Starter-/Referenzkits Mit hoher Drehzahl entwickeln – dank Starterkit

Die Software spielt eine immer größere Rolle bei den Entwicklungs-Kits
Die Software spielt eine immer größere Rolle bei den Entwicklungs-Kits

Im Spannungsfeld der »Make versus buy«-Entscheidungen spielt die Software eine immer größere Rolle. Am Beispiel einer Motorsteuerung wird gezeigt, wie die Software dem Entwickler hier die Einstellung der Motorparameter erleichtert.

Versetzen Sie die Schlagworte »fast Time-to-Market« im Zusammenhang mit einem Mikrocontroller-Starter-Kit in Begeisterung? Oder ist dieser Begriff heute praktisch bedeutungslos? Vermutlich wäre folgende Aussage interessanter: »Dieses Kit unterstützt Sie dabei, ein Projekt rechtzeitig und effektiv mit bestmöglichem Erfolg fertigzustellen«. Diese Aussage wäre zwar richtig, ist jedoch nicht sehr praktikabel. In Wirklichkeit muss man heute bei der Auswahl einer Mikrocontroller-Lösung wesentlich mehr Aspekte berücksichtigen: die Verfügbarkeit hochqualitativer Software, eine Hardware-Referenz, eine Sicherheits-Zertifizierung, eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche, kompetente Unterstützung und Entwicklungsdienstleistungen von vertrauenswürdigen externen Partnern. Vor allem aber geht es um die beabsichtigte Ziel-Anwendung. Können die genannten Punkte die Erfolgs-Chancen Ihres Designs verbessern und somit den Erfolg Ihres Unternehmens sichern?

Aufgabe des Mikrocontroller-Anbieters ist es heute, für den Erfolg des Entwicklers zu sorgen. Nur dies gewährleistet den zusätzlichen Erfolg bei einem Kunden. Aus diesem Grund kommt eine neue Generation fertiger Lösungsansätze basierend auf bewährten Mikrocontroller-Plattformen auf den Markt, die alles Notwendige enthalten, damit der Entwickler seine Arbeit wirtschaftlich, effektiv, termingerecht und erfolgreich leisten kann. Und das alles „Out-of-the-Box“.

Ein Fallbeispiel soll dies verdeutlichen: Ein Unternehmen entwickelt ein Lüftungssystem, das den Luftdurchfluss steuert und mit niedrigen Drehzahlen Vibrationen vermeiden soll. Das System arbeitet mit Drehzahlen zwischen 200 und 4000 min–1. Es nutzt einen bürstenlosen Wechselstrommotor mit 800 W Leistung, 400 V Versorgungsspannung und einem Drehmoment von 1 Nm, das von einem sensorlosen 3-Phasen-Umrichter gesteuert wird. Entwickler, die sich um den Auftrag bewerben, müssen innerhalb von vier Wochen ein funktionierendes Demomodell vorzeigen können.

Drei Unternehmen machen ein Angebot: Unternehmen A setzt ein Team aus drei Ingenieuren an die Aufgabe, Unternehmen B und Unternehmen C betrauen jeweils einen einzigen Ingenieur mit der Erstellung eines Demomodells. Vier Wochen später erteilt der Kunde den Auftrag für die nächste Stufe des Entwicklungsprojekts an Unternehmen C.

Erfolgsfaktoren: Zeit und Kosten

Wie kam diese Entscheidung zustande? Unternehmen A lieferte rechtzeitig einen funktionierenden Prototypen, überschritt jedoch den Kostenrahmen. Unternehmen B lieferte zu spät und wurde daher nicht berücksichtigt, während Unternehmen C innerhalb des vorgegebenen Zeit- und Kostenrahmens lag. Alle drei Unternehmen mussten zur Erstellung eines funktionierenden Systems die gleichen Entwicklungs- und Motorabstimmungsarbeiten durchführen. Dazu waren die Motorparameter zu ermitteln, eine 3-Phasen-Software für die Ansteuerung des Motors vorzubereiten, die Closed-Loop-Filter für passende Drehzahl- und Drehmomentwerte entsprechend der Anwendungs-Spezifikation abzustimmen und eine Mikrocontroller-gestützte Hardware für den Prototypen zu entwickeln.

Sehen wir uns die Ergebnisse genauer an: Die Unternehmen A und B sind konventionell beim Aufbau des Demomodells vorgegangen. Dabei passte man bestehende Hardware und eine vorhandene 3-Phasen-Software für sensorlose Steuerung an das Design an. Die Motor-Parameter mussten anhand eines RLC-Messgeräts ermittelt und die PI-Filter für den Strom anhand der Software und eines externen Oszilloskops eingestellt werden, um den Motor zum Laufen zu bringen. Viele Mannstunden fallen weiterhin für die Feinabstimmung von Software und PI-Filtern an, um das erforderliche Drehzahl- und Drehmomentverhalten zu erzielen. Es stellt sich also die Frage: Was hat Unternehmen C anders gemacht?

Unternehmen C hat einen anderen Weg eingeschlagen, da man dort nur wenig passendes Material als Ausgangsbasis zur Verfügung hatte. Man machte sich also auf die Suche nach einem umfassenden Kit, um die Zeit- und Kostenziele für die Entwicklung zu erfüllen. Unternehmen C entschied sich für ein Motorsteuerungs-Kit von Renesas. Dies enthielt alles von einer professionell entwickelten, lizenzfreien 3-Phasen-Referenz-Software für die Steuerung über eine Hardware-Referenzplattform mit kompletten Schaltplänen, Stücklisten, Gerber-Layout-Dateien bis hin zu einer optionalen, umfassend kompatiblen externen Hochspannungs-Umrichtereinheit. Die gesamte Software war umfassend VDE-zertifiziert und verfügte über eine komplette Entwicklungsumgebung sowie eine grafische Benutzerschnittstelle.

Dies war ein guter Einstieg, da keine Hardware-Entwicklung erforderlich war, sondern die Anpassung der Konfiguration der MCU-Steuerplatine für den externen Umrichter. Auch das sensorlose Software-System war unmittelbar startbereit und erforderte nur noch eine Anpassung, um mit dem Motor zusammenzuarbeiten (Ermittlung und Feinabstimmung der Motorparameter). Für den Entwicklungsingenieur war das praktisch, da er zwar mit Motorsteuerungen vertraut war, aber nur begrenzte Erfahrung mit der Feinabstimmung des Motors hatte.

Auch für andere Anwendungsgebiete

 

Die beschriebenen Kits und Lösungen von Renesas für Motorsteuerung, HMI, Powerline-Datenkommunikation und Zertifizierungen zeigen, dass es Konzepte gibt, die sich auf mehr als nur auf „fast Time-to-Market“ konzentrieren. Renesas verfolgt den gleichen Ansatz bei der Entwicklung neuer Kits für den Wireless-Meter-Bus, Smart Analog für IO-Link, industrielles Ethernet mit Multi-Protokoll-Betrieb, intelligente LED-Beleuchtungstechnik und vieles mehr.

Auch wenn es in diesem Beitrag um Mikrocontroller-Lösungen geht, liegtder Fokus zumeist auf der Software.
Denn Silizium-Hardware alleine sichert keinen schnellen Markteintritt. Erfolg-reiche Entwickler dürfen zu Recht mehr von einem Mikrocontroller-Anbieter erwarten.