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El STSPIN32F0B de STMicroelectronics es un sistema en paquete que incluye un microcontrolador, un controlador de compuerta, un convertidor de CC / CC, un regulador lineal y un amplificador operacional.

Los motores de CC se pueden dividir en tres categorías generales: motores de CC con escobillas, motores paso a paso y motores de CC sin escobillas. La variedad más sencilla es el motor DC cepillado. Si desea hacer que gire, todo lo que necesita hacer es suministrar un voltaje: la inversión de polaridad necesaria para mantener el motor en rotación se proporciona mediante cepillos que crean una secuencia de conexiones físicas y desconexiones.

Los motores paso a paso no tienen cepillos; la rotación se logra aplicando una secuencia específica de voltajes de control. Los Steppers son ideales cuando necesita una rotación de precisión que se produce en pasos discretos y, en general, están limitados a aplicaciones de bajo consumo.

Los motores sin escobillas DC (BLDC) combinan las características de los motores con escobillas y los motores paso a paso. La conmutación se logra eléctricamente, como ocurre con los motores paso a paso, pero los motores BLDC, como los motores de CC con escobillas, están diseñados para una rotación continua de mayor potencia. Puede leer más sobre motores de CC sin escobillas en este artículo sobre el control BLDC sin sensores.

Este gráfico, tomado de un documento de STMicro titulado “Una introducción a los motores eléctricos", Le da una idea básica de la estructura y el funcionamiento de un motor de CC sin escobillas trifásico.

Circuitos integrados para sistemas BLDC

Controlar un motor BLDC no es una tarea particularmente simple. Los voltajes del variador deben controlarse cuidadosamente de acuerdo con la información de los sensores de posición o de la parte posterior de EMF del motor. No es sorprendente, entonces, que los fabricantes de circuitos integrados hayan creado dispositivos que simplifiquen en gran medida la tarea del control BLDC.

Ventajas de los motores BLDC

La disponibilidad de cómodos circuitos integrados para el controlador es algo bueno, no solo porque facilita la vida de los ingenieros, sino también porque permite que más sistemas se beneficien del rendimiento superior que ofrecen los motores sin escobillas. En comparación con los motores de CC con escobillas, los motores BLDC son más eficientes, más compatibles con las técnicas de control de alta precisión y más duraderos.

También generan menos ruido eléctrico, porque no hay cepillos para crear transitorios de desconexión / conexión de alta energía. En algunas situaciones, el uso de un motor de CC con escobillas puede ser simplemente imposible: los transitorios de conmutación crean chispas que probablemente serían peligrosas en instalaciones que podrían contener humos explosivos (no puedo decir con seguridad, nunca he trabajado en un ambiente explosivo).

El STSPIN32F0B

Si hay un límite superior en la cantidad de funcionalidad que se puede integrar en un solo IC de control de motor, creo que STMicro se está acercando. No estoy diciendo que esto sea necesariamente fantástico, porque en mi opinión los niveles de integración extremadamente altos a veces son un poco abrumadores, pero si un sistema en paquete es el tipo de controlador de motor BLDC que está buscando, el STSPIN32F0B Es un buen lugar para comenzar.

Este dispositivo, que viene en un paquete VFQFPN48 de 7 mm × 7 mm, incluye

• controladores de puerta trifásicos con diodos de arranque integrados,
• un microcontrolador de 32 bits construido alrededor de un núcleo Arm Cortex-M0,
• un convertidor DC / DC, que genera una fuente de alimentación de 3.3 V que alimenta al microcontrolador y está disponible para componentes externos,
• un regulador lineal de baja caída que alimenta a los controladores de la puerta,
• un amplificador operacional de salida de riel a riel que se puede usar para la detección de corriente, y
• un comparador que puede proporcionar protección contra sobrecorriente al monitorear la corriente de carga y compararla con un umbral establecido por el microcontrolador.

Diagrama tomado de la Hoja de datos de STSPIN32F0B.

Con un IC como este, es importante señalar los componentes que están no Integrado en el paquete. Necesitará una variedad de condensadores y resistores externos, como de costumbre, pero los componentes externos más destacados son los transistores de accionamiento motorizado.

El STSPIN32F0B proporciona salidas de unidad de puerta, no salidas de unidad de motor. Como se muestra en el ejemplo de aplicación en la página 27 de la hoja de datos, el sistema final debe incluir tres controladores de medio puente (uno por fase de motor). Cada medio puente utiliza dos MOSFET de canal N, como se muestra en el diagrama a continuación.

Los controladores de compuerta del STSPIN32F0B, que tienen una capacidad actual de 600 mA, también son compatibles con los IGBT. Si está interesado en aprender más sobre este tipo de transistor, que es más o menos un híbrido de un MOSFET y un BJT, recientemente escribí un artículo sobre un controlador de compuerta IGBT aislado de Analog Devices, y este artículo sobre alta potencia transistores proporciona una comparación completa de los MOSFET, BJT e IGBT.

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¿Tiene alguna experiencia con el control del motor de CC sin escobillas? No dude en compartir recomendaciones de piezas en la sección de comentarios a continuación.