Kostengünstige Variante
Steuerung von BLDC-Motoren mit Hilfe von Trapezsignalen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Familienkonzept
Für Ricci ist das Familienkonzept - 4 bis 128 KByte Flash, 20- bis 80-Pin-Gehäuse - und die damit mögliche Skalierung ein Vorteil der STM8S-Familie. Außerdem sind auf den Bausteinen ein echtes Daten-E2PROM implementiert und sie arbeiten mit einer Spannung von 3,3 bis 5,5 V. Darüber hinaus sind sie mit einem RC-Oszillator und einem 16-Bit-Advanced-Control-PWM-Timer für 3-Phasen-Motorsteuerungen mit komplementären Ausgängen inkl. Totzeitgenerierung ausgestattet.
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Laut Dave Parsons, Principal Engineer Marketing & Systems Engineering in der Industrial Business Group bei NEC Electronics, zeichnet sich die 78K0R /Ix3 Familie durch einen leistungsstarken 16-Bit-CPU-Kern und erweiterten mathematischen Support aus. Außerdem verfügen die Controller über einen sehr schnellen PWM-Timer (40 MHz) für eine geräuschlose PWM-Steuerung, einen Echtzeit-Port für ein Schalten ohne Jitter, einen PGA (Programmable Gain Amplifier) und Analog-Komparatoren für die Signalaufbereitung. Darüber hinaus stehen noch diverse serielle Kommunikationsmöglichkeiten für die Mensch-Maschine-Schnittstelle und die Steuerschnittstellen zur Verfügung. Die Steuerung der Motoren kann mit oder ohne Sensoren erfolgen. Parsons: »Die 78K0R/Ix3-Familie ist für kostengünstige Motorsteuerungsanwendungen optimiert. Die Bausteine stehen in einer Vielzahl von Gehäusen mit den unterschiedlichsten Speichergrößen zur Verfügung, um den Anforderungen aller Applikationen gerecht zu werden.« Wer noch mehr Leistung braucht, kann auf die V850ES/IE2-Familie zurückgreifen, die auf einer 32-Bit-CPU basiert. Neben den Eigenschaften, die bereits die 78K0R /Ix3 Familie auszeichnen, verfügen diese Controller noch über PWM-synchronisierte Zweifach-10-Bit-A/D-Wandler-Einheiten für die Motorsteuerungen.
Die R8C-Familie von 16-Bit-Controllern eignet sich laut Vincent Mignard, Marketing Engineer White Goods bei Renesas Technology Europe, besonders gut für die Blockkommutierung von Elektromotoren. Die integrierten Timer sichern eine saubere und flexible PWM-Generierung und sie übernehmen die Messung des Back-EMF-Signals oder der Hallsensor-Signale. Die Bausteine übernehmen auch die Totzeit-Generierung sowie das Interrupt-Skipping. Mignard: »Mit Hilfe des Direct-Transfer-Control-Moduls werden alle zeitaufwändigen Software-Routinen durch eine flexible Hardware-State-Machine ersetzt. Damit kann die CPU-Auslastung auf 10 bis 20 Prozent reduziert werden und sowohl langsame als auch schnelle BLDC-Motoren mit und ohne Sensoren angesteuert werden.« Laut seiner Aussage zeichnen sich die Bausteine durch eine hohe Robustheit gegenüber elektromagnetischen Störungen aus. Außerdem arbeiten die Controller mit 5 V und dank der Produktvielfalt innerhalb der Familie steht für jeden Anwendungsfall der richtige Baustein zur Verfügung. Mignard: »Ein wichtiger Unterscheidungsfaktor gegenüber konkurrierenden Produkten ist die implementierte Self-Test-CPU-Software, wodurch eine Class-B-Konformität möglich ist. Die Software steht bereits zur Verfügung und wird im dritten Quartal zertifiziert sein.«
Mit den bereits erwähnten PIC16-Controllern lassen sich laut Müller auch sensorlose Ansteuerungen realisieren. Müller: »Damit können die Hallsensoren eingespart werden.« Bereits mit 8-Pin-Varianten lassen sich Halb- und mit 14-Pin-Controller Vollbrücken ansteuern. Die Besonderheit bei den Microchip-Produkten besteht darin, dass das PWM-Signal über den eingebauten Komparator deaktiviert werden kann (Hardware-Abschaltung), und der Entwickler per Software entscheiden kann, ob es sich um eine dauerhafte Abschaltung handeln soll oder ein automatischer Wiederanlauf realisiert werden soll. Die Komparatoren können mit einer internen, programmierbaren Referenzspannung versorgt werden. Die Überstromabschaltung erfolgt in Hardware.
Komparatoren für die Notabschaltung
Was für Microchip gilt, gilt auch für die Atmel-Lösungen. Denn laut Schick sind alle AVR-Microcontroller mit mindestens einem Analog-Komparator ausgestattet, mit dem sich Notabschaltungen elegant realisieren lassen. »Außerdem besitzen einige unserer AVR-Bauteile eine A/D-Wandlung mit differenziellem Vorverstärker, wodurch der externe Operationsverstärker für Strommessungen entfällt. Darüber hinaus haben wir drei Familien, die über eine interne PLL ein 64-MHz-Taktsignal erzeugen, das als Timer-Eingangssignal benutzt werden kann, um so sehr hochfrequente PWMs zu generieren.« Schick möchte die ATtinyx61-Famile besonders herausstellen, da sie sämtliche der erwähnten Features enthält und mit 20 Pins und 2 bis 8 KByte Flash ideal für preissensitive BLDC-Steuerungen (sensorbasiert und sensorlos) geeignet ist.
- Steuerung von BLDC-Motoren mit Hilfe von Trapezsignalen
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