모터 애플리케이션에서 고효율 및 소형화를 달성하는 방법

지구 환경 문제를 해결하고 지속 가능한 사회를 실현하기 위해 에너지 효율은 점점 더 중요해지고 있으며, 이로 인해 에너지 절약 기술이 전 세계적으로 더욱 중요해지고 있습니다. 모터는 응용 분야에서 가장 많은 전력을 소비하는 경우가 많기 때문에 고정밀도 인버터 제어를 통해 쉽게 전력 손실을 줄이고 에너지 절약에 기여할 수 있습니다.

이를 달성하기 위해 Renesas는 Arm® 코어가 포함된 32비트 마이크로 컨트롤러의 RA 제품군에서 두 개의 새로운 모터 제어 MCU를 개발했습니다. (그림 1) 고성능 솔루션과 컴팩트 패키지 라인업은 시스템 공간 제약에도 불구하고 고정밀 인버터 제어가 필요한 소비자, 산업 및 기타 애플리케이션에 가장 적합합니다. RA4T1 및 RA6T3 그룹은 다양한 애플리케이션에서 더 낮은 전력 소비를 가능하게 하고 에너지 소비를 낮추는 데 기여하며 지구 환경 개선에 도움을 줍니다.

RA4T1 및 RA6T3 MCU는 단일 인버터 제어를 위한 성능, 기능 및 가격의 균형을 위해 최적화되었습니다. 여기에는 최대 200MHz(RA4T1의 경우 100MHz)에서 작동하는 Arm® Cortex®-M33 코어가 장착되어 있으며 하드웨어 가속기 삼각 함수 장치, 보완적 PWM 출력을 지원하는 16비트 타이머 등 고정밀 인버터 제어를 실현하는 기능을 갖추고 있습니다. 전용 3채널 샘플 및 홀드 기능과 프로그래밍 가능한 이득 증폭기 및 비교기를 갖춘 12비트 A/D 변환기입니다. 인버터 회로를 보호하기 위한 안전 기능인 포트 출력 활성화 기능도 제공되어 PWM 출력을 차단합니다. USB 2.0 FS 장치(RA6T3만 해당), CAN FD 및 I3C 등의 통신 인터페이스가 포함되어 있습니다.

RA4T1 및 RA6T3 그룹은 모두 성능, 기능 및 가격의 최적 균형을 제공하며 다양한 소비자 및 산업용 인버터 제어 애플리케이션에 사용할 수 있습니다. 예를 들어, RA4T1 그룹의 가장 작은 패키지는 5 x 5mm 32핀 QFN으로 소형 전동 공구에 적합합니다. 더욱 강력해진 RA6T3 그룹은 고속 실시간 제어와 통신 기능을 동시에 수행할 수 있어 모터 제어와 디스플레이 패널과의 통신이 필요한 전기자전거 등 애플리케이션에 적합하다. 이 장치는 진공청소기, 인덕션 쿠커, 세탁기, 팬, 펌프, 범용 인버터, 열전사 프린터, 소형 로봇 등의 애플리케이션에도 적합합니다.

RA4T1 및 RA6T3 평가 환경에는 일반적으로 전체 RA 제품군에 사용할 수 있는 e² studio, Keil® MDK 및 IAR EWARM을 포함한 통합 개발 환경 선택이 포함됩니다. RA 제품군을 활용한 임베디드 시스템 개발을 위해 BSP, HAL 드라이버, 모터 제어를 위한 미들웨어, 다양한 임베디드 OS를 포함하는 FSP(Flexible Software Package)가 제공됩니다. FSP는 복잡한 소프트웨어 구현을 용이하게 하고 소프트웨어 개발 시간을 단축하는 데 기여합니다.

우리는 모터 제어 시스템을 쉽게 평가할 수 있도록 MCK-RA4T1 및 MCK-RA6T3 모터 제어 개발 키트를 제공합니다. 키트에는 아래 설명된 CPU 보드, 인버터 보드, BLDC 모터 및 샘플 코드가 포함되어 있습니다. CPU 보드 단독으로 MCU 주변 기능 평가가 가능하며, Pmod 커넥터를 탑재하고 있어 센서 보드, 무선 통신 모듈 등과 연결이 가능해 확장성이 뛰어나다.

모터 제어 소프트웨어 개발에 필요한 설정, 튜닝, 분석을 워크플로우에 따라 쉽게 운영할 수 있도록 모터 소프트웨어 개발 지원 툴용 QE를 제공합니다(그림 3의 왼쪽 위). FSP와 연계하여 계층 구조도(그림 3의 오른쪽 상단)를 확인하면서 모터 미들웨어 및 드라이버를 효율적으로 구성할 수 있습니다.

QE for Motor는 모터 제어 개발 지원 툴인 Renesas Motor Workbench와 연동됩니다. 이를 통해 모터 제어 신호를 오실로스코프처럼 PC에 표시할 수 있으며, 모터를 정지하지 않고도 모터 제어 변수를 GUI에서 업데이트할 수 있습니다(그림 3, 왼쪽 하단). 즉, QE for Motor 도구는 원활한 환경에서 소프트웨어 개발을 가능하게 하고 개발 시간을 단축하는 데 도움이 됩니다.