Automotive-Entwicklungskits BLDC-Motoransteuerung in nur einem Tag

Ein Entwicklungskit für bürstenlose 12-V-Gleichstrommotoren in Automobil-Anwendungen dient als Referenzdesign und zur Abwägung zwischen einer Motorregelung mit oder ohne Sensoren.

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Infineon Technologies AG

In modernen Automobilen werden verstärkt Elektromotoren für den Antrieb von Wasser-, Öl- und Benzinpumpen, Lüftern oder Klimaanlagen eingesetzt. Hier bieten BLDC-Motoren zusammen mit leistungsfähigen Regelungsalgorithmen auf Mikrocontrollern die effizientesten Lösungen. Für bürstenlose Motoren stehen unterschiedliche Regelungsschemata, einschließlich feldorientierter Regelung (FOC) zur Verfügung. Bisher war die Umsetzung einer effizienten Motorregelung jedoch oft sehr aufwändig.

Mit einem Entwicklungskit unterstützt Infineon die Realisierung der kompletten Motoransteuerung in nur einem Tag, wo bisher oft mehrere Wochen erforderlich waren. Höhere Energieeffizienz, bessere Dynamik und geringere Laufgeräusche sind heute wesentliche Designvorgaben für Motorantriebe. Daher werden Regelungskonzepte wie die feldorientierte Regelung (FOC) zunehmend auch in Antrieben für die Automobilelektronik eingesetzt.

Andererseits erfordert die Implementierung und Ausführung dieser Regelungskonzepte eine optimierte MCU-Architektur und einfach anwendbare Tools. Infineon bietet dazu Applikationskits mit skalierbaren Referenzdesigns für Motorantriebe. Es stehen alle relevanten Hardware- und Software-Komponenten für „Plug&Play-Designs“ zur Verfügung. Die Lösungen umfassen MCUs, Leistungshalbleiter, passive Bauteile und Dokumentation wie Hardwaredesign-Empfehlungen. Hinzu kommen Referenzsoftware und eine Echtzeit-Testumgebung.

Höhere Effizienz durch feldorientierte Regelung

Mit FOC lässt sich die Effizienz eines Elektromotors um bis zu 95% steigern - bei geringerer Leistungsaufnahme, weniger Laufgeräusch und besserer Dynamik. Damit wird die Effizienz des Inverters verbessert, während kleinere Leistungsstufen und Motorabmessungen bei gleicher Drehzahl möglich werden. Der FOC-Algorithmus beseitigt Zeit- und Geschwindigkeitsabhängigkeiten und ermöglicht so die direkte und unabhängige Regelung des magnetischen Flusses und des Drehmoments.

Diese erfolgt über die mathematische Umformung des elektrischen Motorstatus in zeitunabhängige Rotationskoordinaten. Die entsprechenden mathematischen Formeln sind als Clarke- und Park-Transformationen bekannt. FOC kann sowohl für AC-Induktionsmotoren als auch für bürstenlose DC-Motoren verwendet werden.

Mit dem Automotive BLDC Motor-Drive-Kit lassen sich skalierbare Lösungen für die Regelung von 3-Phasen-Invertern mit BLDC-Motoren schnell realisieren. Dafür setzt das Kit auf zwei Automotive-MCUs, die 8-Bit-MCU XC886 und die 16-Bit-MCU XC2236N, die beide sensorbehaftete und sensorlose Regelungskonzepte unterstützen.

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