Kostengünstige Variante Steuerung von BLDC-Motoren mit Hilfe von Trapezsignalen

Die Ansteuerung eines bürstenlosen, Dreiphasen-Gleichstrommotors (BLDCs) mit Hilfe von trapezförmigen Stromsignalen stellt die einfachste aller Ansteuerungsmöglichkeiten dar. Dementsprechend vielfältig ist die Anzahl der zur Auswahl stehenden Mikrocontroller. Denn im Grunde eignet sich jede Standard-MCU, spezielle Ansteuerungsperipherie ist nicht erforderlich.

Kostengünstige Variante

Die Ansteuerung eines bürstenlosen, Dreiphasen-Gleichstrommotors (BLDCs) mit Hilfe von trapezförmigen Stromsignalen stellt die einfachste aller Ansteuerungsmöglichkeiten dar. Dementsprechend vielfältig ist die Anzahl der zur Auswahl stehenden Mikrocontroller. Denn im Grunde eignet sich jede Standard-MCU, spezielle Ansteuerungsperipherie ist nicht erforderlich.

»Eine Ansteuerung mit Hilfe von Trapezsignalen eignet sich hervorragend für kostensensitive Anwendungen, weil sie sich bereits mit einfachen 8-Bit-Controllern wie unseren PIC16-MCUs realisieren lassen. Diese Ansteuerung kann in allen Anwendungen zum Einsatz kommen, in denen keine großen Lastsprünge zu erwarten sind«, erklärt Dirk Müller, Field Application Manager bei Microchip Technology. Und Detlef Schick, Technical Marketing Manager – Microcontroller Automotive Europe bei Atmel, fügt noch hinzu: »Einfache BLDC-Steuerungen mit Block-Kommutierung sind mit allen unseren Controllern möglich. Abhängig von der Polzahl können eventuell sogar unsere 8-Pin-Controller eingesetzt werden, für die Application-Notes vorhanden sind, einschließlich Software zur sensorbasierten und sensorlosen Ansteuerung von 2-Phasen-Motoren.« Und auch Christian Harders, Systemingenieur Industrie Produkte bei Fujitsu Microelectronics Europe, argumentiert ähnlich: »Einfache Anwendungen, in denen eine Trapez-Kommutierung beispielsweise mit Hall-Sensoren verwendet wird, lassen sich häufig mit Standard-MCUs ohne Motor-spezifische Peripherie-Einheiten realisieren. Häufig ist hier die Steuerung des Motors nur eine Nebenaufgabe der MCU. Daher steht für diese Anwendungen prinzipiell das volle Programm von MCUs zur Verfügung, von kleinen 8-Bit-Controllern bis hin zu 16-Bit-MCUs mit USB, CAN und zahlreichen anderen Peripherie-Einheiten.«

Darüber hinaus stehen von den Herstellern natürlich auch Controller zur Verfügung, die sich dank ihrer integrierten Funktionsblöcke besonders für Motorsteuerungsanwendungen eignen. Das gilt selbst für Unternehmen, die sich nicht auf dieses Anwendungsfeld fokussiert haben. Ein Beispiel ist NXP Semiconductors, das laut Rob Cosaro, Systems/Architecture/Applications-Manager für Business Line Standard ICs und Mikrocontroller bei NXP Semiconductors, nicht über ein dediziertes Produktportfolio verfügt, das aber dennoch für jede Anwendung den geeigneten Controller bietet. Denn alle ARM-MCUs von NXP sind dank der implementierten PWMs in der Lage, grundlegende Trapezsteuerungsfunktionen für die Kommutierung eines BLDC-Motors auszuführen. »Die LPC1700, LPC3200 und LPC2900-Controller eignen sich besonders gut für die Ansteuerung, denn sie sind mit dedizierten PWMs zur Motorsteuerung ausgestattet und entlasten damit die CPU noch stärker von dieser Aufgabe.«

Wenn eine 8-Bit-MCU bereits solch eine Aufgabe übernehmen kann, scheint ein 32-Bit-Controller leicht überdimensioniert, doch hier gibt Cosaro folgendes zu bedenken: »Die meisten 8- und 16-Bit-Controller mit Funktionen zur Motorsteuerungen nutzen ihre gesamte Verarbeitungsleistung, nur um den Motor zu steuern und lassen nur wenig Spielraum für andere Aufgaben. Dagegen brauchen die LPC2900, LPC1700 und LPC3200-Controller nur einen geringen Anteil ihrer Verarbeitungsleistung und lassen damit noch viel Rechenleistung für andere wichtige Aufgaben übrig, wie beispielsweise USB oder A/D-Wandlung.«

STMicroelectronics hat im Februar offiziell den STM8S angekündigt. Auf Messen wurden bereits verschiedene Demos mit 3-phasigen, sensorlosen BLDC-Motoren im Blockbetrieb gezeigt. Laut Romain Ricci, European Industrial & MultiMarket Competence Center, Home Appliances, Market Development Manager bei STMicroelectronics, erklärt, konnte gezeigt werden, dass der STM8S dank seiner Rechenleistung (bis 20 MIPS) und mit Hilfe spezieller PWM-Timer (verfügbar im STM8S207) die Back-EMF für die Synchronisierung der Kommutierung der Phasen verwenden kann. »ST verwendet dieses patentierte Verfahren schon seit Jahren auch mit dem ST7FMC«, so Ricci.