مثال،JYQD-V9.3Eیک برد درایور BLDC سه فاز بدون سنسور ۱۰ تا ۳۶ ولت مبتنی بر JY03B است، با کنترل سرعت آنالوگ PWM و ۰-۵ ولت و خروجی پالس سرعت FG.

این نوع راه‌حل برای کاربردهایی که سنسور هال لازم نیست و معماری کنترل BLDC بدون سنسور فشرده ترجیح داده می‌شود، مناسب است.

برای موتورهای مجهز به هال، JUYI Tech همچنین بردهای درایور اختصاصی سنسور هال را ارائه می‌دهد.

به عنوان مثال،JYQD-V7.3E2یک برد درایور موتور BLDC اثر هال ۲۴ ولت با حداکثر جریان ۱۵ آمپر، کنترل سرعت آنالوگ ۰-۵ ولت، کنترل سرعت PWM و خروجی پالس سرعت است. این برد برای موتورهای BLDC با سنسور هال با پیکربندی هال ۱۲۰ درجه طراحی شده است.

گزینه دیگرJYQD-YL02Dاست، یک برد درایور BLDC دو کاناله که از عملکرد ۱۲-۳۶ ولت و موتورهای BLDC با سنسور هال ۱۲۰ درجه پشتیبانی می‌کند.

بنابراین، مجموعه محصولات JUYI Tech هر دو طرف انتخاب را پوشش می‌دهد:

BLDC بدون سنسور

• JY03B
• JYQD-V9.3E
• سایر سری‌های JYQD بدون سنسور

BLDC با سنسور هال

• JY01
• JYQD-V7.3E2
• JYQD-YL02D
• سایر راه‌حل‌های درایور با سنسور هال

مجموعه محصولات فعلی JUYI Tech همچنین محصولات جداگانه کنترل‌کننده BLDC بدون سنسور، با سنسور هال و دو حالته را لیست می‌کند.

هیچ کدام از روش‌ها به طور جهانی بهتر نیستند. کنترل بدون سنسور سنسورهای هال را حذف کرده و رابط موتور را ساده می‌کند، در حالی که سنسورهای هال اطلاعات مستقیم موقعیت روتور و عملکرد قابل اعتماد از سرعت صفر را فراهم می‌کنند.

بله، اما معمولاً به یک استراتژی راه‌اندازی اختصاصی نیاز دارد زیرا Back-EMF در حالت سکون و سرعت بسیار پایین در دسترس نیست یا خیلی ضعیف است.

بله. سنسورهای هال حتی زمانی که موتور ساکن است اطلاعات موقعیت روتور را فراهم می‌کنند، که کموتاسیون راه‌اندازی را ساده‌تر می‌کند.

بله. JY01 به عنوان یک آی‌سی کنترل‌کننده دو حالته برای موتورهای BLDC با سنسور هال و بدون سنسور طراحی شده است.

JY03B یکآی‌سی کنترل موتور BLDC بدون سنسوراست. برای کاربردهای سنسور هال، JUYI Tech محصولات دیگری از جمله راه‌حل‌های مبتنی بر JY01 و بردهای درایور سنسور هال را ارائه می‌دهد.

انتخاب بین کنترل BLDC بدون سنسور و با سنسور هال باید بر اساس الزامات کامل موتور و کاربرد باشد - نه صرفاً بر اساس اینکه آیا یک فناوری جدیدتر یا ارزان‌تر است.

کنترل BLDC بدون سنسور می‌تواند سیم‌کشی را ساده کند، قطعات مرتبط با سنسور را کاهش دهد و راه‌حلی مؤثر برای فن‌ها، پمپ‌ها، دمنده‌ها و سایر کاربردهایی که عملکرد قابل اعتماد در سرعت متوسط/بالا مهم‌تر از بازخورد مستقیم موقعیت روتور در حالت سکون است، ارائه دهد.

کنترل BLDC با سنسور هالاطلاعات مستقیم موقعیت روتور را فراهم می‌کند و به ویژه زمانی که راه‌اندازی قابل اعتماد، عملکرد در سرعت پایین یا گشتاور راه‌اندازی بالا مورد نیاز است، مفید است.

JUYI Tech هر دو معماری را از طریق آی‌سی‌های کنترل BLDC دو حالته JY01، JY02A، آی‌سی‌های کنترل BLDC بدون سنسور JY03B، بردهای درایور سنسور هال، بردهای درایور بدون سنسور و راه‌حل‌های سفارشی کنترل موتور BLDC پشتیبانی می‌کند. مناسب‌ترین راه‌حل باید بر اساس مشخصات الکتریکی موتور، بار راه‌اندازی، سرعت عملیاتی و الزامات کاربرد انتخاب شود.

• تشخیص Back EMF چگونه کار می‌کند؟
• چگونه درایور مناسب موتور BLDC را انتخاب کنیم؟