ブラシレスDCモーターの利点と課題解決例：ブラシ付きモーターに置き換わりつつある（3/4 ページ）

ブラシレスDC（BLDC）モーターは、その技術的優位性と高効率性により、多くの既存アプリケーションにおいてブラシ付きモーターに置き換わりつつある。BLDCモーターの利点を紹介するとともに、制御が複雑なBLDCモーターへの移行課題を解決する１つの例を紹介する。

[Adriano De Rosa（Micronas），EDN]

ハードウェアとソフトウェアの相互作用および回路ソリューション例

　モーション制御システム内部でハードウェアとソフトウェアの効果的な相互作用ができるかどうかは、利用可能なチップ周辺機能にどのような機能があるかに依存する。表2は、図2に示すシステムを、センサーレス6ステップ転流方式の採用とともに、回転数と電流の制御、診断と通信スタックの機能も組み込んで実現するためのアプローチをまとめたものだ。ソフトウェアアーキテクチャは、例えば、割り込み付きの単純ラウンドロビンでよい。

表2 周辺機能の概要

機能	予備機能	周辺ブロック	インターラプト	備考
システム全体およびバックグラウンドでのタスク	ソフトウェアタスクの周期コール	CPU／ソフトウェア、タイマー／ARM SYSTICK	タイマー／ARM SYSTICKタイマー	周期的なタスクの実行用
モーター制御	モーター駆動／モーターステートマシン	MOUTｘ、EPWM、BEMFC、CAPCOM	EPWM、BEMFC、CAPCOM	通信、PWM変調、アクティブ／パッシブフリーホイーリング、逆起電圧の評価
	RPMおよび電流制御	タイマーまたはEPWM	タイマーまたはEPWM	モーターステートマシン内での周期的タスク
	モーター電流の測定	ADC	EPWM、ADC	電流サンプリング時間によるEPWMによってトリガーされるIRQ
	トルク生成を維持するための定電流	8ビットDAC、EPWM	−	非セルフロックギア上で使用できるようになる。HVCF 4223Fは、この目的のために、“電流制限”機能を補償する。
診断および監視	ストール検知	ADC	ADC	ADCの測定を介した周期的タスク
	低電圧／過電圧	MON／BVDD、コンパレータ	OV／UVインターラプト	電源をモニタリングするための周期的タスク
	温度管理用の周期測定	ADC	タイマー	θJとθAのモニタリング。内部の温度センサーは、ADCで読み取れる。外部のNTCは、ADCによってLGPIOポートを経由する
	プログラムフローの監視	デジタルウォッチドッグおよびウィンドウウォッチドッグ	−	プログラムフローのモニタリング。独立して搭載された補助オシレーターの時間をベースにした、ウィンドウウォッチドッグ
	診断データの保存	NVRAM	−	例）カウンターのように周期的に変動するミッションデータの保存。ソフトウェアのバージョンのように、一度のみ変更されるデータの保存
通信	LINバスのソフトウェアスタック	LIN-UARTおよびLINポート	LIN-UART	LIN2.xの仕様による
［略記］ADC=A-Dコンバーター／BEMFC＝Back Electromotive Force Comparator／CAPCOM=Capture Compare Timer／EPWM=Enhanced Pulse-Width Modulator／LIN=Local Interconnect Network／MON=Supply Monitoring Pin／MOUTx=搭載されたモーターブリッジの端子

図2 BLDCモーター使用のシステム例

　このシステムに対する基本回路ソリューションの概要を図3に示す。モーター用の外部部品数は最少12個まで減少する（図3内の表を参照）。特別なシステムESDおよび／あるいはEMC要求がある場合は、例えば、DC給電リンクあるいはLIN信号パスにフェライトビーズなど幾つかの付加部品が必要だ。

図3　基本回路ソリューション