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Embedded
Boards
Bild 3: Analogsignalaufbereitung.
Bild 1: Das Blockschaltbild des Boards EPC-EXTB03-IRF-ASYM_150W.
Bild 2: Schaltbild des EPC-EXTB03.
Bild 4: 15-V-Erzeugung aus dem Netzzwischenkreis UBUS.
Zerstörung der IGBTs durch den Betrieb im entsättigten Bereich
verhindert.
Analogsignalaufbreitung
Auf dem EPC-EXTB03 wird die Shuntspannung über eine OP-
Stufe auf den Messbreich des ADCs im Microcontroller normiert
und gefiltert (MOT_CURR). Hier kommt ein Single Supplyvoltage
OPA2340 zum Einsatz (Bild 3). Neben einer niedrigen Temperaturdrift
und guter Dynamik zeichnet er sich durch seinen Rail to
Rail Input mit einem Common Mode Range von ±500 mV über
der Versorgungsspannung, und seinem Rail to Rail Ausgang, der
auf 1 mV an die Versorgungsspannung heranreicht, aus.
Der Übertemperaturschutz des Moduls wird mit dem integrierten
NTC (Negativer Temperatur-Coeffizient) erreicht. Der NTC steht
als Ausgangspin am Modul zur Verfügung. Er wird über einen einfachen
Spannungsteiler mit RC-Glied direkt auf einen ADC Eingang
des Microcontrollers geführt (DRV_TEMP). Zur Messung der Zwischenkreisspannung
wird der Wert über einen geeigneten Spannungsteiler
mit RC-Glied direkt auf einen ADC-Eingang des Microcontrollers
geführt (BUS_VOLT).
Funktionsblock 2 : Der Mikrocontroller
Die Wahl eines 32-Bit-Mikrocontrollers, hier ein STM32F103, mag
für ein lowcost System zunächst als eine Überdimensionierung erscheinen.
Trotzdem spricht eine Menge dafür. Zum Einen ist der
Preis in dieser Prozessorkategorie inzwischen vergleichbar mit
dem von 8-Bit-Prozessoren mit ähnlicher Peripherie. Zum Anderen
ist eine völlig neue Größenordnung an Rechenleistung verfügbar.
Dadurch kann die CPU neben der reinen Motorsteuerung eine
leistungsfähige Kommunikation und beispielsweise weitere Regelungs-
und Steuerungsfunktionen übernehmen.
Die STM32 Familie eignet sich besonders gut für den Einsatz in
Motorcontrol-Anwendungen, da sie über ein sehr leistungsfähiges
PWM-Modul zur Gatesignalerzeugung, einen synchronisierbaren 12
bit ADC und die industrietypischen Schnittstellen wie CAN, U(S)
ART, SPI, I2C und USB verfügt. ST Microelectronics stellt für die Prozessorfamilie
ausserdem eine C-basierte Motorcontrol Library zur
Verfügung. Die Software im Flash des Prozessors lässt sich über JTAG
debuggen und Programmieren, allerdings ist hier Vorsicht geboten, da
die JTAG Schnittstelle auf dem EPC-EXTB03 auf Netzpotential liegt.
Darum darf das Board nur mit einem isolierten JTAG-Emulator verwendet
werden. Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung der isolierten
UART, die per Bootloader einen Zugriff auf das Flash erlaubt.
Funktionsblock 3: Die interne Spannungsversorgung
Das System benötigt 15V für die Speisung des Leistungsmoduls,
5V für die isolierten Interfacetreiber und den Logiksignal Levels-
Bild 5: IO-Link-Anschaltung.
72 elektronik industrie 04/2011
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