Управление двигателем SoC добавляет ядро ​​MCU для повышения гибкости дизайна

Эффективность преобразования энергии всегда играла важную роль в разработке электроники, а в случае электродвигателей преобразование происходит дважды:сначала для создания электричества, необходимого для управления двигателем, а затем для преобразования электричества в движущую силу. Устранение шума, производимого двигателями, - одна из самых распространенных проблем, с которыми сталкиваются разработчики электроники в этом типе приложений.

Производители все чаще склонны рассматривать фактический блок управления двигателем как базовый функциональный блок, а не как средство разнообразия конечного продукта; это особенно очевидно при рассмотрении вспомогательных систем, таких как насосы для слива воды или вентиляторы, которые обычно используются в бытовых приборах. Infineon Technologies не только предлагает широкий портфель дискретных компонентов, но также предоставляет интегрированные решения, которые упрощают приложения для инверторов, сводят к минимуму затраты на исследования и разработки и перечень материалов (BOM) для общего количества используемых компонентов.

Например, новый IMC300 сочетает в себе двигатель iMOTION Motion Control Engine (MCE) с дополнительным микроконтроллером на базе ядра Arm® Cortex®-M0. Портфель IMC300 предназначен для приводов с регулируемой скоростью, требующих высокой гибкости применения.

КОНТРОЛЛЕРЫ

Управление скоростью и направлением двигателя предполагает режим работы используемого двигателя и требует различных методов и схем в зависимости от типа двигателя и различных требований приложения. Назначение контроллера мотора - иметь возможность вручную или автоматически воздействовать на электродвигатель (пуск-стоп, опережение-инверсия, скорость, кручение и защита от перегрузок по напряжению). Для управления электродвигателем требуются электронные схемы, которые еще несколько лет назад были сделаны из дискретных компонентов из-за задействованных напряжений и токов. Сегодня управление двигателем находится на переднем крае исследований и разработок, направленных на создание эффективных микроэлектронных решений на двух уровнях:вычислительное программное обеспечение и силовая электроника.

ТЕХНОЛОГИЯ iMOTION

iMOTION представляет собой семейство продуктов, которые объединяют готовый и сертифицированный алгоритм управления двигателем с аппаратным обеспечением для продуктивного использования, с возможностью коррекции коэффициента мощности (PFC), доступной в качестве опции. В решениях силовой электроники для управления двигателем необходимо обеспечить гибкость и адаптируемость к целевому применению заказчика, что часто выходит далеко за рамки конфигурации рассматриваемого двигателя ( Рисунок 1 ).

Рисунок 1 : iMOTION способствует интеграции в систему управления двигателями. (Изображение:Infineon Technologies)

Микросхемы iMOTION интегрируют все функции управления и аналогового интерфейса, необходимые для управления двигателем, ориентированного на сенсорное поле (FOC), с использованием измерения постоянного тока шунта или подключения постоянного тока. Кроме того, в них используется запатентованный алгоритм Infineon, исключающий программирование программного обеспечения в процессе разработки алгоритма управления двигателем.

Решения iMOTION подходят для бытовой техники и небольших приводов, например, вентиляторов. В решениях сочетаются контроллер, SmartDrive и устройства SmartIPM.

Устройство SmartDrive интегрировано с драйвером затвора (можно использовать MOSFET или IGBT). Наивысший уровень интеграции достигается в семействе SmartIPM, которое объединяет MCE с драйвером затвора и трехфазным полным мостом, в результате чего получается полная инверторная система в одном небольшом корпусе PQFN.

ИС семейства iMOTION IMC300 от Infineon, предназначенные для регулирования систем управления двигателями с регулируемой частотой вращения, содержат дополнительный программируемый пользователем микроконтроллер ( Рисунок 2 ). Двухъядерный контроллер объединяет необходимое оборудование, программное обеспечение и программу пользователя для управления синхронным двигателем с постоянными магнитами (PMSM). Это позволяет создать очень гибкую систему управления двигателем при минимальных затратах на систему и разработку.

Рисунок 2 : iMOTION Motion Control Engine плюс схема и функции ARM Cortex-M0 (Изображение:Infineon Technologies)

Функции защиты IMC300 включают понижение / перенапряжение, перегрузку по току, перегрев, отключение двигателя, блокировку ротора, сообщение о неисправностях, минимальное время простоя и сквозной пробой. Функции управления включают s инусоидальный FOC, сенсорный / бессенсорный, трех- или двухфазная модуляция, ослабление поля, торможение с нулевым вектором, встроенный PFC и встроенный бутстрап.

IMC300 и его предшественник IMC100 используют ту же реализацию MCE 2.0, предоставляя готовое к использованию решение с контролем PFC, несколькими функциями защиты и обработчиком сценариев.

Применяя MCE для управления двигателем, клиенты могут сосредоточиться на системном приложении, которое работает полностью независимо от встроенного микроконтроллера Arm. Этот MCU предлагает гибкий набор периферийных устройств и может служить множеству целей, таких как системные функции, конкретная связь или мониторинг привода ( Рисунок 3 ).

Рисунок 3 : Приложение схемы IMC300 (Изображение:Infineon Technologies)

«Основная идея заключается в том, чтобы упростить для клиента поворот двигателя, - сказал Инго Скурас, менеджер по маркетингу продукта iMOTION в Infineon Technologies. «Уже несколько лет мы наблюдаем тенденцию к электронному управлению большинством двигателей - не только включенными или выключенными, но и приводами с регулируемой скоростью, как их еще называют. И у нас есть решения для этого, которые, по сути, клиент может использовать без какого-либо программирования:просто настройте их для соответствующего использования двигателя, и затем он будет запущен. Обычно на это уходит от получаса до часа ».

MCE объединяет все необходимые аппаратные и программные компоненты, а также все необходимые функции защиты, что приводит к сокращению спецификации. Он постоянно совершенствуется; обычно выпускается две версии в год.

Алгоритм управления двигателем, который передает больше интеллекта периферийным устройствам, таким как аналого-цифровые преобразователи или таймеры, снижает нагрузку на ядро ​​ЦП. Благодаря решениям, включающим небольшие контроллеры, интегрирующие современные 32-разрядные архитектуры, эта высвободившаяся мощность ЦП предоставляется разработчику приложения.

Контроллеры iMOTION реализуют алгоритм, который подходит для использования в производственных средах, а также поддерживает требования функциональной безопасности для бытовой техники, позволяя создавать конструкции, соответствующие требуемым стандартам на этих рынках.

Устройства IMC300 предварительно сертифицированы для приложений, требующих функциональной безопасности в соответствии с UL / IEC 60730 (класс B).