PCB Quadrotor (borstlösa) (9 / 20 steg)

Steg 9: Integrerad borstlös ekonomiska

Borstlösa motorer behöver en dedikerad elektronik Varvtalsregulator (ESC) att växla nuvarande i de ordentlig motor faser baserat på placera av rotoren. Normalt, detta skulle ta form av en förpaketerad RC-stil ESC, men för denna quad jag ville särskilt integrera de motoriska styrenheterna på PCB själv. Lyckligtvis, efter att ha letat runt ett tag, jag hittade Toshiba TB6588FG föraren marker, som var perfekt för jobbet.

Tja... nästan perfekt.

Överklockning på TB6588FG:

TB6588FG har en mängd olika alternativ som kan "programmeras" helt enkelt genom att placera motstånd till pull stift uppåt eller nedåt. Ett sådant alternativ är ett fel skydd som inaktiverar motorn om en maximal kommutering frekvens överskrids. Den maximala frekvensen är chip's inre klockfrekvens dividerat med 3 * 2 ^ 11. På standard klockan hastigheten på 5MHz är detta 814Hz. Databladet, som är lite gles, försummar att nämna vad händer om du ignorerar fel och hålla talande motorn att påskynda. Som det visar sig, kommer föraren hålla ökande enheten spänningen medan du håller frekvensen på 814Hz, orsakar motorn att dra en hel del nuvarande utan att producera några mer makt.

Tyvärr, den HXM1400-2000 motorer kan få upp till betydligt högre frekvenser. På 2, 000 rpm/V och 11.1V, obelastad hastighet är 22, 200 rpm eller 367 Hz. Men motorn har 14 polacker, så den no-load frekvensen är 7 * 367 rps = 2, 590Hz. Den laddade hastigheten, med en propeller, är mycket lägre än detta, men fortfarande högre än 800Hz.

Lyckligtvis, databladet också försummar att nämna varför klockhastighet är 5MHz; Det är bara standardinställningen används i alla exemplen. Klockhastighet är som en resistor och kondensator som är tid grunden av en oscillator. Jag halverade värdet av motståndet, till 10k (R9, R27, R46 och R65), driver klockan till 10MHz och maximal kommutering frekvensen till 1 628Hz. Detta verkar vara tillräckligt för att täcka spänna av inlästa hastigheter för HXM1400-2000 på 11.1V. Jag gissar att processorns klockfrekvens kan gå ännu högre, men har inte testat den. Som en bieffekt av en klocka frekvens fördubbling, PWM frekvensen också fördubblats. Detta kan öka växlingen förluster, men jag valde för den lägsta möjliga PWM frekvens inställningar att kompensera för detta.

Analoga ingångar

En annan trevlig sak om TB6588FG motorn förarens chips är att de tar analoga ingångar till kommandot motor spänning, och inte på servo-stil PWM tillförseln av kommersiella borstlös råden. Servo PWMs har en uppdateringsfrekvens på 20ms som standard, vilket är lite på långsam av en liten quadrotor såhär. Analoga ingångar kan vara godtyckligt snabb (upp till samplingsfrekvens inuti TB6588FG).

För att generera de analoga signalerna, jag använder Arduino's PWM kapacitet, men på mycket hög frekvens. (62,5 kHz om jag fick inställningarna rätt.) Sedan jag filtrera PWMs med första ordningens RC-filter (tredje bilden). Tidskonstanten filter är:

Tau = 3kΩ * 0.1μF = 0,3ms.

Cutoff frekvens är:

f_c = 1 / (2 * pi * tau) = 531Hz.

Detta är tillräckligt snabbt för att fånga övergående hastighet kommandon, men långsam nog att filtrera bort de flesta av PWM rippel.

Övergripande, TB6588FG är en ganska fantastisk lilla chip. Den kan köra alla motorer med upp till 3A och kan vända dem med en digital ingång. Detta kan vara praktiskt om du löda motoriska trådarna på i fel ordning. Du skulle även kunna flyga upp och ner, även om jag inte har fått detta att fungera ännu. Om du vill veta mer om TB6588FG, är här Toshiba datablad för den.