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RX24T, la nuova famiglia di MCU a 32 bit ottimizzata per il controllo motori


RENESAS_RX24T-420x300 RX24T, la nuova famiglia di MCU a 32 bit ottimizzata per il controllo motori

Renesas Electronics ha ampliato l’offerta di microcontrollori a 32 bit con la nuova famiglia RX24T, ottimizzata per la gestione di più motori in ambito industriale, per l’automazione domestica e degli edifici così come per la gestione degli elettrodomestici. I nuovi microcontrollori sono stati progettati per controllare contemporaneamente più di un motore a magneti permanenti in apparecchiature quali i condizionatori d’aria, le lavatrici e le lavastoviglie; applicazioni industriali quali, ad esempio, gli inverter di uso generico, i gruppi di continuità (UPS) così come i sistemi di riscaldamento, i sistemi di ventilazione e le applicazioni di condizionamento della temperatura; applicazioni di automazione quali porte scorrevoli, scale mobili, apricancelli e molte altre ancora. I micro di questa famiglia offrono prestazioni di 160 DMIPs, funzioni analogiche che consentono di ridurre il numero dei componenti esterni e sono pienamente compatibili con le periferiche per il controllo degli inverter già presenti nella famiglia RX23T, la prima della serie  RX200 sviluppata per il controllo motori.

Renesas proporrà inoltre delle schede di valutazione per il controllo di motori a 24V denominate “Renesas Solution Starter Kit 24 V Motor Control Evaluation System”, una per il pilotaggio di un solo motore basato su RX23T ed una per il controllo di motori multipli basato su RX24T. Il kit include una scheda di valutazione, un motore a magneti permanenti ed un algoritmo di controllo vettoriale che non richiede la presenza di sensori.

Di recente molti paesi hanno imposto, oltre alle note regolamentazioni riguardanti i livelli di efficienza, delle norme riguardanti  l’obbligo di incrementare l’efficienza dei sistemi che utilizzano motori elettrici che ha comportato un aumento delle richieste per controlli ad inverter più accurate e più efficienti. Contemporaneamente si è sviluppata la tendenza a sostituire i motori di precedente generazione – quali i motori stepper ed i motori DC a spazzole – con motori trifase a magneti permanenti senza spazzole, utilizzati in un gran numero di applicazioni.

Tale orientamento ha creato numerosi problemi a tutti i produttori che vogliono rilasciare in modo rapido i prodotti dedicati a questi nuovi mercati ma che non hanno un gruppo di ricerca e sviluppo abbastanza numeroso o non hanno ancora le conoscenze necessarie per sviluppare queste nuove tecnologie.

Inoltre l’integrazione sempre più spinta con la riduzione degli spazi a disposizione per l’elettronica di controllo rappresenta per i progettisti un altro serio problema da dover superare.

Per rispondere alle richieste di miglioramento dell’efficienza, di aumento della precisione del controllo, della riduzione delle dimensioni del circuito stampato e della riduzione dei tempi di sviluppo, Renesas ha messo a punto la famiglia RX24T, una famiglia di microcontrollori a 32 bit ad alte prestazioni in grado di pilotare più di un motore tramite un singolo componente. La nuova linea è composta da sei versioni, con package che spazia tra gli 80 pin e i 100 pin ed una memoria FLASH compresa tra 128 KBytes e  256 KBytes. Allo scopo di aumentare l’immunità di prodotti che devono operare in ambienti soggetti ad elevato rumore elettromagnetico, i dispositivi della nuova famiglia RX24T, così come già quelli della famiglia RX23T, possono essere alimentati con una singola tensione che può variare tra 2,7  e 5,5 Volt.

RENESAS_RX24T_diagram-420x294 RX24T, la nuova famiglia di MCU a 32 bit ottimizzata per il controllo motori

Principali  caratteristiche della nuova famiglia RX24T

1) La nuova gamma di microcontrollori RX24T è stata sviluppata per consentire il pilotaggio di più di un motore in modo da supportare i progettisti nello sviluppo di una vasta gamma di prodotti. A seguito dell’obbligo dell’utilizzo di motori ad alta efficienza, in molti paesi si manifesta la richiesta di soluzioni per il controllo motore che consentano una maggiore efficienza. La  famiglia RX24T è basata sulla precedente RX23T che è in grado di gestire applicazioni con un solo motore. In questo caso le prestazioni vengono aumentate a seguito dell’incremento della frequenza dai precedenti 40 MHz agli attuali 80 MHz, la capacità della FLASH a bordo viene anch’essa raddoppiata dai precedenti 128 KBytes agli attuali 256 KBytes, ultima ma non meno importante è la duplicazione delle periferiche dedicate al pilotaggio ed al controllo di motori trifase a magneti permanenti in modalità AC (timer, convertitori analogico/digitali e amplificatori operazionali), tutto ciò consente il pilotaggio di più di un motore utilizzando un singolo componente. Inoltre i prodotti della famiglia  RX24T mantengono un elevato livello di compatibilità con quelli della famiglia RX23T, in modo da poter riutilizzare facilmente il software sviluppato in precedenza.

Questo elevato livello di compatibilità semplifica enormemente il lavoro dei progettisti e riduce in modo significativo l’investimento delle aziende che vogliono creare una ampia gamma di prodotti. La famiglia RX24T integra dei meccanismi hardware per la gestione delle tecniche di sicurezza (fail safe) in modo da accelerare sia i tempi di sviluppo dell’applicazione sia i tempi di esecuzione delle funzioni di controllo intrinseco della sicurezza in classe B (Class B Self-Test routines); queste caratteristiche sono obbligatorie per ottenere le certificazioni di sicurezza intrinseca secondo lo standard internazionale IEC 60730-1. Renesas prevede di rilasciare le librerie certificate VDE per IEC 60730-1, in formato sorgente, da utilizzarsi per la famiglia RX24T entro la metà del 2016.

2) Gli innovativi strumenti di supporto allo sviluppo di controllo motore di Renesas consentono una valutazione approfondita del controllo vettoriale senza l’utilizzo di sensori in meno di una giornata. Se vogliamo fornire in brevissimo tempo una soluzione innovativa per il controllo di motori trifase a magneti permanenti ad alta efficienza che integra un controllo vettoriale e che non richiede sensori, come richiesto attualmente dal mercato, è necessario acquisire in brevissimo tempo le competenze necessarie. A questo scopo Renesas ha sviluppato l’esclusivo sistema di valutazione Renesas Solution Starter Kit 24 V Motor Control Evaluation System che può essere utilizzato per entrambe le famiglie di microcontrollori RX23T e  RX24T. Questo kit include una scheda di valutazione, un motore trifase a magneti permanenti che può essere controllato con forme d’onda sinusoidali, e un algoritmo di controllo vettoriale che non necessita l’utilizzo di sensori di posizione. Questo kit consente ai progettisti di iniziare immediatamente la valutazione delle applicazioni di controllo motore con un investimento iniziale irrisorio. Inoltre lo strumento denominato In-Circuit Scope (ICS), uno strumento che permette di visualizzare in modalità grafica, sullo schermo del PC, le forme d’ onda delle correnti e delle tensioni memorizzate nella RAM del dispositivo, si rivela molto utile per ridurre il tempo di valutazione e per eseguire dei test approfonditi in modo sicuro.

Ulteriori strumenti di valutazione e di sviluppo quali e2studio (ambiente di sviluppo e di debug basato su Eclipse), strumenti per la generazione automatica del codice, compilatori C, emulatori e programmatori di FLASH sono disponibili per completare l’offerta. Allo scopo di integrare la gamma di strumenti di sviluppo, Renesas fornisce il kit di sviluppo e di valutazione denominato RX24T Starter Kit che include un scheda di riferimento popolata con un microcontrollore a 32 bit della serie RX24T con gestione nativa delle istruzioni in virgola mobile e col relativo ambiente di sviluppo e di debug. Entro la fine di settembre 2016 sarà disponibile una piattaforma di riferimento che, utilizzando un dispositivo RX24T, sarà in grado di pilotare sia due motori a magneti permanenti utilizzando un controllo vettoriale che non necessita di sensori di posizione, sia un controllore del fattore di potenza (PFC). Il tutto utilizzando solamente un microcontrollore della nuova famiglia RX24T di Renesas.

3) L’elevate integrazione consente di ridurre il numero di componenti esterni e l’unità in virgola mobile native (FPU) riduce drasticamente sia la dimensione del codice sia i tempi di esecuzione.  La famiglia di microcontrollori RX24T integra a bordo dei chip importanti componenti che, se montati esternamente, occuperebbero più spazio sulla scheda e richiederebbero un significativo numero di componenti passivi che notoriamente riducono l’affidabilità, aumentano i costi di montaggio e di testing e riducono l’immunità del sistema. Tra questi, gli  amplificatori operazionali utilizzati per amplificare la tensione generata dalle resistenze di shunt per leggere le correnti sia in modalità a 3 shunt che in modalità a singolo shunt; i circuiti di sample & hold utilizzati per campionare i segnali analogici in un preciso istante della forma d’onda di pilotaggio in PWM (Pulse Width Modulation ); i comparatori utilizzati per bloccare via hardware l’attivazione dello stadio di potenza in caso di rilevazione di una situazione di corrente elevata (OC, Over Current). Oltre a tutto questo, allo scopo di ridurre drasticamente lo spazio necessario sul circuito stampato ed il numero di componenti da acquistare, montare e testare, RX24T integra una memoria FLASH dati che consente di eliminare le memorie non volatili esterne, ad esempio l’EEPROM utilizzata per la memorizzazione dei parametri di personalizzazione e di programmazione così come per il log di eventi e di anomalie.

I dispositive delle famiglie RX24T e RX23T integrano un sistema di spegnimento automatico delle uscite PWM collegate alla sezione di potenza in caso di anomalie; questo sistema, denominato Port Output Enable (POE), consente al progettista di scrivere un software che programma l’hardware in modo da posizionare i pin di pilotaggio del PWM (Pulse Width Modulation) in condizione di riposo in caso di anomalie del sistema. La condizione di riposo può essere selezionata tra Alto, Basso e ad alta impedenza per ogni singolo pin in modo da fornire una completa compatibilità con ogni  possibile stadio di potenza. La disponibilità di una unità nativa, inserita all’ interno della CPU, di gestione delle istruzioni in virgola mobile (FPU) elimina l’utilizzo di complicati e pericolosi (perché difficili da testare in ogni situazione) algoritmi di scaling dei dati, così come l’ utilizzo di librerie altrettanto difficili da utilizzare, ma soprattutto difficili da testare in ogni condizione, denominate Fixed Point Library. Tutti questi elementi consentono una notevole semplificazione dello sviluppo ed una significativa riduzione dei tempi di testing così come dei rischi di errori derivanti da una copertura non ottimale del processo di testing del sistema. La disponibilità di tale funzione riduce la dimensione del codice e, soprattutto, il tempo di testing del sistema di una percentuale di circa il 30%.

Anche le funzioni di controllo della velocità e della corrente (Algoritmi PI) traggono grande vantaggio dall’utilizzo di una unità in virgola mobile nativa (FPU), dal punto dei tempi di esecuzione, della dimensione del codice e delle procedure di testing, così come dal punto di vista dell’incremento dell’affidabilità totale del sistema.

I campioni dei nuovi microcontrollori della famiglia RX24T sono già disponibili mentre la produzione in volumi è prevista per l’inizio di Marzo 2016.

www.renesas.eu

 

 

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