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Neue Infineon-Mikrocontroller setzen auf ARM und innovative Peripherie

22. Januar 2012, 14:30 Uhr | Frank Riemenschneider

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Fortsetzung des Artikels von Teil 4

Isolierte Hochstrommessung für die Antriebstechnik

In der Antriebstechnik erlaubt ein Isolierwandler zusammen mit einem Nebenschlusswiderstand eine dynamische und isolierte Strommessung bis in den Bereich von mehreren hundert Ampere. Die zugrunde liegende Idee ist es, einen 1‑bit-Sigma-Delta-Modulator auf der High-Side mit einem über eine Isolationsstrecke übertragenen Takt von einigen MHz zu betreiben und das Ergebnis als Bitstrom auf die Masseseite zu übertragen. Eine geeignete digitale Filterung des Signals ermöglicht eine äußerst flexible, dynamische und genaue Motorstrommessung und Regelung inklusive einer schnellen Überstromerkennung im μs-Bereich. Die Schaltungen verkraften die schnellen Spannungsänderungen moderner getakteter Motor-Ansteuerungen problemlos und liefern je nach Integrationszeit einen 12- bis 16‑bit-Messwert.

Für die digitale Filterung kommen ASICs oder FPGAs zum Einsatz. Dieses lässt sich mit einer weiteren Innovation auf dem XMC4000 einsparen, nämlich dem On-Chip-Sigma-Delta-Demodulator (Bild 5). Dieser beinhaltet 4 Kanäle und demoduliert den Bitstrom mit Hilfe eines Kammfilters. Das Fenster für die Integration kann programmiert werden, um z.B. durch Schaltvorgänge verursachte Störimpulse auszufiltern.

Ebenfalls integriert ist eine Kompensation bei verzögerten Signalen: Falls ein Signal später im Dezimierungsfilter ankommt als ein anderes, muss der Filtervorgang logischerweise auch später beginnen. Damit wird eine höhere Genauigkeit bei gleichzeitigem Messen von mehreren Signalen gewährleistet. Über einen On-Chip-Sinusgenerator mit programmierbarer Frequenz kann zudem die Spule in einem Resolver angeregt werden, um die Stillstandsposition des Motors zu ermitteln: Resolver verwenden ein Übertragungssystem aus Spulen. Die Primärspule wird mit einem sinusförmigen Strom von 5 bis 20 kHz gespeist. In der Sekundärspule wird eine Spannung gleicher Frequenz induziert. Die Amplitude der induzierten Spannung ist von der Rotorposition abhängig. Zur absoluten Lagebestimmung ist noch ein zweites, um 90° verschobenes Signal notwendig. So erhält man zwei gegeneinander verschobene amplitudenmodulierte Signale.