Infineon IMC300 SoC, 유연한 모터 제어를 위한 ARM Cortex-M0 MCU 통합

에너지 변환 효율은 현대 전자 설계의 초석으로 남아 있습니다. 전기 모터 시스템에서 이 효율은 두 번 도전받습니다: 첫째, 컨트롤러에 전력을 공급하기 위해 전기 에너지가 생성되어야 하고, 둘째, 기계적 토크로 변환되어야 합니다. 모터 관련 소음 제거는 엔지니어들이 직면하는 가장 빈번한 장애물 중 하나입니다.

오늘날 제조사들은 모터 제어 유닛을 선택적 추가 기능이 아닌 핵심 기능 블록으로 취급합니다. 이 추세는 가전제품의 배수 펌프나 팬 같은 보조 시스템에서 명확합니다. Infineon Technologies는 인버터 애플리케이션을 간소화하여 R&D 비용과 BOM 복잡성을 줄이는 광범위한 개별 부품과 통합 솔루션 포트폴리오를 제공합니다.

새로운 IMC300은 Infineon의 iMOTION Motion Control Engine(MCE)과 ARM® Cortex-M0 마이크로컨트롤러를 결합하여 다양한 애플리케이션에 적응하는 유연한 가변 속도 드라이브 솔루션을 제공합니다.

컨트롤러

모터의 속도와 방향을 제어하려면 모터 유형과 동작 모드를 이해해야 합니다. 모터 컨트롤러는 시작/정지, 방향 변경, 속도 조절, 토크, 과전압 보호를 관리해야 합니다. 역사적으로 이러한 제어는 높은 전압과 전류로 인해 개별 부품에 의존했습니다. 현대 엔진 제어는 이제 고급 소프트웨어 알고리즘과 파워 일렉트로닉스 하드웨어를 결합한 효율적인 마이크로일렉트로닉 솔루션에 중점을 둡니다.

iMOTION 기술

iMOTION은 인증된 모터 제어 알고리즘을 하드웨어에 내장하고, 선택적으로 역률 보정(PFC)을 포함하는 Infineon의 제품군을 나타냅니다. 이 솔루션들은 단순한 모터 구성을 넘어 종종 확장되는 고객별 애플리케이션에 필요한 유연성을 제공합니다(그림 1 참조).

그림 1: iMOTION 드라이브의 모터 제어 통합. (이미지: Infineon Technologies)

iMOTION IC는 DC 션트 전류 측정 또는 DC 연결을 사용한 필드 지향 제어(FOC)에 필요한 모든 제어 및 아날로그 인터페이스 기능을 통합합니다. Infineon의 특허 알고리즘은 맞춤형 모터 제어 코딩의 필요성을 제거합니다.

이 솔루션들은 팬 같은 가전제품과 소형 드라이브에 이상적이며, 컨트롤러, SmartDrive, SmartIPM 디바이스를 결합합니다.

SmartDrive 디바이스는 게이트 드라이버(MOSFET 또는 IGBT)를 통합하는 반면, SmartIPM 제품군은 MCE, 게이트 드라이버, 3상 풀 브리지를 단일 콤팩트 PQFN 패키지에 결합하여 최고 수준의 통합을 달성합니다.

가변 속도 모터 제어 시스템을 겨냥한 IMC300 제품군은 사용자 프로그래머블 마이크로컨트롤러를 통합합니다(그림 2 참조). 듀얼 코어 아키텍처는 최소한의 시스템 및 개발 비용으로 영구 자석 동기 모터(PMSM)를 제어하는 데 필요한 하드웨어, 펌웨어, 사용자 코드를 병합합니다.

그림 2: iMOTION Motion Control Engine과 ARM Cortex-M0 다이어그램 및 기능 (이미지: Infineon Technologies)

IMC300의 보호 기능에는 저/과전압, 과전류, 과온도, 모터 게이트 킬, 로터 록, 결함 보고, 최소 데드 타임, 슛스루가 포함됩니다. 제어 기능으로는 정현파 FOC, 센서/센서리스 동작, 3상 또는 2상 변조, 필드 약화, 제로 벡터 제동, 통합 PFC, 부트스트랩 지원이 있습니다.

IMC300과 그 전신인 IMC100은 동일한 MCE 2.0 코어를 공유하여 PFC 제어, 광범위한 보호, 스크립팅 엔진을 갖춘 즉시 사용 가능한 솔루션을 제공합니다.

MCE를 모터 제어에 활용함으로써 고객은 내장 ARM 마이크로컨트롤러와 독립적으로 동작하는 애플리케이션 로직에 집중할 수 있습니다. 이 MCU는 시스템 기능, 맞춤형 통신, 드라이브 모니터링을 위한 다용도 주변장치 세트를 제공합니다(그림 3 참조).

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

"목표는 고객에게 모터 제어를 턴키로 만드는 것입니다."라고 Infineon Technologies의 iMOTION 제품 마케팅 매니저 Ingo Skuras는 말합니다. "우리는 전자식 가변 속도 드라이브로의 명확한 전환을 보고 있습니다. 우리 솔루션은 사용자가 구성하고 배포할 수 있게 하며, 프로그래밍 없이 일반적으로 30분에서 1시간 내에 가능합니다."

MCE는 필요한 모든 하드웨어, 소프트웨어, 보호 기능을 캡슐화하여 BOM을 줄입니다. 연 2회 새 버전이 출시되며 지속적으로 개선됩니다.

ADC나 타이머 같은 주변장치에 첨단 알고리즘을 내장하면 CPU 부하가 가벼워집니다. 작은 32비트 컨트롤러와 결합하면, 확보된 CPU 용량을 애플리케이션별 작업에 전념할 수 있습니다.

iMOTION 컨트롤러는 생산 환경을 위해 설계되었으며, 가전제품의 기능 안전 요구사항을 충족하여 시장 전반에서 준수 설계를 가능하게 합니다.

IMC300 디바이스는 UL/IEC 60730 Class B에 따른 기능 안전에 대해 사전 인증되었습니다.