Infineon IMC300 SoC、ARM Cortex-M0 MCU統合でフレキシブルなモーター制御を実現

エネルギー変換効率は現代エレクトロニクス設計の基盤です。電動モーターシステムでは、この効率が2度挑戦されます: まず、コントローラーを駆動する電気エネルギーを生成する必要があり、次に、それを機械的トルクに変換する必要があります。モーター関連ノイズの排除は、エンジニアが直面する最も頻繁なハードルの1つです。

今日、メーカーはモーター制御ユニットをオプションのアドオンではなく、コア機能ブロックとして扱います。この傾向は、家電製品に見られる排水ポンプやファンなどの補助システムに明確です。Infineon Technologiesは、インバータアプリケーションを合理化し、R&DコストとBOM複雑性を削減する、幅広いディスクリート部品と統合ソリューションを提供しています。

新しいIMC300は、InfineonのiMOTION Motion Control Engine（MCE）とARM® Cortex-M0マイクロコントローラーを組み合わせ、多様なアプリケーションに適応する柔軟な可変速ドライブソリューションを提供します。

コントローラー

モーターの速度と方向を制御するには、モータータイプとその動作モードを理解する必要があります。モーターコントローラーは、始動/停止、方向変更、速度調整、トルク、過電圧保護を管理する必要があります。歴史的に、このような制御は高電圧と大電流のためディスクリート部品に依存していました。現代のエンジン制御は、高度なソフトウェアアルゴリズムとパワーエレクトロニクスハードウェアを組み合わせた効率的なマイクロエレクトロニクスソリューションに焦点を当てています。

iMOTIONテクノロジー

iMOTIONは、認定済みモーター制御アルゴリズムをハードウェアに組み込み、オプションで力率補正（PFC）を含むInfineonの製品ファミリを表します。これらのソリューションは、単純なモーター設定を超えて拡張することが多い、顧客固有のアプリケーションに必要な柔軟性を提供します（図1参照）。

図1: iMOTIONドライブのモーター制御への統合（画像: Infineon Technologies）

iMOTION ICは、DCシャント電流測定またはDC接続を使用した磁界方向制御（FOC）に必要なすべての制御とアナログインターフェース機能を統合。Infineonの特許アルゴリズムがカスタムモーター制御コーディングの必要性を排除します。

これらのソリューションは、ファンなどの家電製品と小型ドライブに最適で、コントローラー、SmartDrive、SmartIPMデバイスを組み合わせます。

SmartDriveデバイスはゲートドライバー（MOSFETまたはIGBT）を統合し、SmartIPMファミリはMCE、ゲートドライバー、三相フルブリッジを単一のコンパクトなPQFNパッケージに結合することで最高レベルの統合を達成します。

可変速モーター制御システムをターゲットとし、IMC300ファミリはユーザープログラマブルマイクロコントローラーを組み込みます（図2参照）。デュアルコアアーキテクチャが、必要なハードウェア、ファームウェア、ユーザーコードを統合し、永久磁石同期モーター（PMSM）を最小限のシステムと開発コストで制御します。

図2: iMOTION Motion Control EngineとARM Cortex-M0の図と機能（画像: Infineon Technologies）

IMC300の保護機能には、過電圧/不足電圧、過電流、過温度、モーターゲートキル、ローターロック、故障報告、最小デッドタイム、シュートスルーが含まれます。制御機能には、正弦波FOC、センサード/センサーレス動作、三相/二相変調、磁界弱め、ゼロベクトルブレーキ、統合PFC、ブートストラップサポートが含まれます。

IMC300とその前身IMC100は、同じMCE 2.0コアを共有し、PFC制御、広範な保護、スクリプティングエンジンを備えたレディツーユースソリューションを提供します。

モーター制御にMCEを活用することで、顧客は組み込みARMマイクロコントローラーとは独立して動作するアプリケーションロジックに集中できます。このMCUは、システム機能、カスタム通信、ドライブ監視用の多用途ペリフェラルセットを提供（図3参照）。

図3: IMC300回路アプリケーション（画像: Infineon Technologies）

「目標は、顧客にとってモーター制御をターンキーにすることです」と、Infineon TechnologiesのiMOTION製品マーケティングマネージャー、Ingo Skuras氏。「電子的な可変速ドライブへの明確なシフトを見ています。当社ソリューションなら、通常30分〜1時間でプログラミングなしで設定・展開可能です。」

MCEは必要なハードウェア、ソフトウェア、保護機能をすべてカプセル化し、BOMを削減。年2回の新バージョンリリースで継続的に改良されています。

ADCやタイマーなどのペリフェラルに高度なアルゴリズムを組み込むことでCPU負荷を軽減。小型32ビットコントローラーと組み合わせると、解放されたCPU容量をアプリケーション固有タスクに専念できます。

iMOTIONコントローラーは生産環境向けに設計され、家電向け機能安全要件を満たし、市場横断的な準拠設計を可能にします。

IMC300デバイスは、UL/IEC 60730 Class Bの機能安全で事前認証済みです。