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Efficienza in tempo reale

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 
Pubblicato il 21 ottobre 2009

Infineon ha introdotto nuovi microcontrollori caratterizzati da una risposta in tempo reale efficace nelle più impegnative applicazioni industriali e automotive

Uno dei segmenti promesso in stabile crescita dagli analisti è il microcontrollo elettronico dei motori elettrici di ogni potenza e dimensione. Secondo IMS Research il CAGR per i prossimi anni è stimato +8,9% e riguarda prevalentemente i microcontrollori a 16 e 32 bit, che da soli costituiscono la metà delle vendite, mentre circa un terzo di esse è e rimarrà ancora a favore dei dispositivi specializzati ASIC o ASSP. Più piccole, ma altrettanto in buona salute, sono le percentuali per gli MCU a 8 e 64 bit, mentre in più evidente crescita sono previsti i controlli motori basati su PLDA, FPGA, DSP e DSC.

Nonostante il panorama applicativo sia eccezionalmente ampio e spazi dai µW dei piccoli azionamenti ai MW dei grandi propulsori da trazione, il principio di funzionamento di tutti i motori elettrici è sostanzialmente lo stesso e può essere agevolmente regolato con qualsiasi moderno microcontrollore, purché circondato da circuiti e componenti opportunamente dimensionati.

Inoltre, i microcontrollori possono far risparmiare ai motori almeno il 30-40% dell’energia e se si considera l’enorme parco dei motori elettrici attualmente in funzione nel mondo, si capisce che una generale sostituzione degli obsoleti controlli elettromeccanici con i più moderni microcontrollori può senza dubbio determinare una significativa azione di contenimento globale degli sprechi energetici e contribuire a migliorare la sostenibilità ambientale dei prodotti a elevata tecnologia.
Il vantaggio di disporre di un microcontrollore consiste nel poter implementare tecniche di regolazione sofisticate e capaci di rendere energeticamente più efficiente il motore. Nate di recente, le regolazioni Field Oriented Control (FOC) hanno già dimostrato di saper garantire un’eccellente risposta dinamica del momento torcente, il che può migliorare fino al 95% il rendimento del motore elettrico e questo beneficio si ottiene continuando a poter usare tool di sviluppo di semplice impostazione, che non inficiano il time-to-market nell’introduzione dei nuovi prodotti.

Qualità e affidabilità
Infineon ha messo a punto alcuni nuovi dispositivi nelle tre architetture più adatte per il controllo motori con core a 8, 16 e 32 bit e con un livello di prestazioni che si aggira rispettivamente attorno ai 10, 80 e 400 MIPS. I primi XC864 e XC886/8 sono di tipo 8051 e si possono utilizzare nel comando delle applicazioni più popolari come ventilatori, condizionatori e pompe. I secondi XE162 e XE164/7 hanno core C166 e sono adatti nel comando degli inverter di potenza, dei motori servocontrollati e degli azionamenti industriali. Infine, i nuovi TC1167 e TC1197 fanno parte della famiglia TriCore e possono essere usati nella regolazione dei più sofisticati sistemi per l’industria e i trasporti.

I nuovi microcontrollori Infineon TriCore a 32 bit migliorano la risposta dinamica dei motori e permettono di elevarne il rendimento fino al 95%

I microcontrollori a 8 bit sfruttano una versione dell’architettura XC800 compatibile con la nota 8051, ma ottimizzata per il comando motori. Diverso è il clock che nel modello XC864 è di 20 MHz, mentre negli XC886/8 è di 26 MHz. I package sono i robusti Tssop-20 e TQFP-48 ed entrambi possono essere alimentati da 3,3 fino a 5,0 V, mentre in temperatura lavorano rispettivamente da -40 a +140 °C e da -40 a +125 °C. La dotazione di bordo prevede da 24 a 64 kByte di memoria Flash, fino a 8 canali di conversione ADC con risoluzione di 10 bit e velocità inferiore a 1,5 µsecondi, un modulo di calcolo vettoriale a 16 bit specializzato per i controlli FOC, un’unità “cattura e confronta” (Capture/Compare Unit, CCU6) a 16 bit e due timer indipendenti a 16 bit.

I microcontrollori a 16 bit XE162/4/7M sfruttano il core C166S-V2 con clock di 24, 40 o 80 MHz e memoria flash a bordo disponibile da 64 kByte fino a 1,6 MByte. Nei tre nuovi modelli ci sono, inoltre, da 9 a 16 canali di conversione ADC a 10 bit, da una a tre CCU6, un’unità MAC specifica per le funzioni DSP di processamento segnali, nonché una nutrita dotazione di interfacce fra cui le ASC, SSC, I2C e LIN. I package sono LQFP e hanno rispettivamente 64, 100 e 144 pin.

Nella famiglia TriCore a 32 bit sono stati aggiunti i due nuovi microcontrollori AUDO Future TC1167 e TC1197 caratterizzati dai sofisticati modulatori Space Vector Control e Direct Torque Control che permettono d’implementare controlli multiasse sul movimento dei motori nelle macchine industriali. Simili nell’impostazione, sono però diversi nella dotazione e nelle prestazioni e sono rispettivamente proposti con clock di 133 e 180 MHz, memoria Flash di 1 e 4 MByte, memoria RAM di 128 e 224 kByte, una o due unità di temporizzazione GPTA che si occupano di gestire i segnali per le interfacce MultiCAN, ASC, SSC e MLI. I package hanno tolleranza termica operativa da -40 fino a +125 °C e sono il robusto LQFP-176 per il primo e il più grande BGA-416 per il secondo che ospita anche ben 219 I/O digitali general-purpose.

Applicazioni versatili
Per lo sviluppo delle applicazioni Infineon ha predisposto diversi kit con caratteristiche scalabili su motori con voltaggi da 12 a 230 V e correnti tipiche da 0,2 a 20 A, nonché con funzioni di regolazione FOC specifiche per i motori trifase, per la correzione del fattore di potenza o per i motori a 12 V senza spazzole, nonché per i motori automotive di tipo DAvE.
In questi tool sono già pronti molti moduli applicativi con funzioni di regolazione ottimizzabili per il comando dei motori tipicamente impiegati negli impianti di ventilazione e condizionamento degli edifici, nelle pompe idrauliche industriali, nei sistemi automotive, negli azionamenti delle macchine industriali multiasse a controllo numerico, negli elettrodomestici e negli impianti di sorveglianza.

Infineon ha preparato alcuni kit con tool specifici per la regolazione motori nello sviluppo delle applicazioni industriali e automotive

Specificatamente per lo sviluppo delle applicazioni basate sui microcontrollori industriali TC1167 e TC1197, nonché per le analoghe versioni automotive TC1767 e TC1797, Altium ha messo a punto il Tasking TriCore VX-toolset v3.2 che, oltre a ospitare compilatori e debugger per C/C++/EC++, offre alcune funzionalità appositamente ottimizzate per aiutare la messa a punto dei sistemi embedded industriali e automotive basati sui TriCore. Il tool permette anche di usare l’evoluto Eclipse Integrated Development Environment, molto diffuso fra gli sviluppatori di applicazioni automotive.
 

Lucio Pellizzari

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