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Embedded Motor-Controller

Ein-Chip-Lösung zur Ansteuerung von Kleinstmotoren

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Anbieter zum Thema

TDK-Micronas GmbH
ET System electronic GmbH
MES Electronic Connect GmbH & Co. KG
ISH Ingenieursozietät GmbH

Systembeispiel: Kleinaktorsysteme beinhalten die komplette Elektronik und Mechanik eines Antriebssystems mit BLDC-Motor. Die direkte Stromversorgung durch das Kfz-Bordnetz spielt eine wichtige Rolle − insbesondere auch die Robustheit gegenüber Störungen auf der Versorgungsleitung und/oder der Kommunikationsleitung (etwa LIN Bus). Bild 2 skizziert einen typischen Aktor mit BLDC-Motor, Aktor-Elektronik und Mechanik. Der Motor ist ein BLDC-Motor mit drei Polpaaren ohne Hall-Schalter.

Bildergalerie

Elektronisch angesteuert wird der Motor mit dem Baustein HVC4223F als Single-Chip-Lösung. Die gesamte Elektronik mit Beschaltung des ICs und Steckern befindet sich auf einem 1p1s PCB. Gängiges Kommutierungsschema in solchen Systemen ist die sensorlose Sechs-Schritt-Blockkommutierung mit Drehzahl- und Stromregelung. Die Kalibrierung des Aktors kann wahlweise ohne Absolutlage-Sensor durch Fahren in den Aktoranschlag vollzogen werden. Durch die hohe Performance des HVC4223F aufgrund des Cortex-M3-Kerns ist es möglich, durch eine schnelle Ausregelung im Anschlag den mechanischen Stress zu minimieren. In Systemen die eine höhere Redundanz fordern kann zusätzlich z.B. ein Hall-Schalter für die Erfassung der Absolutlage eingesetzt werden, die der Baustein HVC4223F auswertet.

Die Kommunikation zur Außenwelt erfolgt in der Regel über den LIN-Bus (LIN 2.x) oder in manchen Fällen über eine proprietäre PWM-Übertragung. Die für den sicheren Betrieb des Aktors maßgeblichen physikalischen Größen sind unter Berücksichtigung der jeweiligen Zeitkonstanten durch Hard- und Software zu erfassen. Das sind thermische Zeitkonstanten, mechanische Zeitkonstanten von Motor und Last, Änderung der Versorgungsspannung (Über-/Unterspannung), Kommutierungszeit, elektrische Drehzahl, mechanische Drehzahl, Abtastraten Drehzahl- und Stromregler, Filterzeiten/Reaktionszeiten, Over-Current Monitoring/Interlocking, Software-Ausführungszeit, CPU/Systemtakt-Kommunikation via LIN Bus (20 kBit/s).

Der hohe Integrationsgrad der Elektronik erlaubt eine Reduktion der Anzahl weiterer passiver/aktiver Bauelemente und führt somit zu einer höheren Zuverlässigkeit bzw. geringeren Ausfallrate. Das Blockdiagram (Bild 3) beschreibt die wesentlichen Funktionen der Hard- und Software sowie deren Interaktion. Die Software-Architektur erfordert meist kein RTOS, sondern basiert oft auf Round-Robin mit Interrupts oder Function-Queue Scheduling.

* Rüdiger Laschewski ist Marketing Manager Automotive bei TDK-Micronas, Freiburg und Adriano De Rosa ist IC Architect bei TDK-Micronas, Freiburg.

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