Kostengünstige Variante
Steuerung von BLDC-Motoren mit Hilfe von Trapezsignalen
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Steuerung von BLDC-Motoren mit Hilfe von Trapezsignalen
Die Freescale-Controller zeichnen sich laut Aussage von Radim Visinka, Industrial & Multi Market System Application Engineering Manager von Freescale Semiconductor, durch dedizierte Peripherie für Motorsteuerungen, durch niedrige Kosten sowie eine geringe Leistungsaufnahme aus. Für die Motoransteuerung mit Trapezsignalen steht die gesamte Palette von Controllern zur Verfügung, angefangen bei 8- über 16 bis hin zu 32-Bit-Varianten.
Ähnlich wie Freescale stehen auch bei Infineon Controller jeglicher Leistungsklasse für diese Aufgabe zur Verfügung. Jürgen Hoika, Senior Manager, Industrial Microcontrollers, Infineon Technologies, sieht in der Echtzeitfähigkeit und in den autonomen Peripheriefunktionen zur effizienten Motorsteuerung Vorteile bei den Infineon-Controllern. Für BLDC- und PMSM-Motoren sind die Produkte der 8-Bit Famlie XC800 und der 16-Bit Familie XE166 besonders im Bezug auf das optimierte Preis-/Leistungsverhältnis geeignet. Sie beinhalten eine leistungsstarke PWM-Einheit, die so genannte Capture/Compare-Unit (CCU6), die ohne CPU-Last die Pulsweitenmodulation für die Halbbrücken jeder der drei Phasen des Motors erzeugt. Hoika: »Der schnelle 10-Bit-A/D-Wandler mit Wandlungszeiten von weniger als 1,2 µs erlaubt eine Datenerfassung mit bis zu 833 ksamples/s und ist eng mit der CCU6 gekoppelt. Das Peripherie-Set ist so auf die Regelung von BLDC- und PMSM-Motoren optimiert und entlastet damit die CPU.« Für das Bearbeiten der Motorregler (Regler- und Filterfunktionen) steht jeweils eine leistungsfähige CPU zur Verfügung.
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Bei den 8-Bit-Controllern wird die 8051-CPU durch 16-Bit-Coprozessoren – den so genannten Vector Computer - unterstützt, während der 16-Bit Core C166Sv2 dank integrierter MAC-Unit DSP-Instruktionen beherrscht. »Damit lassen sich nicht nur komplexe Regelfunktionen abbilden, sondern auch noch zusätzliche Sicherheitsfunkionen wie z. B. Class B«, so Hoika weiter. Die Ausstattung ist so gestaltet, dass bis zu 4 Motoren mit einem Mikrocontroller gleichzeitig geregelt werden können (XE166-Familie).
Für Hoika zeichnen sich die Infineon-Lösungen durch folgende Vorteile aus:
∙ Infineons Capture-/Compare-Einheit (CCU6) ermöglicht autonom folgende Funktionen: drei unabhängige PWM-Kanäle zur Ansteuerung der 3 Halbbrücken; automatische Totzeit-Erzeugung in Hardware (in die CCU6 integriert); Center- und Edge-Aligned-PWM ohne Glitches; 16-Bit-Auflösung für die Erzeugung von PWM-Signalen mit Taktraten von bis zu 2x der CPU-Taktrate; »Shadow Transfer« – Entkopplung der CPU von der PWM-Erzeugung; »CTRAP-Hardware-Signal« – Schutz gegen Kurzschluss, Unter- und Überspannung, Übertemperatur, etc., indem alle Ausgänge CCU6 passiv geschaltet werden (Not-stoppfunktion); Auswahl der passiv/aktiv Pegel für jegliche Treiberbausteine; CPU-lastfreies Erfassen von Hallsignalen und automatisches Weiterschalten in den nächsten Pulszustand (z.B. unter 200 Byte Code für den Hallsensor-Betrieb eines BLD-Motors)
∙ Der SAR-A/D-Wandler bietet vor allem bei der Realisierung von sensorloser Kommutierung folgende Funktionen: Schnelle Datenerfassung mit einer Abtastzeit von weniger als 150 ns und Wandlungszeiten von weniger als 1,2 µs; rauschfreie Signalerfassung durch auf die PWM-Signalerzeugung getriggerten Messstart. Hoika: »Dadurch lassen sich insbesondere hoch-dynamische Signale wie der Strom über einen Shunt oder der Nulldurchgang der Gegeninduktionsspannung erfassen.«
Bei der C2000-Familie von Texas Instruments handelt es sich um Echtzeit-MCUs, die sich laut Stefan Bruder, 32-bit MCU Business Development Manager bei Texas Instruments, dank der 32-Bit-Architektur, den Peripherieeinheiten, der analogen Integration und den Gehäusevarianten für eine Vielzahl von Echtzeitanwendungen eignet. Bruder: »Mit unseren Bausteinen lassen sich aufgrund der hohen Integration und der Leistungsfähigkeit die Systemkosten senken. Mit den Controllern lassen sich dank der Hardware-Features in Kombination mit Software IEC-Safety-Anforderungen erfüllen.
Neben den Controllern bieten alle Hersteller einen umfassenden Support mit Entwicklungs-Baords, Software, Applikationsbeispielen etc. Manche Unternehmen wie beispielsweise STMicroelectronics oder Infineon Technologies bieten zusätzlich noch weitere Komponenten, die für eine Motorsteuerung notwendig sind, angefangen bei IGBTs, PowerMOSFETs, Treiber-ICs, Operationsverstärker, Komparatoren und sogar Hallsensoren.
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