Antriebselektronik BLDC-Motorsteuerung mit ARM Cortex-M3

Motoren und deren Ansteuerungselektronik sind allgegenwärtig. Der Entwicklungsprozess und das daraus resultierende Antriebsprodukt sollen effizient und kostengünstig sein. Eine mögliche Lösung im Bereich der Elektromotoren bietet ein ARM-Cortex-M3-gesteuerter bürstenloser Gleichstrommotor.

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Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) sind dabei, den Markt der Elektromotoren für sich zu erobern. Trotz geringerer Mehrkosten in der Anschaffung verdrängen sie konventionelle Elektromotoren dank gravierender Vorteile wie besserer Wirkungsgrad, geringerer Verschleiß durch fehlendes Bürstenfeuer, kompakte Bauweise (höhere Leistung bei gleichem Bauvolumen) sowie integrierte Steuerelektronik. Dies spart Kosten in der Entwicklung, Produktion und Wartung.

Anhand der unterschiedlichen Ansteuerungskonzepte und Anschaffungskosten werden BLDC-Motoren in drei Untergruppen eingeteilt:

• Schrittmotoren sind die günstigste Variante und werden mit einem konstanten Haltestrom beliefert. Die Steuerung erfolgt blind, d.h. die Motorposition ist nicht bekannt.
• Sensorgesteuerte Motoren nutzen magnetische, elektrische oder optische Sensoren zur Positionsbestimmung und ermöglichen eine effizientere Ansteuerung.
• Sensorlose Motoren werden bei geringen Drehzahlen wie Schrittmotoren angesteuert. Ab einer Grenzdrehzahl wird die Position aus der Gegenspannung bestimmt. Dadurch müssen keine fehleranfälligen Bauteile wie Sensoren eingesetzt werden.

Wie alle Elektromotoren muss der BLDC-Motor von außen angesteuert werden. Dafür ist prinzipiell jeder Mikroprozessor geeignet. Manche Hersteller bieten jedoch spezielle Motor-Timer in der Peripherie, welche die Ansteuerung erheblich vereinfachen. So auch die STM32-MCUFamilie von STMicroelectronics.

Cortex als ARM7-Nachfolger

Als Kern dieser Chips wird ein ARM Cortex-M3 eingesetzt. Die Cortex-Architektur ist der Nachfolger der ARM7-Generation. Sie bietet Verbesserungen und Neuentwicklungen hinsichtlich des Interrupt Controllers (Nested Vectored), ein einfach gehaltenes Programmiermodell, eine geringere Chipfläche sowie einen effizienten Code dank Thumb2-Befehlssatz. Die 32-Bit-Architektur kann trotz aller Vorteile preislich den meisten 8- und 16-Bit-Prozessoren Konkurrenz machen.

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