Circuitos de controle de motores estão se tornando cada vez mais compactos graças ao elevado nível de integração e ao uso de invólucros para montagem em superfície. Neste artigo focalizamos uma importante solução para esta finalidade, sugerida pela Vishay Siliconix. Trata-se de um drive para motores sem escovas trifásicos contido num único invólucro SMD. Falamos do SI997, controlador monolítico para implementação de um controle de n canais para motor trifásico.
Obs: este artigo é de 2004 – verifique a existência de componentes equivalentes mais modernos.
Nas aplicações convencionais de controle de motores trifásicos sem escovas, necessita-se de um circuito complexo para excitar os MOSFETs de potência.
A complexidade dos circuitos de excitação se torna ainda maior quando a operação exige alimentações acima de 15 V.
Também deve ser levado em conta o tamanho dos MOSFETs de potência, que possuem invólucros não muito pequenos e ainda exigem dissipadores de calor.
Mesmo quando o Rds(on) desses componentes é baixo, ainda assim, o componente em si representa espaço adicional que deve ser previsto na placa de circuito impresso.
O Si9979 da Vishay Siliconix é um circuito integrado que visa eliminar todos esses problemas, diminuindo a complexidade das aplicações de controle de motores na faixa dos 20 aos 40 Vdc.
Esse componente usa um invólucro SQFP de 7 mm simplificando o projeto de controladores de motores.
Toda lógica de comutação para trabalhar em comutação de espaçamento de 60 ou 120 graus do sensor está configurada no chip.
O circuito possui ainda um regulador interno que permite operar com tensões na faixa de 20 aos 40 V assim como os sensores.
Também está disponível uma saída de tacômetro, além de recursos como limitação de corrente, travamento na condição de subtensão, proteção contra condução cruzada, e desabilitação quando um shutdown inválido do sensor ocorrer.
Na figura 1 temos um diagrama de blocos que representa as diversas funções contidas nesse circuito integrado.
As formas de onda em função das entradas de comutação são mostradas na figura 2.
O código básico de comutação é fornecido pelos sensores de comutação ligados na entrada INA, INB e INC.
Essas entradas são projetadas para permitir a operação com chaves de Efeito Hall com coletor aberto, e tem pull-ups ativos para o Vdd.
A entrada 60/120 deve ser programada de modo a ser compatível com o espaçamento do sensor que está sendo usado, também possuindo um pull-up ativo para Vdd.
Outro destaque do circuito é o limitador de corrente que tem a configuração básica mostrada na figura 3.
Esse circuito consiste num comparador que excita um multivibrador monoestável.
O comparador possui uma referência interna de 100 mV ligada à entrada inversora, e um resistor sensor externo ligado na entrada não inversora.
Essas entradas podem ser ligadas diretamente ao resistor sensor.
Com isso é possível eliminar os efeitos do ruído que estejam presentes numa linha de terra.
A corrente do motor deve gerar uma tensão de 100 mV no resistor sensor para haver a comutação do comparador. Quando isso ocorrer, o monoestável dispara levando os MOSFETs para um período de não condução definido pelos valores de R e de C.
Se a corrente cair para um valor abaixo do limiar do comparador, e o tempo de pausa de condução dos MOSFETs tiver terminado, os transistores voltam a sua condução normal.
Com um período programado para algo em torno de 100 us é possível ter uma limitação corrente ciclo-a-ciclo.
Se o período estiver na faixa dos 10 us, uma limitação no modo de corrente constante é obtida. Nesse modo, a corrente RMS (e consequentemente o torque) são maximizados.
Esse modo de operação é especialmente útil quando uma taxa máxima de aceleração é necessária quando a alimentação for ligada.
Na figura 4 temos as formas de onda para esta configuração.
Aplicação Típica
Na figura 5 temos o invólucro de 48 pinos SQFP do circuito integrado Si9979.
As dimensões em milímetros são dadas na tabela.
Uma aplicação prática para um controle de 3 fases usando o Si9979CS é mostrada na figura 6.
Esse controle prevê o uso de um motor alimentado com tensão de 24 Vdc e corrente típica de 2 A.
A corrente de partida está limitada a 5 A (pelas características da fonte) e o tempo que ele demora para atingir a velocidade máxima
e da ordem de 5 segundos.
Os sensores usados podem ser de Efeito Hall, como na maioria das aplicações desse tipo. Uma interface que será ligada nas entrada INA, INB e INC é mostrada na figura 7.
O limite de corrente é determinado pelo resistor sensor. Para uma corrente de 5 A, o cálculo aplicando a Lei de Ohm para uma queda de 100 mV nos leva a 20 mΩ.
Com a corrente de 2 A a dissipação nesse resistor será inferior a 0,1 W.
A figura 8 mostra um método de se fixar a corrente limite para o circuito.
Nele é usado um divisor resistivo. No entanto, a dissipação do resistor sensor deve ser maior, da ordem de 1,5 W.
Uma outra maneira consiste em se polarizar o pino IS em relação à terra, conforme mostra a figura 9.
Com resistores de 50 mΩ será preciso uma polarização de 150 mV para se alcançar o limiar de 250 mV necessário a limitação de corrente em 5 A.
Uma outra aplicação prática deste circuito integrado é mostrada na figura 10.
Trata-se de uma ponte-H controlada por um sensor de comutação utilizando Power MOSFETs da linha “Little Foot” da Vishay.
Esses transistores se caracterizam pelas suas reduzidas dimensões e pelo encapsulamento já contendo um par deles.
Os resistor Rs determina a limitação de corrente, enquanto que RT e CT determinam o tempo de desabilitação em caso de sobrecorrente.
Nesta configuração não há disponibilidade de uma saída para tacômetro.
Conclusão
Conforme podemos ver por este aplicativo para os desenvolvedores, o circuito integrado Si9940 da Vishay pode simplificar bastante o controle de motores trifásicos sem escovas.
Mais informações importantes como uma sugestão de placa de circuito impresso, dimensionamento de outros componentes do circuito, podem ser encontrados no Application Note AN714 a partir do site da Vishay Siliconix em www.vishay.com
