EO528

TECNOLOGIA ELETTRONICA OGGI 528 - SETTEMBRE 2025 48 CC con spazzole possono essere utilizzati in alcuni casi a bassa potenza, ad esempio per il controllo delle mani o delle dita. Tutta- via, le attuali tendenze nella progettazione mostrano come in futu- ro tutti i motori saranno brushless. Esistono due opzioni per i motori PMSM: avvolgimento trapezoida- le o sinusoidale. Dalla scelta dell’avvolgimento e dell’algoritmo di controllo dipende la precisione del controllo motore. Un ulteriore aspetto fondamentale nella progettazione del motore è la possibilità di velocizzare la commutazione del FET, il che offre nuove opzioni di progettazione che vanno a migliorare la coppia in rapporto al peso del motore. Algoritmi di controllo motore Una volta selezionato il tipo di motore, gli utenti devono stabilire il metodo per controllare il motore stesso. Sono disponibili nume- rose opzioni per implementare i loop di controllo, sebbene il con- trollo motore sia solitamente simile a quello mostrato in figura 4, che mostra i sottosistemi analogici e le periferiche del processore necessari. Utilizzando la figura 4 come modello generale, la tabella 1 elen- ca le periferiche e le prestazioni richieste in caso di utilizzo di un algoritmo FOC o della commutazione a blocchi. TI dispone di molte MCU diverse in grado di soddisfare i requisiti in termini di algoritmi e sensori angolari; fattori importanti sono le dimensioni del circuito integrato e la capacità in tempo reale di ren- dere possibile un sistema di azionamento ad alte prestazioni. Negli algoritmi di controllo motore si utilizzano microcontroller in tempo reale C2000 e microcontroller basati su Arm. Requisiti dello stadio di potenza A seconda della posizione di azionamento del robot, il livello di potenza varia tra 4 kW e 10 W: la maggior parte degli aziona- menti è compresa tra 10 W e 1,5 kW. In genere gli azionamenti lavorano nell’intervallo di tensione SELV, ossia al di sotto dei 60 V. Ne deriva che i componenti devono ope- rare fino a 60 V. Per ridurre gli effetti del potenziale rumore nel sistema per gli amplificatori, i FET e i driver del gate, è preferibile ricorrere a componenti che operino fino a 100 V. Una volta defi- nite le specifiche elettriche dell›azionamento, è necessario tenere conto anche di altri aspetti progettuali. Un ulteriore punto da considerare nella progettazione è la dimen- sione fisica a disposizione per l’implementazione del circuito stam- pato (PCB). Per raggiungere gli obiettivi di progettazione per spazi ridotti è fondamentale utilizzare circuiti integrati di piccole dimen- sioni e progetti con densità di potenza ad elevata ottimizzazione. Una densità di potenza elevata comporta potenziali limitazioni ter- miche per il robot, per via delle quali la temperatura esterna del ro- bot non può superare i 55 °C. A 55 °C, ustioni sull’intero spessore della pelle si verificano in 30 s. Le metodologie di gestione della temperatura non devono comprendere sistemi di raffreddamento aggiuntivi, come ventole o liquidi. L’equilibrio tra gestione della temperatura e spazio porta a bilan- ciare lo stadio di potenza in relazione ai watt per dimensione, il che incide sull’architettura dello stadio di potenza stesso. Fra le problematiche possono verificarsi vi è la necessità dello stadio di potenza di funzionare a frequenze più elevate. Questo problema è presente di solito nei Mosfet; tuttavia, le nuove tecnologie come il FET al GaN permettono migliorare anche le prestazioni di com- mutazione rispetto ai sistemi basati su Mosfet. Per i sistemi sensibili alla temperatura, il FET al GaN offre una maggiore efficienza teori- ca, in quanto le perdite di commutazione sono minime rispetto alla tecnologia Mosfet. L’aumento della frequenza porta alla necessità di funzioni supplementari nella MCU al fine di supportare i segna- li richiesti, necessari per ottenere una commutazione di frequenza più elevata a risoluzioni sufficientemente elevate. I driver del gate Mosfet di TI consentono ai clienti di commutare il Mosfet alla massima velocità possibile, mentre con i FET al GaN a bassa tensione di TI i clienti possono confrontare e valutare ra- pidamente il tipo di FET più indicato per ciascun punto del robot. I Mosfet o i FET al GaN ad alte prestazioni sono necessari per im- plementare l’azionamento e aumentare quindi l’efficienza del mo- tore. L’uso di algoritmi sofisticati contribuisce a ridurre le esigenze di commutazione e le perdite dei FET dei motori. I robot umanoidi sono alimentati a batteria, solitamente a 48 V, op- pure approssimativamente tra 39 V e 54 V, a seconda dello stato di carica della batteria. La tensione utilizzata dipende dal livello di carica della batteria impostato come minimo utilizzato. In pre- cedenza, è stato menzionato che la potenza massima necessaria Figura 5. Illustrazione da IEC 13849-1:2015