Circuiti integrati per il controllo motore di attuatori automobilistici

Con l’elettrificazione dei veicoli che si estende oltre la propulsione ai sistemi di attuazione distribuita, i progettisti automotive stanno sostituendo sempre più i sottosistemi meccanici e i motori a spazzole con architetture compatte basate su motori brushless in corrente continua. L’ultimo circuito integrato per il controllo motore di Toshiba risponde a questa evoluzione combinando elaborazione microcontrollore, elettronica di pilotaggio motore, comunicazioni e funzioni di protezione in un unico package qualificato per il settore automotive, destinato ad applicazioni inferiori a 40 W.

Architettura integrata di controllo motore automotive
Il dispositivo è progettato per motori BLDC trifase compatti utilizzati in sottosistemi automobilistici come elettrovalvole, registri del flusso d’aria HVAC, piccole pompe, ventole di raffreddamento e griglie attive del radiatore. Queste applicazioni richiedono tipicamente unità di controllo elettronico con vincoli di spazio, dove la riduzione del numero di componenti migliora la flessibilità di integrazione, la progettazione termica e l’efficienza di assemblaggio.

Il circuito integrato incorpora un processore Arm Cortex-M23 a 32 bit, memoria flash integrata, un driver BLDC trifase con MOSFET integrati, un’alimentazione ausiliaria a 5 V per sensori o componenti esterni e un transceiver LIN all’interno di un package VQFN36 da 6 mm × 6 mm.

Questo livello di integrazione riduce la necessità di microcontrollori separati, driver di gate esterni, circuiti integrati di comunicazione e circuiteria di protezione discreta, semplificando l’architettura ECU per l’elettronica automotive distribuita.

Elaborazione del controllo motore e funzionamento sensorless
Una caratteristica tecnica rilevante è il coprocessore Vector Engine integrato di Toshiba, che accelera l’elaborazione del controllo orientato al campo (FOC). Il controllo orientato al campo migliora la fluidità della coppia, l’efficienza e la risposta dinamica del motore rispetto a metodi di commutazione più semplici, ma spesso aumenta il carico computazionale nei sistemi embedded di controllo motore.

L’esternalizzazione di questi calcoli a hardware dedicato riduce il carico del processore e consente un’implementazione più compatta del software di controllo.

Il dispositivo supporta anche il controllo a onda quadra sensorless tramite rilevamento della forza controelettromotrice (BEMF). Negli attuatori automotive a basso costo, l’eliminazione di sensori Hall o encoder di posizione riduce la complessità del cablaggio, i vincoli di integrazione meccanica e il costo della distinta base.

Sicurezza automotive e integrazione di rete
Il circuito integrato è qualificato AEC-Q100 Grade 0, a indicare l’idoneità per ambienti a semiconduttori automotive con elevate temperature di giunzione, ed è conforme ASIL-B per applicazioni che richiedono un livello medio di sicurezza funzionale secondo i framework ISO 26262.

I meccanismi di protezione integrati includono rilevamento di sottotensione, sovratensione e sovracorrente, arresto termico, monitoraggio della tensione della pompa di carica e monitoraggio della tensione drain-source sui MOSFET high-side e low-side. Queste protezioni sono rilevanti nei sistemi elettrici automobilistici a 12 V, dove condizioni di carico transitorie e stress termico sono comuni.

Il transceiver LIN integrato rende il dispositivo coerente con le architetture elettroniche di carrozzeria automotive, dove LIN continua a essere ampiamente utilizzato per comunicazioni economiche con attuatori distribuiti.

Contesto aggiuntivo
Questa sezione descrive specifiche tecniche e confronti competitivi non inclusi nel comunicato stampa originale.

Tra i circuiti integrati comparabili per sistemi motore automotive figura il MOTIX TLE9564QX di Infineon, che integra anch’esso controllo motore BLDC trifase, comunicazioni LIN, un regolatore a 5 V e qualificazione automotive per applicazioni con attuatori distribuiti. L’elemento distintivo di Toshiba è un’integrazione più spinta grazie all’inclusione di un microcontrollore Arm Cortex-M23 onboard e MOSFET integrati in un package più compatto da 6 mm × 6 mm, con focus sul controllo diretto di motori a bassa potenza piuttosto che su architetture di driver motore più ampie a livello di sistema.

Edito da Aishwarya Mambet, redattrice di Induportals, con il supporto dell’IA.

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