Power Integrations stellt eine neue Steuersoftware vor, die es in Kombination mit den Halbbrücken-Motortreibern der BridgeSwitch-Serie und dem Konfigurations- und Diagnose-Tool MotorExpert ermöglicht, mithilfe von Hardware und Software einen Wirkungsgrad von 98,2 Prozent zu realisieren.
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Herkömmliche Drei-Phasen-Schaltungen für feldorientierte Steuerung erfordern teure und sperrige Operationsverstärker und Anpassungsschaltungen für die Aufbereitung der Motorstromsignale«, erläutert Cristian Ionescu-Catrina, Senior Product Marketing Manager bei Power Integrations. »Unsere integrierten BridgeSwitch-Halbbrücken-ICs bieten eine verlustfreie Stromüberwachung für den positiven Halbzyklus, und unsere Drei-Phasen-FOC-Software (Anmerkung der Red.: FOC: Field Oriented Control) rekonstruiert die Strominformationen des negativen Halbzyklus aus den Daten der anderen Phasenstromsignale.« Auf diese Weise erübrigen sich teure und ineffiziente externe Strommesswiderstände, Operationsverstärker und Anpassungsschaltungen, und die damit verbundene Komplexität verringert sich deutlich.
Dazu hat Power Integrations die bereits existierende Ein-Phasen-Softwarebibliothek um Drei-Phasen-FOC ergänzt. Über die grafische Benutzeroberfläche des Konfigurations- und Diagnose-Tools MotorExpert ist so eine Echtzeit-Einstellung von Motordrehzahl und -drehmoment möglich. Der Code läuft auf jedem Arm Cortex-M0 mit 48 MHz und benötigt keinen Hardware-Beschleunigerblock. Es ist auch möglich, ihn auf andere, gleichwertige MCUs zu portieren. Power Integrations’ Strom-Modellierungsalgorithmus ist robust und zuverlässig und hat umfangreiche statische und dynamische Textbedingungen bestanden, einschließlich der schnellen Reaktion auf Echtzeitergebnisse. Durch die hohe Stromrückmeldegenauigkeit ist ein jitterarmer Betrieb gewährleistet. Power Integrations neuer Code ist MISRA-C-konform (Motor Industry Software Reliability Association), portabel und modular; er erlaubt es dem Benutzer, jede der Software-Schichten zu modifizieren.
BridgeSwitch-ICs von Power Integrations liefern ein Motorstromsignal, das den Strom abbildet, der durch den Low-Side-FREDFET des Bausteins fließt. Ein interner Sense-FET sorgt dabei für eine verlustfreie Stromerfassung. Wenn die antiparallele Body-Diode während der Kommutierung leitend ist, kann die Messschaltung keine Strominformationen liefern. Die interne Verstärkung ermöglicht den direkten Anschluss des Stromphasensignals an den ADC-Eingang des Mikrocontrollers. Die lokale Messschaltung liefert ein dem Strom entsprechendes Analogsignal mit großem Signal-Rausch-Abstand und hoher Genauigkeit. Teil der neuen Software ist ein Rekonstruktionsalgorithmus, der die phasenverschobene trigonometrische Beziehung zwischen den Stromsignalen aller drei Phasen nutzt, um negative Phasenstrominformationen abzuleiten.
»Sorgfältige Kontrolle, Abstimmung und Optimierung können bei der Softwareentwicklung monatelang dauern, wir haben Motor-Expert 2.0 darum mit Blick auf die Bedürfnisse von Entwicklern gestaltet«, so Ionescu-Catrina. »Das neue Tool reduziert die Kosten und die Komplexität der Entwicklung von BLDC-Antrieben und bietet zusammen mit der neuen Software für die Steuerung von Drehstrommotoren und dem Referenzdesign DER-964 ein komplettes Tools für die Entwicklung von Motortreibern.«
Motor- und Anwendungsoptimierung erfolgen in Echtzeit über die Benutzerschnittstelle von Motor-Expert 2.0 durch die Vorgabe neuer Regelkreis-Koeffizienten, ohne die Notwendigkeit, den Code zu recompilieren. Darüber hinaus ermöglicht die Benutzerschnittstelle die Visualisierung des aktuellen Betriebszustands einschließlich Stromstärke, Geschwindigkeit, Status sowie Strom- und Geschwindigkeitsabweichung. Ein Diagnosefeld innerhalb der Benutzerschnittstelle ermöglicht einen Einblick in den Umrichter- und Motorbetrieb.
Ein neues Drei-Phasen-Umrichter-Referenzdesign auf der Basis der neuen Halbbrücken-ICs der Serie DER-964 ermöglicht es, Ausgangsleistungen bis 300 W ohne Kühlkörper zu realisieren. Es macht zudem die Shunts und Operationsverstärker überflüssig, die bei herkömmlichen Regelkreisen zum Einsatz kommen, und eignet sich für eine Vielzahl von Anwendungen wie Kompressoren, Dunstabzugshauben, Lüfter und Pumpen im Wohn- und Gewerbebereich. Dieser umfassende Hardware-Software-Ansatz ermöglicht einen Wirkungsgrad von 98,2 Prozent, spart zudem bis zu 70 Prozent Leiterplattenfläche ein und erfordert lediglich drei Bauteile für die Stromüberwachung – im Gegensatz zu den 30 Bauteilen, die bei einem diskreten Aufbau notwendig wären.
Das komplette Angebot bestehend aus BridgeSwitch, Motor-Expert 2.0 und Drei-Phasen-Motorsteuerungssoftware ist seit Kurzem verfügbar. Als Download steht auch das zugehörige Handbuch mit Beschreibungen der Software-Architektur, APIs, Funktionen, Aufrufen und Variablen bereit.
