Infineon's IMC300 SoC integreert ARM Cortex-M0 MCU voor flexibele motorcontrole

Energie-conversie-efficiëntie blijft een hoeksteen van modern elektronica-ontwerp. In elektrische-motorsystemen wordt deze efficiëntie twee keer geuitdaagd: eerst moet elektrische energie gegenereerd worden om de controller te voeden; ten tweede moet het getransformeerd worden in mechanisch koppel. Het elimineren van motor-gerelateerd geluid is een van de meest frequente hindernissen die ingenieurs tegenkomen.

Vandaag de dag behandelen fabrikanten de motor-control-unit als een kern-functioneel blok in plaats van een optionele add-on. Deze trend is zichtbaar in auxilière systemen zoals water-afvoerpompjes of ventilatoren in huishoudelijke apparaten. Infineon Technologies levert een breed portfolio van discrete delen en geïntegreerde oplossingen die inverter-toepassingen stroomlijnen, R&D-kosten en BOM-complexiteit verlagend.

De nieuwe IMC300 combineert Infineon's iMOTION Motion Control Engine (MCE) met een ARM® Cortex-M0 microcontroller, wat een flexibele, variable-speed drive-oplossing levert die zich aanpast aan diverse toepassingen.

CONTROLLERS

Het controleren van een motor-snelheid en -richting vereist het begrijpen van de motortype en de bedrijfsmodus. De motorcontroller moet start-stop, richtingswijzigingen, snelheidsregeling, koppel en bescherming tegen over-spanning managen. Historisch vertrouwde dergelijke controle op discrete componenten vanwege hoge spanningen en stromen. Moderne motorcontrole focust nu op efficiënte micro-elektronische oplossingen, geavanceerde software-algoritmen combineren met power-elektronica-hardware.

iMOTION TECHNOLOGIE

iMOTION vertegenwoordigt Infineon's familie van producten die een gecertificeerd motor-controle-algoritme in de hardware insluiten, optioneel inclusief power-factor-correctie (PFC). Deze oplossingen leveren de flexibiliteit die nodig is voor klant-specifieke toepassingen die vaak verder gaan dan eenvoudige motorconfiguratie (zie Figuur 1).

Figuur 1 : iMOTION drives integratie in motorcontrole. (Afbeelding: Infineon Technologies)

iMOTION IC's integreren alle controle- en analoge-interface-functies die vereist zijn voor field-oriented control (FOC) met behulp van ofwel DC-shunt-stroommeting of DC-aansluiting. Infineon's gepatenteerde algoritme elimineert de noodzaak voor custom motor-controle-codering.

Deze oplossingen zijn ideaal voor huishoudelijke apparaten en kleine drives zoals ventilatoren, combineren controller, SmartDrive en SmartIPM-apparaten.

Het SmartDrive-apparaat integreert de gate-driver (MOSFETs of IGBTs), terwijl de SmartIPM-familie het hoogste integratieniveau bereikt door de MCE, gate-driver en een driefase-volledige brug in een enkel, compact PQFN-pakket te koppelen.

Gericht op variable-speed motor-control-systemen, integreert de IMC300-familie een gebruiker-programmeerbare microcontroller (zie Figuur 2). De dual-core-architectuur combineert de benodigde hardware, firmware en gebruikercode om een permanent-magnet synchrone motor (PMSM) te controleren met minimale systeem- en ontwikkelingskosten.

Figuur 2 : iMOTION Motion Control Engine plus ARM Cortex-M0-diagram en -functies (Afbeelding: Infineon Technologies)

Beveiligingsfuncties van de IMC300 omvatten onder-/over-spanning, over-stroom, over-temperatuur, motor-gate-kill, rotor-vergrendeling, foutrapportage, minimum dode-tijd en shoot-through. Controle-mogelijkheden omvatten sinusoïdale FOC, gesensorde/sensorloze werking, drie- of tweefase-modulatie, veldverzwakking, nul-vector-remming, geïntegreerde PFC en bootstrap-ondersteuning.

De IMC300 en zijn voorganger, de IMC100, delen dezelfde MCE 2.0-kern, wat een ready-to-use-oplossing biedt met PFC-controle, uitgebreide beveiliging en een scripting-engine.

Door MCE voor motorcontrole te benutten, kunnen klanten zich richten op de applicatielogica, die onafhankelijk werkt van de ingebouwde ARM-microcontroller. Deze MCU biedt een veelzijdige set peripherieën voor systeemfuncties, custom communicatie of drive-monitoring (zie Figuur 3).

Figuur 3 : IMC300 schakelingstoepassing (Afbeelding: Infineon Technologies)

„Het doel is om motorcontrole turnkey te maken voor klanten,” zegt Ingo Skuras, Product Marketing Manager voor iMOTION bij Infineon Technologies. „We zien een duidelijke verschuiving naar elektronische, variable-speed drives. Onze oplossingen staan gebruikers toe om te configureren en te implementeren zonder programmeren – typisch binnen 30 minuten tot een uur.”

De MCE inkapselt alle benodigde hardware, software en beveiligingsfuncties, wat de BOM reduceert. Het wordt continu verfijnd, met twee nieuwe versies per jaar uitgebracht.

Het insluiten van geavanceerde algoritmes in peripherieën zoals ADCs of timers verlicht de CPU-belasting. Wanneer gekoppeld met een kleine 32-bit-controller, kan de vrijgekomen CPU-capaciteit gewijd worden aan applicatie-specifieke taken.

iMOTION-controllers zijn ontworpen voor productie-omgevingen en voldoen aan functionele-veiligheidseisen voor huishoudelijke apparaten, wat compliant ontwerpen over markten mogelijk maakt.

IMC300-apparaten zijn vooraf gecertificeerd voor functionele veiligheid onder UL/IEC 60730 Class B.