Mixed-Signal-FPGAs Motorsteuerungen auf neuer Ebene

Motorsteuerungen müssen ständig steigende Marktanforderungen adressieren und werden damit zunehmend komplexer. Mixed-Signal-FPGAs mit Prozessor-, Analog- und PLD-Funktionen vereinfachen die Entwicklung.

Anbieter zum Thema

EBV Elektronik GmbH & Co. KG

FAULHABER Antriebssysteme

MicroConsult Academy GmbH

Microsemi GmbH

Der steigende Bedarf an energieeffizienten Systemen mit größerem Funktionsumfang, kleineren Abmessungen und höherer Integrationsdichte veranlasst die Entwickler zur Suche nach besonders innovativen Lösungen. Bei bisherigen Konzepten wurden die Steueralgorithmen in DSPs oder MCUs implementiert. Um jedoch die kurzen Reaktionszeiten für komplexe Motorsteuerungsalgorithmen zu erreichen, sind oft Hardware-Beschleuniger erforderlich.

Zusätzlich werden Analogfunktionen benötigt, um Sensordaten zu erfassen sowie Positionen und Drehzahlen zu bestimmen. Außerdem müssen die Systeme auf Fehler überprüft und Temperaturen überwacht werden. Digitale Schnittstellen zur Anbindung an das System sind auch erforderlich. Lösungen mit diskreten Bauteilen haben Nachteile hinsichtlich Zuverlässigkeit, Integrationsdichte und Kosten.

Seit der Markteinführung der Mixed-Signal-FPGAs aus Actels SmartFusion-Familie können Entwickler auf Single-Chip-Lösungen mit den entsprechenden Vorteilen zurückgreifen. SmartFusion-Bausteine enthalten alle drei Elemente, die Designer von Motorsteuerungen der nächsten Generation brauchen: MCU, FPGA Fabric und programmierbare Analogfunktionen.

Energieeffizientere und kompaktere Antriebe gefordert

Eine steigende Zahl von Applikationen nutzt Synchronmotoren wie bürstenlose Gleichstrom- und Permanentmagnet-erregte Synchronmotoren (BLDCs und PMSMs). Zurückzuführen ist dies auf die Forderungen nach höherer Energieeffizienz, reduzierten Abmessungen und zusätzlichen Eigenschaften wie ruckelfreier Lauf und Genauigkeit.

Um die Effizienz von Synchronmotoren sowie ihre ruhigen Laufeigenschaften und hohe Genauigkeit nutzen zu können, brauchen Entwickler Steuerungslösungen, die leistungsfähiger sind als einfache 8- oder 16-Bit-MCUs. Diese Lösungen verlangen den Einsatz einer MCU mit Hardware-Beschleunigung, implementiert in einem FPGA sowie einen DSP oder Spezialprozessor wie etwa einen digitalen Signal-Controller (DSC).

Um Motoren mit hoher Genauigkeit steuern zu können, muss der Controller Motordaten von Sensoren sammeln und die nächsten Befehle auf den Rückmeldungen basierend berechnen. Als Ergebnis dieser Berechnung muss die Höhe der aufgenommenen elektrischen Energie gesteuert werden. Hinzu kommt, dass jedes Motorsteuerungssystem zusätzliche Aufgaben wie z.B. die Kommunikation mit anderen Systemen erledigen muss.

(ID:23992380)