O circuito integrado bipolar LM621 da National Semiconductor foi projetado para comutar motores de corrente contínua sem escovas. O componente, que pode ser usado tanto com motores de 3 como de 4 fases é apresentado em invólucro DIL de 18 pinos e tem saídas com capacidade de controle de até 50 mA compatível com as exigências de excitação de MOSFETs de potência. Veja neste artigo as aplicações básicas deste componente.
O LM621, além das características indicadas na introdução, tem ainda os seguintes pontos de destaque:
* Tensões de operação entre 5 e 40 V;
* Tempo morto ajustável de modo a eliminar picos de corrente;
* Oscilador de clock "on-chip" para determinação do tempo morto;
* Compatível com motores de 3 e 4 fases, além de motores com enrolamentos em Y;
* Admite o uso de sensores de 30 e 60 graus para motores de 3 fases;
* Possui limitação de corrente na saída;
* Entrada compatível com sensores de efeito Hall;
* Interface direta para modulador de largura de pulso via saída INHIBIT e DIRECTION para aplicações em controles PWM.
Na figura 1 temos o diagrama interno do circuito integrado LM621 da National Semiconductor.
FUNCIONAMENTO
O decodificador de comutação recebe os sinais de um sensor Hall via entradas HS1, HS2 e HS3, além da entrada 30/60 SELECT. Este bloco tem por finalidade decodificar a sequência do código Grey para a sequência de pulsos necessária ao acionamento do motor.
O gerador de tempo do motor monitora a entrada DIRECTION e inibe as saídas (pinos 11 ao 16) por um intervalo de tempo suficiente para evitar pulsos de corrente na fonte de alimentação externa quando o sentido de rotação é invertido.
As seis saídas do circuito integrado excitam os dispositivos externos de comutação que controlam o motor.
Três saídas fornecem correntes e as demais drenam corrente. Os transistores de saída podem trabalhar com até 50 mA de corrente com alimentação de 50 V, o que é suficiente para excitar Power-MOSFETs.
O LM621 deve ser alimentado com 5 V.
APLICAÇÕES PRÁTICAS
a) Circuitos de três fases.
Na figura 2 temos um circuito de aplicação típica para um motor de 3 fases usando um sensor de fase de 30 graus (observe que o circuito tem um seletor que permite escolher os ângulos do sensor em 30 ou 60 graus, que correspondem ao pino 8 que deve ser mantido neste caso no nível alto).
A mesma conexão do pino 3 ao nível alto habilita o DEAD TIME ENABLE (tempo morto).
O circuito tem ainda implementados um sensor de sobrecorrente e assume que o tempo de comutação (turn-off) é da ordem de 4,8 µs no máximo.
A escolha da rede RC deve ser feita de tal modo que dois períodos sejam no mínimo iguais ao tempo máximo turn-off do motor.
A seleção dos resistores que acoplam o LM621 aos transistores comutadores depende das necessidades de corrente do motor controlado e do ganho dos transistores.
Lembramos que estes resistores devem ser calculados levando em conta a corrente máxima de saída do circuito integrado, que é de 50 mA.
Apesar do circuito integrado estar ligado na fonte de 5 a 40 V do motor. nesta aplicação é recomendável que, se possível, seja usada uma tensão menor, de modo a minimizar a dissipação de calor do dispositivo.
Na figura 3 temos o mesmo circuito excitando Power-FETs em lugar de transistores bipolares na mesma aplicação.
b) Motor de 4 fases
Na figura 4 temos uma aplicação do circuito num controle de motor de 4 fases.
Observe que a configuração usada neste circuito é um pouco diferente daquela anterior. Os motores de 4 fases exigem quatro circuitos de potência comutadores para o motor.
Como o circuito LM621 possui apenas recursos para trabalhar com entradas sensoras de 3 fases, as entradas HS2 e HS3 são interligadas com um sensor de posição de 2 posições apenas.
Com esta conexão temos uma redução do número de posições possíveis do rotor que passa a 4, o que é consistente com a quadratura de 90 graus deste tipo de motor.
c) Drive de Meia Onda
Na figura 5 temos uma outra aplicação importante do LM621.
As aplicações anteriores foram para motores com enrolamentos em Delta e operação em onda completa. Nesta aplicação temos um motor de 3 fases com enrolamentos em Y sendo em especial interessante para uso automotivo com fontes de alimentação de baixa tensão.
Considerando que temos um ponto comum de alimentação e apenas um dispositivo de comutação entrando em ação por enrolamento, a queda de tensão no circuito é menor, obtendo-se com isso maior rendimento.
Isso não ocorre no caso das outras aplicações em que os transistores comutadores são ligados de tal forma que dois deles precisam comutar o mesmo enrolamento para energizá-lo.
CONCLUSÃO
O controle inteligente de motores de corrente contínua é cada vez mais usado tanto em aplicações automotivas quando em robótica, mecatrônica e automatismos industriais.
Podemos contar hoje com centenas de circuitos integrados projetados para o controle de motores, cada qual com características específicas que dependem da aplicação para a qual em princípio são projetados.
Ter em mãos características desses componentes é fundamental para o projetista, o que quer dizer que este artigo deve ser guardado como importante documentação técnica sobre componentes pelos profissionais da área.
Mais informações sobre o LM621 podem ainda ser obtidas no site da Motorola: http://www.motorola.com.
