04 Кубат берүүчү: 3 фазалуу MOS көпүрөсү муфтанын чыгуучу момент кубаттуулугун аныктайт

5-сүрөт: Үч фазалуу мотор зымдары MOS кубаттуулук бөлүмүнө борборлоштурулган түрдө туташтырылган, анын айланасында үлгү алуу резисторлору, драйверлери жана чыпка компоненттери жайгаштырылган.

 

Бул бириктиргич үч фазалуу щеткасыз моторлор үчүн иштелип чыккан. Үч фазалуу BLDC моторлорун жогорку өндүрүмдүүлүктө башкаруу үчүн, адатта, үч жарым көпүрө талап кылынат, бул кеминде алты кубаттуулуктагы MOSFET менен үч фазалуу инверторду түзөт. Бир нече чоң пакеттүү MOS түзмөктөрүбанкабул архитектурага ылайык, үч фазалуу чыгуучу ширетүүчү чекиттерди курчап турган PCBAда байкалышы мүмкүн.

 

Үч фазалуу көпүрөнүн иштөө логикасын төмөнкүдөй жөнөкөйлөштүрүүгө болот:

Батареянын же шиналардын чыңалуусу P+ жана P- аркылуу берилет; MOS жарым көпүрөлөрүн жогорку ылдамдыкта которуштуруу туруктуу токтун чыңалышын үч фазалуу токко айландырат;

Үч фазалуу ток айлануучу магнит талаасын түзүү үчүн мотордун оромдоруна агат; Контроллер коддогучтун абалына жана токтун кайтарым байланышына негизделген PWM жумуш циклдерин тынымсыз тууралайт;

Акыр-аягы, муунга максаттуу моментти, ылдамдыкты же позицияны чыгарууга мүмкүндүк берет.

Бул бөлүктүн начар дизайны бир нече типтүү көйгөйлөргө алып келет: ашыкча MOS ысытуусу, төмөнкү ылдамдыктагы термелүү, моменттин катуу толкундануусу, жалган ашыкча ток коргоосу жана коддогучтарга же байланыш схемаларына таасир этүүчү EMI тоскоолдуктары. Ушул себептен улам, робот муундары үчүн кубат тактасын долбоорлоо кадимки кичинекей мотор айдоочу такталарына караганда алда канча татаал.

 

6-сүрөт: TLV767 чыңалуу жөнгө салгычын индукторлор, конденсаторлор жана бир нече төмөнкү чыңалуудагы кубаттуулук компоненттери менен катар тактадан көрүүгө болот.

Электр менен камсыздоо дарагын да талдоо керек. TLV767 сыяктуу LDO жөнгө салгычтары жана "100" деп белгиленген кубат индукторлору платада көрүнүп турат. 48В номиналдык муундардын колдонуу сценарийин эске алганда, төмөнкү чыңалуудагы системаны жогорку чыңалуудан LDO аркылуу гана түздөн-түз өчүрүү мүмкүн эмес деп болжолдоого болот. Анын ордуна, төмөнкүлөргө окшош электр менен камсыздоо архитектурасы кабыл алынган:

Жогорку чыңалуудагы шина → Төмөнкү чыңалуудагы конвертацияны которуу → Төмөнкү чыңалуудагы рельстер (5V / 3.3V ж.б.) → Экинчилик LDO жөнгө салуу / жергиликтүү ызы-чууну чыпкалоо

Бул кубаттуулук архитектурасы рационалдуураак. MCU, коддогуч, үлгү алуу күчөткүчтөрү жана байланыш кабыл алгыч-трансиверлери таза, туруктуу төмөнкү чыңалуудагы кубаттуулукту талап кылат, ал эми MOS которгучтары жана мотордун фазалык линиялары катуу ызы-чууну пайда кылат. Эгерде төмөнкү чыңалуудагы кубат булагы жетиштүү тоскоолдуктарга каршы иштөөгө ээ болбосо, анда биринчи пайда болгон кемчиликтер, адатта, мотордун бузулушу эмес, бурчтун кескин секириши, байланыштын үзүлүшү же агымдын үлгү алуу көрсөткүчтөрүнүн дрейфинде болот.

05 Ток жана температураны сезүү: Робот муундары чыгуучу моментти реалдуу убакыт режиминде көзөмөлдөшү керек

 

7-сүрөт: Бир нече R001 аз маанидеги сенсордук резисторлор үч фазалуу кубаттуулук секциясынын астында жайгашкан.

Бул тактада R001 компоненттери абдан маанилүү, алар мотордун фазалык тогун же шина тогун өлчөө үчүн колдонулган миллиомдук деңгээлдеги аз маанидеги сенсордук резисторлорду (адатта 1 мΩ) билдирет. Ток сенсору робот муундары үчүн жабык циклдик башкаруунун өзөгүн түзөт, анткени BLDC моторунун чыгуу моменти анын фазалык тогу менен тыгыз корреляцияланган.

Башкача айтканда, контроллер муфтанын чыгыш моментин "болжолдобойт"; анын ордуна, ал сенсордук резисторлордогу чыңалуунун кичинекей төмөндөшүн өлчөө менен ток күчүн эсептейт:

Сезгич резистордогу чыңалуунун төмөндөшү → Күчөтүү жана чыпкалоо → ADC үлгүсүн алуу → Токту эсептөө → FOC моментин башкаруу

Бул сигнал чынжырынын тактыгы түздөн-түз төмөнкүлөргө таасир этет:

Моментти башкаруунун тактыгы: Эгерде учурдагы баалоо туура эмес болсо, моменттин чыгышы да туура эмес болот.

Төмөн ылдамдыктагы жылмакайлык: Жогорку үлгү алуу ызы-чуусу төмөнкү ылдамдыкта титирөөнү пайда кылат.

Ашыкча ток коргоо: Жай жооп берүү MOSFETтерди күйгүзүп жибериши мүмкүн, ал эми өтө сезимтал жөндөөлөр жалган коргоо триггерлерине алып келет.

Жылуулук башкаруу стратегиясы: Узакка созулган жогорку ток кыймылдаткычтын оромдорунда, MOSFETтерде жана ток сезгич резисторлордо бир эле учурда температуранын жогорулашына алып келет.

Макеттин көз карашынан алганда, ток сезгич резисторлорду MOSFETтерге жана фазалык зымдарга жакын жайгаштыруу жогорку ток циклин кыскартат, бул мите индуктивдүүлүктү жана үлгү алуу каталарын азайтууга жардам берет. Ар бир фазанын жанында көп сандаган кичинекей резисторлор жана конденсаторлор жайгаштырылган, алар көбүнчө дарбазаны демпферлөө, үлгү алуу чыпкалоо, драйверди турукташтыруу жана жергиликтүү ажыратуу үчүн колдонулат.

Температураны аныктоо да ошондой эле маанилүү. МОТОРДУН NTC этикеткасы мотордун ичине же оромдорго жакын орнотулган термисторду көрсөтөт. Гуманоиддик робот муундары үчүн төмөнкү ылдамдыктагы жогорку момент менен иштөө, узакка созулган статикалык кармоо жана туруп же отуруп жатканда убактылуу сокку температуранын олуттуу көтөрүлүшүнө алып келет. NTC контроллерге температурага негизделген үч негизги функцияны аткарууга мүмкүндүк берет:

Токту чектөө: Температура көтөрүлгөн сайын максималдуу чыгуучу токту азайтуу; Дератинг: Узакка созулган оор жүктөр астында максималдуу максималдуу момент;

Коргоочу өчүрүү: Температура коопсуздук чегинен ашканда ката режимине өтүңүз.

Бул ошондой эле кесипкөй робот муундары ээ болушу керек болгон негизги мүмкүнчүлүк. Температураны жабык цикл менен башкаруусуз, муун жогорку эң жогорку момент рейтингине карабастан, узак убакыт бою ишенимдүү иштей албайт.

06 Позицияны аныктоо: Кош магниттик коддогучтар жана тиштүү дөңгөлөктөр бир бурулуштуу бурчтарды көп бурулуштуу позиция көрсөткүчтөрүнө айландырат

PCBAны алып салгандан кийин, арткы бетинде кичинекей тиштүү конструкциялардын жыйындысын көрүүгө болот. Булар негизги редукторлор эмес, бурчту аныктоо үчүн иштелип чыккан жардамчы механизмдер.

 

8-сүрөт: Башкаруу тактасынын арткы бетиндеги тиштүү дөңгөлөк жана магниттик коддогуч аймагы

 

9-сүрөт: Борбордук валдын айлануусу эки жанаша жайгашкан пиньон тиштүү дөңгөлөктөрдү синхрондуу айланууга алып келет.

Структуралык жактан алганда, борбордук валдын айлануусу эки кичинекей тиштүү дөңгөлөктү кыймылдатат. Ар бир кичинекей тиштүү дөңгөлөктүн борборуна магниттик компонент орнотулган, ал эми магниттик коддогуч интегралдык схемалар PCBAнын арткы бетиндеги дал келген позицияларга орнотулган. Магниттик коддогучтар магнит талааларынын бурчтук өзгөрүүлөрүн өлчөйт, бул оптикалык торчо дисктерине болгон муктаждыкты жокко чыгарат. Алар майдын анча чоң эмес булганышына жана чаңга чыдамдуу, бул аларды толугу менен жабык робот муундары үчүн ылайыктуураак кылат.

 

10-сүрөт: Кош тиштүү жана кош коддогуч түзүлүш бурчтук чечилишти жакшыртат жана көп бурулуштуу абалды аныктоого мүмкүндүк берет.

Бул жерде эң өзгөчөлөнүп турган нерсе - "кош тиштүү + кош магниттик коддогуч" конфигурациясы. Анын мааниси жогорку тактык үчүн жөн гана экинчи сенсорду кошуудан алда канча жогору; ал, кыязы, көп бурулуштуу абсолюттук позицияны коддоо схемасын ишке ашыруу үчүн иштелип чыккан:

Бир магниттик коддогуч 0–360° аралыгындагы бурчтарды так өлчөйт;

бирок муун бир нече жолу айланышы мүмкүн, ал эми бир айланма энкодер өз алдынча айлануулардын санын аныктай албайт;

Эгерде эки тиштүү дөңгөлөктүн тиштеринин саны же тиштүү дөңгөлөктөрдүн катышы ар башка болсо, алар верниус сыяктуу корреляцияны түзөт;

Эки бурчтук көрсөткүчтү айкалыштыруу менен, контроллер абсолюттук позицияны алда канча кеңири диапазондо эсептейт.

Бул түзүлүш гуманоид роботтор үчүн чоң пайда алып келет. Электр энергиясы өчүрүлгөндөн кийин, буттар, колдор же бел муундары тышкы күчтөрдүн таасиринен жылып кетиши мүмкүн. Кайрадан электр энергиясын бергенде, көп кыймылдарды талап кылган муундар төмөн натыйжалуулукка ээ болуп, коопсуздукка коркунуч келтирет. Көп бурулуштуу абсолюттук абалды сезүү муундарга электр энергиясы калыбына келтирилгенден кийин дароо абал маалыматтарын алууга мүмкүндүк берет.