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Antriebssteuerung: Hardware contra Software

Antriebssteuerung: Hardware contra Software

In den frühen 1820er Jahren beobachtete der Wissenschaftler Michael Faraday als Teil seiner umfangreichen Studien über elektromagnetische Induktion, wie sich ein stromführender Draht um einen Magneten herum dreht. Von diesen ersten Anfängen haben sich Elektromotoren zu einem enormen weltweiten Geschäft entwickelt, von denen jährlich Milliarden Stückzahlen in den Bereichen Industrie-, Automobil- und Unterhaltungselektronik eingesetzt werden.

Obwohl die Energieeffizienz der Motoren im Laufe der Zeit immer weiter optimiert wurde, gibt es noch Verbesserungpotential. Dazu tragen Fortschritte bei den Motoren selbst als auch bei den ICs bei, die diese Motoren ansteuern.

Bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) bieten im Vergleich zu herkömmlichen (und zunehmend veralteten) bürstenbehafteten AC- und DC-Motoren erhebliche Vorteile in Sachen Zuverlässigkeit, Größe und Kosten. Infolgedessen wächst der Anteil an Antriebssteuerungen für BLDC-Motoren rasant. Eine Studie von Technavio prognostiziert bis zum Jahr 2020 ein zweistelliges Wachstum in diesem Segment. Da sie keinen Kommutator haben, benötigen BLDC-Motoren anspruchsvollere Steuerelektronik für die Drehmomentregelung.

Eine Vielzahl von Methoden und entsprechende Technologien wurden entwickelt, um diesen Anforderungen zu genügen. Im Laufe des letzten Jahrzehnts hat sich die Art und Weise, wie die Drehmomentregelung bei BLDC-Motoren erfolgt, stetig weiterentwickelt. Wegen des geräuschlastigen Betriebs und der begrenzten Genauigkeit wurde die trapezförmige Antriebssteuerung in vielen Fällen durch die glattere sinusförmige Steuerungstechnik ersetzt. Dies erfordert jedoch die Aufbereitung hochpräziser Rotorpositionsdaten, was folglich einen wesentlichen Datenverarbeitungsaufwand und somit eine Systemverzögerung verursachen kann. Dies wiederum kann die Effizienz des Motors bei höheren Drehzahlen beeinträchtigen.

Die feldorientierte Regelung (FOC) von BLDC-Motoren umgeht sowohl die Störgeräusche der Trapezsteuerung als auch die inhärente Ineffizienz der sinusförmigen Ansteuerung bei hohen Drehzahlen. Damit ist, unabhängig von der Drehzahl, ein hocheffizienter Betrieb möglich. Da die FOC eine sensorlose Antriebsregelung ist, ergeben sich Einsparungen in Bezug auf die Bauteilzahl, den Platzbedarf, das Gewicht und die Leistungsaufnahme. Die Herausforderung bei der FOC ist jedoch, dass die erfassten Statorstromsignale schnell in die erforderlichen Spannungssteuersignale umgewandelt werden. Geschieht dies per Software, kann die Datenverarbeitungslast des Motoransteuersystems sehr hoch ausfallen.

Anstatt einen datenverarbeitungslastigen, softwareorientierten Ansatz zu nutzen, bietet sich als Alternative, die bei Entwicklern hohes Interesse weckt, spezielle FOC-Hardware an. Bis dato war das Problem bei Hardware-basierten Lösungen dieser Art, dass ihnen die Flexibilität fehlte, die Entwickler benötigen, um die Betriebsparameter des Systems an die jeweiligen Anforderungen der Anwendung anzupassen. Deshalb mussten bisher stets Kompromisse eingegangen werden. Mit seiner Vector Engine (VE) konnte Toshiba diese Einschränkungen überwinden und bietet im Markt damit eine anpassungsfähige und hocheffiziente FOC-Motorsteuerungsplattform an, die nur relativ begrenzte Softwareressourcen erfordert.

Für weitere Details, wie Toshibas VE-Technologie dazu beiträgt, die Antriebssteuerung zu revolutionieren, klicken Sie bitte hier:

Click here to learn more about Toshiba's range of microcontrollers that use VE for motor control

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