Una soluzione hardware-software per inverter di
motori BLDC trifase che consente efficienza maggiore del 98%, riduce l’ingombro sulla scheda di circuiti e accorcia il time-to-market

Norimberga, Germania, Embedded World – 21 giugno 2022 – Power Integrations (NASDAQ: POWI), leader nel settore dei circuiti integrati ad alta tensione per la conversione di potenza a risparmio energetico, oggi ha lanciato un nuovo software di controllo per azionamenti con motori brushless CC (BLDC) trifase. In combinazione con il driver del motore con raddrizzatore a semionda integrato BridgeSwitch™ di Power Integrations e lo strumento diagnostico e di configurazione Motor–Expert™ di facile uso, questa soluzione hardware-software completa consente di ottenere un’efficienza del 98,2%, riduce l’ingombro sulla scheda di oltre il 70% e richiede appena tre componenti per i circuiti di feedback della corrente rispetto ai 30 componenti di una soluzione discreta. La soluzione è ideale per apparecchi residenziali e commerciali dotati di motori trifase, come ventole di climatizzatori, asciugacapelli ad alta velocità, compressori di frigoriferi, ventilatori di cappe per cucine e pompe dell’acqua.

“Le tradizionali soluzioni di controllo a orientamento di campo (Foc) con tre shunt richiedono amplificatori operazionali (‘op-amp’) costosi e ingombranti oltre a circuiti di adattamento per il condizionamento del segnale di corrente del motore”, spiega Cristian Ionescu-Catrina, direttore senior marketing di prodotto presso Power Integrations. “I circuiti integrati con raddrizzatore a semionda integrato BridgeSwitch offrono il feedback di corrente senza perdite per il semiciclo positivo mentre il software Foc trifase ricostruisce i dati sulla corrente del semiciclo negativo a partire da quelli presenti nei segnali di corrente dell’altra fase. Questo elimina la necessità di costose e inefficienti resistenze esterne di rilevamento della corrente, op-amp e circuiti di adattamento, e la complessità associata”.

Il nuovo software di Power Integrations aggiunge il Foc trifase all’attuale libreria di codici monofase, consentendo la regolazione in tempo reale della velocità del motore e della coppia tramite l’interfaccia grafica utente Motor-Expert. Il codice è eseguibile su qualsiasi Arm^® Cortex^®-M0 a 48 MHz e non richiede un modulo acceleratore hardware. Inoltre può essere implementato su altri microcontroller equivalenti. L’attuale algoritmo di modellazione è robusto e affidabile e ha superato un’ampia gamma di condizioni di prova statiche e dinamiche, compresa la risposta a bassa latenza a eventi in tempo reale. L’alto livello di precisione della corrente assicura il funzionamento a basso jitter. Il nuovo codice è a norma MISRA C
(Motor Industry Software Reliability Association), portabile, modulare e consente all’utente di modificare qualsiasi livello del software.

Modalità di funzionamento del controllo di motori trifase con i circuiti integrati BridgeSwitch

I circuiti integrati BridgeSwitch di Power Integrations generano un segnale di uscita di corrente del motore che mappa la corrente che passa attraverso il FREDFET low-side. Un apposito FET interno attua il rilevamento della corrente senza perdite. Il circuito di rilevamento non può fornire informazioni sulla corrente quando il diodo intrinseco (‘body diode’) antiparallelo conduce durante la commutazione. Il circuito di amplificazione del guadagno incorporato consente il collegamento diretto del segnale di fase di corrente con l’ingresso del convertitore A/D del microcontroller. Il circuito di rilevamento locale genera un segnale di corrente analogico preciso con alto rapporto segnale/rumore e un grado di precisione corrispondentemente elevato. Il nuovo software include un algoritmo di ricostruzione che utilizza il rapporto trigonometrico con sfasamento tra i segnali di corrente di tutte e tre le fasi per ottenere con precisione informazioni sulla corrente-fase negativa.

Strumento di progettazione Motor-Expert aggiornato

Motor-Expert 2.0 è lo strumento diagnostico e di configurazione di facile uso realizzato da Power Integrations per la famiglia di circuiti integrati BridgeSwitch. Presenta un’interfaccia grafica utente che consente di modificare facilmente i parametri d’ingresso oltre a un emulatore di terminale per l’interazione con il controller del motore in modalità seriale. Inoltre, una funzione ‘motion scope’ genera grafici lineari di variabili importanti del controller, visualizzabili in tempo reale.

Aggiunge Ionescu-Catrina: “Il controllo preciso, la messa a punto e l’ottimizzazione possono richiedere mesi di sviluppo software. Power Integrations ha creato Motor-Expert 2.0 tenendo presenti le esigenze dei progettisti. Il nuovo strumento riduce il costo e la complessità della progettazione di azionamenti con motori BLDC e funziona con il software di controllo di motori trifase appena lanciato e con il progetto di riferimento DER-964, offrendo così una gamma completa di funzionalità per lo sviluppo di tali azionamenti.”

La messa a punto del motore e dell’applicazione viene eseguita tramite l’interfaccia grafica utente di Motor-Expert 2.0 mentre i coefficienti del loop di controllo vengono aggiornati in tempo reale senza bisogno di ricompilare il codice. Inoltre l’interfaccia permette di monitorare il funzionamento del sistema visualizzando lo stato dei dati – corrente, velocità ed errori di entrambe, e condizioni del sistema stesso. Un campo diagnostico parte dell’interfaccia presenta informazioni preziose sul funzionamento dell’inverter e del motore.

La versione Motor-Expert 2.0 supporta la progettazione di azionamenti con motori monofase e trifase e sostituisce quella precedente.

Disponibilità e risorse

Un nuovo circuito di riferimento di un inverter trifase che impiega tre circuiti integrati raddrizzatori a semionda BridgeSwitch, DER-964, eroga una potenza di uscita pari a 300 W senza bisogno di un dissipatore. Elimina gli shunt e gli op-amp necessari per le convenzionali misure di feedback ed è adatto per una vasta gamma di apparecchi – compressori, ventilatori di cappe per cucine, pompe e ventole per applicazioni residenziali e commerciali. Il circuito offre un’efficienza del 98,2%, occupa appena 65 mm x 50 mm sulla scheda di circuiti ed è utilizzabile con qualsiasi Cortex-M0 o microcontroller equivalente.

La soluzione completa consistente di BridgeSwitch, Motor-Expert 2.0 e il software di controllo di motori trifase è già disponibile e include un manuale scaricabile dell’architettura del software, delle API, delle funzioni, delle chiamate e delle variabili impiegate nel codice.

Il nuovo codice di controllo di motori trifase e lo strumento Motor-Expert 2.0 sono offerti come parte della suite Motor-Expert nell’ambito di una licenza gratuita per l’uso con i circuiti integrati BridgeSwitch. Questi ultimi sono proposti al prezzo unitario di 1,69 USD in volumi di 10.000 unità del chipset . Per maggiori informazioni contattare un rappresentante di vendita Power Integrations.

Informazioni su Power Integrations

Power Integrations, Inc. è un leader nell’innovazione delle tecnologie dei dispositivi a semiconduttore per la conversione di potenza ad alta tensione. I suoi prodotti rappresentano blocchi fondamentali nell’ecosistema della potenza pulita, consentendo la generazione di energia rinnovabile nonché la trasmissione e il consumo di potenza efficienti in applicazioni a potenze comprese dai milliwatt ai megawatt. Per ulteriori informazioni visitare www.power.com.