כיצד לבנות מערכות לכלי-רכב ומערכות e-Mobility‏ טובות יותר באמצעות בקרי אותות דיגיטליים

הן מערכות קונבנציונליות לכלי-רכב והן מערכות e-Mobility‏ תלויות בפעולה יעילה של מספר עצום של התקנים אלקטרוניים עבור מאפייני נוחות כמו גם יכולות בטיחות פונקציונליות קריטיות-למשימה. בעוד שהם מציגים מגוון רחב של דרישות, יישומים שונים אלה דורשים ביסודם את היכולת לפעול בתנאים קיצוניים תוך מתן מענה אמין בזמן-אמת עם ביצועים עיליים.

כתוצאה מכך, המפתחים מתמודדים עם צורך הולך וגובר בפלטפורמה עקבית, חזקה, נתמכת היטב וניתנת להרחבה המסוגלת לסייע בפישוט התכנון והפיתוח של מגוון מתרחב של מקרי שימוש בכלי-רכב וב- e-Mobility‏.

מאמר זה דן במשפחה של בקרי אותות דיגיטליים (DSC) מבית Microchip Technology‏ היכולים לעמוד בדרישות אלה, ומתאר את השימוש ברכיבי DSC אלה בתכני ייחוס עבור יכולות חיוניות במערכות כלי-רכב ובמערכות e-Mobility‏.

אתגרי תכנון מגוונים דורשים פתרונות גמישים

בין אם מתכננים עבור כלי-רכב קונבנציונליים או חשמליים, המפתחים צריכים לטפל ברשימה הולכת וגדלה של יישומים, כולל תת-מערכות להמרת הספק, טעינה אלחוטית בתוך-הרכב, מערכות תאורה דיגיטליות ומערכות בקרת מנוע, החל מיישומי מנוע צעד פשוטים יחסית ועד למערכות בלימה רגנרטיבית מורכבות ברכבים חשמליים (EV) וברכבים חשמליים היברידיים (HEV). לצד דרישות קריטיות-למשימה עבור בטיחות פונקציונלית, דרישות חתימת-השטח של התכנים ומפרט החומרים (BOM) ממשיכות לעלות בחשיבותן, כאשר יצרני הרכב פועלים להיענות לדרישת הצרכנים וללחץ התחרותי עבור יותר בטיחות, נוחות, פונקציונליות וביצועים עיליים.

בהיענות לדרישות אלו, התעשייה כבר פנתה בחדות לפתרונות דיגיטליים כמעט בכל תת-מערכת ברכבים. תת-מערכות בכל רכבי נוסעים קונבנציונליים כבר מסתמכות על מיקרו-בקרים (MCU) המריצים פי ארבעה יותר קוד תוכנה מאשר במטוסים מסחריים ^[1].

עם זאת, עם הביקוש המתפתח והלחץ התחרותי, פתרונות מיקרו-בקרים מוקדמים יותר יכולים לא לעמוד במגוון הדרישות העומדות כעת בפני מתכנני כלי-רכב. הצורך בפסי הספקת-כוח שונים ביותר תתי-מערכות אלקטרוניות ובפונקציונליות הקשורה בהמרת DC/DC במתח-גבוה, במיוחד ברכבי EV, דורש יכולות בקרה דיגיטליות מתוחכמות יותר. יישומים אחרים כמו טעינה אלחוטית בתוך-הרכב של התקנים ניידים מציגים שורה של דרישות תכנון חדשות לגמרי עבור משדרי הספקת-כוח אלחוטית רבי-סלילים התואמים למקלטי הספקת-הכוח הסטנדרטיים בתעשייה המובנים בתוך התקנים לצרכנים רבים יותר. תכני תאורה לרכבים צריכים לתת מענה למאפיינים טכניים כמו עמעום, טמפרטורה, הזדקנות רכיבים ואחרים כדי לספק פנסים קדמיים בהירים יותר, צבעים נעימים ואפקטים של עמעום בלוחות המחוונים. לבסוף, מנועים מדויקים מבוקרים-דיגיטלית נמצאים בכל מקום אפילו ברכבים קונבנציונליים, וכמובן, מספקים את הבסיס הפונקציונלי עבור e-Mobility‏.

משפחת DSC‏ dsPIC33‏ מבית Microchip Technology תוכננה במיוחד כדי לתת מענה לדרישות המגוונות הללו באמצעות בני משפחה עם יכולות פונקציונליות מיוחדות. בן המשפחה החדש ביותר, ה- dsPIC33C‏, מרחיב את הביצועים והיכולות הזמינים בבקרי DCS‏ dsPIC33E‏ ו- dsPIC33F‏ עבור מפתחים המתמקדים ביישומים מתוחכמים יותר.

מבוססים על ליבת מעבד אותות דיגיטלי (DSP‏), בקרי DSC‏ אלה משלבים את הפשטות של מיקרו-בקר עם הביצועים של DSP כדי לעמוד בדרישות המתפתחות עבור ביצועים עיליים, שיהוי (Latency‏) קצר ויכולת זמן-אמת תוך שמירה על חתימת-שטח ומפרט חומרים (BOM) מינימליים. באמצעות האקוסיסטם הנרחב של לוחות פיתוח dsPIC33, תכני ייחוס וכלי פיתוח תוכנה מבית Microchip, המפתחים יכולים להיעזר ברכיבים השונים ממשפחת dsPIC33 כדי להרחיב את התכנים שלהם ולספק את רוחב היישומים שבלב המערכות בכלי-רכב וב- e-Mobility‏.

בסיס חומרה יעיל יותר עבור תכנים בכלי-רכב וב- e-Mobility‏

משפחת dsPIC33C מבית Microchip תוכננה במיוחד לקיצור זמן השיהוי (Latency‏) ולהאצת ביצוע חוגי בקרה דיגיטלית מבוססי-תוכנה במהירות-גבוהה העומדים בבסיס תתי-מערכות רבות בכלי-רכב. כדי לספק את היכולת הזו, התקנים אלה משלבים מנוע DSP, רגיסטרים מהירים ורכיבים היקפיים בצימוד הדוק, כולל ממירי אנלוגי-לדיגיטלי (ADC), ממירי דיגיטלי-לאנלוגי (DAC), משוונים אנלוגיים ומגברי שרת.

מאפיינים כמו הכפלה-ואקומולציה (MAC‏) ‎16 x 16‏ במחזור אחד של מנוע DSP עם אקומולטור Bit‏-40‏, ביצוע חוגים עם אפס-תקורה ו- Barrel Shifting‏ מבטיחים ביצוע חוגי בקרה דיגיטלית במהירות גבוהה. יכולות היקפיות כמו מאפנני רוחב פולס (PWM) עם רזולוציה של 150 פיקו-שניות (ps), קוצבי-זמן Capture/Compare/PWM‏ (CCP‏), מחולל טריגר היקפי ותאי לוגיקה ניתנים לתכנות והגדרה על-ידי המשתמש מאפשרים פעולה עצמאית של ממשקי חוגי בקרה מדויקים.

הפונקציונליות הנרחבת על-השבב של התקנים אלו במארזים הקטנים עד כדי ‎5 x 5‏ מילימטרים (מ"מ) עוזרת למפתחים להשיג את חתימת-השטח ומפרט החומרים (BOM) המינימליים כדי לעמוד בדרישות להתקנים קטנים יותר במערכות כלי-רכב אלגנטיות. התקנים אלה, המפשטים עוד יותר את התכנים בכלי-רכב, תומכים במספר ממשקי תקשורת, כולל רשת אזור בקרים (CAN‏), רשת חיברורים מקומית (LIN‏) ומולטיפלקס דיגיטלי (DMX‏) המשמשים במערכות מתקדמות בכלי-רכב. בנוסף, התקנים אלה מגיעים בגדלים שונים של זיכרון בתצורות הן ליבה יחידה והן שתי-ליבות, ומספקים את סוג הפתרון הניתן להרחבה הנדרש עבור יישומים מתקדמים בכלי-רכב וב- e-Mobility‏.

מיועדים עבור סביבות רכב קשות, חלקים אלה מורשים ל- AEC-Q100 Grade 0‏ ומסוגלים לעמוד בדרישות התובעניות של פעולה מתחת-למכסה-המנוע עם תמיכה בתחום טמפרטורות מורחב מ- 40°C- עד 150°C+. החשוב ביותר עבור תכנים לכלי-רכב קריטיים-למשימה, בחרו רכיבים ממשפחת dsPIC33 המוכנים לבטיחות-פונקציונלית כדי להקל על העמידה במפרטי הבטיחות, כולל ISO 26262‏ (ASIL A‏ או ASIL B‏), IEC 61508‏ (SIL 2‏) ו- IEC 60730‏ (Class B‏). רכיבי משפחת dsPIC33 אלה משלבים מאפייני חומרה בטיחותיות מיוחדות כולל קוצב-זמן Deadman‏, קוצב-זמן Watchdog, ניטור שעון אל-כשל (Fail-Safe), זיכרון גישה אקראית (RAM), בדיקה עצמית מובנית (BIST) וקוד תיקון שגיאות.

עבור פיתוח תוכנה, קומפיילרים MPLAB XC C מבית Microchip הם מורשי TÜV SUD עבור בטיחות פונקציונלית, וספריות תוכנות דיאגנוסטיקה זמינות במקרים מסוימים. בנוסף, Microchip מספקת דוחות אופני תקלה, אפקטים וניתוח דיאגנוסטיקה (FMEDA) ומדריכי בטיחות קשורים הנחוצים כחלק מתהליך הרשאת הבטיחות.

מאפייני בטיחות חומרה ויכולות הפיתוח הדרושות עבור הרשאות בטיחות פונקציונלית הן רק חלק מאקוסיסטם פיתוח עשיר התומך בתכנון מבוסס-dsPIC33 עבור הן מכוניות קונבנציונליות והן רכבים חשמליים. על בסיס סביבת הפיתוח המשולבת (IDE‏) MPLAB X‏ שלה, Microchip מציעה מערך נרחב של כלי תכנון מיוחדים וספריות עבור תחומי יישומים שונים כפי שצוין להלן.

כדי לעזור להאיץ את הפיתוח עם משפחת ה- dsPIC33 שלה, Microchip מציעה אקוסיסטם עשיר של לוחות פיתוח sPIC33, כמו גם משאבי תכנון ניתנים להורדה, כולל דפי מידע, דפי יישומים ותכני ייחוס. בין משאבים אלה, כמה תכני ייחוס של dsPIC33C עונים למספר תחומי יישומי מפתח בכלי-רכב וב- e-Mobility‏, כולל טעינה אלחוטית, תאורה דיגיטלית, המרת הספק ובקרת מנוע. מלבד הדגמת השימוש ב- dsPIC33C DSC בכל תחום, תכני ייחוס אלה ותוכנות קשורות יכולים לשמש גם כנקודת התחלה עבור מימוש תכנים מותאמים-במיוחד.

מימוש חוגי בקרה דיגיטלית מדויקת עבור המרת הספק

חוגי בקרה נמצאים בלב ליבם של יישומי כלי-רכב ו- e-Mobility‏ רבים, ואחד השימושים הקריטיים ביותר שלהם ביישומים אלה משרת את הצורך הבסיסי בהמרת הספק. המרה יעילה של DC-ל-DC נותרה חשובה במערכות כלי-רכב קונבנציונליות והיא חיונית בכלי רכב חשמליים והיברידיים במתח-גבוה. במערכות אלו, יש להוריד את מתחי הסוללה של 200-800 וולט בצורה בטוחה ויעילה לרמות של 12 וולט או 48 וולט הדרושות להפעלת תאורה חיצונית ופנימית, ומנועי הספק עבור מגבים, חלונות, מאווררים ומשאבות.

בתכן הייחוס ^[2‏] של ממיר DC/DC‏ תהודתי LLC‏ (שלושה רכיבים ראקטיביים:שניים אינדוקטיביים ואחד קיבולי) 200 וואט (W‏), התקן dsPIC33 יחיד מאפשר פתרון דיגיטלי קומפקטי להמרת הספק ממותגת, באמצעות אחד מהתקני PWM המשולבים שלו כדי לדחוף רכיבי MOSFET‏ חצי-גשר בחוג הבקרה (איור 1).

איור 1‏: תכן הייחוס של ממיר DC/DC‏ תהודתי LLC מבית Microchip Technology‏ מתבסס על בקר DCS‏ dsPIC33‏ יחיד כדי לנהל דיגיטלית את חוג הבקרה שבלב תכן המרת ההספק. (מקור התמונה: Microchip Technology)

באיור 2, השנאי התהודתי מבודד את המתח הגבוה בצד הראשוני (הקווים השחורים) מההספקה השניונית של 12 וולט (הקווים הכחולים) עבור דוחפי ה- MOSFET‏ ומספק 3 וולט עבור בקר ה- dsPIC33 DSC והרכיבים האנלוגיים (A) האחרים.

איור 2: עם הרכיבים ההיקפיים המיוחדים שלו, בקר ה- DSC‏ dsPIC33 מסייע לפשט תכנים ולהקטין את מספר החלקים, כאן תוך שימוש בפונקציות ההיקפיות וברכיבי ה- PWM‏ שלו כדי לבקר רכיבי MOSFETS חיצוניים (D) ורכיבים אנלוגיים (A) אחרים. (מקור התמונה: Microchip Technology)

בתכן זה, ה- dsPIC33 משתמש בתוכנה מונעת-פסקים (Interrupt‏) בסיסית כדי לנהל את חוג הבקרה הדיגיטלית. כאן, פסק ה- ADC משמש לקליטת מתח היציאה המשמש בבקר נגזרת-פרופורציונלי-אינטגרלי (PID) בתוכנה. פסק ADC נוסף תומך בחיישת טמפרטורה, בעוד שהמשוונים האנלוגיים של ה- dsPIC33 תומכים בגילוי אירועי זרם-יתר ומתח-יתר. למעשה, הביצוע של תהליך בקרת ה- PID ומשימות ניהול חוג הבקרה הנלוות מותירים שפע של מרחב עיבוד עבור משימות תחזוקה וניטור כולל ניטור טמפרטורה, ניטור תקלות ותקשורת, והכל בתוך רצף עיבוד קושחה פשוט (איור 3).

איור 3‏: מנוע ה- DSP של ה- dsPIC33 DSC עם הביצועים העיליים והרכיבים ההיקפיים הצמודים בקפידה מאפשרים למפתחים לממש בקלות חוגי בקרה דיגיטלית מורכבים עם קוד פשוט יותר. (מקור התמונה: Microchip Technology)

עבור מפתחים המעוניינים לבנות פתרונות הספקת-כוח דיגיטליים מיוחדים יותר חבילת Digital Power Design Suite‏ מבית Microchip תומכת בתכנון החל משלב הרעיון ועד ליצירת קושחה עבור ה- dsPIC DSC המיועד. על בסיס יכולות החומרה של ה- dsPIC DSC, המפתחים משתמשים בכלי התכנון Digital Compensator Design Tool‏ (DCDT‏) של החבילה כדי לנתח חוגי בקרה, וב- MPLAB Code Configurator‏ (MCC) כדי ליצור קוד המשתמש בפונקציות קוד-אסמבלי אופטימליות בספריות ה- Microchip Compensator (איור 4).

איור 4: המפתחים יכולים להסתמך על שרשרת הכלים המקיפה של Microchip כדי להאיץ את הפיתוח של חוגי בקרה אופטימליים מבוססי-תוכנה שהם בלב של תת-מערכות הספקת-כוח דיגיטליות. (מקור התמונה: Microchip Technology)

בין אם הם בונים מכשירים מבוססי סטנדרטים כמו משדרי הספקת-כוח אלחוטית או מממשים התקנים מותאמים-במיוחד מורכבים יותר, המתכננים של יישומי חוגי בקרה לכלי-רכב ו- e-Mobility‏ צריכים לממש פתרונות קומפקטיים היכולים לתמוך בפונקציונליות נוספת מעבר ליכולות הבסיסיות כמו ניטור תקלות. תכן ייחוס נוסף ממחיש את השימוש ב- DSC‏ dsPIC33CK‏ עם ליבה אחת באספקת מערך עשיר של מאפיינים ביישום חשוב נוסף של המרת הספק מבוקרת דיגיטלית - העברת הספקת-כוח אלחוטית.

מימוש משדרי הספקת-כוח אלחוטית תואמי-Qi‏

עם האימוץ הנרחב על ידי יצרני סמארטפונים והתקנים ניידים אחרים, תקן Qi‏ של איגוד Wireless Power Consortium‏ (WPC‏) להעברת הספקת-כוח אלחוטית של 5 עד 15 וואט מאפשר לצרכנים לטעון את ההתקנים בעלי יכולת Qi שלהם פשוט על ידי הנחתם על כל משטח עם משדר אלחוט תואם מובנה. משובצים במשטחי רכב פנימיים או במוצרי טעינה של צד שלישי, משדרי הספקת-כוח אלחוטית Qi מספקים שיטה נוחה לטעינת סמארטפון החוסכת את הבלבול והסחת הדעת של חיבורי הספקת-כוח קוויים. תכן הייחוס של הספקת-כוח אלחוטית Qi‏ 15 וואט ^[3] מבית Microchip Technology‏ מדגים את השימוש ב- dsPIC33‏ בפישוט המימוש של סוג זה של תת-מערכת (איור 5‏).

איור 5: הרכיבים ההיקפיים המשולבים של ה- dsPIC33 יכולים לפעול באופן עצמאי כדי להאיץ משימות בקרה עיקריות, ולהשאיר מרווח עיבוד לביצוע משימות אחרות כמו ממשקי משתמש, תקשורת ואבטחה ביישומים מורכבים יותר כגון משדרי הספקת-כוח אלחוטית. (מקור התמונה: Microchip Technology)

מבוססים על בקר ה- DSC‏ dsPIC33CK256MP506‏ עם ליבה יחידה מבית Microchip Technology, תכן הייחוס משתמש ביכולות המשולבות של ה- DSC למימוש חוג בקרה דיגיטלית. למרות שתכן זה מבוסס על טופולוגיה של גשר-מלא ולא על חצי-גשר המשמש בממיר התהודתי שהוזכר לעיל, מספר רכיבי PWM של ההתקן עונים בקלות על דרישה נוספת הזו.

משדרי הספקת-כוח אלחוטית מספקים בדרך כלל מספר סלילי תדר רדיו (RF) עבור שידור ההספק, ובתכן זה, מהפך הגשר מחובר דרך מולטיפלקסר (MUX) לאחק משלושה סלילים. כמו מהפך גשר-המלא וקצה-הקדמי לאכשור מתח, תכן זה מנצל את מלוא הרכיבים ההיקפיים המשולבים של ה- dsPIC33 לניהול מיתוג ה- MUX של סליל.

מלבד בקרת דוחפי השער MIC4605‏ ו- MP14700‏ מבית Microchip, הרכיבים ההיקפיים של ה- dsPIC33‏:

• מבקרים את מחווני דיודות פולטות-אור (LED‏) של הספקת-הכוח באמצעות מרחיב I/O‏ MCP23008‏
• מספקים חיבוריות USB‏ באמצעות התקן גשר USB‏ MCP2221A‏ מבית Microchip
• תומכים באחסון מאובטח תואם-WPC באמצעות התקן האימות ATECC608‏ מבית Microchip שהחברה מספקת כ- Certificate Authority‏ (CA‏) של יצרן WPC‏ מורשה
• מעניקים חיבוריות CAN‏ מוכנה לבטיחות פונקציונלית ISO 2622‏ באמצעות התקן קצב-נתונים גמיש (FD‏) CAN‏ ATA6563‏

בנוסף, תכן הייחוס משתמש בממיר Buck‏ MCP16331‏ ובמייצב ליניארי MCP1755‏, שניהם מבית Microchip, כדי לתמוך בהספקת-כוח מסוללת עזר.

באמצעות מפרט חומרים (BOM) קטן יחסית זה, תכן הייחוס מספק פתרון מוכן-Qi שיש לו את כל המאפיינים העיקריים של מערכת הספקת-כוח אלחוטית כולל נצילות גבוהה, שטח טעינה מורחב, מרחק Z שימושי (המרחק בין המשדר למקלט), גילוי עצמים זרים ותמיכה במספר יישומי טעינה-מהירה המשמשים בסמארטפונים מובילים. הודות להסתמכות על תכן מבוסס-תוכנה זה, המפתחים יכולים להוסיף בקלות יכולות כגון פרוטוקולי תקשורת קנייניים בין המשדר למקלט ואפשרויות חיבוריות אלחוטית כגון Bluetooth, בין היתר.

מימוש פתרונות תאורה דיגיטלית קומפקטיים

הפונקציונליות המשולבת של התקני dsPIC33 חשובה במיוחד ביישומי כלי-רכב ו- e-Mobility‏ הדורשים תוספת של מאפיין מתוחכם כלשהו מבלי להפריע לקווים של הרכב. הזמינות של נורות LED בעוצמה גבוהה אפשרה ליצרני הרכב להביא תחושה עיצובית טובה יותר לפנסים החיצוניים ולתאורת הפנים.

המפתחים של תתי-מערכות תאורה אלו, לעומת זאת, חייבים בדרך כלל לדחוס יותר פונקציונליות לתוך מארזים קטנים יותר תוך תמיכה בתקנים תעשייתיים כמו DMX, המעניק פרוטוקול תקשורת נפוץ לבקרת שרשרות של התקני תאורה. כמו תכן משדר הספקת-כוח אלחוטית שהוזכר לעיל, התכן עבור פיתרון תאורה דיגיטלית קומפקטי ^[4‏] מנצל את היתרון של הרכיבים ההיקפיים המשולבים של ה- dsPIC33‏ (איור 6‏).

איור 6‏: בקרי ה- DCS‏ dsPIC33 מבית Microchip Technology מאפשרים למפתחים לספק תכנים מורכבים עם חתימת-השטח ומפרט חומרים (BOM) מינימליים כדי לשבץ פונקציונליות לא-פולשנית בתוך רכבים. (מקור התמונה: Microchip Technology)

כמו ביישומי הספקת-כוח דיגיטלית אחרים, תכן תאורה דיגיטלית זו מנצל את יתרונות רכיבי ה- PWM‏ המשולבים, המשוונים האנלוגיים והרכיבים ההיקפיים האחרים של ה- dsPIC33 כדי לספק פיתרון תאורה דיגיטלית קומפקטי ושלם. כמו ביישומי התכנים שהוזכרו לעיל, פתרון תאורה דיגיטלי זה מסתמך על כוח ויכולת העיבוד של בקר ה- dsPIC33 DSC עבור הרכיבים ההיקפיים שלו לפעול באופן עצמאי כדי לנטר ולבקר את מערך ההתקנים החיצוניים הנדרשים לרבות התקני הספקת-כוח, מקמ"שים, נורות LED ועוד. דוגמאות תכן נוספות מבית Microchip מדגימות את יכולת העיבוד עם ביצועים עיליים של בקרי DSC‏ dsPIC33‏ בטיפול באלגוריתמי בקרה דיגיטלית מורכבים יותר ובמערכות בקרת מנועים מתקדמות.

מימוש מערכות בקרת מנועים מתקדמות עם בקר DSC‏ dsPIC33‏ יחיד

הביצועים של בקרי DSC‏ dsPIC33‏ מאפשרים למפתחים שימוש בבקר DSC‏ יחיד לטיפול בהרצת חוגי הבקרה הדיגיטלית העיקריים כמו גם בפונקציות עזר שונות. למעשה, תכן מנוע-כפול ^[5‏] מבית Microchip מדגים מימוש של בקרה מוכוונת-שדה (FOC) ללא-חיישנים של זוג מנועים סינכרוניים עם מגנט קבוע (PMSM) תוך שימוש רק בבקר dsPIC33CK DSC אחד עם ליבה-יחידה. המפתח לתכן זה טמון באותות PWM מסיטי-פאזה לממירים עבור כל ערוץ בקרת מנוע, בקרת מנוע 1 (MC1) ובקרת מנוע 2 (MC2) (איור 7).

איור 7‏: הודות לעיבוד עם ביצועים עיליים והרכיבים ההיקפיים שלו, בקר DSC‏ dsPIC33CK‏ אחד עם ליבה-יחידה יכול לתמוך בתכני בקרת מנוע-כפול. (מקור התמונה: Microchip Technology)

בגישה זו, רכיבי ה- PWM של ה- dsPIC33CK מוגדרים ליצור את צורות הגל הנדרשות עבור כל ערוץ בקרת מנוע ולהפעיל ממירי ADC‏ נפרדים ברגע האופטימלי. כאשר כל ADC משלים המרה, הוא מוציא פסק הגורם ל- dsPIC333CK להפעיל את אלגוריתם ה- FOC עבור אותו מערך קריאות.

בקר dsPI33CK DSC יחיד יכול גם להתמודד עם יישומי בקרת מנוע חסונים יותר. בתכן הייחוס עבור קטנוע חשמלי (e-Scooter) עם ביצועים עיליים, ה- dsPIC33CK‏ מבקר מספר רכיבי FET‏ ודוחפי שער MIC4104‏ מבית Microchip עבור מהפך תלת-פאזי הדוחף מנוע DC‏ ללא-מברשות (BLDC‏) (איור 8).

איור 8‏: באמצעות ה- dsPIC33CK‏ עם ליבה-יחידה המפתחים יכולים לממש תת-מערכת בקרת מנוע של קטנוע חשמלי עם רכיבים נוספים מועטים בלבד. (מקור התמונה: Microchip Technology)

תכן הייחוס של קטנוע חשמלי ^[6‏] תומך באופני פעולה הן ללא-חיישנים והן עם-חיישנים, מאחר ויש לו את היכולת לנטר את הכוח האלקטרו-מניע לאחור (BEMF‏) כמו גם את יציאת חיישן אפקט Hall‏. באמצעות מקור מתח כניסה מ- 18 עד 24 וולט, התכן משיג הספק יציאה מקסימלי של 350 וואט.

בהרחבה נוספת של עיצוב זה ^[7]‏ ,חברת Microchip מדגימה את התוספת של בלימה רגנרטיבית המשמשת ברכבי EV ו- HEV כדי למחזר אנרגיה כאשר המנוע מייצר BEMF ברמות מתח הגבוהות מאלו של הספקת-הכוח של סוללות הרכב. כאן, התכן המשופר משתמש בפין dsPIC33CK נוסף כדי לנטר את האותות המגיעים מהבלם. כאשר מתגלית בלימה, ה- dsPIC33CK מכבה תחילה את שערי הצד-הגבוה של המהפך כדי להגביר את האנרגיה החשמלית הממוחזרת לרמה הגבוהה ממתח אפיק ה- DC, ולאחר מכן מכבה את שערי הצד-הנמוך כדי לאפשר לזרם לזרום חזרה למקור.

המפתחים יכולים לשנות תכן זה כדי לתמוך בפונקציונליות רבה יותר על ידי החלפת ה- dsPIC33CK עם ליבה-יחידה בבקר dsPIC33CH‏ עם ליבה-כפולה. בתכן כזה, ליבה אחת תוכל לנהל את בקרת מנוע BLDC ואת פונקציונליות הבלימה הרגנרטיבית עם שינויים מינימליים בקוד, בעוד שהליבה השנייה יכולה להפעיל יכולות בטיחות נוספות או יישומים ברמה-גבוהה. באמצעות ה- dsPIC33CH עם ליבה-כפולה, צוותי פיתוח בקרת מנועים וצוותי פיתוח יישומים יכולים לעבוד בנפרד, ולשלב באופן חלק את הבקרה שלהם עבור הרצה על בקר ה- DSC‏.

עבור תכני בקרת מנועים מותאמים-במיוחד, חבילת MotorBench Development Suite‏ מבית Microchip מספקת מערך כלים של ממשק משתמש גרפי (GUI) המסייע למפתחים למדוד באופן מדויק יותר את הפרמטרים הקריטיים של המנוע, לכוונן חוגי בקרה וליצור Build של קוד המקור על מסגרת העבודה של יישומי בקרת מנועים (MCAF‏) וספריית בקרת מנועים של Microchip‏.

סיכום

באמצעות בקרי DSC‏ dsPIC33‏ מבית Microchip Technology, המפתחים זקוקים למעט רכיבים נוספים יחסית כדי לממש מגוון רחב של תכני הספקת-כוח דיגיטלית עבור יישומי כלי-רכב קונבנציונליים ו- e-Mobility‏. מגובים על ידי מערך עשיר של כלי תוכנה ותכני ייחוס, בקרי DSC‏ dsPIC33‏ עם ליבה-יחידה ועם ליבה-כפולה מספקים פלטפורמה ניתנת-להרחבה עבור פיתוח מהיר של פתרונות ממוטבים עבור המרת הספק, טעינה אלחוטית, תאורה ובקרת מנועים, בין היתר.

מקורות:

1. .Dr. H. Proff et al, 2020 התוכנה משנה את עולם הרכב. Deloitte Insights.
2. https://www.microchip.com/en-us/development-tool/DC/DC-llc-resonant-converter
3. https://www.microchip.com/en-us/solutions/power-management-and-conversion/intelligent-power/wireless-power/15w-multi-coil-wireless-power-transmitter
4. https://www.microchip.com/en-us/solutions/power-management-and-conversion/intelligent-power/digital-lighting-control-and-drivers
5. Dual Motor Control with the dsPIC33CK White Paper
6. http://aem-origin.microchip.com/en-us/solutions/motor-control-and-drive/applications-and-reference-designs/e-scooter-reference-design
7. https://www.microchip.com/en-us/application-notes/an4064