Microchip Tips & Tricks...

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1 ARTICULO TECNICO Microchip Tips & Tricks... Por el Departamento de Ingeniería de EduDevices. Soluciones de Control de Motores en DC. Continuación... Tip 75 Software de Control - Algoritmos de PWM. La modulación PWM es crítica para el control de motores digitales modernos. Ajustando el ancho del pulso, la velocidad del motor puede ser controlada eficientemente sin grandes etapas de potencias lineales. Algunos dispositivos PIC y todos los dspic DSCs tienen los módulos PWM. Estos módulos están constituidos en el periférico "Capture/ Compare PWM"(CCP). Estos periféricos están hechos para una salida PWM simple, mientras que los "Enhanced CCP" (ECCP) están diseñados para producir una salida del tipo "H-Bridge" para el control direccional de motores "Brushed DC". Si el costo es crítico en el diseño, un PIC con módulo CCP puede resultar algo poco conveniente, entonces el PWM generado por software aparece como una buena alternativa a la hora de reducir costos. Los siguientes algoritmos están diseñados para producir en forma eficiente una salida de 8 bits PWM en la familia "Mid-Range" de los microcontroladores PIC. Estos algoritmos están implementados como macros. Si el diseñador deseara que estas macros sean una subrutina de su programa, simplemente deberá remover las declaraciones de macro y cambiarlas por una etiqueta y un "return".

2 Ejemplo 75-1: Una Salida de 8-Bits PWM

3 Ejemplo 75-2: 8 Salidas de 8-Bits PWM

4 Tip 76 Escribiendo valores de PWM en los registros del CCP en los PICs de rango medio. Los dos "PWM LSb" se ubican en el registro CCPCON del CCP. Esto puede hacer que el cambio de período del PWM sea frustrante para un diseñador. El Ejemplo 76-1 hasta el Ejemplo 76-3 muestran 3 macros escritas para una familia de "rango medio" que pueden ser usados para setear el período del PWM. La primera macro lleva un valor de 16-bits y usa los 10 MSb's para setear el período de PWM. La segunda macro lleva un valor de 16 bits y usa los 10 LSb's para setear el período de PWM. La última macro lleva un valor de 8 bits y setea el período de PWM. Esto asume que el CCP este configurado para no más de 8 bits. Ejemplo 76-1: Macro de 16 Bits justificados a la izquierda. Ejemplo 76-2: Macro de 16 Bits justificados a la derecha.

5 Ejemplo 76-3: Macro de 8 Bits. Tip 77 Sensado de Corriente. El torque de un motor eléctrico puede ser monitoreado y controlado siguiendo de cerca la corriente que circula por el motor. El torque es directamente proporcional a la corriente. La corriente puede ser sensada por medio de la medición de la caída de tension en una resistencia conocida (montaje tipo Shunt ) o midiéndo el campo magnético de un inductor conocido. La corriente es sensada generalmente en uno de los siguientes dos lugares, el lado de suministro del circuito de control (lado positivo o High ) ("high side current sense") o el lado sumidero del circuito de control (lado negativo o Low ) ("low side current sense"). El "Low Side Sense" es mucho más simple pero el motor está flotando con respecto a tierra, causando un problema de seguridad eléctrica en algunas aplicaciones. El "High Side Sense" requiere un amplificador diferencial con un rango de modo común similar a la tensión de suministro. Figura Sensado de Corriente por Resistor en lado High (High Side Sense)

6 Figura Sensado de Corriente por Resistor en lado Low (Low Side Sense) Otras formas de mediciones de corriente pueden ser llevadas a cabo utilizando sensores de efecto Hall lineales para medir el campo magnético que rodea un cable. Naturalmente, este sensor puede ser ubicado en el "High Side" o en el "Low Side" de la carga. La ubicación actual del sensor no importa porque no se utiliza la tensión del cable, sino el campo magnético proporcionalmente generado por dicho cable. Este es un método no intrusivo (no hay elementos sensores que se intercalen con el circuito de control del motor) que puede ser utilizado para medir la corriente del motor. Figura 77 3 Sensado por Efecto Hall.

7 Tip 78 Sensado de Posición y Velocidad. Las RPM (Revoluciones Por Minuto) de un motor pueden medirse si se entiende que el motor puede comportarse como un generador. Siempre que el motor esté girando, va a producir una tensión que es proporcional a las RPM del motor. Esto se conoce como EMF (Electromagnetic Force) o FEM en castellano. Si la señal PWM de control del motor es interrumpida por un instante y se mide la tensión en las bobinas del mismo, la EMF puede ser sensada y de ahí se puede conocer las RPM. Figura Sensado de las RPM de un motor por EMF. Nota: Puede requerirse de un atenuador en la entrada de A/D si la tensión generada por EMF es superior a VDD. El sensado de EMF debe realizarce cuando el transistor Q1 está apagado (OFF). Sensado de Posición por Optical Encoders. Los "Rotary Encoders" son usados típicamente para proveer un feedback físico de la posición del motor y/o velocidad. Un "rotary encoder" consiste en un elemento giratorio ligado al motor que tiene una determinada característica física, medida por un componente estacionario (sin movimiento). Estas mediciones pueden entregar la velocidad del motor y a veces la posición del motor. Los "Rotary enconders" son construídos usando diferentes tecnologías. El más común es el de tipo óptico que es el utilizado en los "mouse" de computadora que tienen una bolita.

8 Está hecho con un disco encoder que está ligado al motor. El disco encoder tiene varias ranuras separadas en intervalos específicos. Un LED y un fotodetector son usados para contar las ranuras que pasan por el haz formado entre el LED y el fotodetector. Midiendo el tiempo y la cantidad de ranuras se determina la velocidad. Sensar la posición del motor requiere de un segundo conjunto LED / fotodetector. Este par se monta de manera que los pulsos de salida estén 90º grados desfasados del primer par. Las dos salidas representan el movimiento del disco encoder como un tren de pulsos modulados en cuadratura. Agregando una tercera señal, se puede saber la posición exacta del rotor. Un encoder con salidas en cuadratura puede ser usado para saber la posición relativa desde un punto de referencia. Otro tipo de encoders usan un disco codificado binariamente de manera tal que la posición del rotor es conocida en todo momento. Este tipo de encoders es conocido como "absolute encoder". Figura 78 2 Sensado Optico de Velocidad / Posición y dirección. Nota: La frecuencia de los pulsos provee la velocidad del motor (RPM), la cuenta de pulsos determina la posición y la fase entre las señales A B determina la dirección.

9 El sensado en cuadratura puede ser llevado a cabo fácilmente por software, pero generalmente hay un límite superior para la medición de las RPM. Usando un par de compuertas, el sensado puede ser hecho parcialmente por harware y parcialmente por software. El nuevo PIC18FXX31 y la familia de los dspic 16-bit Digital Signal Controller incluyen una interface encoder que permite un límite muchísimo mayor para la medición de RPM y con una excelente precisión. Métodos Antiguos de Sensado de Motor Los tacómetros analógicos y los "resolvers" son dos de los métodos más antiguos para medir la posición/velocidad del motor. El tacómetro es simplemente un generador eléctrico con una salida lineal sobre un rango específico de RPMs. Sabiendo las características de la salida, las RPM puede saberse midiendo la tensión en los terminales del tacómetro. El "resolver " consiste en un par de bobinas que son exitadas por una señal AC externa. Las dos bobinas están a 90º una de otra de manera que levantan la señal de AC a diferentes niveles, dependiendo de la orientación. El resultado es una salida seno o coseno relacionada con el ángulo del "resolver" en referencia a la señal AC. La inversa del seno/coseno produce un ángulo del sensor. Este tipo de sensores pueden ser muy precisos y siguen siendo usados donde se debe conocer la posición absoluta. Referencias de notas de aplicación AN532, Servo Control of a DC Brush Motor (DS00532) AN696, PIC18CXXX/PIC16CXXX DC Servomotor (DS00696) AN718, Brush-DC Servomotor Implementation using PIC17C756A (DS00718) AN822, Stepper Motor Microstepping with the PIC18C452 (DS00822) AN843, Speed Control of 3-Phase Induction Motor Using PIC18 Microcontrollers (DS00843) AN847, RC Model Aircraft Motor Control (DS00847) AN857, Brushless DC Motor Control Made Easy (DS00857) AN885, Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals (DS00885) AN899, Brushless DC Motor Control Using the PIC18FXX31 (DS00899) AN893, Low-cost Bidirectional Brushed DC Motor Control Using the PIC16F684 (DS00893) AN894, Motor Control Sensor Feedback Circuits (DS00894) AN898, Determining MOSFET Driver Needs for Motor Drive Applications (DS00898) AN901, Using the dspic30f for Sensorless BLDC Control (DS00901) AN905, Brushed DC Motor Fundamentals (DS00905) AN906, Stepper Motor Control Using the PIC16F684 (DS00906) AN907, Stepper Motor Fundamentals (DS00907) AN1017, Sinusoidal Control of PMSM Motors with dspic30f DSC (DS01017) GS001, Getting Started with BLDC Motors and dspic30f Devices (DS93001) Continuará...