どうやって選べばいい？モータ制御マイコン選定ポイントとは
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- 更新日
- 2024.07.24
- 公開日
- 2024.07.08
世界中の産業は、持続可能性への取り組みや規制要件の一環として、エネルギー消費の削減と全体的な効率性の向上にますます注力しています。本記事では、モータ制御に必要なマイコン機能及び、マイコン化する際のメリットなどを纏めて記載し、マイコン選定ポイントを解説していきます。
1. ブラシレスモータ導入においての課題
ブラシレスモータを使用する際には、ソフトウェアによるマイコン制御が必要になり、今までマイコンを使ったことがないお客様においては電気的知見が少ないなど、モータ制御にマイコンが必要なことは分かっていても、「どの製品を選んだら良いのかわからない」といった状況に陥ってしまうことが想定されます。また現在はモータ制御ICを使っているお客様においても、ソフトウェアで容易に機能追加が可能なマイコンは今後必要になってくるケースがあると考えられます。
2. なぜモータをマイコンで制御した方がいいのか？
・柔軟性
マイコン化することにより、複雑な制御（センサレス制御やトルクコントロール制御など）が対応可能となります。
また、ソフトウェア変更のみでモータの切り替えや周辺ハードウェアの変更にも対応できる可能性があります。
・通信によるプログラム書き換え（更新）
マイコンに実装されている通信を利用することで、モータの回転数や故障状態などを他者に知らせることが出来ます。（CANなどの通信には別途外付けのトランシーバが必要となりますが、当社でサポート可能です）
また、書き換え用のプログラムを通信出来るため、実装中のマイコンのソフトウェアをアップデートすることも可能です。
・セキュリティ機能の実装
外部からの不正アクセスや重要なデータの盗難などを防ぐために、セキュリティ機能としてデータを暗号化/復号化する必要があります。また、セキュアブートによるプログラムの改ざんを防ぐことも出来ます。自動車分野では既にセキュリティ機能が実装されているものが多く、今後は様々な分野でセキュリティ機能が必要になってくることが想定されます。（機能拡張要求）
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セキュリティについて詳しく知りたい方はこちらの記事をご覧ください。
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■記事■ ここがポイント! 車載サイバーセキュリティ対策
注：マイコンにソフトウェアを組み込むため、組み込み知識や周辺回路に対する知識、通信機能など幅広い知識が必要です。
3. モータ制御に必要なマイコン機能
【必須機能】
以下の機能が必要となります。
| 機能 | 説明 |
|---|---|
| モータ制御用タイマ |
同期PWM6ch出力 インバータへの出力ポート6本 ※ブラシレスモータのU,V,W相×2（上下アーム） 6本全てデッドタイム（貫通電流抑止）付きが必須 |
| A/Dコンバータ |
3相（U,V,W）電流値の取得（演算で使用） モータの温度取得等 故障検出、過電流、過電圧検出など |
【オプション機能】
仕様に応じて下記機能も必要になる場合があります。
| 機能 | 説明 |
|---|---|
| 通信 |
CAN,UART等 上位IFからの運転開始/停止や速度指令値の指示 |
| セキュリティ | 暗号化、復号化、セキュアブート |
| タイマ |
ホールセンサやエンコーダなどの位置センサ入力 主に定周期のインターバルタイマ モータ通電パターンの切り替え モータ制御の演算 |
4. モータ制御マイコンの選定ポイント
① モータ制御方式は何か?
モータ制御の方式によりマイコンに求められる処理性能が異なります。例えばセンサレスベクトル制御は高効率かつセンサのBOMコストを削減できる制御方式ですが、モータの角度推定やベクトル制御に必要な演算を行う必要があるため、マイコンに求められるCPU処理性能が高くなります。
【推奨スペック】
| 制御方式 | ビット数（bit） | Flashメモリ容量（KB） | CPU動作周波数（MHz） | ベンチマーク（CoreMark/MHz） |
|---|---|---|---|---|
|
120度通電制御 センサレス120度通電制御 |
8~16 | 16~64 | 20~32 | 0.8~2.5 |
|
ベクトル制御 センサレスベクトル制御 |
32 | 64~100 | 32~240 | 3~5.5 |
※仕様や周辺機器の性能によって変化します
② モータ制御以外に必須の機能はあるか?
セキュリティ機能が必要であれば、セキュリティ対応マイコンCAN-FD機能が必要であれば、CAN-FD 搭載マイコンを選定する必要あり
③ 制御対象モータの数は?
複数モータを1マイコンで制御する場合は、同期PWM出力(6ch)が制御対象モータ分、必要になる
④ 電流検出の方法は?
1シャントであれば、A/Dが1つ、3シャントであればA/Dが3つ分必要になる
ご要求に対して、マイコンがスペックを満たしているか当社が選定のサポートを致します。また当社ではマイコン以外でもゲートドライバやCANトランシーバなどの周辺機器も取り扱いが御座いますので、分からないことがあればお気軽にご相談ください。
5. まとめ
お客様のセットに適したモータ制御用マイコンを提案させて頂きます。マイコン毎にサンプルコードや評価ボード（ブラシレスモータ付き）、アプリケーションノート（サンプルコードの説明や制御内容の説明）を準備しており、すぐに試して使える環境も用意しています。
当社はマイコンのソフトウェア開発実績なども豊富にある為、マイコン制御に関しても、サポート可能です。お気軽にご相談下さい。
（執筆者： 深田新、山口央、編集者：安西滉樹）
建機・農機の電動化、ブラシレスモータの制御方法については、下記記事をご参照ください。
