Как сделать BLDC контроллер своими руками?

Контроллер управления для BLDC мотора проще купить: в продаже представлена масса моделей с разными характеристиками и функционалом. Можно купить электронное устройство с расширенным набором функций, с возможностью программирования, работающий на разных напряжениях и т.д. Но иногда у мастеров-электронщиков появляется желание собрать контроллер для BLDC мотора своими руками.

Поводом для такого решения может стать:

• недоверие к представленным на рынке моделям;
• желание точно знать, что находится и происходит внутри коробки;
• стремление сделать и использовать именно такое электронное устройство, которое вам нужно и не вызывает каких-либо вопросов;
• желание сэкономить и реализовать свой потенциал самодельщика.

Если вы уверены в своих знаниях и мастерстве, можете сделать BLDC контроллер своими руками. В данной статье мы опишем, какие комплектующие понадобятся для этого.

Варианты сборки BLDC контроллера

Контроллеры для BLDC двигателей своими руками можно собрать на базе различных плат. Выбор зависит от ваших предпочтений и требований. Например, простейший вариант с минимальным функционалом (для запуска и управления двигателем с ШИМ-сигналом) можно собрать на базе платы MC33035. Она подходит для мощных 3-фазных двигателей и имеет базовый управленческий функционал:

• полностью реализует логическую составляющую;
• принимает информацию от датчиков Холла;
• выясняет позиции вала;
• предоставляет сигналы на драйверы ворот Н-моста;
• позволяет подключать индикаторы ошибок и перегрева;
• выполняет обработку и передачу ШИМ-сигнала (PWM);
• имеет функцию реверса.

Кроме покупки микросхемы, нужно будет собрать Н-мост, применить полумостовые драйверы и спаять все компоненты на плату с небольшой развязкой. Но учтите, что функционал микросхемы MC33035 – базовый. Например, если вы хотите выводить на дисплей значение скорости и расход аккумуляторной батареи, придется подключить микросхему с расширенными возможностями.

В частности, более сложный и функциональный вариант можно собрать на базе платы Arduino Leonardo или Искра Нео. В этом случае придется прописать логику и позаботиться о дополнительных защитах. Зато такой микроконтроллер отлично подойдет для экспериментов, получения прототипов, использования дополнительных функций и реализации разных режимов работы трехфазного бесколлекторного двигателя.

Перечень компонентов

Основными компонентами в расширенной схеме BLDC контроллера являются:

• подходящая плата – Arduino Leonardo, Искра Нео или другая с 4 пинами для аппаратного прерывания, чтобы плата успевала обрабатывать данные от датчиков Холла;
• полевые или IGBT-транзисторы для сборки H-моста – они нужны для поочередной подачи тока на фазы электромотора, изменения их полярности, управления воротами по напряжению;
• мостовые драйверы транзисторов, чтобы управлять воротами – для получения стабильных импульсов 20 В на затвор и быстрого отклика подойдут, например, мостовой драйвер HIP4086 или его полумостовой аналог IR2101 (понадобится 3 шт., чтобы обеспечить работу ключей каждой фазы);
• обвязка с защитами по перегреву, токовым перегрузкам и другим рискам;
• опционально – круиз-контроль с возможностью выставления нужной скорости движения, расходомер для дозирования энергии АКБ с учетом заданного расстояния и другие дополнения.

Н-мост включает в себя 3 пары транзисторов, каждая из которых подсоединяется к определенной фазе обмотки электромотора и отвечает за включение фазы с «+» величиной (верхние ключи) или с «–» значением (нижние ключи). Пошагово открывается 2 ключа: верхний определенной фазы и нижний фазы-соседки. Так происходит междуфазное протекание тока и вращение мотора.

При одновременном включении верхнего и нижнего ключей одинаковой фазы возникнет короткое замыкание. Поэтому ключи необходимо переключать быстро, чтобы не допустить замыкания при переходах. К тому же, быстрые переключения минимизируют потери и нагрев транзисторов Н-моста.

Для управления Н-мостом необходимо выполнить следующие шаги:

1. Считывание показаний датчиков Холла. Для этого нужно подать от платы на датчики положения питание 5 В, подключить на цифровые пины платы сигнальные провода и написать программу для считывания и обработки данных, поступающих с датчиков.
2. Определение, в каком положении включать каждую пару ключей.
3. Передача сигналов на определенные затворы транзисторов.

В результате микроконтроллер будет выполнять управленческие алгоритмы, обрабатывать поступающие от датчиков сведения и управлять протоколами связи.

Принцип подключения BLDC контроллера

Рассмотрим принцип управления работой бесколлекторного 3-фазного электродвигателя с применением ШИМ сигнала с частотой 50 Гц и коэффициентом заполнения 0–100%, управляемым с использованием потенциометра (вращаем его – управляем оборотами мотора). В таком случае нужно выполнить соединения в соответствии со схемой взаимодействия бесщеточного мотора и контроллера ESC к плате Arduino Leonardo или ее аналогу. Три провода мотора следует подсоединить в произвольном порядке к 3 проводам, выходящим из ESC контроллера. Если у него нет выходных проводов, нужно припаять провода от электромотора к контактам контроллера и заизолировать оголенные места.

Схема BEC в ESC контроллере сама регулирует постоянное напряжение 5 В, что дает возможность применять его для питания платы Arduino. Управлять оборотами мотора позволяет потенциометр, который подключается к ее контакту A0. Затем нужно написать и загрузить в плату программу, проверить, надежно ли зафиксирован электромотор, и запитать контроллер напряжением 12 В и током не менее 5 А.

При подаче на контроллер питания появляется характерный звук, который не прекращается до поступления управляющего сигнала (в определенных пределах). Этот звук исчезнет, если повернуть ручку потенциометра – когда выходное напряжение станет ненулевым, и на контроллер ШИМ поступит минимальный сигнал. При последующем повороте ручки потенциометра мотор потихоньку начнет вращаться, а если еще и увеличить выходное напряжение – будет вращаться быстрее. При достижении верхнего допустимого предела сигнала мотор остановится.

При самостоятельной сборке BLDC контроллера открываются широкие возможности для творчества, экспериментов и создания прототипов. Но если вас просто нужен надежный контроллер для управления работой бесколлекторного электромотора, заказывайте его в интернет-магазине Shura-Master.ru.

В продолжение темы предлагаем вам ознакомиться со статьей из нашего блога об устройстве, задачах и видах BLDC контроллеров.