皆さん こんにちは STマイクロエレクトロニックス株式会社 システムソリューションラボのヤマダヤスイロですよろしくお願いいたします この度は 汎用マイコンでゼロから作る構成のモーター制御システムのウェビナーをご覧いただき誠にありがとうございます それでは早速始めていきますウェビナーの概要になります 目的はベクトル制御を用いたブラッシュレスDCモーター制御の開発方法の解説になります 対象の方は初めて構成のモーター制御を開発される方また 汎用マイコンでベクトル制御の開発を検討される方になります キーワードとしましてはモーター制御開発ベクトル制御 汎用マイコン 開発キットになります アジェンダです セッション1ではモーターの分類とシステムですセッション2ではベクトル制御の理論とそのアドバンテージについて解説しますセッション3ではハードウェアからソフトウェアまで充実したモーター開発エコシステムのご紹介ですセッション4ではモーター制御にさらなる確信をもたらす最新反動体製品のご紹介ですセッション1 モーターの分類とシステムです 電気的モーターの分類になります右側のツリーズがモーターの分類を表したものです そしてモーター分類の色分けは水色の枠が塩残量が少なく デバイスが基本的なADコンバーターとPWMで構成できるものです混色の枠は制御が複雑で塩残量も多くなり デバイスにも酸素タイマーと同期したADコンバーターが求められる分類になります黄色い枠はSTの汎用マイコンのソリューションが対応している分類になりますそしてSTのモーターコントロールソフトウェア開発キットは 同期モーターの中のPMSM酸素A級磁石同期モーターとブラッシュレスDCモーターに対応しております 特にこのウェビナーでは酸素A級磁石同期モーターのベクトル制御にフォーカスします PMSMとBLDCモーターの概要になりますまずPMSMですステーターは酸素のコイルになります ローターにはA級磁石を確認しA級磁石をローターの表面に確認したSNPSと ローターの内部に確認したIPMに分類されますステーターのレジ周波数は ローターの電気的速度に同期する必要があります回転運動ではモーターの角層に右の図のような制限波状の逆軌電力バックEMFを発生させます駆動方法としては制限波状の創電流により最高のパフォーマンスを発揮します続いてBLDCモーターになります 基本的にはPMSMと類似しています回転運動では右の図のような区形波状の逆軌電力を発生します駆動方法としては区形波状の電流により最高のパフォーマンスを発揮します続いてモーター市場の傾向としてバッテリー搭載DCモーターのアプリケーション増加について紹介しますまずDCモーターはブラシ付きからブラシレスに移行しています またコード付きからコードレスにも移行しておりますこれらの傾向により搭載される反動体製品の数が増加していますまた搭載するバッテリーの代用量化に伴い 高出力高電力化の傾向もありますパワーツールやハンディーの掃除機などです そしてそれに伴い高性能な反動体製品の需要が増えていますさらに新しいアプリケーションが登場してきています 電動バイクやドローンなどですそれに伴い反動体製品の需要も増えていますこのような市場の後押しもあり 反動体メーカーはモーター向け製品の開発を積極的に進めていて近年確信的な反動体製品がリリースされております セッションにベクトル制御とはですベクトル制御の概要になります ベクトル制御は郵動機の二次時速斜行ベクトルを一時側から制御することから英語でフィールドオリエンティットコントロールと呼ばれています モーターは三層の電流をモニターしDQZ表型の電流パラメーター変換 クラークパークを行いますそして機体の電流値になるようにフィードバック制御をかけ 出力するPWMのDutyを調整しますステーターの次回ベクトルは ローターの次回ベクトルに対して90度を維持するように制御します続いてベクトル制御のアドバンテージになります まず低速から高速までのかと動作時でも高いエネルギー効率を達成することができることですまた 負荷変動に対して 応答性が高い速度制御が可能な点です そして トルクと時速が共に独立した制御ができますさらに 右の波形の比較のとおり モーター悪動電流が制限派のためアコースティックノイズが低減できて 性温性が高いことです最後に 動的な電気的ブレーキをかけ れること 改正エネルギーを回収できることが上げられますこのようなアドバンテージから ベクトル制御の導入が進んでいますセッション3 ハードウェアからソフトウェアまで 充実したモーター開発エコシステムのご紹介になりますSTが提供するベクトル制御用 モーター制御開発エコシステムです開発エコシステムはユーザーの開発を促進するため いつつの技術要素で構成されています左から モーター制御になる 汎用マイコン 半導体製品の提供になります続いて右側のクドーブを担う パワーモジュールとディスクリート半導体製品の提供になります下に行っていただき 豊富な開発ボードになりますマイコン搭載の制御ボードから ディスクリート搭載のパワーボードまで 各種揃っています中央はベクトル制御などのアルゴリズムの ファームウェアライブラリーになりますそして最後にソフトウェア開発キットの モーターワークベンチですSTのエコシステムを用いた モーター制御開発の6つのフローになりますまずはモーターとボードの ハードウェアのセットアップですボードはSTの評価ボードでも ご準備されたカスタンボードでもそのどちらとも対応しておりますそしてモーターの電気的 機械的パラメータの抽出になりますここで便利なツールとして ワークベンチにも入っているモータープロファイラーを使えば短時間に自動でパラメータを 抽出することが可能です続いてモーターワークベンチを 用いたシステム設定ですモーター制御の使用を入力していただき システム構築をしていきますそれからプロジェクト設定ですCubeMXでマイコンのコンフィグレーションを行い アイディでファームウェアのコンパイルとマイコンへのダウンロードを行いますそして実際のモーターを 駆動してのチューニングになりますこの際モーターワークベンチは 状態モニターやスムーズなパラメータ変更に役立ちますこのような手順を踏んで 実際の主宅開発に入ることにより初めから完成度が高い試作品を 作ることができます続いてモーター制御用評価基盤の ご紹介ですSTでは用途に合わせていろいろな 種類のボードを準備していますまずは制御ボードとパワーボードが 分かれていてモーターにあった最適な組み合わせに していただけるものです次にインバーター一体型評価ボード になりますこのボードはより実使用に近いもの になり部品点数やサイズの推定や発熱や ノイズなどの問題の検証にも役立ちます最後にモーター制御キットですこれは制御ボードとパワーボード に加えモーターまで付いたホールインワン のキットですこれだけあればすぐにモーター を回すことが可能になりますSTM32のモータープロファイラー の特徴ですこの特徴は電気的機械的パラメーター の自動測定が可能なことですまたベクトル制御の電流レギュレーション とセンサレスアルフォリズムのセットアップが可能ですモーターとSTの評価ボードを ご準備いただくだけで追加のハードウェアおよび設備 が不要で1分以内でモーターを指導すること ができます推定されたパラメーターはモーター ワークベンチで使えますユーザーの方がご準備いただく パラメーターはモーターの極追数だけです次にモーターワークベンチGUIの 紹介ですこのGUIはモーター制御用STM32 ソフトウェアライブラリーを設定するための専用PCソフトウェア ですSTMicroElectronicsのWebサイトから 無料でダウンロードできます使い方の流れとしてはニュープロジェクト を選択していただきモーターの種類とSTの評価ボードまたはユーザー カスタンボードの情報を入力しますそうすると右のメイン画面 が出てきますのでそこでモーター制御の使用を入力していただく ことになります次にモーターアクドのチューニング になりますプロジェクト作成後ファームエアの コンパイルとダウンロードをすると実際のモーター動作検証に入ります GUIでモニターのスライドを選択すると右のようなベーシック 画面が出てきますこの画面でモーターのスタート とストップそれからリアルタイムでのスピード パワー バス電圧 温度 フォルトステータスが確認できます またモーターのスピード をプロットすることもできモーターの軌道時間や速度の応答性など を確認することもできます最後にオンラインツールのSTMC Suite のご紹介ですこれはSTの汎用マイコンエコシステム のモーター制御リソースに簡単にアクセス可能なサイトです その 他にもSTが開催するイベントセミナーのお知らせや最新のリリース ニュースが掲載されていますセッション4 モーター制御にさらなる 確信をもたらす最新反動体製品のご紹介です まずは拡大し続ける 32ビット汎用マイコンSTM32のポートフォリオのご紹介 になります STM32ファミリーは全てアームのコアテックスコアを搭載 した製品となっておりまして現在18シリーズのラインナップがございます コアの種類としましてはマイコンではコアテックスM0からコアテックス M7までプロセッサーではコアテックスA7を搭載した製品がございます STM32マイコンは現在ハイパフォーマンスメインストリーム超低消費電力 ワイヤレスの4つのカテゴリーの製品展開を進めております モーター制御に最適なシリーズはメインストリームマイコンの アナログ機能が強化されたSTM32G4 G0シリーズになります STではお客さまへの安心としてSTM32ファミリーの全ての製品において 毎年1月に10年を数える既算日が更新される10年長期保証をお約束 しております モーター制御アプリケーションに最適なSTM32 G4シリーズです まずコアはアームコアテックスF4 170メガヘルツでベンチマーク では213ドライストミップス550コアマークを達成しています 1番の特徴が統合されたアナログデジタの機能を搭載していることです OPEAMPコンパレータータック12ビットADコンバーターを搭載して おります さらにPWMでのモーター制御に適した高機能 高分解のタイマー を持っております また機能安全とセキュリティも強化していて リュアルバンクフラッシュやセキュリティ保護可能なメモリーエリアなども あります そしてポートフォリオとして既存のSTM32 F3シリーズの ポートフォリオを保管していることや幅広いピンスのパッケージ ラインナップマイナス40度から85度または125度までの動作温度 選べる フラッシュメモリー容量を準備しております 続きまして酸素 ブラッシュレスDCモーター制御のための統合ソビューション マイコン内蔵モーターコントローラーSTSPIN32 G4の紹介です このICはモーター制御に適したマイコンSTM32 G43一と酸素ゲートドライバー をワンチップにしたソリューションです 酸素ゲートドライバーは動作 電圧範囲が5.5Vから75V ゲート濾動電流が1アンペアになっています また 出力電圧設定可能なDCDCコンバーター 3.1V LDOを内蔵しており 電源関連の周辺部品を削減することができます さらにパッケージ は小型QFN 9x9mmと基板の小スペース化に貢献します酸素 ブラッシュレスDCモーター制御のための統合ソリューションSTSPIN32 F0ファミリー になります 先ほどのSTSPIN32 G4同様にマイコンと酸素ゲートドライバー がワンチップ化された製品になりますモーターの用途によって使い分けるため ゲートドライバーの耐熱を45V 250V 600Vの3種類準備しています そのため対象アプリケーションが幅広くコンプレッサーポンプ ファン 電動工具 掃除機 産業オートメーション家電 ドローンなどになります 小型QFNパッケージでシステムをショースペース化 酸素ゲートドライバーSTドライブ101のご紹介になります 基本仕様としては 動作電圧範囲が5Vから75Vゲート駆動電流が600mAになります そして12VのLDOやブートストラップ打用像を内蔵しております また調整可能なデッドタイム短い電パンチェン 各種保護と機能も充実しておりますパッケージが超小型QFN 4×4mmのため 基板のショースペース化に貢献します続いてパワーブのディスクリート 反動体製品のご紹介になりますまずはトレンチゲートフィールドストップ 技術のIGBTシリーズですシリーズの耐熱は600-650Vと 1200-1250Vになりそれぞれ幅広い駆動電流をライン アップしていますSTのIGBTの特徴としまして 高いスイッチング周波数まで対応していることが挙げられます また 対応するアプリケーションによってシリーズが分かれていますので 用途にあったIGBTを選択いただけます続いてスーパージャンクション技術搭載の 交代圧モスフェットシリーズですSTはスイッチング効率を高めるための 低い音抵抗と少ない規制容量の高い技術を持っています 耐熱は600Vから1700Vまであり用途によって製品シリーズが分類されています モーター向けにはファーストリカバリー大用動タイプの DM6とDM2が適しています最後にパワーブのパワーモジュールの 紹介になりますアプリケーションの電力によって 2種類のパワーモジュールを用意しています3kWまでは三層ゲートドライバーと 6個のディスクリートで構成されるスリムインテレゼントパワーモジュール いわゆるIPMですまた5kW以上は6個のディスクリートと 周辺部品で構成されるASPACパワーモジュールになります まずスリムIPMはデバイスをIGBTとモスカラ選択可能で 幅広い駆動電流の製品群を持っていますまたASPACパワーモジュールは デバイスをSI-C MOSFET、IGBT、モスFETを選択可能でコンパクトで拡張性の高いパッケージが特徴です長時間ウェビナーをご覧いただき ありがとうございましたSTではモーター制御システムの開発に役立つ 様々なソリューションを多数提供しています詳細についてはSTのウェブサイトも含めご参照ください どうもありがとうございました