Markttreiber und Lösungen
Die Anforderungen an die elektronische Motorsteuerung in der Heimelektronik, den Industrie- und Automobilmärkten haben zu MCUs mit fortschrittlichen Peripheriegeräten für die Motorsteuerung geführt.
Auf dem Markt für Haushaltsgeräte ist eine Motorsteuerung mit verbesserter Leistung erforderlich, um die Planungsstandards der Regierung zu erfüllen, beispielsweise das Energy Star-Programm der US-amerikanischen Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency), das die Einführung von Hochleistungsgeräten fördert. Waschmaschinen sind ein wichtiger Bereich der Motorsteuerung. Die Direktantriebswaschmaschine eliminiert den Antriebsriemen zwischen der Motorwelle und dem Waschrührwerk, wodurch unterschiedliche Geschwindigkeits- und Rührwerkmodi möglich sind.
Eine komplett neu entwickelte Waschmaschine des Herstellers verbraucht 38% weniger Strom und 17% mehr Wasser als eine herkömmliche Waschmaschine. Die Motorsteuerungs-MCU stellt die Leistung des Motors entsprechend der Wäschemenge und der Wäscheart ein. Benutzer von Haushaltsgeräten sind jedoch nach wie vor empfindlich gegenüber dem ursprünglichen Kaufpreis. Daher müssen Hersteller ihre Entwicklungs- und Produktionskosten kontinuierlich senken, sodass fortschrittlichere Geräte von mehr Verbrauchern akzeptiert werden können.
In Haushaltsgeräten integrieren 8-Bit-MCUs, die speziell für kostengünstige Motorsteuerungsanwendungen entwickelt wurden, Funktionen, die zusätzliche Komponenten minimieren. Mit der Motor-PWM auf der Platine, einem ausfallsicheren Uhrmonitor und einem äußerst zuverlässigen Flash-Speicher vereinfachen die neuesten MCUs das Design der Motorsteuerung für Hausgeräte und erreichen kostengünstige Ziele.
In industriellen Anwendungen können Energiekosten und Ausfallzeiten von Montagevorgängen den Nutzen des Herstellers verringern. Ein industrielles Beispiel dafür, wie die Steuerung der Motorleistungsverbesserungen die Effizienz und Rentabilität direkt beeinflusst, ist das Ersetzen eines Ventils in einer Industriepumpe mit einem variablen Drehzahlsystem (VSD) durch eine MCU.
Bei einer Pumpe oder einem Lüfter ist die Leistungsaufnahme proportional zur Würfelgeschwindigkeit der Welle. Wenn die Wellendrehzahl um 10% reduziert wird, wird der Durchfluss um 10% und der Stromverbrauch um 27% reduziert. Wenn die Geschwindigkeit um 20% reduziert wird, verringert sich der Stromverbrauch um 49%. Durch die Verwendung einer MCU-Motorsteuerung mit variabler Geschwindigkeit anstelle von Motorventilen mit konstanter Geschwindigkeit zur Verringerung des Durchflusses wurde nachgewiesen, dass bei Kreiselpumpen, Lüftern und Gebläsen in industriellen Anwendungen Energieeinsparungen von 25 bis 40% erzielt werden können.
Die Vorteile industrieller Anwendungen liegen auf der Hand, und die MCU-gesteuerte Motorsteuerung mit variabler Geschwindigkeit hängt von anderen Faktoren wie Flexibilität und Zuverlässigkeit ab. Diese Faktoren können Ausfallzeiten durch Fehler oder Überholungen vermeiden. MCUs mit Flash und EEPROM bieten die Flexibilität, industrielle Benutzeranforderungen mit umprogrammierbaren Funktionen zu erfüllen, wenn Upgrades oder Steuerungsprogrammanforderungen erforderlich sind. Eine MCU mit 16 KB Flash-Speicher und 256BEEPROM bietet ausreichend Speicher in einer 8-Bit-MCU, um viele der in einer industriellen Umgebung erforderlichen Änderungen zu bewältigen. Ebenso wichtig ist, dass der Flash-Speicher von Microchip die elektronisch löschbare PMOS-Verarbeitungstechnologie verwendet, die typischerweise über eine Datenspeichereinheit verfügt, die 1 Million Lösch- / Schreibzyklen aushalten kann, und Daten, die mehr als 40 Jahre dauern können.
Bestehende Anwendungen in Automobilmotoren umfassen die Verwendung von Motoren zum Öffnen und Schließen von Fenstern und Türen sowie zum Positionieren der Sitze. Da diese Anwendungen bei einer niedrigen Frequenz verwendet werden, sind sie nicht anfällig für Ineffizienzen, aber Anwendungen mit hoher Auslastung, wie z. B. die Steuerung der Umgebungstemperatur für Fahrgastraum und Motorlüfter, verbrauchen nach wie vor einen begrenzten Strom aus dem Fahrzeug. Die Motorsteuerungs-MCU ermöglicht es dem Umgebungssteuerungslüfter, mit einer Geschwindigkeit zu arbeiten, die eine angenehme Temperatur beibehält, wodurch das Geräusch minimiert und der Energieverbrauch reduziert wird.
In vielen Fällen muss die Motorsteuerungs-MCU über ein Control Area Network (CAN) oder ein Local Interconnect Network (LAN) mit dem Fahrzeugnetzwerk verbunden sein. Für die Körperelektronik werden nun kostengünstige LIN-Protokolle verwendet, um die Gesamtsystemkosten zu senken. In einigen MCU-Familien kann ein USART-Modul, das LIN 1.2 unterstützt, zusammen mit einer automatischen Weckfunktion und Baud-Erkennung am Startbit gefunden werden.
Da die Steuerungsalgorithmen in allen Marktsegmenten komplexer werden, steigt die Leistung der digitalen Motorcontroller von der MCU auf die DSP-Ebene. Digitale Signalcontroller (DSCs) bieten eine höhere Leistung und erschwingliche, designingenieurfreundliche MCU-Technologie für anspruchsvollere Motorsteuerungsdesigns, auch für solche mit Vektorsteuerung. DSCs arbeiten mit Geschwindigkeiten von bis zu 30 MIPS und verfügen über integrierte Peripheriegeräte für Flash-Speicher und Motorsteuerung mit bis zu 144 KB für fortgeschrittenere, neue Motorsteuerungsanwendungen. Mit der elektronischen Motorsteuerung auf Basis von DSP und DSC arbeiten die Hausgeräteindustrie und die Automobilindustrie nicht nur effizienter, bieten mehr Funktionen und sind günstiger.
