SoC IMC300 da Infineon Integra MCU ARM Cortex-M0 para Controle de Motor Flexível

Eficiência de conversão de energia permanece pedra angular do design de eletrônica moderna. Em sistemas de motor elétrico esta eficiência é desafiada duas vezes: primeiro, energia elétrica deve ser gerada para alimentar o controlador; segundo, deve ser transformada em torque mecânico. Eliminar ruído relacionado ao motor é um dos obstáculos mais frequentes que engenheiros enfrentam.

Hoje, fabricantes tratam a unidade de controle de motor como bloco funcional core em vez de add-on opcional. Esta tendência é evidente em sistemas auxiliares como bombas de drenagem de água ou ventiladores encontrados em eletrodomésticos. A Infineon Technologies fornece amplo portfólio de partes discretas e soluções integradas que simplificam aplicações de inversor, cortando custos de P&D e complexidade de BOM.

O novo IMC300 combina o iMOTION Motion Control Engine (MCE) da Infineon com um microcontrolador ARM® Cortex-M0, entregando solução de drive de velocidade variável flexível que se adapta a diversas aplicações.

CONTROLADORES

Controlar velocidade e direção de um motor requer entender o tipo de motor e seu modo de operação. O controlador de motor deve gerenciar start-stop, mudanças de direção, regulação de velocidade, torque e proteção contra sobre-tensão. Historicamente, tal controle dependia de componentes discretos devido a altas tensões e correntes. Controle de engine moderno agora foca em soluções microeletrônicas eficientes, combinando algoritmos de software avançados com hardware de power-electronics.

TECNOLOGIA iMOTION

iMOTION representa a família de produtos da Infineon que incorpora algoritmo de controle de motor certificado dentro do hardware, opcionalmente incluindo correção de fator de potência (PFC). Estas soluções entregam a flexibilidade necessária para aplicações customer-specific que frequentemente se estendem além de simples configuração de motor (veja Figura 1).

Figura 1: Integração de drives iMOTION em controle de motor. (Imagem: Infineon Technologies)

ICs iMOTION integram todas as funções de controle e interface analógica requeridas para controle orientado a campo (FOC) usando medição de corrente DC shunt ou conexão DC. Algoritmo patenteado da Infineon remove necessidade de codificação customizada de controle de motor.

Estas soluções são ideais para eletrodomésticos e small drives como ventiladores, combinando controlador, SmartDrive e dispositivos SmartIPM.

O dispositivo SmartDrive integra o gate driver (MOSFETs ou IGBTs), enquanto a família SmartIPM atinge o mais alto nível de integração acoplando MCE, gate driver e bridge trifásica completa em um único pacote PQFN compacto.

Visando sistemas de controle de motor de velocidade variável, a família IMC300 incorpora um microcontrolador user-programmable (veja Figura 2). A arquitetura dual-core funde hardware, firmware e código de usuário necessários para controlar motor síncrono de ímã permanente (PMSM) com custo mínimo de sistema e desenvolvimento.

Figura 2: Diagrama e features do iMOTION Motion Control Engine mais ARM Cortex-M0 (Imagem: Infineon Technologies)

Recursos de proteção do IMC300 incluem sub-/sobre-tensão, sobre-corrente, sobre-temperatura, motor gate-kill, rotor lock, reporte de falha, dead time mínimo e shoot-through. Capacidades de controle compreendem FOC senoidal, operação sensored/sensorless, modulação trifásica/bifásica, field weakening, zero-vector braking, PFC integrado e suporte bootstrap.

O IMC300 e seu predecessor, o IMC100, compartilham o mesmo núcleo MCE 2.0, oferecendo solução ready-to-use com controle PFC, proteção extensiva e scripting engine.

Alavancando MCE para controle de motor, clientes podem focar na lógica de aplicação, que opera independentemente do microcontrolador ARM embutido. Este MCU oferece conjunto versátil de periféricos para funções de sistema, comunicação customizada ou monitoramento de drive (veja Figura 3).

Figura 3: Aplicação de circuito IMC300 (Imagem: Infineon Technologies)

"O objetivo é tornar controle de motor turnkey para clientes", diz Ingo Skuras, Product Marketing Manager para iMOTION na Infineon Technologies. "Estamos vendo uma clara mudança para drives eletrônicos de velocidade variável. Nossas soluções permitem usuários configurar e implantar sem programação — tipicamente dentro de 30 minutos a uma hora."

O MCE encapsula todo hardware, software e funções de proteção requeridas, reduzindo BOM. É continuamente refinado, com duas novas versões lançadas cada ano.

Incorporar algoritmos avançados em periféricos como ADCs ou timers alivia carga da CPU. Quando pareado com pequeno controlador 32-bit, a capacidade de CPU liberada pode ser dedicada a tarefas application-specific.

Controladores iMOTION são desenhados para ambientes de produção e atendem requisitos de segurança funcional para eletrodomésticos, permitindo designs conformes através de mercados.

Dispositivos IMC300 são pré-certificados para segurança funcional sob UL/IEC 60730 Class B.