Infineons IMC300 SoC integriert ARM Cortex-M0 MCU für flexible Motorsteuerung

Energieumwandlungseffizienz bleibt ein Eckpfeiler modernen Elektronikdesigns. In Elektromotorsystemen wird diese Effizienz doppelt gefordert: Erstens muss elektrische Energie erzeugt werden, um den Controller zu versorgen; zweitens muss sie in mechanisches Drehmoment umgewandelt werden. Die Eliminierung motorbezogener Geräusche ist eine der häufigsten Hürden, mit denen Ingenieure konfrontiert sind.

Heute behandeln Hersteller die Motorsteuereinheit als Kernfunktionsblock statt als optionales Add-on. Dieser Trend zeigt sich in Hilfssystemen wie Wasserablaufpumpen oder Lüftern in Haushaltsgeräten. Infineon Technologies liefert ein breites Portfolio an diskreten Teilen und integrierten Lösungen, die Inverter-Anwendungen straffen, R&D-Kosten und BOM-Komplexität senken.

Der neue IMC300 kombiniert Infineons iMOTION Motion Control Engine (MCE) mit einem ARM® Cortex-M0 Mikrocontroller und liefert eine flexible, variable Drehzahlantriebslösung, die sich diversen Applikationen anpasst.

CONTROLLER

Die Steuerung von Motordrehzahl und -richtung erfordert Verständnis des Motortyps und seines Betriebsmodus. Der Motorcontroller muss Start-Stopp, Richtungsänderungen, Drehzahlregelung, Drehmoment und Schutz gegen Überspannung managen. Historisch basierte solche Steuerung auf diskreten Komponenten aufgrund hoher Spannungen und Ströme. Modernes Motormanagement fokussiert nun auf effiziente mikroelektronische Lösungen, die fortschrittliche Softwarealgorithmen mit Leistungselektronik-Hardware kombinieren.

iMOTION TECHNOLOGIE

iMOTION repräsentiert Infineons Produktfamilie, die einen zertifizierten Motorsteueralgorithmus in Hardware einbettet, optional einschließlich Leistungsfaktorkorrektur (PFC). Diese Lösungen liefern die Flexibilität, die für kundenspezifische Applikationen benötigt wird, die oft über einfache Motorkonfiguration hinausgehen (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1 : iMOTION Antriebsintegration in Motorsteuerung. (Bild: Infineon Technologies)

iMOTION ICs integrieren alle Steuerungs- und Analog-Interface-Funktionen, die für feldorientierte Steuerung (FOC) mit entweder DC-Shunt-Strommessung oder DC-Anschluss erforderlich sind. Infineons patentierter Algorithmus eliminiert die Notwendigkeit benutzerdefinierter Motorsteuerungs-Codierung.

Diese Lösungen sind ideal für Haushaltsgeräte und kleine Antriebe wie Lüfter, indem sie Controller, SmartDrive und SmartIPM Geräte kombinieren.

Das SmartDrive-Gerät integriert den Gate-Treiber (MOSFETs oder IGBTs), während die SmartIPM-Familie das höchste Integrationsniveau erreicht, indem sie MCE, Gate-Treiber und eine dreiphasige Vollbrücke in ein einziges, kompaktes PQFN-Gehäuse koppelt.

Zielend auf variable Drehzahl-Motorsteuerungssysteme, integriert die IMC300-Familie einen benutzerprogrammierbaren Mikrocontroller (siehe Abbildung 2). Die Dual-Core-Architektur vereint notwendige Hardware, Firmware und Benutzercode, um einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) mit minimalen System- und Entwicklungskosten zu steuern.

Abbildung 2 : iMOTION Motion Control Engine plus ARM Cortex-M0 Diagramm und Features (Bild: Infineon Technologies)

Schutzfunktionen des IMC300 umfassen Unter-/Überspannung, Überstrom, Übertemperatur, Motor-Gate-Kill, Rotor-Blockierung, Fehlermeldung, minimale Totzeit und Durchschlag. Steuerungsfähigkeiten umfassen sinusförmige FOC, sensorbasierte/sensorlose Operation, drei- oder zweiphasige Modulation, Feldschwächung, Nullvektor-Bremsen, integrierte PFC und Bootstrap-Unterstützung.

Der IMC300 und sein Vorgänger, der IMC100, teilen denselben MCE 2.0 Kern und bieten eine sofort einsatzbereite Lösung mit PFC-Steuerung, umfangreichem Schutz und Scripting-Engine.

Durch Nutzung der MCE für Motorsteuerung können Kunden sich auf Applikationslogik konzentrieren, die unabhängig vom eingebauten ARM-Mikrocontroller operiert. Dieser MCU bietet ein vielseitiges Peripherieset für Systemfunktionen, benutzerdefinierte Kommunikation oder Antriebsüberwachung (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3 : IMC300 Schaltungsanwendung (Bild: Infineon Technologies)

„Das Ziel ist, Motorsteuerung für Kunden 턴키 zu machen“, sagt Ingo Skuras, Product Marketing Manager für iMOTION bei Infineon Technologies. „Wir sehen einen klaren Shift hin zu elektronischen, variablen Drehzahlantrieben. Unsere Lösungen erlauben Nutzern, innerhalb von 30 Minuten bis einer Stunde zu konfigurieren und zu deployen – ohne Programmierung.“

Die MCE kapselt alle erforderlichen Hardware-, Software- und Schutzfunktionen ein und reduziert BOM. Sie wird kontinuierlich verfeinert, mit zwei neuen Versionen pro Jahr.

Das Einbetten fortgeschrittener Algorithmen in Peripherie wie ADCs oder Timer entlastet die CPU. Gepaart mit einem kleinen 32-Bit-Controller kann die freigesetzte CPU-Kapazität anwendungsspezifischen Aufgaben gewidmet werden.

iMOTION Controller sind für Produktionsumgebungen ausgelegt und erfüllen funktionale Sicherheitsanforderungen für Haushaltsgeräte, was konforme Designs über Märkte hinweg ermöglicht.

IMC300 Geräte sind vorzertifiziert für funktionale Sicherheit nach UL/IEC 60730 Class B.