Diseño de un controlador brushless para bicicleta

Partiremos de un motor tipico de bicicleta ( que se puede conseguir facilmente en e-bay ) del tipo brushless de 3 bobinados y tres sensores hall en colector abierto, dado que es bastante dificil conseguir el controlador ( al contrario de lo facil que es conseguir solo el motor) .

                                      Detalle placa sensores Hall

Se esbozara las pistas pra fabricar un simple, pero eficaz ,controlador con los minimos componentes posibles.

1º PARTE: CALCULO SECUENCIA SENSORES HALL

Dado que no conocemos la secuencia de los bobinados ( supondremos que no tenemos el datasheet del motor) deberemos obtener esta experimentalmente:

Para ello, simplemente conectaremos tres diodos leds entre las salidas de los sensores y el positivo ( con una resirtencia atenuadora tal y como se describio en el articulo de reparacion de un controlador de bicicleta ) y alimentaremos el circuito con unos 3v DC.

Anotaremos la secuencia de encendido moviendo el rotor y apuntaremos los leds que se encienden y el orden en que lo hacen.

Para nuestro motor ( y el 99% de los motores normales ) esta es la secuencia de encendido hacia adelante ( que es la secuencia que vamos buscando):

ab -> a -> ac -> c -> bc -> b

2ª PARTE: CALCULO SECUENCIA BOBINADOS DEL MOTOR

Dado que la inmnesa mayoria de motores funcionan con tres bobinados en configuracion de estrella, vamos a determinar cual es la secuencia de encendido de las bobinas que nos lleva a la secuencia leida con los sensores Hall.

Conectaremos los leds a los sensores con su alimentacion y alimentaremos manualmente los bobinados del motor.

Harmos una tabla con las lecturas de los sensores:

            Bobinados            Hall

sec   B1     B2     B3         a b c

1       vcc    gnd   NC         1 1 0

2      NC     gnd    vcc       1 0 0

3      gnd   NC      vcc       1 0 1

4      gnd  vcc     NC         0 0 1

5      NC   vcc      gnd       0 1 1

6      vcc  NC       gnd       0 1 0

VCC= ALIMENTACION  POSITIVA(de+24v a +32V)

GND=MASA

NC=No conectado

 

3 CALCULO TABLA DE VERDAD DEL CIRCUITO

Con los elementos anteriores ( y especialmente con la tabla anterior) podemos ya representar la tabla de verdad del circuito de control del motor , teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

-Las entradas del circuito por el momento son solo tres ( las lecturas de los sensores hall)

-Las salidas del circuito dependen de la implementacion del circuito de la electronica de potencia que alimentara a los bobinados.Como necesitamos para cada bobinado alimentarlo con una tension positiva, ponerlo a masa o simplemente no conectar nada, podemos utilizar un PUENTE H formado por tres transistores MOSFET tipo P para la parte de alimentacion positiva y tres transistores MOSFET tipo N para la parte de masa : en total pues 6 transistores: (lo que equivale a 6 señales de control

-La secuencia de encendido correspondera , no a la lectura obtenida con los sensores alimentando las bobinas , sino para una lectura dada, deberemos activar la siguiente secuencia de bobinados

       Hall        Sig. bobinado

sec a b c      Q1    Q2    Q3   Q4     Q5    Q6

1      1 1 0       0       0          1       0        1         0

2      1 0 0      0       0         1        1        0         0

3      1 0 1      0        1         0        1        0         0

4      0 0 1      0       1         0        0        0        1

5      0 1 1       1        0         0       0         0        1

6      0 1 0       1        0         0        0       1         0

Donde :

Q1= ALIMENTACION POSITIVA PRIMER BOBINADO

Q2= ALIMENTACION POSITIVA SEGUNDO BOBINADO

Q3= ALIMENTACION POSITIVA TERCER BOBINADO

Q4= ALIMENTACION NEGATIVA PRIMER BOBINADO

Q5= ALIMENTACION NEGATIVA SEGUNDO BOBINADO

Q6= ALIMENTACION NEGATIVA TERCER BOBINADO

4º CALCULO DEL CIRCUITO DE CONTROL

Partiendo de la tabla verdad obtenida en el apartado anterior podemos realizar una simple trasposicion a tablas de Karnough y a partir de ahi , realizar el circuito con puertas NOR y AND.

Realizando este calculo obtenermos las siguintes funciones:

Q1= NOR B1 * B2

Q2=NOR B2 *B3

Q3=B1* NOR B3

Q4= B1 *NOR B2

Q5=  B2*NOR  B3

Q6= NOR B1 * B3

En total pues necesitarimos 3 puertas inversoras ( circuito integrado 74LS04) y 6 puertas AND( 2 circuitos integrados 74LS08)