La eliminación efectiva de la corriente excesiva y la consiguiente caída en la fem presente al final de la conmutación en un motor de CC sin escobillas resulta en la mejora de la eficiencia, la reducción de costos de los componentes y menor ruido acústico. Una técnica de control de la corriente de cola integrada dentro de un CI controlador de motor ofrece una solución que soporta tanto circuitos de control de velocidad por medio puente o puente completo. La importancia de la corriente excesiva está claramente ilustrada en la Figura 1.

Al comienzo del ciclo de conmutación, cuando las corrientes son conectadas por primera vez en la bobina, el rotor y estator son de la misma polaridad, por lo que se repelen el uno al otro en el sentido de rotación. En este momento la corriente en la bobina aumenta rápidamente y, a continuación, se reduce, formando un pico en aproximadamente una cuarta parte de la forma de la conmutación de ciclo y después de este punto comienza a disminuir ligeramente hasta alrededor del 90% del valor máximo en torno a tres cuartas partes del ciclo. Después de esta bajada hay entonces un fuerte aumento en el flujo de corriente a un nivel superior al del primer pico. En este punto la conmutación tiene lugar, en el peor momento posible cuando la corriente se encuentra en su valor máximo. La conmutación de la bobina se traduce en una gran fem de vuelta a través de la bobina ahora en circuito abierto resultando en una serie de efectos indeseables en el motor y la electrónica. Lo más notable es la carga de tensión en el motor, cuando un diodo de protección inversa está presente. Esto se ilustra en la Figura 2 para una típica configuración de puente-H de un motor monofásico BLDC.

La práctica actual Varios métodos se utilizan para compensar estos efectos. Un método es poner una especificación excesiva en los dispositivos de conmutación de la bobina. Esto les permite soportar las graves tensiones y corrientes generadas, si bien una demasiado sólida arquitectura resulta en una solución más cara. Una desventaja de sobre dimensionar la tensión nominal de los dispositivos de energía es que para cada duplicación de la tensión nominal del dispositivo, el RDS (on) - en el caso de los MOSFETs – es también doble, lo que resulta en mayor disipación de energía en los dispositivos . Para ayudar a reducir la tensión "pico" un condensador se incluye en la electrónica de todo el circuito de conducción de energía para amortiguar el exceso de tensión presente. Si bien esto tiene un efecto beneficioso en que la energía se almacena en el condensador para mejorar la eficiencia, se añade de nuevo coste. El efecto de amortiguación se muestra en la Figura 3.

Otro método para limitar el exceso de corriente al final de la conmutación es avanzar el dispositivo Hall, junto con un gran tiempo de retardo de conmutación, de modo que la conmutación tiene lugar antes de que la corriente alcanza un valor demasiado elevado. Demasiado adelantado, sin embargo, y el motor se vuelve difícil de arrancar, de manera que llega a constituir un límite a lo que puede lograrse. Otro método consiste en introducir algún tipo de control de corriente en el motor para acortar el pico. Este último método tiene también un efecto indeseable, en la medida en que pueden restringir el pico inicial actual donde la mayor parte del par se genera. Aunque cualquier combinación de los métodos descritos anteriormente pueden ser utilizados, será evidente que todos son reactivos a los efectos, en lugar de ser proactivos en eliminar la causa fundamental del problema de la conmutación de las corrientes al final del ciclo de conmutación. Control de corriente de cola En la primera parte del ciclo de conmutación, cuando los polos del rotor y estator son de la misma polaridad, existe una considerable labor realizada ya que los dos polos se repelen entre sí y se sienten atraídos por el vecino. Es en esta fase inicial donde la mayor parte del par se genera. Sin embargo, hacia el final del ciclo de conmutación, como cada vez más los polos opuestos están alineados, ya que se sienten atraídos entre si, hay menos y menos par que se generan y, sin embargo, el flujo de la corriente en la bobina se hace cada vez más excesivo. Este exceso de corriente debe ser mantenido bajo control para mejorar la eficiencia y reducir la necesidad de utilizar más componentes especificados. Sin embargo, con el fin de controlar la velocidad de motores de corriente continua sin escobillas, se utiliza modulación por ancho de pulso (PWM) cada vez más para apagar y encender la bobina a una alta frecuencia. Esto varía la cantidad de energía en la bobina. El PWM se utiliza también para controlar las corrientes de pico como se describió anteriormente. Este circuito de control PWM ya está integrado en el controlador de velocidad para fines de control y, por tanto, se muestra como un método ideal para controlar la corriente que fluye en la bobina hacia el final del ciclo de conmutación. La técnica, por lo tanto, es utilizar el PWM lentamente por la rampa actual, desde el nivel bajo en el 75% del ciclo de conmutación, a flujo de corriente cero al final de la conmutación. Metodología El circuito PWM en el controlador de motor es estimulado por un control de voltaje de señal. Un alto voltaje proporcionará PWM 0% y una baja tensión PWM 100%. El cambio entre estos altos y bajos voltajes proporciona una cantidad variable de PWM que es proporcional a la entrada de voltaje de control. Con el fin de aplicar una señal de reducción de corriente al final del ciclo cuando el motor esta en marcha, en primer lugar hay que conocer la velocidad del motor. Un integrador, por lo tanto, se convierte en uno de los primeros bloques de construcción en el nuevo sistema. Una forma de onda triangular es también generada como una señal tensión versus periodo de conmutación. La onda triangular y la integrada se combinan para proporcionar una tercera señal para modular la tensión de control PWM. Resultados La forma de onda de corriente resultante se muestra en la Figura 4. Aquí la configuración de la forma de onda se puede ver claramente. Este gráfico, si se compara con que en la figura 1, muestra la rápida eliminación de la corriente 'pico' en la parte final del ciclo de conmutación. La perturbación en el suministro, aunque no se ilustra aquí, también se elimina hasta cero. Esta evaluación se realizó sobre un ventilador funcionando a alrededor de 7500rpm y consumiendo 0.8A. El cuadro 1 muestra los resultados obtenidos utilizando el mismo motor del ventilador, en primer lugar sin modificar y, a continuación, de nuevo, tras la inclusión de control de corriente al final del ciclo de conmutación. Se puede observar que la corriente se ha reducido en un 16%, sin embargo, la velocidad sólo ha disminuido en un 6%, lo que supone un considerable mejora en la eficiencia general del motor. Las pruebas realizadas en otro motor produjo un descenso de corriente del 10% y una caída de velocidad del 2%. Esta pequeña pérdida de velocidad será más que compensada al permitir el uso de dispositivos de baja tensión MOSFET con un menor RDS (on). Ventajas Dado que esta técnica reduce el excesivo flujo de corriente en la parte más ineficiente de la conmutación de ciclo, tiene un efecto sobre la eficiencia. Como se ha indicado, el 10% de reducción en el consumo actual se ha logrado con una mínima, y en otros casos nula reducción en la velocidad. El perfeccionamiento de la técnica debería ver más allá de esta mejora. El resultado de la capacidad para mantener una tensión nominal realista para los componentes internos también reduce la disipación del motor, siempre bienvenido en las condiciones de hacinamiento dentro de un motor BLDC. Por último, como la forma de onda generada por esta nueva técnica es más sinusoidal, el movimiento de las placas del estator se hace más tranquilo, lo que reduce el ruido de conmutación de alta velocidad. Fuente: Technology First