Питание высокочастотного драйвера ESC-контроллера беспилотного летательного аппарата

Одним из способов увеличить мощность бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC) является переход на ферритовые сердечники статора и увеличение частоты широтно-импульсной модуляции (ШИМ) электронных регуляторов скорости (ESC). Это особенно важно для беспилотных летательных аппаратов, где вес двигателей постоянного тока и их удельная мощность имеют решающее значение. Основная проблема при работе на высокой частоте ШИМ заключается в том, что все параллельно подключенные МОП-транзисторы должны включаться быстро и идеально синхронно. Несинхронизация транзисторов приводит к тепловому или электрическому пробою. В статье предложены новые схемотехнические решения, обеспечивающие синхронную работу мощных MOSFET-транзисторов в выходных каскадах и позволяющие увеличить частоту ШИМ электронных регуляторов скорости (ESC) до 150-200 кГц. Использование ферритовых сердечников в статорах значительно увеличит мощность двигателей постоянного тока при сохранении их габаритов. Увеличение рабочей частоты ШИМ также позволяет многополюсным двигателям постоянного тока и PMSM работать на более высоких скоростях. В статье раскрывается комплексная методология построения высокочастотных контроллеров ESC для беспилотных летательных аппаратов при переходе на ферритовые сердечники статоров двигателей постоянного тока. Особым вкладом является описание схем защитного каскада и схемы отключения батареи (BEC) для питания микропроцессорной части от источника тока высокого напряжения.

Power High Frequency Driver of ESC Controller UAV

One way to increase the power of Brushless Direct Current (BLDC) motors is to switch to ferrite stator cores and increase the Pulse Width Modulation (PWM) frequency of Electronic Speed Controllers (ESC). This is particularly important in UAVs, where the weight of BLDC motors and their specific power are critical. The main problem when operating at high PWM frequency is that all parallel-connected MOSFETs should turn on quickly and in perfect synchronism. Non-synchronization of transistors leads to thermal or electrical breakdown. The paper proposes new circuit solutions that ensure synchronous operation of high-power MOSFET transistors in the output stages and allow increasing the PWM frequency of Electronic Speed Control controllers (ESC) to 150-200 kHz. The use of ferrite cores in stators will significantly increase the power of BLDC motors while maintaining the same dimensions. Increasing the PWM operating frequency also allows multi-pole BLDC and PMSM motors to operate at higher speeds. The paper reveals a comprehensive methodology for constructing high-frequency ESC controllers for UAVs when switching to ferrite stator cores of BLDC motors. A special contribution is the description of the protective cascade circuits and the Battery Elimination Circuit (BEC) for powering the microprocessor part from a high-voltage current source.