Feldorientierte Motorregelung (FOC) Motor-Expert Suite für BridgeSwitch-ICs vereinfacht 3-Phasen-FOC

Von Gerd Kucera

Diese Hard-/Software-Umrichterlösung für Drei-Phasen-BLDC-Motoren sorge laut Hersteller Power Integrations für 98,2% Wirkungsgrad und spare bis zu 70% Platz auf der Leiterplatte.

Die Motor-Expert Suite für BridgeSwitch-ICs wurde um eine Drei-Phasen-BLDC-Ansteuersoftware erweitert.
Die Motor-Expert Suite für BridgeSwitch-ICs wurde um eine Drei-Phasen-BLDC-Ansteuersoftware erweitert.
(Bild: Power Integrations )

Lediglich drei Bauteile zur Stromüberwachung benötige diese HW/SW-Kombination im Vergleich zu etwa 30 Bauteilen bei einer diskreten Lösung. Die integrierten BridgeSwitch-Halbbrücken-ICs bieten laut Hersteller eine verlustfreie Stromüberwachung für den positiven Halbzyklus, und die Drei-Phasen-FOC-Software rekonstruiert die Strominformationen des negativen Halbzyklus aus den Daten der anderen Phasenstromsignale. Dadurch erübrigten sich externe Strommesswiderstände, Operationsverstärker und Anpassungsschaltungen, sodass sich die damit verbundene Komplexität verringert.

Die Software erweitert die existierende Ein-Phasen-Software-Bibliothek um eine Drei-Phasen-FOC. Über die grafische Bedienoberfläche von Motor-Expert erfolgt die Echtzeit-Einstellung von Motordrehzahl und Motordrehmoment. Der Code läuft auf jedem Arm Cortex-M0 mit 48 MHz und benötige keinen Hardware-Beschleunigerblock. Er lässt sich auch auf andere gleichwertige MCUs portieren.

Der Strom-Modellierungsalgorithmus ist laut Hersteller robust und zuverlässig und habe umfangreiche statische und dynamische Testbedingungen bestanden, einschließlich der schnellen Reaktion auf Echtzeitereignisse. Die hohe Stromrückmeldegenauigkeit gewährleiste einen jitterarmen Betrieb. Der neue Code ist MISRA-C-konform (Motor Industry Software Reliability Association), portabel, modular und erlaubt dem Benutzer, jede der Software-Schichten zu modifizieren, versichert Power Integrations.

So funktioniert die dreiphasige Motorsteuerung

Die BridgeSwitch-ICs liefern ein Motorstromsignal, das den Strom abbildet, der durch den Low-Side-FREDFET fließt. Ein interner Sense-FET sorgt für eine verlustfreie Stromerfassung. Die Messschaltung kann keine Strominformationen liefern, wenn die antiparallele Body-Diode während der Kommutierung leitend ist. 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/Rauschabstand und hoher Genauigkeit. Die neue Software enthält einen Rekonstruktionsalgorithmus, der die phasenverschobene trigonometrische Beziehung zwischen den Stromsignalen aller drei Phasen nutzt, um negative Phasenstrominformationen genau abzuleiten.

Aktualisiertes Motor-Expert-Design-Tool

Motor-Expert 2.0 ist das Tool zur Konfiguration und Diagnose der BridgeSwitch-IC-Familie. Diese Software nutzt eine grafische Bedienoberfläche, die eine einfache Änderung der Eingabeparameter ermöglicht sowie einen Terminal-Emulator für die Interaktion mit dem Motorcontroller im seriellen Modus besitzt. Darüber hinaus zeigt eine Motion-Scope-Funktion in Echtzeit lineare Graphen wichtiger Steuerungsvariablen an.

Alle Motor- und Anwendungsoptimierung erfolgen in Echtzeit über die Bedienschnittstelle von Motor-Expert 2.0 durch Vorgabe neuer Regelkreis-Koeffizienten, ohne den Code rekompilieren zu müssen. Das Interface ermöglicht außerdem die Visualisierung des aktuellen Betriebszustands einschließlich Stromstärke, Geschwindigkeit, Status sowie Strom- und Geschwindigkeitsabweichung. Ein Diagnosefeld innerhalb der Schnittstelle ermöglicht einen Einblick in den Umrichter- und Motorbetrieb. Motordrehzahl und -und Drehmoment lassen sich via GUI einstellen.

Ein entsprechendes Drei-Phasen-Umrichter-Referenzdesign auf der Basis der neuen Halbbrücken-ICs der Serie DER-964 ermöglichten Ausgangsleistungen bis 300 W ohne Kühlkörper. Es macht die Shunts und Operationsverstärker überflüssig, so Power Integrations, die bei herkömmlichen Regelkreisen zum Einsatz kommen. Die komplette Lösung besteht aus BridgeSwitch, Motor-Expert 2.0 und Drei-Phasen-Motorsteuersoftware. Der Drei-Phasen-Motorsteuerungs-Code und das Motor-Expert-2.0-Tool werden als Teil der Motor-Expert-Suite mit kostenloser Lizenz für die Nutzung zusammen mit BridgeSwitch ICs angeboten.

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