Kinetis KV1x — новое семейство микроконтроллеров на базе ядра ARM Cortex-M0+ для управления бесколлекторными двигателями постоянного тока

Микроконтроллеры KV1x с ядром ARM® Cortex®-M0+, работающим на частоте до 75 МГц, с блоками деления и вычисления квадратного корня, позволяют существенно увеличить производительность по сравнению с аналогичными приборами в приложениях с интенсивными вычислениями, таких как схемы управления бесколлекторными двигателями и синхронными двигателями на постоянных магнитах.

Дополнительно устройства содержат два АЦП с частотой дискретизации до 1.2 MSPS (млн. выборок в сек.), множество таймеров для управления двигателями с функцией детектирования ошибки, а также FLASH-память объёмом до 32 КБ. Микроконтроллеры KV1x поддерживаются пакетом разработки программного обеспечения, содержащего ресурсы компании Freescale и сторонних производителей, примеры разработок, программные библиотеки и средства конфигурации двигателей.

Внутренняя архитектура микроконтроллеров Kinetis KV1x

Современные системы сенсорного и бессенсорного управления электродвигателями нуждаются в применения микроконтроллера и требуют точного измерения скорости вращения и положения параллельно с обработкой задач общего назначения в системе. Ресурсов микроконтроллера должно быть достаточно для поддержки широкого спектра алгоритмов управления различными электродвигателями – от обычных бесколлекторных (BLDC) до усовершенствованных вентильных электродвигателей (PMSM) и асинхронных двигателей переменного тока. Микроконтроллеры также должны иметь высокоскоростные/прецизионные АЦП и модули ШИМ для быстрого захвата сигналов и ответа на изменения контролируемых параметров. Кроме того, разработчики должны иметь доступ к интуитивно понятным программным инструментам, которые позволяют создавать и настраивать свои алгоритмы управления быстро и эффективно.

Возможности быстрой обработки сигналов и данных микроконтроллеров серии Kinetis V в сочетании с программным комплексом Kinetis Motor Suite обеспечивают единую аппаратно-программную платформу для разработки рентабельных масштабируемых систем управления электродвигателями. Теперь разработчики оборудования с электродвигателями, от насосов до робототехники, получат дополнительный выигрыш в виде повышенной эффективности, надежности и бесшумной работы оборудования.

Семейство Kinetis KV4x является флагманом серии Kinetis V и ориентировано на системы преобразования электроэнергии с цифровым управлением и системы управления PMSM и ACIM электродвигателями, требующие надежного динамического управления. Разработанные для оптимальной производительности, микроконтроллеры включают в себя ядро ARM Cortex-M4, работающее на частоте 150 МГц, модуль арифметики с плавающей точкой и Flash-память программ объемом до 256 Кбайт с 128-битным интерфейсом доступа, который сводит к минимуму время ожидания процессора. Наличие до 30 каналов таймеров, 12 из которых являются выходами модуля ШИМ eFlexPWM с расширенным функционалом, обеспечивают широкий набор функций управления несколькими трехфазными электродвигателями, включая управление «мертвым» временем, составление комплементарных пар ШИМ, полупериодную перезагрузку и определение неисправностей. Для контроля скорости/положения могут использоваться два 12-разрядных АЦП со скоростью преобразования до 1.9 млн. выборок в секунду, которые могут синхронизироваться с любым периферийным модулем микроконтроллера, подключенным к внутреннему коммутатору (crossbar).

В семействе KV4x присутствуют микроконтроллеры для приложений цифрового управления импульсными источниками питания, встроенные модули ШИМ которых обеспечивают разрешение 300 пс, а быстродействие АЦП достигает 4.1 млн. выборок в секунду. Такие характеристики позволяют реализовать управление в реальном времени, гарантируя своевременный ответ системы на изменение контролируемых параметров. В общем случае микроконтроллеры семейства KV4x обладают высочайшим уровнем интеграции и могут предоставить до 30 выходов ШИМ и 38 каналов АЦП наряду с различными коммуникационными интерфейсами в миниатюрном 100-выводном корпусе LQFP.

Микроконтроллеры семейства Kinetis KV3x, также выполненные на ядре ARM Cortex-M4, предназначены для промежуточных приложений управления PMSM электродвигателями, поскольку максимальная рабочая частота составляет 100-120 МГц, объем встроенной памяти Flash/ОЗУ – до 512/96 Кбайт, а интегрированный интерфейс внешней шины позволяет расширить функционал.

Приборы семейства Kinetis KV1x являются микроконтроллерами начального уровня и выполнены на быстродействующем ядре ARM Cortex-M0+. При тактовой частоте 75 МГц и наличии аппаратных модулей деления и вычисления квадратного корня микроконтроллеры KV1x позволяют получить прирост производительности более чем на 25% в приложениях, требующих большого объема математических вычислений, по сравнению с другими микроконтроллерами своего класса. Высокая вычислительная мощность и миниатюрный корпус позиционируют микроконтроллеры KV1x как эффективное решение для приложений управления различными типами электродвигателей, которые в настоящий момент используют более крупные и дорогие 32-разрядные микроконтроллеры.

Программное обеспечение Kinetis Motor Suite

В традиционных решениях процесс настройки контура ПИД-регулирования основывается на методе проб и ошибок и требует углубленного изучения параметров электродвигателей, что в итоге приводит к изначально неоптимальной производительности системы и дальнейшего ее снижения с течением времени. Программная среда Kinetis Motor Suite предназначена для решения этих проблем, одновременно упрощая разработку, обеспечивая более предсказуемую реакцию системы и сокращая время выхода готового продукта на рынок.

В состав Kinetis Motor Suite входит три программных компонента для настройки, наблюдения и контроля системы управления электродвигателем:

• Kinetis Motor Tuner – компонент с графическим пользовательским интерфейсом для настройки параметров электродвигателя, обеспечивающий быструю и точную настройку контура ПИД-регулирования в течение нескольких минут.
• Kinetis Motor Observer – программное приложение предустановленное в микроконтроллер, которое позволяет настраивать параметры системы управления и вычислительных блоков с целью регулирования эффективности электродвигателя и инвертора, коэффициента мощности, пульсаций тока/момента и уровня шума.
• Kinetis Motor Manager – инструмент для контроля параметров, системных переменных и карты памяти микроконтроллера в реальном времени. В состав инструмента входит программный осциллограф с функцией отладки и сбора данных.

Дополнительно компания предоставляет несколько приложений для настройки электродвигателей, отладочные инструменты и аппаратные модули для отладочной платформы Tower System.

Отличительные особенности:

• Ядро Cortex-M0+ с тактовой частотой до 75 МГц и блоками деления и извлечения квадратного корня 

Улучшает производительность в приложениях, требующих большое множество математических расчётов (например, обработка алгоритма управления ориентации магнитного поля в бездатчиковых системах)
 

• Два 16-битных АЦП с двумя схемами выборки-хранения и частотой дискретизации до 1.2 MSPS в 12-битном режиме

Одновременное измерение тока и напряжения фазы, снижающее джиттер во входных значениях и повышающее точность системы
 

• Один 6-канальный и два 2-канальных программируемых таймера FlexTimer

Высокоточный ШИМ-модулятор со встроенной схемой корректора коэффициента мощности или декодера датчика скорости (декодер с увеличением счёта / датчик Холла)
 

• 12-битный ЦАП и два аналоговых компаратора

Детектирование перегрузок по току и напряжению, снижение числа внешних компонентов. Связь АЦП и аналоговых компараторов с модулем ШИМ и блоком программируемой задержки обеспечивает управление аппаратными средствами в масштабе реального времени
 

• Два сторожевых таймера

Соответствует требованиям стандарта по безопасности IEC 60730

Программная и аппаратная совместимость микроконтроллеров внутри всего семейства Kinetis V 
Легкая миграция между устройствами, высокая масштабируемость по уровню производительности, размеру внутренней памяти и набору периферии

Область применения:

• Бездатчиковые системы управления бесколлекторными двигателями постоянного тока
• Бездатчиковые системы начального уровня для управления синхронными двигателями на постоянных магнитах
  Компрессоры
• Насосы
• Бытовая техника 

Реклама на сайте

Последние новости

[06/02/2019] Конференция в МГТУ им. Баумана «Технологии разработки и отладки сложных технических систем» 2019

[09/05/2018] Грандиозная майская распродажа на Gearbest!

[16/05/2017] С 15 по 17 мая в магазине Gearbest проходит грандиозный флэшсейл

[10/05/2017] Так что же такое Спиннер?

[05/12/2016] Новый Год и Рождество с GearBest!

[29/09/2016] Всемирный День Интернета на GearBest