Controlador ESC para Motor Brushless con IGBTs de 75A y Control Sensorless

Introducción

En este proyecto te comparto el desarrollo de un ESC (Electronic Speed Controller) casero para motores brushless (BLDC), capaz de manejar hasta 75 amperios a 24 V, utilizando IGBTs como dispositivos de conmutación y un enfoque sensorless para el control del motor. Esta es una solución robusta y escalable para aplicaciones industriales o de alto rendimiento, como scooters eléctricos, herramientas o robots.

Características principales

• Voltaje de operación: 24 V DC
• Corriente máxima: 75 A por fase
• Topología de potencia: 3 pares de IGBTs (medio puente)
• Controlador de compuertas: 3x IR2103 (uno por fase)
• Medición de corriente: Resistencia shunt en el negativo
• Sensorless: Lectura del voltaje de cada fase para detección de posición
• MCU: Microcontrolador con ADC y PWM (ESP32 en pruebas preliminares)

¿Por qué usar IGBTs?

Elegí IGBTs en lugar de MOSFETs por su mejor desempeño en aplicaciones de corriente alta y voltaje medio:

• Menor pérdida por conducción a altos amperajes.
• Tiempos de conmutación adecuados con el IR2103.
• Robustos ante sobrecorrientes o picos.

Control sensorless: ¿cómo funciona?

Para evitar usar sensores Hall, implementé control sensorless midiendo el voltaje en cada fase. Esto me permite detectar el punto neutro virtual y sincronizar las conmutaciones del motor con su posición rotacional.

Además, mido la corriente total con una resistencia shunt en el bus negativo. Esta lectura me ayuda a:

• Implementar protección contra sobrecorriente.
• Calcular el par consumido.
• Evaluar eficiencia bajo distintas condiciones de carga.

Lógica de control

1. Se arranca con un pequeño pre-driving para mover el motor (open-loop).
2. Una vez el motor gira, el sistema lee el BEMF (back-EMF) en las fases libres para determinar la posición.
3. El controlador ajusta el tiempo y la secuencia de disparo PWM en los IGBTs.
4. La corriente medida con la shunt permite limitar automáticamente la potencia entregada.

Resultados preliminares

• El sistema fue capaz de mover un motor brushless de 800 W sin problemas.
• Buena respuesta en aceleración sin necesidad de sensores Hall.
• El calentamiento de los IGBTs fue mínimo gracias a disipadores de aluminio generosos.
• Logré mantener la corriente por debajo de 65 A en pruebas continuas.

Mejoras futuras

• Implementar control de velocidad por PID.
• Interfaz para ajuste en tiempo real vía UART o web.
• Agregar frenado regenerativo (regulación del voltaje en el bus).
• Migrar el control a un STM32 para mejor precisión y tiempo real.

Conclusión

Desarrollar tu propio ESC sensorless con IGBTs es totalmente posible, incluso con herramientas y microcontroladores accesibles. Esta versión casera me permitió aprender muchísimo sobre electrónica de potencia, control de motores y sistemas embebidos avanzados.

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