Wie Sie mit innovativen MCUs eine energieeffiziente Motorsteuerung erreichen
In den Vereinigten Staaten liegt der Beitrag von Elektromotoren zum Energieverbrauch nahe bei 50%. Die Reduzierung der Energieeffizienz des Motors kann die Energieeffizienz effektiv verbessern, und die Verwendung einer fortschrittlichen Mikrocontroller-Technologie (MCU) zur Motorsteuerung ist eine effektive Methode. Dieses Papier stellt die neuesten Entwicklungen in der Motorsteuerungs-MCU-Technologie und ihren Anwendungen vor.
Eines der Hauptziele zur Verringerung des Energieverbrauchs ist der Motor, der etwa 50% des gesamten US-Energieverbrauchs verbraucht. In der Wohnung sind mehr als 50 Motoren zu finden, in der Regel 70 bis 80. Im industriellen Bereich ist auch die automatische Steuerung der Fabrik weit verbreitet.
Dank der neuesten Entwicklungen in der MCU-Technologie können Motoren heute effizienter und kostengünstiger arbeiten. In einigen Märkten beschleunigt dies den Übergang von der elektromechanischen zur elektronischen Steuerung, wodurch eine Motorsteuerung mit variabler Geschwindigkeit ermöglicht wird, um die Motoreffizienz zu optimieren und die Kosten aller Anwendungen auf der Geräteebene zu senken.
Kostengünstige bürstenlose DC-Motorsteuerung (MCU)
Im Vergleich zu Bürstenmotoren, die häufig in der Motorsteuerung verwendet werden, eliminieren MCU-gesteuerte bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) den Verschleiß der Bürsten und den Lichtbogenmechanismus, sodass die Lebensdauer des Motors im Wesentlichen durch die Lebensdauer des Lagers begrenzt ist. Zu den Vorteilen von MCU-basierten BLDC-Motorsystemen gehören außerdem ein hoher Wirkungsgrad, ein hohes Drehmoment-Trägheitsverhältnis, eine höhere Drehzahlleistung, ein niedriger Geräuschpegel, ein besserer thermischer Wirkungsgrad und niedrigere EMI-Eigenschaften.
Die Verwendung von 8-Bit-MCUs, die speziell für die Massenproduktion von Motorsteuerungen entwickelt wurden, ist eine sehr kostengünstige Methode zur Lösung digitaler Motorsteuerungsprobleme. Mit bis zu 10 MIPS-Leistung und spezifischer Bewegungssteuerungshardware (einschließlich zentriert ausgerichteter 14-Bit-PWM, Bewegungsrückkopplungsmodul und Hochgeschwindigkeits-ADC) können Anwendungen, die bisher kostspielige Prozessoren benötigten, jetzt kostengünstig adressiert werden 8-Bit-MCUs.
Der 8-Bit-Mikrocontroller steuert einen dreiphasigen ACIM-Frequenzumrichter an.
Die dreiphasige PWM-Steuerung in einigen MCUs wie dem PIC18F4431 kann alle drei BLDC-Steuerelemente in Hardware bereitstellen, wodurch die Software, die entwickelt und debuggt werden muss, minimiert wird. Bis zu 8 verfügbare PWM-Kanäle benötigen normalerweise nur 6, um einen Drehstrommotor anzutreiben. Die verbleibenden zwei Kanäle können daher für andere Funktionen verwendet werden, ohne dass zusätzliche Komponenten erforderlich sind. Das Motion-Feedback-Modul mit integrierter Encoder-Schnittstelle als Hauptbestandteil der MCU reduziert die Anzahl der Komponenten und die Systemkosten.
Eine MCU mit einem ADC mit einer Abtastrate von 200 K pro Sekunde liefert die für die Regelung erforderliche Geschwindigkeit. Die gleichzeitige Verwendung von zwei verschiedenen Kanälen ermöglicht das gleichzeitige Abtasten von Spannung und Strom. Ein derartiger schneller Übergang ist erforderlich, wenn die elektromotorische Gegenkraft (EMF) in der Motorsteuerung mit geschlossenem Regelkreis gemessen wird, und die Fähigkeit, den ADC mit der PWM bei der ansteigenden oder abfallenden Flanke zu synchronisieren, minimiert das Schaltgeräusch. Zusammen machen diese Module den Bedarf an externen Motorsteuerungskomponenten wie Hochgeschwindigkeits-ADCs und Positionsgebern überflüssig.
In vielen Motorsteuerungsanwendungen ist ein ausfallsicherer Betrieb sehr wichtig. Eine MCU mit einem ausfallsicheren Uhrmonitor (ein interner RC-Oszillator, der im Falle eines Quarzausfalls als Backup-Uhr verwendet werden kann) ermöglicht Entwicklern die Verwendung einer digitalen Steuerung mit hoher Zuverlässigkeit. Programmierbare Totzeitverzögerungen im PWM minimieren Schaltgeräusche, verkürzen die Entwicklungszeit um Wochen und halten kritische Programmtermine ein, um neue Produkte auf den Markt zu bringen. In allen Fällen bieten MCUs mit zuverlässigem Flash-Speicher das Potenzial für eine schnelle Markteinführung und Flexibilität, um sich vor der Installation oder während des Gebrauchs an geänderte Anforderungen anzupassen.
