Силовая электроника №3'2012

Микроконтроллеры Texas Instruments для управления электроприводами

Самоделов Андрей


Появившиеся относительно недавно микроконтроллеры с ядрами Cortex-M3/R4F/M4F, представленные семействами LM3S, TMS570 и LM4F, позволяют создавать системы с пониженной потребляемой мощностью и богатым набором коммуникационных возможностей, повышенной надежностью и возможностью обсчета сложных алгоритмов управления приводом. С появлением семейства двухъядерных микроконтроллеров Concerto (Cortex-M3 + C28xx) возможности разработчиков еще более расширились за счет разделения алгоритмов обмена с управляющей системой и управления движением на различные ядра. В данной статье представлены решения компании TI для управления электродвигателями на базе всех упомянутых выше семейств микроконтроллеров.

Во всем мире в области цифрового управления электроприводом огромной популярностью пользуются так называемые DSC (Digital Signal Controllers) семейства С2000 компании Texas Instruments (TI). Такое предпочтение связано с высокой производительностью устройств, богатым набором периферийных модулей и быстрой реакцией на внешние события, а также оптимальным соотношением функциональность/цена. Появившиеся относительно недавно микроконтроллеры с ядрами Cortex-M3/R4F/M4F, представленные семействами LM3S, TMS570 и LM4F, позволяют создавать системы с пониженной потребляемой мощностью и богатым набором коммуникационных возможностей, повышенной надежностью и возможностью обсчета сложных алгоритмов управления приводом. Несмотря на то, что микроконтроллеры на базе ARM-ядер традиционно относятся больше к МК общего применения, с развитием специализированной периферии для управления приводами одним из преимуществ таких решений становится знакомая многим разработчикам архитектура ARM.

С появлением семейства двухъядерных микроконтроллеров Concerto (Cortex-M3 + C28xx) возможности разработчиков еще более расширились за счет разделения алгоритмов обмена с управляющей системой и управления движением на различные ядра. В данной статье представлены решения компании TI для управления электродвигателями на базе всех упомянутых выше семейств микроконтроллеров.

Основные типы электродвигателей

В настоящее время можно выделить шесть базовых типов электродвигателей:

  • коллекторные (традиционные);
  • бесколлекторные постоянного тока (BLDC), основанные на трехфазном синхронном двигателе переменного тока;
  • шаговые — специальные BLDC-двигатели с зубчатым ротором/статором (зубья статора формируют «шаги», к которым притягивается обмотка или ответные зубья ротора);
  • вентильно-индукторные (комбинация BLDC и униполярного шагового двигателя);
  • трехфазные индукционные и синхронные переменного тока;
  • однофазные переменного тока (например, с расщепленными полюсами).

Для каждого из перечисленных типов электромоторов существуют различные алгоритмы управления. Основную их часть можно разделить на частотные (когда частота вращения вала является функцией частоты питающего двигатель напряжения) и широтно-импульсные (ШИМ, когда частота вращения является функцией ширины импульса сигнала с постоянной частотой). Частотная схема управления в настоящее время применяется все реже за счет сложности и низкого КПД устройств управления. На смену ей приходит ШИМ-управление, которое, кроме регулировки частоты вращения, позволяет легко осуществлять и регулировку вращающего момента.

Таймеры с ШИМ входят в состав практически всех современных микроконтроллеров. В последнее время новые выпускаемые микроконтроллеры стали снабжать специализированными многофазными синхронными ШИМ с комплементарными выходами, специально предназначенными для управления движением.

Корпорация TI выпускает два основных семейства микроконтроллеров, снабженных соответствующими периферийными модулями: микроконтроллеры реального времени C2000 и стандартные Stellaris с ядром Cortex-M3 или Cortex-M4F. Большое количество референс-дизайнов, выпускаемых TI, позволяет подробно изучить как алгоритмы управления, так и схемотехнические особенности конструирования систем управления для каждого из типов двигателей.

Микроконтроллеры для управления электроприводами

Для управления электроприводами можно использовать микроконтроллеры четырех семейств, выпускаемых TI. Основные преимущества их применения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Основные преимущества микроконтроллеров TI в системах управления электроприводами

Семейство Преимущества использования в системах управления электродвигателями
C2000 Максимальная производительность электродвигателей; промышленные
и автомобильные Q100;
средний уровень безопасности; широкий ассортимент.
Hercules TMS570/RM48L Максимальный уровень безопасности (ASIL-D, SIL-3); Q100 (TMS570);
ARM; наибольший размер flash-памяти.
Stellaris LM3S/LM4F Дешевые ARM-микроконтроллеры; большое количество интерфейсов обмена данными;
простота добавления O/S; начальный уровень безопасности (в оборудовании).
MSP430 Минимальная стоимость; глубокое встраивание.

32-разрядные микроконтроллеры реального времени C2000

Платформа C2000 микроконтроллеров реального времени является отраслевым лидером в создании цифровых систем управления электродвигателями с начала выпуска поколения TMS320F24x в 1996 г. В 2002 г. была представлена серия F281x, основанная на DSP-ядре C28x, ставшая первой серией с 32-разрядной архитектурой, специально созданной для высокопроизводительных систем управления с помощью алгоритмов, требующих интенсивных математических вычислений. С целью удовлетворить требованиям прикладных задач в отношении производительности, цены, назначения выводов и наличия периферийных модулей, на основе ядра C28x было создано семейство совместимых по коду микросхем.

MCU C2000 используются во множестве приложений на базе трехфазных электродвигателей, включая серводрайверы переменного тока, прецизионные системы управления движением, электронные рулевые приводы с усилителем, компрессоры и вытяжки на базе высоковольтных двигателей переменного тока, промышленные насосы и бытовую технику, например стиральные машины и компрессоры холодильников.

В настоящее время популярны два семейства — Piccolo и Delfino, отличающиеся ценой и вычислительными возможностями. В таблице 2 приведены примеры отладочных плат на базе МК серии С2000 с указанием типа привода и техники управления. Так же в этой таблице указано, для каких типов приводов существует графическая оболочка и файлы библиотек в программной среде controlSUITE, описание которой будет ниже.

Таблица 2. Применение микроконтроллеров Piccolo и Delfino в системах управления электродвигателями

Тип мотора Техника управления Hardware
Piccolo Delfino
Низкое напряжение.
Две оси + PFC
Высокое напряжение. Одна ось + PFC Низкое напряжение.
Слабый ток
Низкое напряжение.
Сильный ток
Низкое напряжение.
Двойной полумост
Высокое напряжение.
Одна ось + PFC
TMDS1MTRPFCKIT; TMDS2MTRPFCKIT TMDSHVMTRPFCKIT DRV8312-C2-KIT;
DRV8332-C2-KIT
DRV8301-HC-C2-KIT;
DRV8302-HC-C2-KIT
DRV8412-C2-KIT;
DRV8432-C2-KIT
TMDSHVMTRPFCKIT
Бесколлекторный постоянного тока Трапецеидальный с датчиками controlSUITE controlSUITE controlSUITE
Трапецеидальный без датчиков controlSUITE
Синусоидальный с датчиками SPRC922
Синусоидальный без датчиков SPRC922 или controlSUITE
С постоянными магнитами FOC с датчиками controlSUITE controlSUITE controlSUITE controlSUITE
FOC без датчиков controlSUITE
FOC сервоэнкодер    
Индукционный переменного тока V/f Тахометр/энкодер controlSUITE
FOC без датчиков controlSUITE
FOC Sensorless controlSUITE
Шаговый Шаговый controlSUITE
Коллекторный постоянного тока Серво

Семейство двухъядерных микроконтроллеров Concerto

Микросхемы семейства Concerto были долгожданными для разработчиков встраиваемых систем устройствами, поскольку позволяют разделить возлагаемые на ядро C28 задачи, связанные с объектом управления, и возлагаемые на ядро M3 задачи, связанные с обменом данными с централизованными системами управления и мониторинга. Микроконтроллеры Concerto разделены на три подсемейства, отличающиеся производительностью (рис. 1). Краткая характеристика микроконтроллеров Concerto приведена в таблице 3.

Таблица 3. Микроконтроллеры Concerto

Серия микросхем Производительность C28x/Cortex-M3, MГц Память Интерфейсы обмена данными
F28M35Hx 150/75 или 100/100 До 1 Мбайт flash-памяти,
132 кбайт ОЗУ
Ethernet, USB (OTG), SPI, SCI, CAN, I2C, McBSP
F28M35Mx 75/75 До 1 Мбайт flash-памяти, 132 кбайт ОЗУ Ethernet, USB (OTG), SPI, SCI, CAN, I2C, McBSP
F28M35Ex 60/60 До 1 Мбайт flash-памяти,
132 кбайт ОЗУ
Ethernet, USB (OTG), SPI, SCI, CAN, I2C, McBSP
 MCU Concerto

Рис. 1. MCU Concerto

Хотя микроконтроллеры Concerto не обладают мощью двухъядерных прикладных процессоров с ядрами Cortex-A8 (ARM)+ C67xx корпорации TI, их производительности достаточно для решения большинства задач управления электроприводами.

Микроконтроллеры Stellaris ARM

Микроконтроллеры с ядром Cortex-M3 де-факто являются на сегодня стандартом для использования во встраиваемых приложениях. Они получили широкое применение за счет 32-разрядной архитектуры, хорошего соотношения цена/производительность, детерминированной реакции на прерывания, небольшой потребляемой мощности, наличия режимов пониженного энергопотребления. Росту популярности микроконтроллеров с ядром Cortex-M корпорации TI, входящих в семейство Stellaris (рис. 2), способствует выпуск большого количества микроконтроллеров с различным объемом внутренней памяти (в том числе встроенного ПЗУ с библиотекой для работы с периферийными модулями) и различным набором периферийных модулей, что позволяет выбирать микроконтроллеры конкретно под задачу. Дальнейшему росту популярности семейства способствует наличие большого количества мощных средств разработки и отладки, таких как Keil, IAR и, конечно, TI CCS 4.0 и 5.0, а также большое количество оценочных и отладочных модулей и референс-дизайнов готовых изделий.

 MCU Stellaris LM3S8971

Рис. 2. MCU Stellaris LM3S8971

В 2011 году к микроконтроллерам Stellaris LM3S с ядром Cortex-M3 добавились микроконтроллеры LM4F с ядром Cortex-M4F, которые отличают повышенная рабочая частота и производительность, расширенный набор команд, включающий команды цифровой обработки сигналов, и наличие сопроцессора арифметики с плавающей точкой (рис. 3). Все это позволяет реализовывать на микроконтроллерах LM4F более сложные алгоритмы управления.

 MCU Stellaris LM4F232H5

Рис. 3. MCU Stellaris LM4F232H5

Минимальный «джентльменский набор» периферийных модулей микроконтроллера для управления электродвигателями должен включать следующие узлы:

  • трехканальный синхронный ШИМ с комплементарными выходами, возможностью регулировки «мертвого времени» и входом аварийного отключения выводов;
  • несколько каналов АЦП для наблюдения за различными параметрами в каждой из силовых фаз управления электродвигателем;
  • квадратурный энкодер для установки вала в заданное начальное положение и наблюдения за его вращением;
  • один из стандартных для промышленного применения управляющих портов — UART (для RS232/RS485), CAN или Ethernet-контроллер.

В таблице 4 приведены сравнительные характеристики микроконтроллеров Stellaris, используемых в референс-дизайнах систем управления электродвигателями от TI и удовлетворяющих всем четырем требованиям.

Таблица 4. Сравнительные характеристики микроконтроллеров Stellaris,
используемых в референс-дизайнах систем управления электродвигателями от TI

Параметр LM3S617 LM3S818 LM3S2616 LM3S6965 LM3S8971 LM4F232
F, МГц 50 80
Flash, кбайт 32 64 128 256
ОЗУ, кбайт 8 16 64 64 32
StellarisWare в ПЗУ + +
АЦП, модулей 1 2
АЦП, разрядов 10 12
АЦП, каналов 6 4 8 22
АЦП, МГц 0,5 1,0
USB O/H/D
UART 2 1 3 1 8
CAN 1 0 1 2
Ethernet MAC+PHY  
Таймеры управления движением ШИМ, модулей 1
ШИМ, выходов 6 8
ШИМ, входы защиты 1 8
Генераторы «мертвого времени» +
CCP (всего) 4 4 6 24
64-разрядные CCP
QEI, каналов 1 2 1 2

Основой для управления электродвигателями служит ШИМ, упрошенная блок-схема которого приведена на рис. 4. Более детально один из каналов ШИМ показан на рис. 5.

 Упрощенная блок-схема ШИМ для управления электродвигателями микроконтроллеров Stellaris

Рис. 4. Упрощенная блок-схема ШИМ для управления электродвигателями микроконтроллеров Stellaris
 Блок-схема одного канала ШИМ

Рис. 5. Блок-схема одного канала ШИМ для управления электродвигателями микроконтроллеров Stellaris

Генерация ШИМ-сигнала управления электродвигателями в микроконтроллерах Stellaris

В микроконтроллерах Stellaris имеется специальный блок — таймер (Motion Control Timer), который позволяет формировать от одного до четырех синхронных комплементарных ШИМ-сигналов для управления силовыми полумостовыми каскадами. Эти сигналы можно использовать не только для управления электродвигателями, но и для создания многофазных и/или многоканальных полумостовых DC/DC-преобразователей.

Рассмотрим работу ШИМ-генератора.

Таймер ШИМ

Таймер каждого из генераторов с ШИМ может работать в одном из двух режимов: вычитания (Count-Down) или сложения/вычитания (Count-Up/Down). В режиме Count-Down счетчик таймера считает от загруженного значения до нуля, возвращается к загруженному значению и продолжает счет на уменьшение. В режиме Count-Up/Down счетчик таймера начинает считать от нуля до загруженного значения, затем считает до нуля, затем снова до загруженного значения и т. д. В общем случае режим Count-Down используется для генерации ШИМ-сигналов, выровненных вправо или влево (так называемая фронтовая ШИМ), в то время как режим Count-Up/Down используется для генерации ШИМ-сигнала, выровненного по центру (так называемая центрированная ШИМ).

Компаратор ШИМ

В каждом генераторе с ШИМ имеется по два компаратора, которые отслеживают значение в счетчике. Когда значение, записанное в компараторе, совпадает со значением, записанным в счетчике, на выходе появляется импульс высокого уровня длительностью в 1 такт. В режиме Count-Up/Down эти компараторы отслеживают значения как при увеличении содержимого счетчика, так и при уменьшении; поэтому они квалифицируются сигналом направления счета. Квалифицирующий импульс используется при генерации ШИМ-сигнала. Если значение, загруженное в компаратор, больше, чем значение счетчика, то на выходе компаратора возникает импульс высокого уровня.

На рис. 6 и 7 показано поведение счетчика и временные соотношения между импульсами при работе счетчика в режимах Count-Down и Count-Up/Down.

 ШИМ в режиме Count-Down

Рис. 6. ШИМ в режиме Count-Down
 ШИМ в режиме Count-Up/Down

Рис. 7. ШИМ в режиме Count-Up/Down

Генератор ШИМ-сигнала

Далее импульсы поступают на ШИМ-генератор, который формирует два ШИМ-сигнала. В режиме Count-Down имеется четыре события, которые могут влиять на ШИМ-сигнал: ноль, загрузка, достижение счетчиком значений A и B. В режиме Count-Up/Down таких событий шесть: ноль, загрузка, достижение счетчиком значений A и B при счете «вверх» и «вниз». Если значение A или B равны 0 или загруженному значению, то соответствующие события не возникают. Если значение A равно B, то первый сигнал (PWMA) генерируется в ответ на событие A, а второй сигнал (PWMB) генерируется в ответ на событие B. Для каждого события программируется уровень сигнала на выходе ШИМ: он может оставаться неизменным (событие игнорируется), переключаться, переходить в состояние Low или High. Эти действия можно использовать, чтобы сгенерировать пары ШИМ-сигналов с различным расположением и шириной, которые могут как перекрываться, так и не перекрываться. На рис. 8 показано использование режима Count-Up/Down для генерации пар выровненных по центру перекрывающихся ШИМ-сигналов, которые имеют различную скважность.

 Пример работы ШИМ в режиме Count-Up/Down

Рис. 8. Пример работы ШИМ в режиме Count-Up/Down

Генератор «мертвого времени» (Dead-Band)

Два сигнала, выработанные ШИМ-генератором, поступают на генератор «мертвого времени». Если он выключен, то ШИМ-сигналы проходят через него без изменений, а если включен, то между сигналами управления верхним и нижним силовыми ключами комплементарной пары вводится задержка с программируемым временем. Эта функция необходима для того, чтобы система управления была независима от динамических характеристик управляемых силовых приборов. Отсутствие «мертвого времени» может привести к тому, что один из ключей в комплементарной паре после снятия сигнала управления не успеет выключиться, в то время как на второй уже будет подан сигнал включения, это приведет к возникновению сквозных токов и может вывести пару силовых транзисторов из строя.

Выбор прерывания/запуска АЦП

ШИМ-генератор использует события компаратора для генерации прерываний или запуска АЦП. В качестве источника прерываний можно выбрать любое из событий или их комбинацию. Кроме того, события или их комбинации можно выбрать для запуска АЦП. Выбор событий позволяет вырабатывать прерывание или сигнал запуска АЦП в заданном положении ШИМ-сигнала. Эта функция может быть полезна, например для измерения тока в середине длительности сигнала ШИМ, когда отсутствуют помехи, связанные с коммутацией силовых ключей.

Методы синхронизации

Имеется возможность глобального синхронного сброса одного или нескольких счетчиков ШИМ-генераторов. Если они запрограммированы для работы в одинаковых режимах, то это можно использовать, чтобы гарантировать, что все счетчики имеют одно и то же значение счета. В таком режиме можно вырабатывать более двух сигналов с известным соотношением между их фронтами, поскольку все счетчики имеют всегда одинаковые значения.

Значения, загружаемые в счетчики и компараторы ШИМ-генераторов, можно обновлять двумя способами. Первый — это режим немедленного обновления, когда новое значение загружается при достижении счетчиком нуля. Ожидание достижения счетчиком нуля гарантирует предсказуемость поведения и препятствует появлению разрывов в импульсах. Второй метод — синхронный, когда новое значение не используется до прихода глобального импульса синхронизации. С этого момента новое значение начнет использоваться, как только счетчик достигнет нуля. Данный режим позволяет одновременно обновлять множество элементов ШИМ-генератора. Также режим обновления можно выбрать для каждого блока ШИМ-генератора независимо.

Аварийные ситуации

Имеются два внешних условия, которые влияют на блок ШИМ: поступление сигнала на вход защиты ШИМ и остановка контроллера отладчиком. Для отработки этих ситуаций имеются два механизма: можно перевести выходной сигнал в неактивное состояние и/или остановить таймер ШИМ. Отработка аварийных ситуаций производится без вмешательства микроконтроллера. Для сигнализации микроконтроллеру о возникновении аварийной ситуации может генерироваться прерывание. ШИМ-генераторы можно сконфигурировать таким образом, чтобы они останавливались при остановке микроконтроллера отладчиком.

Блок управления выходами

Каждый из блоков ШИМ управляет двумя комплементарными выходами. Блок управления выходами осуществляет окончательное управление этими сигналами перед их подачей на выводы микроконтроллера.

Подключение силовых модулей к выходам ШИМ

Сигналы с комплементарных выходов каждого из ШИМ-генераторов, как правило через устройства гальванической развязки, подаются на двухтактные силовые каскады, которые и управляют режимом работы электродвигателя. Пример построения системы управления показан на рис. 9.

 Пример построения системы управления

Рис. 9. Пример построения системы управления

Микроконтроллеры Stellaris ARM Cortex-M4F

Новые микроконтроллеры Stellaris ARM Cortex-M4F обладают превосходной интеграцией аналоговых модулей, сопроцессором с плавающей точкой, расширенным DSP-инструкциями набором команд и лучшей в классе экономичностью — наряду со всеми другими преимуществами, которые можно ожидать от микроконтроллеров Stellaris. Кроме того, семейство LM4F с ядром Cortex-M впервые изготавливается по 65-нм технологическому процессу, что обуславливает высокую производительность при малой потребляемой мощности и встроенной flash-памяти 32–256 кбайт. Все микроконтроллеры LM4F имеют встроенную EEPROM объемом 2 кбайт для хранения параметров конфигурации и других редко изменяющихся значений, чего так не хватало микроконтроллерам LM3S.

InstaSPIN-BLDC Solution

TI объявила о создании новейшей технологии управления электроприводами — InstaSPIN-BLDC. Нацеленная на BLDC-приложения с низкой стоимостью, она не нуждается в датчиках. Тестирование новой технологии на более чем 50 различных типах электродвигателей показало ее эффективность: все двигатели были запущены и вышли на нормальный режим работы за время, не превышающее 20 с. InstaSPIN-BLDC не требует знаний о параметрах работы конкретного электродвигателя, и необходима подстройка только одного меняющегося значения.

В отличие от других техник управления BLDC, не требующих наличия датчиков и основанных на синхронизации в момент перехода значений напряжения и тока через ноль, InstaSPIN-BLDC контролирует момент двигателя, чтобы определить, когда необходимо переключать обмотки. С помощью бесплатной графической оболочки GUI (рис. 10) пользователь может наблюдать за сигналом с электродвигателя на графике и устанавливать движок Flux Threshold, чтобы указать, при каком уровне момента необходимо коммутировать обмотки двигателя. Оптимальность коммутации можно проверить, наблюдая соотношение между фазами напряжения и тока, которые также отображаются.

 Графическая оболочка для управления электроприводами InstaSPIN-BLDC

Рис. 10. Графическая оболочка для управления электроприводами InstaSPIN-BLDC

Помимо возможности работать практически с любым BLDC-двигателем, InstaSPIN-BLDC демонстрирует высокую способность системы противостоять переходным процессам. При наблюдении за переходом через ноль всегда используется информация о предыдущих параметрах, что позволяет предсказать будущие события коммутации. Но в случае применения InstaSPIN-BLDC форма сигнала отслеживается в реальном масштабе времени, чтобы определить наилучший момент для коммутации. Резкие изменения скорости тут же будут отражены в форме сигнала таким образом, что при достижении заданной пороговой величины коммутация будет производиться в правильный момент времени.

Использование технологии InstaSPIN позволяет более правильно управлять электроприводом при низких оборотах. В отличие от сигнала момента, амплитуда сигнала ЭДС самоиндукции уменьшается на более низких оборотах, приводя к плохой производительности системы управления. InstaSPIN-BLDC допускает более плавное регулирование на низких оборотах и обеспечивает более надежный запуск электромотора даже при очень большой нагрузке.

Средство разработки controlSUITE

Бесплатное программное обеспечение для работы с периферией микроконтроллеров реального времени C2000 controlSUITE представляет собой комплексный набор элементов программной инфраструктуры и программных средств, которые значительно сокращают время разработки программного обеспечения. (рис. 11). В сontrolSUITE входят все необходимые инструменты, начиная с библиотек драйверов для различных периферийных устройств и вспомогательных программных модулей и заканчивая полноценными типовыми примерами для сложных системных приложений, которые могут использоваться на всех этапах разработки программного обеспечения и оценки его функционирования.

 Структура controlSUITE

Рис. 11. Структура controlSUITE

controlSUITE содержит большое количество документации, библиотек функций, примеров использования и готовых решений для микроконтроллеров на базе ядра C2000, для поддержания которых в актуальном состоянии имеется возможность постоянного онлайнового обновления.

Все примеры проектов можно одним «кликом» мыши открыть в интегрированной среде разработки CodeComposer Studio (v4.0 или 5.0) для компиляции и загрузки в целевую аппаратную платформу.

Наборы для управления электродвигателями на базе C2000

Корпорация TI выпускает ряд наборов разработчика для проектирования систем управления электроприводами на базе управляющих модулей в формате ControlCard с микроконтроллерами C2000. Краткие описания основных наборов разработчика приведены в таблице 5.

Таблица 5. Наборы разработчика систем управления электроприводами

Наименование Назначение Особенности
DRV8312-C2-KIT Демонстрационный набор для управления трехфазными бесщеточными электродвигателями DRV8312 постоянного и переменного тока. Материнская плата трехфазного инвертора DRV8312
с управляющей картой Piccolo F28035 controlCARD, запрограммированной на управление двигателями через GUI.
TMDS1MTRPFCKIT Набор для разработчиков систем управления двигателями и корректоров коэффициента мощности. Векторное управление одним двигателем и интегрированный ККМ,
использующий один F28035.
TMDS2MTRPFCKIT Набор для разработчиков сдвоенных систем управления двигателями и корректоров коэффициента мощности. Векторное управление двумя двигателями и интегрированный ККМ,
использующий один F28035.
TMDSHVMTRPFCKIT Набор для разработки систем управления двигателями
и корректора коэффициента мощности (PFC) высокого напряжения.
Цифровое управление двигателями мощностью до 1,5 кВт
и коррекцией коэффициента мощности до 700 Вт при помощи одного Piccolo.
DRV8412-C2-KIT Набор для управления низковольтными коллекторными двигателями постоянного тока и шаговыми двигателями. Материнская плата блока питания DRV8412 (два полумоста 6 А ном. / 12 А пик. при 50 В) с управляющей картой Piccolo F28035 controlCARD, запрограммированной на управление всеми двигателями через GUI; эмуляция XDS100 с гальванической развязкой
и последовательный коммуникационный порт. Два коллекторных двигателя (38 мм).
Один шаговый двигатель (23Y кв.). 24-В источник питания. Интегрированная среда разработки CCStudio v4.x; ПО, документация на оборудование (схемы, файлы gerber, спецификации).

Наборы разработчика на базе Stellaris

Набор разработчика DK-LM3S-DRV8312 для управления трехфазным бесщеточным двигателем постоянного и переменного тока на базе микроконтроллера Stellaris предлагает все необходимые аппаратные и программные инструменты, которые позволяют инженерам разрабатывать и макетировать встраиваемые приложения «из коробки». Набор содержит различный инструментарий для популярных сред разработки для ознакомления с микроконтроллером, документацию, полный дистрибутив пакета разработчика StellarisWare Firmware Development Package и необходимый набор кабелей.

DK-LM3S-DRV8312 спроектирован на базе микроконтроллера LM3S818, хорошо зарекомендовавшего себя в наборе RDK-ACIM.

Наборы референс-дизайнов на базе Stellaris

Корпорация TI выпускает законченные, открытые наборы референс-дизайнов, в состав которых входит прикладной модуль на базе микроконтроллера Stellaris, полный комплект кабелей, двигатели, адаптеры, ПО и конструкторская документация для демонстрации функциональных особенностей приложения (для полноценной демонстрации устройства, извлеченного из коробки).

Данные наборы можно использовать как в целях ознакомления с периферийными модулями для управления электродвигателями различных типов, встроенными в микроконтроллеры семейства Stellaris, так и в качестве образцов законченных решений для управления теми или иными электродвигателями. Характеристики и области применения каждого из референс-дизайнов для управления конкретным типом электродвигателя приведены в таблице 6.

Таблица 6. Характеристики и области применения референс-дизайнов для управления электродвигателями

RDK-ACIM — референс-дизайн системы управления индукционным двигателем переменного тока
Возможные применения:
бытовые электроприборы;
управление двигателями HVAC для стационарной и световой рекламы;
блоки управления промышленными трехфазными двигателями.
RDK-STEPPER — референс-дизайн системы управления шаговым двигателем
Возможные применения:
двух- и трехосевое оборудование для навигационных систем CNC;
оборудование для сортировки и отбора различных предметов;
принтеры и сканеры специального назначения.
RDK-BLDC — референс-дизайн системы управления бесколлекторным двигателем постоянного тока с интерфейсом CAN/Ethernet
Возможные применения:
малогабаритные приборы;
электрифицированные инвалидные кресла и переносные устройства;
насосные и вентиляционные системы.
RDK-BDC — референс-дизайн системы управления коллекторным двигателем постоянного тока с интерфейсом CAN
Возможные применения:
малогабаритные приборы;
электрифицированные инвалидные кресла и переносные устройства;
насосные и вентиляционные системы.

Заключение

Микроконтроллеры реального времени семейства С2000 продолжают развиваться. Для ускорения разработок и времени выхода на рынок корпорация TI продолжает расширять номенклатуру демонстрационных и отладочных плат для них. Модули в формате DIMM позволяют с минимальными затратами переносить отлаженные решения на целевые платформы.

Ставшее привычным для многих разработчиков систем управления семейство микроконтроллеров Stellaris продолжает пополняться новыми микросхемами. Лучший для создания систем управления электроприводами малой и средней мощности с интерфейсом RS-485 микроконтроллер LM3S818 получил свою вторую жизнь благодаря новому набору разработчика DK-LM3S-DRV8312 от TI.

Комбинация отлаженных алгоритмов обмена данными для ядра M3 и алгоритмов управления для ядра C28, а также грамотно построенный интерфейс межпроцессорного взаимодействия в микроконтроллерах Concerto позволяют утверждать, что они найдут достойное применение для модернизации существующих и проектирования новых систем управления электроприводами.

Корпорация Texas Instruments предлагает конкурентоспособные микроконтроллеры для встраиваемых приложений, а также средства разработки и отладки для них, позволяющие значительно сократить время проектирования устройств управления и сделать процесс разработки и отладки более комфортным.

Литература

  1. Stellaris ARM Cortex-M-based Microcontrollers. http://www.ti.com/lsds/ti/microcontroller/arm_stellaris/overview.page
  2. Stellaris ARM CortexTM-M Microcontrollers Brochure. http://www.ti.com/lit/pdf/slab054
  3. 32 bit Real-time C2000 Microcontrollers. http://www.ti.com/lsds/ti/microcontroller/32-bit_c2000/overview.page
  4. C2000TM Real-Time Microcontrollers Brochure. http://www.ti.com/lit/pdf/sprb176
  5. 28x + ARM Cortex M3 Concerto Series. http://www.ti.com/mcu/docs/mcuproductcontentnp.tsp?sectionId=95&familyId=2049&tabId=2743#
  6. C2000 Concerto Microcontrollers Brochure. http://www.ti.com/lit/pdf/sprb203
  7. Motor Control Solutions Brochure. http://www.ti.com/litv/pdf/slyb165d
  8. Stellaris ARM Cortex-M-based Microcontrollers Tools Overview. http://www.ti.com/lsds/ti/microcontroller/arm_stellaris/kits_modules.page
  9. 3-Phase Brushless DC and AC Motor Control Kit (DK-LM3S-DRV8312). http://www.ti.com/tool/dk-lm3s-drv8312
  10. Stepper Motor Reference Design Kit (RDK-STEPPER) http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/rdk-stepper.html
  11. AC Induction Motor Reference Design Kit (RDK-ACIM) http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/rdk-acim.html
  12. Brushless DC Motor Reference Design Kit (RDK-BLDC) http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/rdk-bldc.html
  13. Brushed DC Motor Reference Design Kit (RDK-BDC) http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/rdk-bdc.html
  14. Brushed DC Motor Control with CAN Reference Design Kit (RDK-BDC24) http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/rdk-bdc24.html
  15. Stellaris ARM Cortex-M-based Microcontrollers Software. http://www.ti.com/lsds/ti/microcontroller/arm_stellaris/code_examples.page
  16. StellarisWare software. http://www.ti.com/tool/sw-lm3s
  17. C2000 Hardware Development Tools Overview. http://www.ti.com/lsds/ti/microcontroller/32-bit_c2000/tools.page
  18. High Voltage PFC and Motor Control Developer’s Kit (TMDSHVMTRPFCKIT). http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/tmdshvmtrpfckit.html
  19. DRV8312 Three-Phase Brushless Motor Control Kit (DRV8312-C2-KIT) http://focus.ti.com/docs/toolsw/folders/print/drv8312-c2-kit.html
  20. Low Voltage Brushed DC and Stepper Motor Control Kit (DRV8412-C2-KIT). http://www.ti.com/tool/drv8412-c2-kit
  21. DRV8301 Three-Phase BLDC & PMSM Motor Control Kit (DRV8301-HC-C2-KIT). http://www.ti.com/tool/drv8301-hc-c2-kit
  22. DRV8302 Three-Phase BLDC & PMSM Motor Control Kit (DRV8302-HC-C2-KIT). http://www.ti.com/tool/drv8302-hc-c2-kit
  23. Dual Motor Control and PFC Developer’s Kit (TMDS2MTRPFCKIT). http://www.ti.com/tool/drv8302-hc-c2-kit
  24. Motor Control and PFC Developer’s Kit (TMDS1MTRPFCKIT). http://www.ti.com/tool/tmdshvmpptkit
  25. controlSUITE Software. http://www.ti.com/mcu/docs/mcuproductcontentnp.tsp?sectionId=95&familyId=916&tabId=2656
  26. InstaSPIN-BLDC Solution. http://www.ti.com/ww/en/motor_drive_and_control_solutions/motor_control_instaspin_inside_bldc.htm
*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2012_03_42.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо