Embedded Motion Control Erstes Starter Board für BLDC-Antriebe mit M4K-MCU

Von Gerd Kucera

Aus der erweiterten Technologiezusammenarbeit von Toshiba mit Mikroelektronika entstand das erste Motion-Control-Entwicklungsboard namens Clicker 4, das Partner Mikroelektronika für die M4K-MCUs von Toshiba offeriert.

Das Clicker-4-Board für Motorsteuerungen erlaubt umfassendes Bewerten wichtiger Funktionen.
Das Clicker-4-Board für Motorsteuerungen erlaubt umfassendes Bewerten wichtiger Funktionen.
(Bild: Toshiba )

Die Motion-Control-Bausteine von Toshiba umfassen Motortreiber-ICs für bürstenbehaftete Gleichstrommotoren sowie für bürstenlose DC-Motoren. Auch Schrittmotortreiber und kombinierte Motortreiber-ICs gehören zum Programm. Nun stellen Toshiba & Mikroelektronika (MIKROE) das Entwicklungsboard für die Motion Control MCUs M4K von Toshiba vor. Es ist in Kombination mit dem Clicker 4 Inverter Shield eine nach Herstellerangaben einfach einsetzbare und kostengünstige Lösung zur Entwicklung von BLDC-Motorsteuerungen. Das Clicker 4 for TMPM4K Board integriert einen Debugger, wodurch der Anschluss eines externen Debuggers unnötig werde. Das Board nutzt vier mikroBUS-Sockel für das Aufstecken unterschiedlicher Click-Boards von MIKROE, um weitere Funktionen hinzuzufügen. Hinzu kommen Steckerleisten für Erweiterungen, JTAG/SWD-Debug-Ports, Tasten und Anzeige-LEDs.

Das Clicker 4 Inverter Shield umfasst sechs MOSFETs, die die Inverter-Stufe für die Motoransteuerung bilden, sowie einem Schaltnetzteil, das die Motorversorgungsspannung bis 48 V bei Bedarf auf 5 V herunterregelt. Über die flexible Schnittstelle zum Motor hin erhält das Board Positionsrückmeldungen von Hallsensoren und Inkrementalgebern. Für hohe Zuverlässigkeit im Betrieb sorgt der integrierte Überstromschutz.

Die M4K-MCUs sind für effiziente Antriebssteuerungen der nächsten Generation ausgelegt. Die Bausteine basieren auf einem Arm-Cortex-M4-Prozessor-Core mit Fließkomma-Einheit (FPU) und besitzen Speicherschutzmechanismen (MPU). Sie unterstützen einen 160-MHz-Betrieb und enthalten programmierbare Motortreiber (A-PMD; Advanced-Programmable Motor Driver) sowie eine Vektor-Engine (A-VE+) für die vektorbasierte Steuerung von BLDC-Motoren. Die Speicher-Ressourcen umfassen bis zu 256 KByte Code-Flash sowie 32 KByte Daten-Flash.

Clicker 4 for TMPM4K und das Clicker 4 Inverter Shield werden von dem Software-Paket MCU Motor Studio von Toshiba unterstützt. Diese Software ist eine einfach bedienbare und strukturierte Lösung, so Toshiba, die auf zwei Hauptkomponenten basiert. Die erste ist ein PC-Tool zur Motorsteuerung, das Parameterkonfiguration, Antriebssteuerung, Echtzeitprotokollierung und Diagnose über Hochgeschwindigkeits-UART verarbeitet. Die zweite Komponente ist die skalierbare und vollständig konfigurierbare Motion Firmware für die TXZ+TM-Familie (Advanced Class M4K Group). Motor Studio zusammen mit dem Clicker 4 MCU-Board und dem Clicker 4 Inverter Shield ermöglicht eine schnelle wie einfache MCU-Evaluierung sowie BLDC-Motor-Anwendungsentwicklung nebst Prototyping, konstatiert Toshiba.

Konzipiert wurde die Software zur erweiterten feldorientierten Regelung (FOC) und unterstützt dazu alle speziellen Funktionen in den M4K-Motor-MCUs. Die eingebaute Vector Engine verantwortet die komplexen Vektorsteuerungsberechnung und speist den PMD-Block (Programmable Motor Drive) zur Erzeugung der PWM und anderen Funktionen, etwa Totzeitsteuerung.

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