Bürstenlose Gleichstrommotoren[Gesponsert]

Zero-Crossing-Latch Hall-IC ermöglicht genaue Rotor-Positionserkennung

Das neue Logo von ABLIC. Die Firma war bis Januar 2018 unter dem Namen “Seiko Instruments" bekannt.
Das neue Logo von ABLIC. Die Firma war bis Januar 2018 unter dem Namen “Seiko Instruments" bekannt. (Bild: ABLIC Inc.)

Die exakte Rückmeldung der Rotorposition hat bei bürstenlosen Gleichstrommotoren einen großen Einfluss auf die Motorleistung. Ein neues und innovatives Zero-Crossing-Latch Hall-IC vermeidet die Nachteile der bisherigen bipolaren Hallsensoren und beschleunigt Entwicklung und Produktion.

Elektrische Motoren machen heute bereits mehr als 50% des Verbrauches elektrischer Energie aus und ihre Verbreitung nimmt weiter zu. Dabei steigen ebenfalls die Anforderungen an die Motoren: Sie sollen eine geringe Leistungsaufnahme aufweisen, wenig Störungen verursachen, leise im Betrieb sein und kaum vibrieren. Dies gilt für alle Einsatzgebiete, seien es Motoren in Haushaltsanwendungen wie Klimaanlagen, Lüfter, Waschmaschinen und Staubsaugerrobotern, oder für Industriemotoren und Motoren in Fahrzeugen.

Bei bürstenlosen Gleichstrommotoren (Brushless DC Motors / BLDC) basiert die Kommutierung auf der Rückmeldung der Rotorposition, um das größtmögliche Drehmoment zu erzeugen. Zur Ermittlung dieser Position werden üblicherweise bipolare Hallsensoren eingesetzt. Diese besitzen aber verschiedene Nachteile. So können sie keine Signale im Bereich von 0 mT (Null Millitesla) erkennen, dem Umschaltpunkt von Nord- und Südpol. Zudem weisen sie eine gewisse Temperaturabhängigkeit und nach dem Erreichen des Erfassungspunktes eine verzögerte Signalausgabe auf. Da die Streuung der Positionsgenauigkeit der Sensoren und der verwendeten Schaltkreise die Motorleistung beeinflussen kann, ist die Geräteentwicklung aufwändig. Diese Unzulänglichkeiten der bipolaren Hallsensoren erhöhen eventuell auch den Kalibrierungsaufwand in der Fertigung.

Der Zero-Crossing-Latch (ZCL) Hall-IC benutzt dabei weder eine unipolare noch eine bipolare Erkennung, sondern eine neu entwickelte, proprietäre Methodik.
Der Zero-Crossing-Latch (ZCL) Hall-IC benutzt dabei weder eine unipolare noch eine bipolare Erkennung, sondern eine neu entwickelte, proprietäre Methodik. (Bild: ABLIC Inc.)

Um diese Mängel zu vermeiden hat der japanische Hersteller ABLIC mit seinem „ZCL Hall IC“ einen neuen Sensor auf den Markt gebracht, der die Entwicklung und Herstellung von bürstenlosen Gleichstrommotoren deutlich vereinfacht. Der Zero-Crossing-Latch (ZCL) Hall-IC benutzt dabei weder eine unipolare noch eine bipolare Erkennung, sondern eine neu entwickelte, proprietäre Methodik. Diese ZCL-Technologie befähigt das Bauteil festzustellen, wann die Feldstärke 0 mT erreicht hat, um dann ein entsprechendes Signal auszugeben. Damit verbessert der „ZCL Hall IC“ die Flexibilität während der Konstruktion von bürstenlosen Gleichstrommotoren und reduziert den Aufwand bei der Toleranzberechnung ebenso substantiell, wie den Kalibrierungsaufwand in der Produktion. Zugleich wird die Motorleistung stabiler als bei der Verwendung herkömmlicher Hallsensoren und verbessert somit die Qualität deutlich. Entwicklern steht damit eine effiziente und schnelle Lösung für die Konstruktion eigener Motoren zur Verfügung.

Verfügbar ist der „ZCL Hall IC“ in einem nur 0,2 mm dicken Gehäuse, dem dünnsten in der Industrie, was eine Reduzierung der Motordimensionen erlaubt. Gehäuse mit 0,8 mm und 0,5 mm sind ebenfalls erhältlich.

Jahrzehntelange Erfahrung ermöglicht Innovationen

ABLIC ist aus dem Halbleiterbereich von Seiko Instruments hervorgegangen und verfügt daher über langjährige Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung analoger Halbleiterbauelemente. Die Teilnahme an der electronica 2018 in München ist der erste Auftritt in Europa unter dem neuen Firmennamen. ABLIC präsentiert sich dort als Hersteller energiesparender ICs mit kleinsten Gehäusen in der bekannten japanischen Qualität.

ABLIC wird auf der electronica 2018 in der Halle C6, Stand 147 ausstellen
ABLIC wird auf der electronica 2018 in der Halle C6, Stand 147 ausstellen (Bild: ABLIC Inc.)

Der neue Name ist dabei ein Kunstwort aus dem englischen „able“ für „fähig“ und „IC“ für „Integrated Circuit“. Dieser Name soll zum Ausdruck bringen was die Halbleitertechnologie für Möglichkeiten eröffnet.

Neben dem „ZCL Hall IC“ wird ABLIC auf der electronica 2018 integrierte Schaltkreise zweier weiterer Technologien zeigen, die auf portable batteriebetriebene Anwendungen abzielen: Zum einen die hocheffizienten Schaltregler der S-85S1A und S-85S1P Serien und zum anderen die Schaltkreise der S-8245A/B/C/D-Serien zum Schutz von Lithium-Ionen-Batterie-Packs.

Die Schaltregler der S-85S1A-Serie zeichnen sich durch ihre geringe Ruhestromaufnahme von 260 nA und ihre hohe Effizienz von 90,5% bei einer Last von 100 µA sowie ihrem schnellen Einschwingverhalten aus. Aufgrund des niedrigen Ruhestroms und der hohen Effizienz können Entwickler mit einer maximalen Verlängerung der Batterielaufzeit um den Faktor 2,5 rechnen. Daher ist dieser IC besonders für mit kompakten Batterien ausgestattete tragbare Applikationen geeignet. Die S-85S1P-Serie erlaubt außerdem die hochpräzise Überwachung der Batteriespannung mittels eines zusätzlichen Monitorausgangs, dessen Spannung durch Division der Eingangsspannung erzeugt wird. Dabei liegt die Stromaufnahme bei insgesamt 540 nA. Beide Serien zeichnen sich durch ultrakompakte Gehäusebauformen aus und sind somit für eine Vielzahl batteriebetriebener mobiler Geräte wie Hörgeräte, Fitnesssensoren oder Smartwatches geeignet.

Bei den Bauelementen der S-8245A/B/C/D-Serie handelt es sich um Schutz-ICs für 3- bis 5-zellige serielle Lithium-Ionen-Batterien, die hochgenaue Spannungserkennungs- und Verzögerungsschaltungen beinhalten. Neben den üblichen Funktionen zum Schutz vor Überladung, Tiefentladung und Überstrom bieten sie zusammen mit einem externen NTC-Element zusätzliche Sicherheit durch eine Temperaturüberwachung. Für Batterie-Packs mit 6- oder mehr Zellen verfügt die S-8245A/C-Serie über die Möglichkeit zum Kaskadieren. Eine Energiesparfunktion bietet einen Schutz vor Entleerung durch Dunkelstrom. Die Genauigkeit der Überladungserkennung beträgt ±20 mV, die Betriebsstromaufnahme 20 µA. Zur Anwendung kommen diese ICs in Elektrowerkzeugen, Akku-Staubsaugern, Drohnen oder Industriegeräten.

Sie finden ABLIC auf der electronica 2018 in der Halle C6, Stand 147. Die Mitarbeiter dort geben Ihnen gerne ausführlichere Informationen zu diesen und den weiteren Produkten von ABLIC sowie deren Anwendungsmöglichkeiten.

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