Antriebsregelung
Welcher Weg ist bei BLDC-Motoren der beste?
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Zwei-Chip-Lösung als guter Kompromiss
Andere Anwendungen basieren auf Zwei-Chip-Lösungen mit einer MCU, die für »intelligente« Analogfunktionen optimiert ist, und einem externen Treiber. Dabei können die Entwickler aus einer Vielzahl von MCUs auswählen, die für eine sensorgesteuerte oder sensorlose Kommutierung ausgelegt sind und trapez- oder sinusförmige Ansteuerungstechniken unterstützen.
Bei der Wahl des Companion-Treiber-ICs für die MCU kommt es darauf an, dass der Treiber mehr bieten sollte als passende Nennleistungen für den MOSFET oder BLDC-Motor. Er sollte auch einen effizienten, justierbaren Spannungsregler enthalten, der die Verlustleistung minimiert und verschiedene MCUs mit Strom versorgt. Überwachungs- und Management-Blöcke sind ebenfalls wichtig, damit ein sicherer Betrieb des Antriebs gewährleistet ist sowie Host und Treiber bidirektional kommunizieren können. Einstellbare Parameter erhöhen die Leistungsfähigkeit des Treibers, die sich so ohne zusätzliche Programmierung optimieren lässt.
Eine typische Zwei-Chip-Lösung ist in Bild 3 dargestellt. Ein funktionsreicher Dreiphasen-Motortreiber wie Microchips »MCP8024« und ein Digital-Signal-Controller (DSC) vom Typ »dsPIC33EP MC« steuern sechs n-Kanal-MOSFETs für die feldorientierte Regelung eines Permanentmagnet-Synchronmotors (PMSM) an. Ein kostengünstiger 8-Bit-Mikrocontroller kann anstelle des DSCs verwendet werden, wenn eine einfache sechsstufige Steuerungsarchitektur zum Einsatz kommt. Der Wechsel von einem DSC zu einer 8-Bit-MCU kann ohne Änderung des Treiberschaltkreises erfolgen – wenn ein BLDC-Motor mit ähnlicher Nennleistung verwendet wird.
Tabelle 1 stellt die Ein-Chip-Motoransteuerung mit SoC oder ASSP der Zwei-Chip-Lösung mit MCU oder DSP und einem Companion-Treiber gegenüber.
| Feature | SoC | ASSP | Zwei-Chip-Lösung |
|---|---|---|---|
| Programmierbarkeit | begrenzt | nein | ja |
| Flash-Speicher | bis zu 32 KByte | nein | 16 KByte bis 256 KByte |
| PCB-Platzbedarf | mittel | gering | mittel |
| Pinzahl | mittel | gering | hoch |
| Controller-Auswahl | keine | keine | vielfältig |
| Weiderverwendbarkeit über verschiedene Nennleistungen | mittel | gering | hoch |
| Firmware-Entwicklungstools | begrenzt | nicht erforderlich | Standard seitens des Anbieters |
Tabelle 1: Vergleich zwischen Ein- und Zwei-Chip-BLDC-Motorsteuerungen
Dabei zeigt sich, dass ein SoC oder ASSP zwar die Anforderungen platzbeschränkter Anwendungen erfüllt; der feste Funktionsumfang, die eingeschränkte Speicherkapazität und eingeschränkte Rechenleistung beeinträchtigen aber die Flexibilität und Skalierbarkeit des Designs. Im Vergleich zu herkömmlichen diskreten Schaltkreisen sorgen Ein- und Zwei-Chip-Lösungen für BLDC-Antriebsregelungen jedoch für geringere Bauteilkosten und weniger Platzbedarf auf der Leiterplatte. Die Hardware und Firmware-Referenzdesigns sowie -Bibliotheken, die von Herstellern wie Microchip zur Verfügung gestellt werden, sorgen auch für eine deutlich kürzere Entwicklungsdauer. Fortschrittliche Motorsteuerungen lassen sich somit schneller auf den Markt bringen.
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