모터 제어 SoC에 MCU 코어가 추가되어 설계 유연성 향상

에너지 변환 효율은 전자 설계에서 항상 중요한 역할을 했으며, 전기 모터의 경우 변환이 두 번 발생합니다. 첫 번째는 모터를 제어하는 ​​데 필요한 전기를 생성한 다음 전기를 구동력으로 변환하는 것입니다. 모터에서 발생하는 소음을 제거하는 것은 이러한 유형의 애플리케이션에서 전자 설계자가 직면하는 가장 일반적인 문제 중 하나입니다.

제조업체는 점점 더 실제 모터 제어 장치를 최종 제품의 다양한 기능보다 기본 기능 블록으로 간주하는 경향이 있습니다. 이것은 일반적으로 가정용품에서 볼 수 있는 배수 펌프나 팬과 같은 보조 시스템을 고려할 때 특히 분명합니다. Infineon Technologies는 광범위한 개별 부품 포트폴리오를 제공할 뿐만 아니라 인버터 애플리케이션을 단순화하는 통합 솔루션을 제공하여 사용된 총 부품 수에 대한 R&D 비용 및 BOM(Bill of Material)을 최소화합니다.

예를 들어, 새로운 IMC300은 iMOTION MCE(모션 제어 엔진) 모터와 Arm® Cortex®-M0 코어 기반의 추가 마이크로컨트롤러를 결합합니다. IMC300 포트폴리오는 높은 애플리케이션 유연성이 필요한 가변 속도 드라이브를 대상으로 합니다.

컨트롤러

모터의 속도와 방향을 제어하려면 사용 중인 모터의 작동 모드가 전제되어야 하며 모터 유형과 다양한 애플리케이션 요구 사항에 따라 다른 기술과 회로가 필요합니다. 모터 컨트롤러의 목적은 전기 모터(시작-정지, 사전 반전, 속도, 비틀림 및 전압 과부하 보호)에서 수동 또는 자동으로 작동할 수 있도록 하는 것입니다. 전기 모터 제어에는 몇 년 전까지만 해도 관련된 전압과 전류 때문에 개별 부품으로 만들어진 전자 회로가 필요했습니다. 오늘날 엔진 제어는 컴퓨팅 소프트웨어와 전력 전자의 두 가지 수준에서 효율적인 마이크로 전자 솔루션을 달성하기 위한 연구 개발 활동의 최전선에 있습니다.

iMOTION 기술

iMOTION은 옵션으로 제공되는 역률 보정(PFC)과 함께 생산적인 사용을 위해 준비되고 인증된 모터 제어 알고리즘을 하드웨어와 통합하는 제품군을 식별합니다. 모터 제어를 위한 전력 전자 솔루션에서는 고객의 대상 애플리케이션에 대한 유연성과 적응성을 보장해야 하며, 이는 종종 고려 중인 모터의 구성을 훨씬 능가합니다(그림 1 ).

그림 1 : iMOTION은 모터 제어 통합을 주도합니다. (이미지:Infineon Technologies)

iMOTION IC는 DC 션트 전류 측정 또는 DC 연결을 사용하여 센서 필드 지향 제어(FOC) 모터 제어에 필요한 모든 제어 및 아날로그 인터페이스 기능을 통합합니다. 또한 모터 제어 알고리즘 개발 프로세스에서 소프트웨어 코딩을 제거하는 Infineon의 특허 받은 알고리즘이 특징입니다.

iMOTION 솔루션은 가전 제품 및 팬과 같은 소형 드라이브에 적합합니다. 이 솔루션은 컨트롤러, SmartDrive 및 SmartIPM 기기를 결합합니다.

SmartDrive 장치는 게이트 드라이버와 통합되어 있습니다(MOSFET 또는 IGBT를 사용할 수 있음). MCE와 게이트 드라이버 및 3상 풀 브리지를 결합하여 하나의 소형 PQFN 패키지에 완전한 인버터 시스템을 제공하는 SmartIPM 제품군에서 가장 높은 통합 수준을 달성했습니다.

가변 속도 모터 제어 시스템의 규정을 목표로 하는 Infineon의 iMOTION IMC300 제품군의 IC는 사용자가 프로그래밍할 수 있는 추가 마이크로컨트롤러를 통합합니다(그림 2 ). 듀얼 코어 컨트롤러는 필수 하드웨어, 소프트웨어 및 사용자 프로그램을 통합하여 영구 자석 동기 모터(PMSM)를 조절합니다. 가장 낮은 시스템 및 개발 비용으로 매우 유연한 모터 제어 시스템을 가능하게 합니다.

그림 2 : iMOTION 모션 제어 엔진과 ARM Cortex-M0 다이어그램 및 기능 (이미지:Infineon Technologies)

IMC300의 보호 기능에는 저전압/과전압, 과전류, 과열, 모터 게이트 킬, 로터 잠금, 오류 보고, 최소 데드 타임 및 슛스루가 있습니다. 제어 기능에는 이 포함됩니다. inusoidal FOC, 센서/센서리스, 3상 또는 2상 변조, 약계자, 제로 벡터 제동, 통합 PFC 및 통합 부트스트랩.

IMC300과 이전 제품인 IMC100은 동일한 MCE 2.0 구현을 공유하여 PFC 제어, 다중 보호 기능 및 스크립팅 엔진을 갖춘 즉시 사용 가능한 솔루션을 제공합니다.

모터 제어에 MCE를 적용함으로써 고객은 내장된 Arm 마이크로컨트롤러와 완전히 독립적으로 작동하는 시스템 애플리케이션에 집중할 수 있습니다. 이 MCU는 유연한 주변 장치 세트를 제공하며 시스템 기능, 특정 통신 또는 드라이브 모니터링과 같은 다양한 목적을 수행할 수 있습니다(그림 3 ).

그림 3 : IMC300 회로 적용 (이미지:Infineon Technologies)

Infineon Technologies의 iMOTION 제품 마케팅 관리자인 Ingo Skuras는 "고객이 모터를 쉽게 돌릴 수 있도록 하는 주요 아이디어"라고 말했습니다. “우리는 몇 년 동안 대부분의 모터를 전자식으로 제어하는 ​​경향을 보아왔습니다. 켜짐 또는 꺼짐뿐만 아니라 가변 속도 드라이브라고도 합니다. 그리고 기본적으로 고객이 프로그래밍 없이 사용할 수 있는 솔루션이 있습니다. 해당 모터 용도에 맞게 구성하기만 하면 실행됩니다. 일반적으로 이 작업을 수행하는 데 30분에서 1시간 정도 걸립니다.”

MCE는 필요한 모든 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소는 물론 필요한 모든 보호 기능을 통합하여 BOM을 줄입니다. 지속적인 개선을 거칩니다. 일반적으로 1년에 두 가지 버전이 출시됩니다.

A/D 변환기 또는 타이머와 같은 주변 장치에 더 많은 지능을 전달하는 모터 제어 알고리즘은 CPU 코어의 부하를 줄입니다. 최신 32비트 아키텍처를 통합하는 소형 컨트롤러가 포함된 솔루션을 통해 이 여유 CPU 용량을 애플리케이션 설계자가 사용할 수 있습니다.

iMOTION 컨트롤러는 생산 환경에서 사용하기에 적합한 알고리즘을 구현하고 가전 제품에 대한 기능 안전 요구 사항도 지원하므로 해당 시장에서 요구되는 표준을 준수하는 설계가 가능합니다.

IMC300 장치는 UL/IEC 60730(Class B)에 따라 기능 안전이 필요한 애플리케이션에 대해 사전 인증을 받았습니다.