12 e 13 Aprile 2022, BolognaFiere

Renesas Electronics svela il nuovo gruppo di microcontrollori a 32 bit RX24T

Renesas Electronics ha rilasciato sei nuovi dispositivi del gruppo RX24T di microcontrollori a 32 bit, questi sono in grado di gestire più di un motore per le applicazioni industriali, 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 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. Il Gruppo RX24T fornisce 160 DMIP, funzioni analogiche dedicate alla riduzione dei componenti esterni ed assicura la compatibilità con le periferiche per il controllo degli inverter già presenti nel Gruppo RX23T, il primo gruppo di microcontrollori della serie RX200 sviluppato per il controllo motori.
Inoltre, Renesas proporrà delle schede di valutazione per il controllo di motori a 24V denominato “Renesas Solution Starter Kit 24 V Motor Control Evaluation System”, uno per il pilotaggio di un solo motore basato su RX23T e uno per il controllo di motori multipli basato su RX24T. Questo kit include una scheda di valutazione, un motore a magneti permanenti ed un algoritmo di controllo vettoriale che non richiede la presenza di sensori.

Regolamentazioni

Di recente molti paesi hanno imposto, oltre alle note regolamentazioni riguardanti i livelli di efficienza, delle norme legali riguardanti l’obbligo di incrementare l’efficienza dei sistemi che utilizzano motori elettrici.
Questo ha aumentato le 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 e i motori DC a spazzole con motori trifase a magneti permanenti senza spazzole utilizzati in un gran numero di applicazioni. Questo 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. Oltre a questo molti nuovi prodotti diventano più compatti riducendo il numero di componenti che trovano spazio sul circuito stampato. La ricerca di un modo di ridurre il numero dei componenti allo scopo di integrare più schede in una e, in generale, di ridurre le dimensioni diventa ora uno dei principali problemi.

Efficienza

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 sviluppato il Gruppo RX24T, un Gruppo di microcontrollori a 32 bit ad alte prestazioni in grado di pilotare più di un motore con un singolo componente. La nuova linea è composta da sei versioni del prodotto con un package che spazia tra gli 80 pin e i 100 pin ed una memoria FLASH che varia tra i 128 KBytes e i 256 KBytes. Allo scopo di aumentare l’immunità di dispositivi che devono operare in ambienti soggetti ad elevato rumore elettromagnetico RX24T, così come RX23T, può essere alimentato con una singola tensione che può essere selezionata tra i 2.7 Volt e i 5.5 Volt.

Le principali caratteristiche del nuovo Groppo di microcontrollori 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 legale dell’utilizzo di motori ad alta efficienza in molti paesi si manifesta la richiesta di soluzioni per il controllo motore che consentano una efficienza più elevata. RX24T è basato sul precedente RX23T che era dedicato alle applicazioni che richiedevano il controllo di 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 (Timers, convertitori analogico–digitali (A/D converter) e amplificatori operazionali a bordo), tutto questo consente il pilotaggio di più di un motore utilizzando un singolo componente. Oltre a questo RX24T mantiene un elevato livello di compatibilità con il suo predecessore RX23T in modo da potere riutilizzare il software già sviluppato in modo molto semplice. 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. 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 routine), 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 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 tempo quasi nullo le necessarie competenze. 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 sia per il gruppo di microcontrollori RX23T sia per il gruppo 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, 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 temo 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 completare 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 dispositivo del gruppo di microcontrollori RX24T a 32 bit con gestione nativa delle istruzioni in virgola mobile e il relativo ambiente di sviluppo e di debug. Entro la fine di settembre del 2016 sarà disponibile una piattaforma di riferimento che, utilizzando il 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, il tutto utilizzando solamente un microcontrollore della nuova famiglia RX24T di Renesas.

3) L’elevate integrazione consente di ridurre il numero di component esterni e l’unità in virgola mobile native reduce drasticamente sia la dimensione del codice sia i tempi di esecuzione.

Il gruppo di microcontrollori RX24T integra a bordo del 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. Questi componenti sono 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 ed i comparatori utilizzati per bloccare via hardware la generazione dei pilotaggi dello stadio di potenza in caso di rilevazione di una situazione di corrente elevata. Oltre a tutto questo, allo scopo di ridurre drasticamente lo spazio necessario sul circuito stampato e il numero di componenti da acquistare, montare e da testare RX24T integra una FLASH dati che consente di eliminare la necessità di una memoria non volatile esterna come ad esempio una memoria EEPROM utilizzata per la memorizzazione dei parametri di personalizzazione e di programmazione così come per il log di eventi e di anomalie. I dispositive del gruppo di microcontrollori RX24T così come quelli del gruppo RX23T integrano un sistema di spegnimento automatico delle uscite PWM collegate alla parte di potenza in caso di anomalie, questo sistema è denominato Port Output Enable e consente al progettista di scrivere un software che programma l’hardware in modo da posizionare i pin di pilotaggio del PWM 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 attualmente noto. La disponibilità di una unità nativa, inserita all’interno della CPU, di gestione delle istruzioni in virgola mobile 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, normalmente denominate Fixed Point Library. Tutto questo consente una estrema semplificazione dello sviluppo e 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 media che si prevede essere almeno del 30%. Ovviamente anche le funzioni di controllo della velocità e della corrente (Algoritmi PI) traggono enorme vantaggio dall’utilizza di una unità in virgola mobile nativa sia dal punto dei tempi di esecuzione, dal punto di vista della dimensione del codice e dal punto di vista delle procedure di testing così come dal punto di vista dell’incremento dell’affidabilità totale del sistema.

Massimiliano Anticoli
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