Целью разработки SolexDrive было создание максимально эффективной интегральной схемы для управления топливными форсунками дизельных и бензиновых двигателей с исключительно низким уровнем выбросов. В данном автомобильном применении SolexDrive управляет внешними усилителями на полевых транзисторах (MOSFET), которые, в свою очередь, подключены к форсункам. Эти форсунки, по сути, представляют собой исполнительные катушки, работающие с высочайшей точностью.
На первый взгляд может показаться странным, что этот чип, изначально разработанный для столь специализированного автомобильного применения, теперь входит в портфель микросхем EBV; однако EBV Elektronik осознает высокий рыночный спрос на переключатели, предназначенные для управления высокоточными катушками приводов. Этот спрос существует не только в автомобильной отрасли, но и в различных промышленных приложениях. В конце концов, основной принцип работы микросхем EBV — открытие новых рынков и ранее неиспользованных возможностей; и именно этого EBV Elektronik в очередной раз добилась с SolexDrive.
Область промышленных катушек приводов также предлагает очень интересные возможности для SolexDrive. В этом сегменте рынка энергосбережение пока не так критично, как в автомобильной отрасли, а это значит, что энергосберегающие возможности, предлагаемые SolexDrive, в сочетании с повышенной точностью, обеспечивают клиентам EBV реальную добавленную стоимость.
Непрерывное управление: не просто включение или выключение.
Во многих областях применения клапан часто можно было настроить только как «включено» или «выключено». Точное дозирование очень сложно обеспечить с помощью такого простого цифрового контроллера «включено/выключено». В частности, когда цифровые контроллеры «включено/выключено» выключены, очень легко небольшое количество дозируемого вещества (например, воды или технического газа) может просочиться через клапан. Это может привести к неправильному дозированию или излишнему износу, что влечет за собой дополнительные затраты или чрезмерное потребление ресурсов. Контроллеры непрерывного действия, однако, позволяют осуществлять более точное регулирование.
Раньше управление катушками часто осуществлялось только с помощью функции включения/выключения; но с SolexDrive высокоточная широтно-импульсная модуляция позволяет осуществлять точное управление катушками. В зависимости от области применения это может означать управление линейной катушкой или регулирование скорости в коллекторных двигателях постоянного тока. Сочетание точного управления с контроллерами нижнего или верхнего плеча открывает широкий спектр возможностей.
Улучшенная электромагнитная совместимость, более точное дозирование.
За исключением аварийных ситуаций, высокоскоростная регулировка клапана обычно не требуется; однако именно тогда, когда такая скорость необходима (как в случае цифровых контроллеров включения/выключения), катушка подвергается воздействию высоких токов. Эти высокие входящие токи могут вызывать проблемы с переключением: необходимо не только правильно подобрать габариты компонентов управления (включая их защитные цепи), но и высокие токи создают значительные проблемы с электромагнитной совместимостью.
Более того, эти высокие пусковые токи генерируют очень высокое (и ненужное) энергопотребление, которое иногда даже требует компенсации. Эти высокие токи, а также противоположные/обратные токи, которым подвергаются обмотки привода при использовании контроллера типа «вкл/выкл», подвергают все эти компоненты огромному износу, что приводит к необходимости частой замены во время работы.
Однако в SolexDrive этих скачков тока можно избежать благодаря ШИМ-контроллеру (широтно-импульсной модуляции). Это снижает усталость, связанную с электромагнитной несовместимостью, а также повышает точность и значительно увеличивает срок службы катушек привода, поскольку минимизирует проблемы, вызванные искрением.
SolexDrive в промышленных приложениях.
Типичные области применения SolexDrive включают роботы с несколькими исполнительными механизмами, а также широкий спектр задач, требующих электронного управления катушками, от автозаправочных станций до медицинского оборудования. Везде, где требуются контроллеры для катушек серводвигателей, клапанов, индуктивных позиционных приводов, регуляторов жидкостей и газов, промышленных расходомеров, контроллеров распределенной вентиляции, линейных приводов, профессиональных сельскохозяйственных систем орошения и многого другого, SolexDrive может стать подходящей интегральной схемой для ваших нужд.
Хотя не все приложения требуют такого разнообразия и сложности функций, которые предлагает этот тип компонентов, он все же чрезвычайно полезен, поскольку занимает меньше места на печатных платах и обеспечивает высокую надежность благодаря своим схемам защиты и диагностики.
Помимо автомобильной промышленности, SolexDrive может быть интегрирован в самые разнообразные области применения, где требуется повышение эффективности двигателей. Яркими примерами являются системы навигации, бункерные двигатели, снегоходы, коммерческий транспорт, мотоциклы, а также сельскохозяйственная и строительная техника.
Хорошо известно, что даже реле содержат катушки, которые из-за особенностей системы, в которую они интегрированы, работают только в двух состояниях: ВКЛ и ВЫКЛ. Благодаря привлекательной цене, SolexDrive является подходящим модулем даже для управления реле, требующими обратной связи или диагностических сигналов с соответствующей схемой защиты.
В таких приложениях микросхема EBV также значительно снижает не только электрическую нагрузку на реле, но и пусковой ток. SolexDrive может использоваться для одновременного управления до семи реле в следующей конфигурации: пять в конфигурации высокого напряжения и четыре в конфигурации низкого напряжения.
Нервный центр. Четыре микроядра SolexDrive
работают по двум независимым каналам, каждый из которых содержит два микроядра (то есть, в общей сложности, чип включает четыре микроядра). Эти микроядра представляют собой базовые микроконтроллеры, но они могут функционировать полностью независимо друг от друга. Это позволило бы, например, запрограммировать четыре совершенно разные и независимые последовательности для управления форсунками четырех- или шестицилиндрового двигателя.
Микроконтроллеры работают независимо и управляют током широтно-импульсной модуляции с помощью 65 535 различных значений. SolexDrive получает соответствующее 16-битное значение через интерфейс SPI от стандартного микроконтроллера, например, от тех, которые обычно используются в блоках управления двигателями. На основе этого сигнала SolexDrive генерирует последовательности широтно-импульсной модуляции для управления MOSFET-транзисторами.
Микросхема имеет два канала, каждый из которых содержит два секвенсора и два микроядра. SolexDrive может активировать пять контроллеров в конфигурации верхнего плеча с помощью пяти диагностических кабелей и шесть контроллеров в конфигурации нижнего плеча с помощью шести диагностических кабелей.
Микроядра относятся только к типу RAM, поэтому микрокод необходимо загружать в ОЗУ во время инициализации, хотя существует возможность динамического изменения параметров.
SolexDrive
отличается исключительной интеллектуальностью, поскольку встроенные микроядра выполняют все задачи управления в режиме реального времени на протяжении всего периода работы: от выключенного состояния до фазы ускорения, включая онлайн-настройку на пиковое значение и падение мощности после пика. Оно также динамически поддерживает состояние удержания до тех пор, пока не будет зафиксировано падение мощности и система не вернется в выключенное состояние. Для каждой из этих фаз могут быть заданы различные максимальные и минимальные значения. Микроядро обеспечивает поддержание этих значений, сравнивая, например, фактические значения с индивидуально запрограммированными значениями активации/деактивации пикового значения, целевыми значениями активации/деактивации для функции удержания и различными параметрами синхронизации.
Таким образом, разработчикам не нужно беспокоиться о таких сложных процедурах; все, что им нужно сделать, это убедиться, что микроконтроллер подает соответствующие параметры тока и синхронизации на SolexDrive через интерфейс SPI. Микросхема EBV позаботится обо всем остальном, регулируя токи в соответствии с поведением каждой катушки привода.
ШИМ-импульс тока, подаваемый на исполнительный механизм, начинается на восходящем фронте триггерного сигнала микроконтроллера и заканчивается на его нисходящем фронте. SolexDrive измеряет ток, протекающий через катушки, обеспечивая точную обратную связь от цепи катушки. Микросхема также включает в себя необходимую схему защиты и диагностические функции.
Встроенный в чип переключатель сетки позволяет разработчикам назначать каждый канал одному из четырех интегрированных секвенсоров, что дает SolexDrive возможность обрабатывать несколько каналов с помощью одного секвенсора. Имеется четыре цифровых секвенсора, каждый из которых способен управлять отдельным каналом.
Микросхема также включает в себя преобразователь постоянного тока для управления MOSFET-транзисторами в конфигурации верхнего плеча, которая, как известно, требует более высокого напряжения на затворе, чем на истоке. Следовательно, MOSFET-транзисторы (с соответствующим диодом подавления) могут быть напрямую подключены к выходу микросхемы; необходимая схема защиты уже интегрирована в SolexDrive.
SolexDrive генерирует выходные сигналы с широтно-импульсной модуляцией до 100 кГц, поэтому он управляет MOSFET-транзисторами, требующими нагрузки 30 нКл (максимум 50 нКл).
Автор:
Автор: Франк-Штеффен Русс, вертикальный директор автомобильного сегмента, EBV Elektronik
