L'obiettivo nella progettazione di SolexDrive era quello di creare il miglior circuito integrato possibile per il controllo degli iniettori di carburante di motori diesel e a benzina con emissioni eccezionalmente basse. In questa applicazione automobilistica, SolexDrive controlla amplificatori MOSFET esterni, che a loro volta sono collegati agli iniettori. Questi iniettori sono essenzialmente bobine attuatrici che operano con il massimo livello di precisione.
Potrebbe sembrare strano a prima vista che questo chip, nato da un'applicazione automobilistica così specializzata, faccia ora parte del portfolio di chip di EBV; tuttavia, EBV Elektronik è consapevole della forte domanda di mercato per interruttori progettati per il controllo di bobine di attuatori ad alta precisione. Questa domanda esiste non solo nel settore automobilistico, ma anche in una varietà di applicazioni industriali. Dopotutto, il principio fondamentale dei chip EBV è quello di aprire nuovi mercati e opportunità inesplorate; ed è proprio ciò che EBV Elektronik ha realizzato ancora una volta con SolexDrive.
Anche il settore delle bobine di attuatori industriali offre opportunità molto interessanti per SolexDrive. In questo segmento di mercato, il risparmio energetico non è ancora così critico come nel settore automobilistico, il che significa che le capacità di risparmio energetico offerte da SolexDrive, combinate con la sua maggiore precisione, forniscono ai clienti EBV un reale valore aggiunto.
Controllo continuo: non solo acceso o spento.
In molte applicazioni, era spesso possibile configurare una valvola solo come accesa o spenta. Un dosaggio preciso è molto difficile da ottenere con questo semplice regolatore digitale ON/OFF. In particolare, quando i regolatori digitali ON/OFF sono spenti, è molto facile che una piccola quantità della sostanza dosata (ad esempio, acqua o gas tecnico) fuoriesca attraverso la valvola. Ciò può comportare un dosaggio errato o un'usura non necessaria, con conseguenti costi aggiuntivi o un consumo eccessivo di risorse. I regolatori continui, invece, consentono una regolazione più precisa.
In passato, le bobine potevano essere controllate solo con una funzione ON/OFF; con SolexDrive, invece, la modulazione a larghezza di impulso (PWM) ad alta precisione consente un controllo preciso della bobina. A seconda dell'applicazione, ciò può significare il controllo di una bobina lineare o la regolazione della velocità nei motori a corrente continua con spazzole. Combinando un controllo preciso con controller low-side o high-side, questa soluzione apre un'ampia gamma di possibilità.
Compatibilità elettromagnetica migliorata, dosaggio più preciso.
Tranne che in caso di emergenza, la regolazione rapida delle valvole non è solitamente necessaria; tuttavia, è proprio quando tale velocità è richiesta (come nel caso dei regolatori digitali ON/OFF) che la bobina è esposta a correnti elevate. Queste correnti in ingresso elevate possono causare problemi di commutazione: non solo i componenti di controllo (compresi i relativi circuiti di protezione) devono essere dimensionati correttamente, ma le correnti elevate producono anche significativi problemi di compatibilità elettromagnetica.
Inoltre, queste elevate correnti di spunto generano un consumo energetico molto elevato (e non necessario), che a volte deve persino essere compensato. Queste correnti elevate e le correnti opposte/inverse a cui sono esposte le bobine dell'attuatore quando si utilizza un regolatore ON/OFF sottopongono tutti questi componenti a un'enorme fatica, con conseguente necessità di frequenti sostituzioni durante il funzionamento.
Tuttavia, con SolexDrive, questi picchi di corrente possono essere evitati grazie a un controller PWM (modulazione di larghezza di impulso). Ciò riduce l'affaticamento legato all'incompatibilità elettromagnetica, migliorando al contempo la precisione e aumentando significativamente la durata delle bobine dell'attuatore, poiché minimizza i problemi causati dalle scintille.
SolexDrive nelle applicazioni industriali
Le applicazioni tipiche di SolexDrive includono robot con attuatori multipli, nonché un'ampia varietà di applicazioni che richiedono il controllo elettronico di bobine, dalle stazioni di servizio alle apparecchiature mediche. Ovunque siano necessari controllori per bobine di servomotori, valvole, attuatori di posizione induttivi, regolatori di liquidi e gas, flussimetri industriali, controllori di ventilazione distribuita, attuatori lineari, sistemi di irrigazione agricola professionali e altro ancora, SolexDrive potrebbe essere il circuito integrato giusto per le vostre esigenze.
Sebbene non tutte le applicazioni richiedano la diversità e la complessità di funzioni offerte da questo tipo di componente, esso risulta comunque estremamente utile, in quanto occupa meno spazio sui circuiti stampati e offre un'elevata affidabilità grazie ai suoi circuiti di protezione e diagnostica.
Oltre al settore automobilistico, SolexDrive può essere integrato in un'ampia varietà di applicazioni in cui i motori richiedono una maggiore efficienza. Esempi concreti includono applicazioni nella navigazione, nei carrelli elevatori, nelle motoslitte, nei veicoli commerciali, nelle motociclette e nelle macchine agricole e da costruzione.
È risaputo che anche i relè contengono bobine che, per la natura del sistema in cui sono integrate, funzionano solo in due stati: acceso e spento. Grazie al suo prezzo competitivo, SolexDrive è un modulo adatto anche per il controllo di relè che richiedono segnali di feedback o diagnostici con i relativi circuiti di protezione.
In questo tipo di applicazioni, il chip EBV riduce significativamente non solo lo stress elettrico sul relè, ma anche la corrente di spunto. SolexDrive può essere utilizzato per controllare simultaneamente fino a sette relè nella seguente configurazione: cinque in configurazione high-side e quattro in configurazione low-side.
Il centro nevralgico. Quattro microcore SolexDrive
operano con due canali indipendenti, ciascuno contenente due microcore (il che significa che il chip include un totale di quattro microcore). Questi microcore sono microcontrollori di base, ma possono funzionare in modo completamente indipendente l'uno dall'altro. Ciò consentirebbe, ad esempio, la programmazione di quattro sequenze completamente diverse e indipendenti per controllare gli iniettori di un motore a quattro o sei cilindri.
I microcontrollori operano in modo indipendente e controllano la corrente del modulatore di larghezza di impulso con 65.535 valori distinti. SolexDrive riceve il corrispondente valore a 16 bit tramite un'interfaccia SPI da un microcontrollore standard, come quelli tipicamente presenti nelle centraline di controllo motore. Da questo segnale, SolexDrive genera le sequenze del modulatore di larghezza di impulso per controllare i MOSFET.
Il chip dispone di due canali, ciascuno con due sequenziatori e due microcore. SolexDrive può attivare cinque controller in una configurazione high-side con cinque cavi diagnostici e sei controller in una configurazione low-side con sei cavi diagnostici.
I microkernel sono esclusivamente di tipo RAM, quindi è necessario caricare il microcodice nella RAM durante l'inizializzazione, sebbene esista la possibilità di modificare i parametri dinamicamente.
La
soluzione intelligente SolexDrive è straordinariamente intelligente perché i suoi microcore integrati eseguono tutte le funzioni di controllo in tempo reale durante l'intero periodo operativo: dallo spegnimento alla fase di accelerazione, inclusa la regolazione online del valore di picco e del calo di potenza dal picco. Mantiene inoltre dinamicamente lo stato di mantenimento fino a quando non viene rilevato il calo di potenza e il sistema ritorna allo stato di spegnimento. Per ciascuna di queste fasi è possibile definire valori massimi e minimi differenti. Il microcore garantisce il mantenimento di questi valori confrontando, ad esempio, i valori effettivi con i valori di attivazione/disattivazione di picco pre-programmati individualmente, i valori target di attivazione/disattivazione per la funzione di mantenimento e vari parametri di sincronizzazione.
Pertanto, gli sviluppatori non devono preoccuparsi di procedure così complesse; tutto ciò che devono fare è assicurarsi che il microcontrollore fornisca a SolexDrive le specifiche di corrente e temporizzazione appropriate tramite l'interfaccia SPI. Il chip EBV si occupa del resto, regolando le correnti di linea in base al comportamento di ciascuna bobina dell'attuatore.
L'impulso di corrente PWM inviato all'attuatore inizia sul fronte di salita del segnale di trigger del microcontrollore e termina sul suo fronte di discesa. SolexDrive misura la corrente che scorre attraverso le bobine, fornendo un feedback preciso dal circuito della bobina. Il chip include anche i circuiti di protezione e le funzioni diagnostiche necessarie.
Un interruttore mesh integrato nel chip permette agli sviluppatori di assegnare ciascun canale a uno dei quattro sequencer integrati, consentendo a SolexDrive di gestire più canali con un singolo sequencer. Sono presenti quattro sequencer digitali, ognuno in grado di gestire un canale diverso.
Il chip include anche un convertitore DC/DC per consentire il controllo dei MOSFET in configurazione high-side, che, come è noto, richiede una tensione di gate superiore alla tensione di source. Di conseguenza, i MOSFET possono quindi (con l'apposito diodo di soppressione) essere collegati direttamente all'uscita del circuito integrato; il circuito di protezione necessario è già integrato in SolexDrive.
SolexDrive genera segnali di uscita modulati in larghezza di impulso fino a 100 kHz, quindi controlla MOSFET che richiedono un carico di 30 nC (massimo 50 nC).
Autore:
Autore: Frank-Steffen Russ, Direttore verticale del segmento automobilistico, EBV Elektronik
