3-Phasen-Motor-Ansteuerung Hochintegrierter Motion Chip für BLDC-Motoren

Unter anderem mit integriertem Gate-Treiber und einer Mikrocontroller-Engine sollen die Footprint-sparenden Motion Chips von onsemi den Aufbau von 3-phasigen BLDC-Motoransteuerungen mit skalierbarem Betrieb vereinfachen.

Einen Motor-Controller mit integrierten Steuerungs- und Treiberfunktionen hat onsemi in einer System-in-Package-/SiP-Lösung für bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) kombiniert und unter dem Namen ecoSpin auf den Markt gebracht. Damit will der Motion-Experte das Entwickeln von Hochvolt-Motoransteuerungen in Anwendungen wie HLK, Kältetechnik und Robotik vereinfachen. Geplant ist eine Baustein-Reihe, in der das erste Mitglied ecoSpin-Chip ECS640A verfügbar ist. Es ist ein 3-Phasen-BLDC-Motorcontroller, der für den Hochvolt-Betrieb bis 600 V ausgelegt ist. Der kleinformatige Baustein integriert einen Gate-Treiber (3-Phasen-Halbbrückentreiber FAN73896), einen Arm-Cortex-M0+-Mikrocontroller, drei Sense-Verstärker, Referenzverstärker (NCS20034) und drei Bootstrap-Dioden und unterstützt sensorgesteuerte oder sensorlose Motorsteuerungen.

Dazu erklärt Michel De Mey, Vice President der Industrial Solutions Division bei onsemi: „Die hochintegrierte Lösung beschleunigt die Markteinführung deshalb, weil sich Design-Zyklen erübrigen und die Wiederverwendung vereinfacht, wenn Leistungsanforderungen von BLDC-Motoren anzupassen sind. Die Zuverlässigkeit verbessert sich, da viele der größeren, komplexeren Bauteile ersetzt werden, während sich gleichzeitig die Leiterplattenfläche im Vergleich zu einem diskreten Aufbau um etwa 20% verkleinert. Damit entsteht eine kompakte Gesamtlösung.“

Design-Reuse durch einfaches Austauschen

Die Integration in ein einziges Chip-Gehäuse mit dem Maßen 10 mm x 13 mm optimiert den PCB-Flächenbedarf und reduziert durch die Integration das Rauschen. Dies ermöglicht schnelles Wiederverwenden auf alternativen Plattformen durch einfaches Austauschen der diskreten Leistungsbauelemente und Aktualisieren der Software. Die kleinere Stückliste vereinfache die Beschaffung, sagt onsemi.

Um die Leistungsstärke der Gesamtlösung zu verbessern, unterstützt der Baustein ECS640A herkömmliche Motorsteuerungstechniken wie Trapez- und Vektorsteuerung. Fortschrittliche Kommutierungsalgorithmen sind auf der Cortex-M0-Plattform verfügbar. Diese ermöglichen eine verbesserte Steuerung des Motorflusses und Drehmoments über einen weiten Drehzahlbereich, wodurch sich die Energieeffizienz um 3 bis 5% verbessere.

Den Fokus setzten die Chip-Entwickler von onsemi auch auf ein kompaktes Systemkonzept und den benutzerfreundlichen Tools für eine schnellere Lösungsentwicklung. Der Motion-Chip ECS640A ist ab sofort über den Vertrieb von onsemi vor Ort oder über autorisierte Distributoren erhältlich.

Direkte Drehmomentsteuerung mit Direct Torque & Flux Control

MOSFETs und IGBTs bis 600 V sind ansteuerbar, die sechs Gate-Treiber-Ausgänge liefern laut Datenblatt einen Gate-Strom von 350 mA/650 mA (typisch) als Senke/Quelle für externe Power Devices. Die Hall-Sensor-Eingänge unterstützen einen sensorgesteuerten oder sensorlosen Betrieb und drei unabhängige Low-Side-Source-Pins ermöglichen eine Einzel- oder Mehrfach-Shunt-Messung.

Zu den Schutzfunktionen gehören eine Unterspannungssperre und eine Überstromauslösung des Umrichters mit einer automatischen Fehlerlöschfunktion. Ein Open-Drain-Fehlersignal zeigt an, dass ein Fehlerzustand aufgetreten ist.

Die DTFC-Firmware (Direct Torque & Flux Control) ist verfügbar und ermöglicht laut onsemi eine optimierte Motorleistung auf der Arm Cortex-M0+ Plattform. Diese direkte Drehmomentsteuerung ist eine Methode, die in frequenzvariablen Antrieben angewandt wird, um das Drehmoment (und damit letztendlich die Drehzahl) von Drehstrommotoren zu regeln. Dazu wird eine Schätzung des magnetischen Flusses und des Drehmoments des Motors auf der Grundlage der gemessenen Spannung und des Stroms des Motors berechnet.

Weiterhin empfiehlt onsemi den Chip ecoSpin aufgrund des kleinen Footprints und der hohen Integration als Ergänzung mit diskreten Power Devices, um die Skalierbarkeit über verschiedene Plattformen hinweg zu verbessern und den Flächenbedarf bei steigenden Leistungsstufen zu minimieren.

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