ძრავის კონტროლერის შიგნით: სამფაზიანი ხიდი, ტრანზისტორები, დენის გაზომვა

გარედან დაკვირვებით, კონტროლერი არის ყუთი, რომელსაც ერთ მხარეს დიდი მავთულები აქვს, მეორე მხარეს – პატარები, და რადიატორი. შიგნით ორი სამყაროა: სიმძლავრის ნაწილი, რომელიც ასეულობით ამპერს ამუშავებს, და მართვის ნაწილი, რომელიც გამოთვლის, რა უნდა გააკეთოს სიმძლავრემ. ეს გზამკვლევი ხსნის ყუთს, ყოველგვარი კონკრეტული პროდუქტის ხსენების გარეშე.

სამფაზიანი ხიდი

ძრავის თითოეული ფაზა დაკავშირებულია ორ გადამრთველთან: ერთი ბატარეის პლიუსისკენ («ზედა» გადამრთველი), მეორე – მინუსისკენ («ქვედა» გადამრთველი). სამი ფაზა, ანუ ექვსი გადამრთველი: ეს არის სამფაზიანი ხიდი, ანუ ინვერტორი.

ფაზის ზედა გადამრთველის დახურვით, ჩვენ მას პლიუსს ვაერთებთ; ქვედის დახურვით – მინუსს. მათ შორის ძალიან სწრაფი მონაცვლეობით, ცვლადი დროის პროპორციით, ჩვენ საშუალოდ ვიღებთ ნებისმიერ ძაბვას ნულსა და ბატარეის ძაბვას შორის. ამ ტექნიკას იმპულსურ-სიგანური მოდულაცია (PWM) ეწოდება. ძრავის ხვეულები ასწორებენ ამ იმპულსებს და მათში გამავალი დენი თითქმის სინუსოიდური ხდება.

არასდროს არ უნდა დავხუროთ ერთდროულად ერთი და იმავე ფაზის ორივე გადამრთველი: ეს ბატარეის პირდაპირი მოკლე ჩართვა იქნება.

სიმძლავრის ტრანზისტორები

თვითმგორავების, ველოსიპედების ან მსუბუქი მოტოციკლების კონტროლერებში გადამრთველები ძირითადად MOSFET ტრანზისტორებია. დახურულ მდგომარეობაში ისინი იქცევიან როგორც ძალიან მცირე წინაღობა; ღია მდგომარეობაში – ბლოკავენ ბატარეის ძაბვას. ელექტრომობილების უფრო მაღალი ძაბვებისთვის უფრო ხშირად გამოიყენება IGBT ან სილიციუმის კარբიდის ტრანზისტორები.

მეტი დენის გასატარებლად, თითოეულ პოზიციაზე ხშირად პარალელურად რამდენიმე ტრანზისტორია მოთავსებული. მათი მაქსიმალური ძაბვა შესამჩნევად უნდა აღემატებოდეს სრულად დამუხტული ბატარეის ძაბვას, რათა გაუძლოს ძაბვის პიკებს ყოველი გადართვისას და დამუხრუჭებისას.

საიდან მოდის სითბო

ტრანზისტორი ცხელდება ორი გზით:

• გამტარობისას: დენი გადის მის პატარა წინაღობაზე. ეს დანაკარგი იზრდება დენის კვადრატთან ერთად: დენის გაორმაგება ოთხჯერ ზრდის სითბოს;
• გადართვისას: იმ მოკლე მომენტში, როდესაც ის ღია მდგომარეობიდან დახურულზე გადადის, ის ერთდროულად უძლებს ძაბვასაც და დენსაც. რაც უფრო ხშირად ხდება გადართვა, მით უფრო მნიშვნელოვანია ეს დანაკარგი.

სწორედ ამიტომ, კონტროლერი, რომელიც გათვლილია ძალიან მაღალ დენზე, მას მხოლოდ რამდენიმე წამის განმავლობაში უძლებს, თუ ის სათანადოდ არ არის გაციებული.

გრიდის დრაივერები და დაყოვნების დრო

MOSFET-ით მართვა ხდება მისი გრიდის (კარიბჭის) მეშვეობით, რომელიც ძალიან სწრაფად უნდა დაიმუხტოს და დაიცალოს, რომ გადართვა მკვეთრი იყოს. მიკროკონტროლერს არ აქვს ამის პირდაპირ გაკეთების ძალა: ამას სპეციალიზებული სქემები, გრიდის დრაივერები აკეთებენ. ისინი ასევე აკონტროლებენ ზედა გადამრთველს, რომლის ძაბვის საყრდენი წერტილიც ფაზასთან ერთად «მიცურავს».

ერთ ფაზაზე ერთი გადამრთველის გახსნასა და მეორის დახურვას შორის ტოვებენ მოკლე პერიოდს, როდესაც ორივე ღიაა: დაყოვნების დრო. თუ ძალიან მოკლეა, არსებობს გადართვისას მოკლე ჩართვის რისკები; თუ ძალიან გრძელია, ის ამახინჯებს ძაბვას და ზრდის დანაკარგებს. მისი რეგულირება დამოკიდებულია ტრანზისტორებზე და მათ დრაივერებზე.

დენის გაზომვა

ვექტორული მართვისთვის ისევე როგორც დაცვებისთვის, კონტროლერმა ზუსტად უნდა იცოდეს დენი ფაზებში. დომინირებს ორი მეთოდი:

• შუნტები: ძალიან პატარა სიზუსტის წინაღობები, რომლებიც მოთავსებულია დენის გზაზე და რომლებზეც იზომება მცირე ძაბვა;
• ჰოლის ეფექტის დენის სენსორები, რომლებიც ზომავენ დენის მიერ შექმნილ მაგნიტურველს მის გზაზე მოხვედრის გარეშე, უფრო გავრცელებულია მაღალი დენების დროს.

გაზომვა უნდა მოხდეს დაჭრის ციკლის სწორ მომენტში, გადართვის მომენტებისგან მოშორებით, სადაც ის შესაძლოა შეფერხდეს.

ბუსის კონდენსატორები

ხიდი ბატარეიდან ქაჩავს დაჭრილ დენს, დაჭრის სიხშირით. ბატარეის კაბელები, რომლებიც ზედმეტად გრძელი და ინდუქციურია, ვერ უზრუნველყოფენ ამ იმპულსებს. ხიდთან ყველაზე ახლოს მოთავსებული კონდენსატორები რეზერვუარის როლს ასრულებენ: ისინი უზრუნველყოფენ პიკებს და ასწორებენ ბატარეის მიერ დანახულ დენს. ისინიც ცხელდებიან და მათი არჩევანი განაპირობებს კონტროლერის სიცოცხლის ხანგრძლივობას.

სწორედ მათ გამო სჭირდება მაღალი ძაბვის კონტროლერს წინასწარი დამუხტვის წრედი ან ნაპერწკლის საწინააღმდეგო კონექტორი: შეერთებისას ცარიელი კონდენსატორები ერთბაშად დიდ დენს ითხოვენ.

მართვის ნაწილი

მიკროკონტროლერი ასრულებს ძრავის მართვას ყოველი დაჭრის ციკლისას: დენების წაკითხვა, როტორის პოზიციის გამოთვლა, რეგულირება, ხიდის ბრძანებების გენერაცია. მის გარშემო ვპოულობთ:

• შესასვლელებს გაზის, მუხრუჭისა და ძრავის სენსორებისთვის;
• საკომუნიკაციო კავშირებს ეკრანთან, სხვა კონტროლერთან ან დასარეგულირებელ კომპიუტერთან;
• ბატარეის ძაბვისა და ტემპერატურის გაზომვებს (ტრანზისტორები და ხშირად ძრავა);
• ბატარეიდან მიღებულ დაბალი ძაბვის კვებას ელექტრონიკისა და ზოგჯერ აქსესუარებისთვის.

დაცვები

გაგრილება, კონტროლერის ნამდვილი ლიმიტი

ტრანზისტორები დამონტაჟებულია ზედაპირზე, რომელსაც სითბო მიაქვს კორპუსამდე, შემდეგ კი ჰაერამდე ან შასისამდე. ამ თერმული გზის ხარისხი განსაზღვრავს იმ დენს, რომლის გაძლებაც კონტროლერს ხანგრძლივად შეუძლია. ორ კონტროლერს ერთი და იმავე ტრანზისტორებით შეიძლება სრულიად განსხვავებული გამძლეობა ჰქონდეს მათი თერმული დიზაინისა და მანქანაში დამაგრების მიხედვით.