Jobb hagyományos gépkocsik és villanyjárművek építése digitális jelvezérlők használatával

Mind a hagyományos gépkocsik, mind a villanyjárművek temérdek elektronikus eszköz hatékony működésétől függenek, amelyeket a kényelmi funkcióktól a létfontosságú üzembiztonsági jellemzőkig terjedő területeken sok mindenre használnak. Ezek a különböző felhasználási területek, amelyek a követelmények széles skáláját képviselik, alapvetően megkövetelik ezen eszközöktől, hogy szélsőséges körülmények között is képesek legyenek működni, miközben megbízható, nagy teljesítményű, valós idejű választ adnak.

Ennek eredményeképpen a fejlesztőknek egyre nagyobb szükségük van egy olyan egységes, nagy teljesítményű, jól támogatott és méretezhető platformra, amelynek segítségével egyszerűsíteni lehet úgy a hagyományos gépkocsik, mint a villanyjárművek egyre szélesebb körének tervezését és fejlesztését.

Ez a cikk a Microchip Technology által gyártott digitális jelvezérlők (DSC) egyik termékcsaládját ismerteti, amelyek megfelelhetnek ezeknek a követelményeknek, és ismerteti ezeknek a DSC-knek a használatát a hagyományos gépkocsik és a villanyjárművek alapképességeit megvalósító referenciatervekben.

Az eltérő tervezési feladatok rugalmas megoldásokat igényelnek

Akár hagyományos, akár villanyjárműveket terveznek, a fejlesztőknek a felhasználási területek egyre bővülő listájával kell foglalkozniuk, beleértve az energiaátalakító alrendszereket, a járművön belüli vezeték nélküli töltést, a digitális világítási rendszereket és a villanymotor-vezérlő rendszereket, amelyek a viszonylag egyszerű léptetőmotoros megoldásoktól a villanyjárművek (EV-k) és hibrid villanyjárművek (HEV-k) összetett visszatápláló fékrendszereiig terjednek. Az üzembiztonság szempontjából létfontosságú követelmények mellett a kis helyigényre és az alkatrészigény csökkentésére vonatkozó elvárások is egyre fontosabbá válnak, mivel a járműgyártók egyszerre igyekeznek megfelelni a fogyasztói igényeknek és versenykényszernek is, ami egyre nagyobb biztonságot, kényelmet és teljesítményt, valamint a több funkciót követel meg.

Válaszul ezekre a követelményekre az iparág már szinte minden járműalrendszerben erőteljesen a digitális megoldások felé fordult. A hagyományos személygépkocsik alrendszerei már most is a közforgalmi repülőgépekéinél négyszer több szoftverkódot futtató mikrovezérlőkre (MCU) támaszkodnak^[1].

A növekvő kereslet és a versenynyomás miatt azonban a régebbi mikrovezérlőkre épülő megoldások már nem képesek megfelelni a gépjárműtervezők előtt álló követelmények sokaságának. Az egyre elektronikusabbá váló alrendszerekben és az azokhoz kapcsolódó nagyfeszültségű egyenáram-átalakítókban – különösen a villanyautókban – szükséges különböző áramsínek iránti igény kifinomultabb digitális vezérlési képességeket igényel. Más felhasználási területek, mint például a mobil eszközök járművön belüli vezeték nélküli töltése, rengeteg teljesen új tervezési követelményet támasztanak az egyre több fogyasztói eszközbe beépített, ágazati szabványnak számító villamosenergia-vevőkkel kompatibilis többtekercses, vezeték nélküli villamosenergia-adókkal szemben. A járművilágítás tervezésénél olyan műszaki jellemzőkkel kell foglalkozni, mint a fényerő szabályozása, a színhőmérséklet, az alkatrészek öregedése és egyéb jellemzők, hogy nagyobb fényerejű fényszórókat, kellemes színeket kapjunk, és fényerősség-szabályozó funkciókat lehessen használni a műszerfalról. Végül pedig precíziós, digitális vezérlésű villanymotorok vannak ma már a hagyományos járművek nagy részében is amellett, hogy természetesen a villanyjárművek működésének alapját képezik.

A Microchip Technology dsPIC33 digitális jelvezérlő (DSC) termékcsaládját kifejezetten ezeknek a különféle követelményeknek a kielégítésére tervezték. A termékcsalád különböző tagjai egyedi funkciókkal rendelkeznek. A termékcsalád legújabb tagja, a dsPIC33C a kifinomultabb alkalmazásokra vágyó fejlesztők kedvéért kibővíti a dsPIC33E és dsPIC33F DSC-k teljesítményét és képességeit.

A digitális jelfeldolgozó processzormagra (DSP) épülő DSC-k a mikrovezérlő (MCU) egyszerűségét ötvözik a DSP teljesítményével, hogy megfeleljenek a nagy teljesítménnyel, kis késleltetéssel és valós idejű képességekkel szemben támasztott egyre nagyobb követelményeknek, és közben kicsi legyen a hely- és külsőalkatrész-igényük. A fejlesztők a Microchip dsPIC33 fejlesztői kártyák, referenciatervek és szoftveres fejlesztő eszközök egymáshoz kapcsolódó kiterjedt választékát használva támaszkodhatnak a dsPIC33 termékcsalád különböző tagjaira, hogy terveiket a hagyományos gépkocsik és a villanyjárművek alapjait képező különféle alkalmazási területeken szükséges eszközök megvalósításához méretezzék.

Hatékonyabb hardveralap a hagyományos gépkocsik és a villanyjárművek terveihez

A Microchip dsPIC33C termékcsaládját kifejezetten arra tervezték, hogy csökkentse a késleltetési időt, és gyorsítsa a számos autóipari alrendszer alapjául szolgáló nagy sebességű, szoftveralapú digitális vezérlőhurkok végrehajtási sebességét. E képességek biztosítása érdekében ezek az eszközök egy DSP-motort, nagy sebességű regisztereket és szorosan összekapcsolt perifériákat tartalmaznak, beleértve több analóg-digitális átalakítót (ADC), digitális-analóg átalakítót (DAC), analóg komparátorokat és műveleti erősítőket.

Az olyan jellemzők, mint a DSP-motor egyciklusú 16 × 16-os szorzó-tároló (MAC) egysége 40 bites tárolóval, a nulla meddő terhelésű hurok és a helyiérték-eltoló (barrel shifter) biztosítják a digitális vezérlőhurkok nagy végrehajtási sebességét. Az olyan perifériás képességek, mint a 150 ps (pikomásodperc) felbontású impulzusszélesség-modulátorok (PWM), a beolvasó/összehasonlító/PWM (CCP, capture/compare/PWM) időzítők, a perifériás indítójel-generátor és a felhasználó által programozható logikai cella, lehetővé teszik a precíziós szabályozási hurkok illesztőfelületeinek független működését.

Ezeknek az eszközöknek az egy lapkán megvalósított számos funkciójához mindössze 5 × 5 mm-es tokméret tartozik, ami segít a fejlesztőknek a minimális hely- és külsőalkatrész-igény elérésében, hogy megfeleljenek az élenjáró autóipari rendszerek által a minél kisebb eszközökkel szemben támasztott követelményeknek. A gépjárműipari tervezést tovább egyszerűsítve ezek az eszközök több kommunikációs illesztőfelületet is támogatnak, köztük a fejlett autóipari rendszerekben használt CAN vezérlőhálózatot, LIN helyi összekötő hálózatot és digitális multiplexet (DMX). Emellett ezek az eszközök különböző memóriaméretekkel, egy- és kétmagos kialakításban is kaphatók, így olyan méretezhető megoldást nyújtanak, amelyre a fejlett hagyományos gépkocsikhoz és a villanyjárművekhez szükség van.

Ezek az alkatrészek, amelyeket zord gépjárműipari környezetbe szántak, AEC-Q100 Grade 0 minősítésűek, és képesek megfelelni a motorháztető alatti működés szigorú követelményeinek, ráadásul a szokásosnál nagyobb, –40 °C és +150 °C közötti hőmérséklet-tartományban. A létfontosságú gépjárműipari tervezések szempontjából az a legfontosabb, hogy a dsPIC33 termékcsalád egyes tagjai üzembiztonsági szempontból készen állnak arra, hogy megkönnyítsék a biztonsági előírásoknak való megfelelést, beleértve az ISO 26262 (ASIL A vagy ASIL B), IEC 61508 (SIL 2) és IEC 60730 (B osztály) szabványt. A dsPIC33 termékcsalád ezen tagjai speciális hardveres biztonsági funkciókat is tartalmaznak, beleértve a szoftverállapot-figyelő (deadman) időzítőt, a felügyeletidőzítőt (watchdog), a hibatűrő órajelfigyelést, a véletlen hozzáférésű memóriát (RAM), a beépített önellenőrzést (BIST) és a hibajavító kódot.

A szoftverfejlesztéshez a Microchip cég MPLAB XC C-fordítói az üzembiztonságot illetően TÜV SUD tanúsítvánnyal rendelkeznek, és egyes esetekben diagnosztikai szoftverkönyvtárak is rendelkezésre állnak. Ezen túlmenően a Microchip biztosítja a kapcsolódó hibaüzemmód-, hatás- és diagnosztikai elemzési (FMEDA) jelentéseket és biztonsági kézikönyveket, amelyekre a biztonsági tanúsítási folyamat részeként van szükség.

Az üzembiztonsági tanúsításhoz szükséges hardveres biztonsági funkciók és fejlesztési képességek csak egy részét képezik a dsPIC33-ra épülő tervezést támogató gazdag fejlesztési ökoszisztémának mind a hagyományos gépjárművek, mind a villanyjárművek esetében. A Microchip az MPLAB X integrált fejlesztőkörnyezetére (IDE) építve egyedi tervezőeszközök és könyvtárak széles választékát kínálja a különböző felhasználási területekhez az alább felsoroltak szerint.

A Microchip a dsPIC33 termékcsaláddal való fejlesztés további felgyorsítása érdekében a dsPIC33 fejlesztői kártyák gazdag választékát, valamint letölthető tervezési forrásokat, köztük tanulmányokat, felhasználásismertető jegyzeteket és referenciaterveket kínál. Ezek között a források között számos dsPIC33C-referenciaterv foglalkozik a hagyományos gépkocsikon és villanyjárműveken szokványos több kulcsfontosságú felhasználási területtel, beleértve a vezeték nélküli töltést, a digitális világítást, az áramátalakítást és a villanymotor-vezérlést. A dsPIC33C DSC adott területeken történő használatának bemutatása mellett ezek a referenciatervek és a kapcsolódó szoftverek kiindulópontként szolgálhatnak más egyedi tervek megvalósításához.

Precíziós digitális vezérlőhurkok megvalósítása áramátalakításhoz

A vezérlőhurkok a hagyományos gépkocsikon és villanyjárműveken megszokott számos megoldás középpontjában állnak, és az egyik legkritikusabb felhasználási területük ezekben a megoldásokban az alapvető szükségletnek számító áramátalakítás. A hatékony egyenáram-átalakítás továbbra is fontos a hagyományos gépkocsikban, és elengedhetetlen a nagyfeszültségű villany- és hibrid villanyjárművekben. Ezekben a rendszerekben a 200–800 V-os akkumulátorfeszültséget biztonságosan és hatékonyan le kell csökkenteni a külső és belső világításnak, valamint az ablaktörlők, ablakok, ventilátorok és szivattyúk motorjainak működtetéséhez szükséges 12 vagy 48 V-os szintre.

Egy 200 W-os rezgőkörös vagy más néven rezonanciás LLC (három reaktív elem: két induktív és egy kapacitív) egyenáram-átalakító referenciatervében^[2] egyetlen dsPIC33 eszköz teszi lehetővé a kapcsolóüzemű áramátalakítást kis méretben, az egyik beépített PWM-et használva a vezérlőhurok félhídba kapcsolt MOSFET-jeinek vezérlésére (1. ábra).

1. ábra: A Microchip Technology rezonanciás LLC egyenáram-átalakítójának referenciaterve egyetlen dsPIC33 DSC-re támaszkodik az áramátalakító szerkezetének alapját képező vezérlőhurok digitális vezérléséhez (kép: Microchip Technology)

A 2. ábrán a rezgőköri transzformátor leválasztja a primer oldali nagyfeszültséget (fekete vonalak) a szekunder oldali MOSFET-vezérlők (D) 12 V-os tápellátásáról (kék vonalak), valamint a dsPIC33 DSC és más analóg alkatrészek (A) 3 V-os tápellátásáról.

2. ábra: A dsPIC33 DSC speciális perifériáival segít egyszerűsíteni a tervezést és csökkenteni a külső alkatrészek számát, itt saját beépített PWM-jeit és perifériás funkcióit használva a külső MOSFET-ek (D) és más analóg (A) alkatrészek vezérlésére (kép: Microchip Technology)

Ebben a tervben a dsPIC33 egy alapszintű megszakításvezérelt szoftveres megoldást használ a digitális vezérlőhurok vezérlésére. Itt egy analóg-digitális átalakítós (ADC) megszakítást használnak a szoftveres arányos-integrál-derivált (PID) vezérlőben használt kimeneti feszültség elérésére. Egy másik ADC megszakítás a hőmérséklet érzékelését támogatja, a dsPIC33 analóg komparátorai pedig a túláram- és túlfeszültség-eseményérzékelést. Valójában a PID-szabályozási folyamat és az ahhoz kapcsolódó vezérlőhurok-vezérlési feladatok végrehajtása rengeteg feldolgozási teljesítményt hagy a belső szabályozási és felügyeleti feladatokra, beleértve a hőmérséklet-ellenőrzést, a hibaellenőrzést és a kommunikációt, mindezt egy egyenes firmware-feldolgozási szekvencia keretében (3. ábra).

3. ábra: A dsPIC33 DSC-k nagy teljesítményű DSP-motorja és szorosan összekapcsolt perifériái lehetővé teszik a fejlesztők számára, hogy egyszerűbb kóddal, könnyedén alakíthassanak ki összetett digitális vezérlőköröket (kép: Microchip Technology)

Azon fejlesztők kedvéért, akik egyedibb digitális áramellátási megoldásokat szeretnének létrehozni, a Microchip Digital Power Design Suite tervezői csomag az elvi elgondolástól a cél dsPIC DSC firmware előállításáig támogatja a tervezést. A dsPIC DSC hardveres képességeire építve a fejlesztők a csomag Digital Compensator Design Tool (DCDT) eszközét használhatják a vezérlőhurkok elemzéséhez, az MPLAB Code Configurator (MCC) eszközt pedig a Microchip Compensator Libraries (4. ábra) optimalizált assembly kódú függvényeit használó programkód előállításához.

4. ábra: A fejlesztők a Microchip átfogó eszközláncára támaszkodva felgyorsíthatják a digitális áramellátó alrendszerek alapját képező optimalizált szoftveralapú vezérlőhurkok fejlesztését (kép: Microchip Technology)

Akár szabványokon alapuló eszközöket, például vezeték nélküli villamosenergia-adókat építenek, akár összetettebb egyedi eszközöket készítenek, a hagyományos gépkocsikba és villanyjárművekbe szánt vezérlőhurok-alkalmazások tervezőinek olyan kisméretű megoldásokat kell kialakítaniuk, amelyek az alapvető képességeken, például a hibafigyelésen túl további funkciókat is támogatnak. Egy másik referenciaterv egy egymagos dsPIC33CK DSC használatát mutatja be, amely számos funkciót kínál a digitálisan vezérelt áramátalakítás egy másik fontos területén, a vezeték nélküli villamosenergia-átvitelben.

Qi-kompatibilis vezeték nélküli villamosenergia-adók kialakítása

A Wireless Power Consortium (WPC) szervezetnek az okostelefonok és más mobil eszközök gyártói által széles körben elfogadott, az 5–15 W-os vezeték nélküli villamosenergia-átvitelre vonatkozó Qi szabványa lehetővé teszi a fogyasztók számára, hogy Qi-kompatibilis készülékeiket egyszerűen egy olyan felületre helyezve töltsék fel, amelyben beépített, a szabvánnyal kompatibilis vezeték nélküli villamosenergia-adó található. Az autók belső felületeibe beágyazott vagy harmadik féltől származó töltőként beszerezhető Qi vezeték nélküli villamosenergia-adók kényelmes módszert biztosítanak az okostelefonok töltésére, amely kiküszöböli a vezetékes áramellátás csatlakoztatásával járó rendetlenséget és az esetleges vezetés közbeni figyelemelvonó hatást. A Microchip Technology 15 W-os Qi vezeték nélküli villamosenergia-adójának referenciatervén^[3] látható, hogyan használható a dsPIC33 az ilyen típusú alrendszerek kialakításának egyszerűsítésére (5. ábra).

5. ábra: A dsPIC33 beépített perifériái a kulcsfontosságú vezérlési feladatok felgyorsítása érdekében önállóan is működhetnek, így a bonyolultabb eszközökben, például a vezeték nélküli villamosenergia-adókban marad feldolgozási kapacitás más feladatok elvégzésére is, amilyenek például a felhasználói felületek, a kommunikáció és a biztonság (kép: Microchip Technology)

A Microchip Technology egymagos dsPIC33CK256MP506 jelű DSC-jére épülő referenciaterv a DSC beépített képességeit használja a digitális vezérlőhurok megvalósítására. Bár ez a kialakítás a fentebb említett rezonanciás áramátalakítóban használt félhíd helyett teljes hidas topológián alapul, az eszköz a több PWM-je révén könnyedén megfelel ennek a pluszkövetelménynek.

A vezeték nélküli villamosenergia-adók általában több rádiófrekvenciás (RF) tekercset tartalmaznak a villamosenergia továbbítására, és ebben a konstrukcióban a hidas inverter egy multiplexeren (MUX) keresztül a három tekercs egyikéhez van csatlakoztatva. A teljes hidas inverterhez és a feszültségformázó bemeneti egységhez hasonlóan ez a kialakítás is teljes mértékben kihasználja a dsPIC33 beépített perifériáit a tekercs multipexerező kapcsolgatásainak vezérlésére.

A dsPIC33 beépített perifériái a Microchip MIC4605 és MP14700 kapuvezérlők vezérlése mellett a következőket végzik még:

• a töltést jelző világítódiódák (LED-ek) vezérlése egy Microchip MCP23008 I/O-bővítőn keresztül
• USB-csatlakozás biztosítása egy Microchip MCP2221A USB-híd eszközön át
• a WPC-kompatibilis biztonságos tárolás támogatása egy Microchip ATECC608 hitelesítőeszközzel, amelyet a Microchip engedélyes WPC-gyártó tanúsítványkiadóként (CA) biztosít
• ISO 2622 szintű üzembiztonságra alkalmas CAN-csatlakozás biztosítása a Microchip ATA6563 CAN rugalmas adatátviteli sebességű (FD) eszközzel

A referenciaterv emellett a Microchip MCP16331 feszültségcsökkentő átalakítóját és MCP1755 lineáris szabályozóját használja a kiegészítő akkumulátorteljesítmény támogatására.

A referenciaterv ezzel a viszonylag kis külsőalkatrész-igénnyel olyan Qi-kompatibilis megoldást kínál, amely a vezeték nélküli villamosenergia-adók összes kulcsfontosságú jellemzőjével rendelkezik, beleértve a jó hatásfokot, a megnövelt töltési területet, a hasznos Z távolságot (az adó és a vevő közötti távolságot), az idegen tárgyak észlelését és a fejlettebb okostelefonokban használt többféle gyorstöltési megoldás támogatását. Erre a szoftveralapú kialakításra építve a fejlesztők könnyen kiegészíthetik az eszközt olyan képességekkel, mint az adó és a vevő közötti, saját fejlesztésű kommunikációs protokollok és a vezeték nélküli csatlakozási lehetőségek, amilyen például a Bluetooth.

Kisméretű digitális világítási megoldások létrehozása

A dsPIC33-ra épülő eszközök beépített funkciói különösen fontosak a hagyományos gépkocsikon és villanyjárműveken belüli olyan felhasználási területeken, amelyek a jármű külalakjának megzavarása nélkül igényelnek valamilyen kifinomult funkciót. A nagy fényerejű LED-ek megjelenése lehetővé tette a járműgyártók számára, hogy a külső fényszórók és a belső világítás nagyobb jelentőséget kapjanak a járművek külső megjelenésében.

Az ilyen világítási alrendszerek fejlesztőinek azonban jellemzően több funkciót kell kisebb méretbe préselniük, miközben támogatniuk kell az olyan ágazati szabványokat is, mint a DMX, amely közös kommunikációs protokollt biztosít a világítási eszközök láncolatainak vezérléséhez. A fent említett vezeték nélküli villamosenergia-adó tervéhez hasonlóan az alábbi kisméretű digitális világítási^[4] megoldás tervezése is a dsPIC33 beépített perifériáinak előnyeit használja ki (6. ábra).

6. ábra: A Microchip Technology dsPIC33 DSC-k lehetővé teszik a fejlesztők számára, hogy a járművekbe való észrevétlen beágyazáshoz szükséges kis hely- és külsőalkatrész-igény mellett összetett rendszereket készítsenek (kép: Microchip Technology)

Más digitális áramellátási megoldásokhoz hasonlóan ez a digitális világítási konstrukció is a dsPIC33 beépített PWM-jeit, analóg komparátorait és egyéb perifériáit használja ki ahhoz, hogy teljes, kisméretű digitális világítási megoldást nyújtson. A fentebb ismertetett tervekhez hasonlóan ez a digitális világítási megoldás is a dsPIC33 DSC feldolgozási teljesítményére és a perifériák önálló működésének képességére támaszkodik a szükséges külső eszközök – tápegységek, adó-vevő eszközök, LED-ek és egyéb eszközök – figyelése és vezérlése terén. Más Microchip-tervminták azt mutatják be, hogy hogyan kezelik a dsPIC33 DSC-k nagy teljesítményű feldolgozási képességük révén a bonyolultabb digitális vezérlőalgoritmusokat és fejlett villanymotor-vezérlő rendszereket.

Fejlett villanymotor-vezérlő rendszerek megvalósítása egyetlen dsPIC33 DSC jelvezérlővel

A dsPIC33 DSC jelvezérlők teljesítménye lehetővé teszi a fejlesztők számára, hogy egyetlen DSC-t használjanak az alapvető digitális vezérlőhurok és a különböző kiegészítő funkciók megvalósítására. A Microchip kétmotoros összeállítása^[5] azt mutatja be, hogy hogyan lehet érzékelő nélküli térirányvezérléssel (FOC) vezérelni egy állandó mágneses szinkronmotorpárt (PMSM) egyetlen egymagos dsPIC33CK DSC segítségével. Ennek a kialakításnak a kulcsa az egyes motorvezérlő csatornák – az 1. motorvezérlés (MC1) és a 2. motorvezérlés (MC2) – inverterére jutó PWM-jelek fáziseltolásában rejlik (7. ábra).

7. ábra: A nagy teljesítményű feldolgozásnak és a beépített perifériáknak köszönhetően egyetlen egymagos dsPIC33CK DSC képes támogatni két villanymotor motorvezérlését (kép: Microchip Technology)

Ebben a megközelítésben a dsPIC33CK jelvezérlő PWM-jei úgy vannak beállítva, hogy mindkét motorvezérlő csatornához a szükséges hullámformákat hozzák létre, és az optimális pillanatban külön analóg-digitális átalakítókat (ADC) indítsanak el. Amikor az egyes ADC-k befejezik a jel átalakítását, megszakítást adnak ki, amelynek hatására a dsPIC333CK lefuttatja a térirányvezérlésnek (FOC) az adott mért értékekhez tartozó algoritmusát.

Egy dsPI33CK DSC nagyobb teljesítményű villanymotor-vezérlő egységeket is képes kezelni. Egy nagy teljesítményű villanyrobogó (e-robogó) referenciatervében egy dsPIC33CK vezérli egy szénkefe nélküli egyenáramú (BLDC) motort vezérlő háromfázisú inverter több FET-jét és Microchip MIC4104 kapuvezérlőjét (8. ábra).

8. ábra: Az egymagos dsPIC33CK használatával a fejlesztők mindössze néhány további alkatrészt hozzáadva kialakíthatják egy e-robogó nagy teljesítményű villanymotor-vezérlő alrendszerét (kép: Microchip Technology)

Az e-robogó referenciaterve^[6] támogatja mind az érzékelő nélküli, mind az érzékelős üzemmódot, mivel képes a BLDC motor elektromotoros ellenerejének (BEMF) és a Hall-elemes érzékelő kimenőjelének figyelésére is. A 18 V és 24 V közötti bemeneti feszültségforrást használva a szerkezet 350 W legnagyobb kimeneti teljesítményt elérésére képes.

A Microchip a tervet tovább bővítve^[7] bemutatja, hogyan lehet a rendszert a villanyjárművekben (EV) és hibrid villanyjárművekben (HEV) használt visszatápláló fékezéssel kiegészíteni, hogy energiát lehessen visszanyerni azokban az esetekben, amikor a villanymotor a jármű akkumulátorának feszültségét meghaladó feszültségű elektromotoros ellenerőt hoz létre. Ekkor a kibővített terv egy további dsPIC33CK-érintkezőt használ a féktől érkező jel figyelésére. A fékezés érzékelésekor a dsPIC33CK először kikapcsolja az inverter magas oldali kapuit, hogy a visszanyert villamos energiát az egyenáramú sín feszültségénél magasabb szintre emelje, majd kikapcsolja az alacsony oldali kapukat, hogy az áram visszafolyhasson a forráshoz.

A fejlesztők ezt a megoldást többfunkcióssá bővíthetik, ha az egymagos dsPIC33CK jelvezérlőt a kétmagos dsPIC33CH jelvezérlővel helyettesítik. Egy ilyen kialakításban az egyik mag minimális kódváltoztatással kezelni tudja a BLDC motor vezérlését és a visszatápláló fékezés funkcióit, míg a másik mag további biztonsági funkciókat vagy magas szintű feladatokat végezhet. A kétmagos dsPIC33CH használatával a villanymotor-vezérlést fejlesztő és a berendezésfejlesztő csapatok külön dolgozhatnak, és zökkenőmentesen egyesíthetik vezérlésüket a DSC-n történő végrehajtáshoz.

A motorvezérlés egyedi terveihez a Microchip elérhetővé tette a motorBench Development Suite grafikus felhasználói felületű (GUI) eszközkészletet, amely segít a fejlesztőknek a kritikus villanymotor-paraméterek pontosabb megmérésében, a vezérlőhurkok hangolásában, valamint a Microchip Motor Control Application Framework (MCAF) és a Motor Control Library forráskódjának létrehozásában.

Összegzés

A Microchip Technology cég dsPIC33 digitális jelvezérlőit (DSC) használva a fejlesztőknek viszonylag kevés kiegészítő alkatrészre van szükségük ahhoz, hogy a hagyományos gépkocsikban és villanyjárművekben jellemző felhasználási területeken a digitális áramvezérlési megoldások széles skáláját valósítsák meg. Az egy- és kétmagos dsPIC33 DSC-k gazdag szoftvereszközkészlettel és számos referenciatervvel megtámogatva méretezhető platformot kínálnak optimalizált megoldások gyors kifejlesztéséhez többek között az áramátalakítás, a vezeték nélküli töltés, a világítás és a villanymotor-vezérlés területén.

Felhasznált forrásanyagok:

1. Dr. H. Proff és tsai, 2020. Software is transforming the automotive world (A szoftverek átalakítják az autóipart), Deloitte Insights
2. https://www.microchip.com/en-us/development-tool/DC/DC-llc-resonant-converter
3. https://www.microchip.com/en-us/solutions/power-management-and-conversion/intelligent-power/wireless-power/15w-multi-coil-wireless-power-transmitter
4. https://www.microchip.com/en-us/solutions/power-management-and-conversion/intelligent-power/digital-lighting-control-and-drivers
5. Dual Motor Control with the dsPIC33CK White Paper (Két villanymotor vezérlése a dsPIC33CK tanulmány felhasználásával)
6. http://aem-origin.microchip.com/en-us/solutions/motor-control-and-drive/applications-and-reference-designs/e-scooter-reference-design
7. https://www.microchip.com/en-us/application-notes/an4064