Pourquoi utilisez-vous toujours un relais pour conduire un moteur de voiture?
Avec l'avènement de circuits intégrés (CI) plus petits et plus intelligents dans les systèmes électriques automobiles, il est temps de regarder «l'éléphant» dans la pièce: pourquoi utilisons-nous toujours des relais pour contrôler les toits ouvrants des voitures, les lève-vitres, les serrures électriques et les Couvre-bagages, sièges à mémoire, compresseurs et pompes diverses sur la voiture? Bien que les relais soient abordables et faciles à concevoir, leur fonctionnalité est quelque peu encombrante pour les applications de moteur modernes en raison de leur durée de vie limitée et de leur grande taille. Pour une solution silencieuse, compacte et sécurisée, les circuits intégrés à semi-conducteurs constituent le meilleur choix pour les applications de contrôle de moteur automobile.
Taille de la solution
Comparons les deux solutions. La figure 1 montre une solution de relais typique avec les mêmes tensions et courants nominaux et une solution à l'état solide équivalente.
Uniquement pour la taille de la solution, un quad-plat sans plomb (QFN) 8 x 8 mm à semi-conducteurs et deux MOSFET à canal N à double boîtier représentent environ le tiers de la surface de carte de la solution de relais. En regardant l'axe z, la solution à l'état solide dans son ensemble a une hauteur d'environ 0,9 mm, ou 0,035 pouce. Si vous souhaitez construire une carte de circuit imprimé de commande de moteur qui s'adapte parfaitement à l'arrière du boîtier du moteur, les solutions à l'état solide de TI sont parfaitement adaptées à cette application.
Outre sa taille, le pilote de grille à semi-conducteurs intègre un ensemble complet de fonctionnalités de protection qui doivent sinon être intégrées de manière discrète dans la solution de relais. Ces fonctionnalités incluent:
Mesure du courant moteur
Pour tout type de régulation de courant, les systèmes à relais et à semi-conducteurs nécessitent une résistance parallèle. La solution de relais nécessite un circuit d’amplificateur discret distinct pour augmenter la tension mesurée à travers la résistance de détection. L'augmentation de la tension est ensuite envoyée à un convertisseur analogique-numérique (ADC) du microcontrôleur (MCU) afin que la logique numérique du MCU puisse déterminer quand éteindre le moteur ou limiter le courant. Toutefois, les variateurs statiques à semi-conducteurs intègrent généralement un amplificateur shunt côté basse tension. Par conséquent, le seul composant discret dont vous avez besoin est une simple résistance de détection de courant. La figure 2 montre la différence entre le circuit intégré de commande de moteur intégré et la topologie de circuit de mesure de courant discret.
Courbe de vitesse du moteur
Les courbes de vitesse du moteur avec les relais sont extrêmement inefficaces. Les concepteurs peuvent utiliser une résistance de taille différente placée en série avec le moteur ou un moteur à enroulements multiples à différentes vitesses pour réaliser un système de commande à plusieurs vitesses pour lève-vitres, portillons, toits ouvrants, portes coulissantes ou pompes à relais. Si vous souhaitez choisir une vitesse différente, les deux solutions nécessitent davantage de relais, ce qui signifie davantage d'espace sur la carte et de composants discrets.
Avec une solution à semi-conducteurs, il vous suffit de fournir deux signaux de modulation de largeur d'impulsion (PWM) provenant de la MCU aux pilotes de moteur de TI pour contrôler la vitesse du moteur. Sur les DRV8702-Q1 et DRV8703-Q1, TI fournit un mode PH / EN dans lequel un seul signal PWM est appliqué à la broche d'activation, tandis qu'une broche à phase simple, haute ou basse, contrôle la direction du moteur. Le signal PWM de niveau logique est directement converti en porte MOSFET avec la tension correcte pour améliorer pleinement le MOSFET côté haut ou côté bas. Avec ce type d'interface, vous pouvez rapidement concevoir des pompes à plusieurs étages, des trajectoires personnalisées pour les toits ouvrants vitrés, des vitres électriques à fermeture lente, des essuie-glaces économiques à vitesse variable ou tout autre type d'application d'un moteur à commande de mouvement simple.
Conception de référence associée
La conception de référence du module moteur de toit ouvrant de petite taille est un module de commande de moteur à semi-conducteurs destiné aux applications de lanterneaux et de lève-vitres. La conception de référence de TI utilise le pilote de grille DRV8703-Q1 avec amplificateur shunt intégré et deux MOSFET à double boîtier de qualité automobile pour créer un très petit agencement d’étages de puissance par rapport aux solutions de relais classiques. La conception comprend également deux capteurs à effet Hall à verrouillage numérique DRV5013-Q1 de TI pour coder la position du moteur.
Concevoir un système de commande de moteur à l'aide de l'entraînement à moteur à semi-conducteurs de TI contribuera à réduire la taille de la solution de circuit imprimé, permettant ainsi de contrôler de plus en plus de moteurs à partir du même module. Grâce au schéma de contrôle simple et hautement intégré de TI pour les entraînements motorisés, les concepteurs peuvent redéfinir rapidement et facilement les circuits de contrôleur de moteur à courant continu brossé les plus modernes qui utilisent actuellement des relais.
