Penggerak servo, motor, dan perangkat yang mengendalikannya mewakili peluang pertumbuhan yang berkelanjutan, didorong oleh inovasi dalam sistem otomotif dan industri serta kemajuan teknologi produksi. Industri otomotif dan transportasi diperkirakan akan menyumbang pangsa terbesar dari motor servo dan mendorong penjualan hingga 2022 hingga 2022. Permintaan untuk penggerak, pengontrol, dan motor servo tetap kuat untuk membantu perusahaan meningkatkan efisiensi di lingkungan industri.
Persyaratan dan teknologi kontrol pemandu dan kecepatan / torsi bervariasi menurut jenis motor, mulai dari kontrol sederhana tegangan dan arus untuk motor DC dan motor serba guna hingga penggunaan inverter untuk motor AC, peralihan umpan balik dari fase yang berbeda pada motor tanpa sikat, dan rangkaian penggerak motor stepper sirkuit digital yang kompleks. Bahkan untuk motor analog tradisional seperti motor induksi dan jenis keengganan yang dialihkan, teknologi analog tradisional saat ini disertai dengan metode kontrol digital yang semakin canggih yang memungkinkan solusi diimplementasikan dengan biaya rendah. Penggunaan perangkat mikroelektronik memungkinkan kontrol kecepatan, posisi, dan torsi yang lebih baik, serta efisiensi yang lebih tinggi.
Gambar 1: Diagram blok IC kontrol motor (Gambar: Maxim Integrated)
Sirkuit kontrol motor harus dengan cepat mengaktifkan dan menonaktifkan arus dalam kumparan motor sambil meminimalkan kerugian switching atau konduksi. baik MOSFET dan transistor bipolar gerbang terisolasi (IGBT) memenuhi kebutuhan kontrol motor dalam berbagai aplikasi. Perangkat kontrol listrik ini memiliki fungsi dan atribut yang serupa, dan ada tumpang tindih dalam desain internalnya. Dalam sebagian besar aplikasi, mereka digunakan dalam konfigurasi jembatan-H untuk mengontrol jalur arus ke dua atau lebih kumparan motor. Hal ini memungkinkan kontrol penuh atas kecepatan dan arah motor (Gambar 1).
Gambaran Umum Motor
Setiap proyek desain yang mencakup persyaratan motor atau penggerak mekanis harus mengevaluasi apakah akan menggunakan desain arus kontinu atau motor stepper atau servo. Dalam motor kontinu, magnet permanen atau belitan digunakan untuk menciptakan medan magnet statis di stator. Rotor terdiri dari kumparan di mana arus masuk melalui sikat grafit yang ditekan ke manifold pada poros yang berputar. Arus mengalir melalui belitan yang berurutan untuk mempertahankan rotasi.
Motor AC bisa sinkron atau asinkron. Pada motor asinkron (juga dikenal sebagai motor induksi), belitan stator diatur untuk membentuk distribusi yang kira-kira sinusoidal. Motor sinkron mencakup motor DC dan AC tanpa sikat serta motor keengganan yang diaktifkan dan motor yang ditenagai oleh sumber tegangan sinusoidal.
Pada motor tanpa sikat, rotor memiliki magnet permanen dan belitan yang terletak di stator digerakkan oleh elektronik kontrol dalam urutan yang sesuai. Motor DC tanpa sikat digerakkan oleh urutan peralihan sinyal kontinu pada belitan stator yang berbeda. Motor AC tanpa sikat dapat dibuat sebagai motor AC sinkron dengan magnet permanen; dalam hal ini mereka digerakkan oleh sinyal sinusoidal. Tidak adanya sikat meningkatkan efisiensi dengan menghilangkan sumber gesekan. Tidak adanya bagian mekanis pada sakelar memungkinkan kecepatan rotasi yang lebih tinggi untuk dicapai.
Motor stepper adalah motor sinkron tanpa sikat yang ditenagai oleh DC. Rotor tetap diam pada posisi tertentu. Motor stepper dapat dengan sangat akurat memutar poros rotor beberapa derajat tanpa menggunakan sensor untuk mendeteksi posisi sudut.
Parameter Utama
Seperti kebanyakan komponen elektronik, sejumlah parameter kinerja utama dan spesifik menentukan korespondensi awal antara perangkat dan aplikasi. Parameter utama untuk perangkat kontrol motor adalah nilai manajemen arus dan tegangan, karena ini menentukan apakah komponen tertentu dapat mendukung persyaratan beban motor.
Untuk MOSFET, parameter kunci berikutnya adalah resistansi aktif (RDS (on)) dan kapasitansi gerbang. Resistansi yang lebih rendah mengurangi kerugian resistansi dan penurunan tegangan selama kondisi aktif, yang mengurangi beban disipatif dan meningkatkan efisiensi. Kapasitas gerbang menentukan frekuensi dan kecepatan saat ini yang diperlukan untuk sepenuhnya mengaktifkan dan menonaktifkan gerbang pada waktu transisi yang diinginkan (kecepatan switching). Untuk IGBT, parameter kritis berikutnya adalah penurunan tegangan (Vdrop), yang merupakan jumlah kontribusi dari dioda dan MOSFET internal yang melewati persimpangan PN. Tingkat suhu dan arus mempengaruhi parameter RDS (on) dan Vdrop.
Secara umum, MOSFET menawarkan kecepatan switching yang lebih tinggi (dalam MHz) dan arus puncak yang lebih tinggi. IGBT menawarkan nilai arus sekitar 10 A dan kokoh, tetapi memiliki kecepatan switching yang lebih lambat. Untuk aplikasi kontrol motor, aturan dasarnya adalah bahwa MOSFET adalah pilihan yang lebih baik untuk tegangan dan arus yang lebih rendah dan frekuensi switching yang lebih tinggi, sedangkan IGBT adalah pilihan yang lebih baik untuk tegangan / arus yang lebih tinggi dan frekuensi yang lebih rendah.