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電化製品のデザインのためのエレクトロニクス ソリューション
Home Appliance Solutions
電化製品向けアプリケーションの新技術
今日、電化製品メーカーは変化を続ける世界市場の中で多数の課題に直面しています。 各国政府による規制、顧客の期待、競合、アプリケーションの革新といった要素が、電 化製品への新技術投入を促進しています。開発期間の短縮、シェアの維持拡大への圧 力、常に技術革新を続ける必要性といった要素が、これらの先進技術を市場に投入する 事をさらに厳しい課題としています。このような課題の解決に向けてパートナーと技術的 ソリューションを探す事は、難しいだけでなくリソースの消耗に繋がりかねません。 マイクロチップ社は、お客様が新機能を将来の設計に実装できるようサポートしています。 ユーザ インターフェイス、モータ制御、センシング、コネクティビティ等のソリューション を提供し、お客様がアプリケーションの実装に専念できるようにします。 弊社が提供する対費用効果の高いツールを使用すると、市場投入までの期間が短縮でき ます。弊社が無償で提供する MPLAB® IDE 統合開発環境は 8/16/32 ビットのマイク ロコントローラと 16 ビットのデジタル シグナル コントローラ (DSC) の全てをサポート しています。これにより、プログラムの開発と高性能なソリューションへの移行が簡単に なります。機能、コードサイズ、必要演算能力の増大によるコアの変更の際でも、学習 期間を最小限にできます。アプリケーション デザイン センター
回路図、アプリケーション ノート、ウェブ セミナー、 開発ツール、推奨製品、デバイス サンプル等の技 術リソースは、オンライン デザイン センターを参照 してください。 www.microchip.com/designcenters ■ mTouch™ センシング ソリューション ■ QVGA グラフィック ■ セグメント LCD ■ 音響と音声 ■ モータ制御 ■ コネクティビティ ■ 照明www.microchip.com/appliance
マイクロチップ社が提供する小型パッケージにより、ボードサイズを 小さく、開発コストを最小限にできます。ヒューマン インターフェイス
良好なユーザ インターフェイスを設計する事は、機能と価値の重要な要因です。 今日の消費者は、ハイエンドの家庭用電化製品の多くに見られるようなお洒落で 直感的に使えるインターフェイスを要求します。エンド ユーザが安全かつ正しく 使用する事を保証する事も、適切なユーザ インターフェイスを構築する上での 要因です。 マイクロチップ社は広範なマイクロコントローラ製品群により、LCD ディスプレ イ、タッチ パネル、静電容量式および誘導式 ( 金属パネル ) タッチ ボタン、音 声フィードバック、LED 照明等の機能統合をサポートします。また、設計時間の 短縮や開発費の削減を支援する強力かつ無償の技術サポートだけでなく、多数 のターンキー ソリューションも提供しています。 ここでは、競合他社製品との差別化を図るために利用して頂ける、マイクロチッ プ社独自の技術を紹介します。誘導式タッチ等の革新的な技術は、電化製品を より魅力的かつ使いやすくするだけでなく、品質と信頼性も向上させます。PIC24
SPI PMP RGB USB CTMU A/D16-bit MCU
4.3¨ QVGA ディスプレイ タッチ スクリーン ZigBee® モジュール コネクタUSB 直接駆動 キャパシティブ タッチ ボタン インダクティブ タッチ ボタン LED開始にあたり
下記リソースを含む詳細は、下記リンクのヒューマン インターフェイス デザイン センターをご覧ください。 www.microchip.com/humaninterface アプリケーション ノートAN1101 Introduction to Capacitive Sensing AN1102 Layout and Physical DesignGuidelines for
Capacitive Sensing
AN1103 Software Handling for Capacitive Sensing AN1104 Capacitive Multi-button Configurations AN587 Interfacing PIC® MCUs to an LCD Module
AN1237 Inductive Touch Hardware Design* AN1239 Inductive Touch Sensor Design* AN1241 Inductive Touch Software Design*
この他のアプリケーション ノートは下記ウェブサイトをご覧ください。 www.microchip.com/appnotes ウェブ セミナー mTouch™ 静電容量式タッチ センシングの紹介 充電時間測定ユニット(CTMU)概要 グラフィックLCDシステムとPIC24のインターフェイス www.microchip.com/webseminars RTCクラス HIF2131 マイクロチップ社のグラフィック ライブラリを使用した設計 HIF3010 mTouch™ 静電容量式センシングの紹介 www.microchip.com/rtc ＊ 誘導式タッチ リソース キットに含まれます。 下記ウェブサイトからもダウンロードできます。 www.microchip.com/mtouch
www.microchip.com/humaninterface
このデモ ユニットは、誘導式および静電容量式タッチ センシングを制御する 16 ビット PIC24 MCU の能力と QVGA、USB、ZigBee®についてのデモが可能です。 ヒューマン インターフェイス ソリューションのデモをご希望の方は、マイクロチップ・テクノロジー・ジャパン株式会社までお問い合わせください。
静電容量式タッチ
誘導式タッチ
セグメントLCDディスプレイ
QVGAグラフィック ディスプレイ
音響と音声
Input 8ビットマイコン Microcontroller or 16-bit dsPIC® Digital Signal Controller MOSFETあ る い は IGBT センサー • Speed • Shaft Position • Rotation Direction • Current ミックスドシグナル パワー トルク 速度 方向 位置 モータ フィードバック
モータ制御
マイクロチップ社は、お客様のモータ設定や機能要件に対応する、 多数のモータ制御ソリューションを提供しています。少ピンの 8 ビッ ト PIC16 マイクロコントローラ、高性能 8 ビット PIC18 ファミリ、 16 ビット dsPIC®デジタル シグナル コントローラは、高度に最適 化されたモータ制御ソリューションを提供します。ソフトウェア ライ ブラリや技術サポートもお客様のアプリケーション開発や技術チーム に貢献します。また、広範囲にわたるモータ制御の専門知識と技術 サポートをアプリケーション エンジニア、モータ制御チーム、家電ソ リューション部門のアプリケーション チームが提供します。FOCセンサレスPMSMおよびACIM
最高のダイナミック トルク応答と効率でありながら、最小システム コ ストのモータ制御ソリューションがあります。マイクロチップ社のセン サレス界磁制御アプリケーション ノート AN1078 (PMSM) および AN1162 (ACIM) をダウンロードしてください。dsPIC DSC は、こ の複雑なアルゴリズムに対する対費用効果の高いソリューションです。 dsPIC DSC の 10 ビット A/D モジュールはモータの電圧と電流を サンプリングします。Clarke 変換および Park 変換は A/D 情報を変換して 2 つの PI ループに送信し、トルクと磁束を制御します。モー タの回転数と位置は、モータをモデル化するエスティメータにより決 まります。PI ループの出力を空間ベクトル変調により変換し、モー タ制御 PWM モジュールの出力を制御します。正弦波 (180º) 出力 はスムーズで低騒音のモータ動作を提供します。
開始にあたり
下記リソースを含む詳細は、下記リンクのモータ制御デザイン センターをご覧ください。 www.microchip.com/motor アプリケーション ノートAN885 Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals AN887 AC Induction Motor Fundamentals
AN893 Low-Cost Bidirectional Brushed DC Motor Control Using the PIC16F684
AN901 Using the dsPIC30F & dsPIC33F DSCs for Sensorless BLDC Control
AN908 Using the dsPIC30F/dsPIC33F for Vector Control of an ACIM
AN992 Sensorless BLDC Motor Control Using dsPIC30F2010 AN1017 Sinusoidal Control of PMSM Motors with
dsPIC30F/dsPIC33F DSC
AN1078 Sensorless Field Oriented Control of PMSM Motors using dsPIC30F or dsPIC33F Digital Signal Controllers
AN1083 Sensorless BLDC Control with Back EMF Filtering AN1106 Power Factor Correction in Power Conversion
Applications Using the dsPIC® DSC
AN1208 Integrated Power Factor Correction (PFC) and Sensorless Field Oriented Control (FOC) System この他のアプリケーション ノートは下記ウェブサイトをご覧ください。 www.microchip.com/appnotes ウェブ セミナー 多数決関数を使用するセンサレスBLDCモータ制御 AC誘導モータ向けセンサレス界磁制御(FOC) PMSM向けセンサレス界磁制御 www.microchip.com/webseminars RTCクラス MCT0301 dsPIC® DSC を使用するBLDCモータ制御のワークショップ www.microchip.com/rtc
www.microchip.com/motorcontrol
PI Σ θ PI PI -N REF IQREF IDREF Σ -VQ VD IQ ID Vα Vβ SVM Iα Iβ D,Q α,β Σ -A,B,C α,β Vα Vβ Ia Ib D,Q α,β 3相 ブリッジ モータ 位置 速度 位置および 速度 エスティメータFOC センサレス機能ブロック図
低騒音を求めるユーザの期待と電力消費削減に向けた政府規制の拡 大を背景に、先進のモータ制御の必要性がさらに増しつつあります。 これらの目標を達成するには、さらに高度な電子的モータ制御が必要 です。今日の消費者は、他 のシステムとの通信 機能を含むより多く の機能を備えた製品 を望んでいます。家 庭内では多くの製品 同士が接続されるよ うになり、ユーザ エ クスペリエンスもさ らに豊富になります。 マイクロチップ社は、 有線、無線を問わず 豊富な設計リソースやソフトウェア ライブラリにより多数の通信プロトコルをサ ポートしています。 マイクロチップ社は、ENC424J600 デバイス、ENC624J600 デバイス、 PIC18F97J60 ファミリ製品により小型で低コストの組み込み Ethernet ソ リューションに応えています。いずれも IEEE 802.3 に準拠しており 10/100 Base-T ネットワークと互換です。マイクロチップ社の Ethernet ソリューション は無償でロバストな TCP/IP スタック、多数の開発ツールでユーザに貢献します。 マイクロチップ社の TCP/IP スタックは PIC18、PIC24、PIC32 の各マイク ロコントローラおよび DSC ファミリ用に最適化されています。
コネクティビティ
マイクロチップ社の MRF24J40MA は、マイクロチップ社の PIC®マイクロコントローラ用に開発された IEEE 802.15.4™ RFトランシーバ モジュールです。
MRF24J40MA モジュールは免許不要の 2.4 GHz 帯で動作し、FCC、IC、ETSI の認証を取得済みです。統合モジュール設計を採用する事により、インテグレータは RF およびアンテナ設計、規制の準拠試験から開放され、市場投入までの期間を短縮できます。また、シンプルな 4 線式 SPI インターフェイスでシステムを無線接続する事もできます。
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開始にあたり
下記リソースを含む詳細は、下記リンクのコネクティビティ デザイン センターをご覧ください。 www.microchip.com/connectivity アプリケーション ノートAN1255 Microchip ZigBee® Pro Protocol Stack
AN1289 Microchip ZigBee® Smart Energy Profile
Application
AN1066 MiWi™ Wireless Networking Protocol Stack AN1204 Microchip MiWi™ P2P Wireless Protocol AN1192 MRF24J40 Radio Driver
AN833 Microchip TCP/IP Stack Application Note AN731 Embedding PIC® MCUs in the Internet
AN1120 Ethernet Theory of Operation
AN724 Using PIC® MCUs to Connect to Internet
via PPP
AN236 X-10 Home Automation using the PIC16F877A この他のアプリケーション ノートは下記ウェブサイトをご覧ください。 www.microchip.com/appnotes ウェブ セミナー TCP/IPネットワーク パート1、パート2、パート3 組み込みEthernetを簡単に www.microchip.com/webseminars RTCクラス 270TCP1 EthernetおよびTCP/IP接続ソリューションの概要 COM4201 TCP/IP監視/制御アプリケーションの設計 www.microchip.com/rtc SPI MAC Tx Chain Rx Chain Bias/VCO etc. MRF24J40 Crystal
PIC® マイクロコントローラ PIC® MRF24J40MA トランシーバ モジュール
アプリ ケーション シリコン スタック アプリケーション ZigBee® MiWi™ MiWi P2P プロトコル スタック マッチング 回路
Volts OFF ON Fan + -MCP6541 RTD VOUT MCP6S21 SPI VOUT VDD VREF RT VDD VDD R R R R R C + -C アナログ出力 シリアル出力 論理出力 オペアンプ/コンパレータ ゲイン調整 入力選択 プログラマブル ゲインアンプ (PGA) サーモカップル サーミスタ/アンプ サーミスタ/アンプ センサー
一般的なセンサ接続方法
センサ
ほぼ全てのマイクロチップ社製マイクロコントローラと DSC がセンサ アプ リケーションに使用できます。マイクロコントローラをリモート センサと直 接接続するまたは近くに配置するアプリケーションの場合、シンプルなマイ クロコントローラで十分です。必要な I/O が多くない場合、対費用効果の 高い 6/8/14 ピンのマイクロコントローラを利用できます。これらのデバ イスはコストとサイズの点で有利であり、これまで組み込み制御を検討し ていなかったアプリケーションでも利用されています。 マイクロチップ社では、センサ アプリケーション向けマイクロコントローラと DSC だけでなく論理出力、電圧出力、シリアル出力温度センサを含む各 種温度管理製品を供給しています。これらの製品が、お客様のアプリケー ション要件に最適なデバイスの実装をサポートします。高精度、低消費電力、 広い動作温度レンジ、小型パッケージ等の特長があります。www.microchip.com/sensors
開始にあたり
アプリケーション ノートAN929 Temperature Measurement Circuits for Embedded Applications
AN1001 IC Temperature Sensor Accuracy Compensation with a PIC® Microcontroller
AN1016 Detecting Small Capacitive Sensors
Using the MCP6291 and PIC16F690 Devices この他のアプリケーション ノートは下記ウェブサイトをご覧ください。 www.microchip.com/appnotes ウェブ セミナー PIC10F開発ツール: 小型製品には小規模ツールを 世界最小レベルのマイクロコントローラで世界を制御 ハードウェアによるセンサ信号コンディショニング 理想的な温度センサの選択 www.microchip.com/webseminars RTCクラス ASP2201 組み込みシステムにおけるアナログ センサ コンディショニング www.microchip.com/rtc PIC10F2XX DATA VIN (12V) 0.1 µF VDD Sensor VDD
アナログ センサのシリアル化
低消費電力
nanoWatt テクノロジとは ?
マイクロチップ社は、消費電力に関して厳しい制約のあるシステムを設計 するため、プロセス技術、設計手法、柔軟な電力管理機能を組み合わせ た独自の技術を開発しました。多くの場合、MCU の低消費電力動作にお ける制約要因は静止電流消費です。マイクロチップ社はリーク電流を最小 限に抑えるプロセス技術と設計手法を開発しました。 電圧も低消費電力を妨げる要因の 1 つであるため、マイクロチップ社では 多くの nanoWatt テクノロジ MCU の定格動作電圧を 1.8 ～ 5.5 V で設 計しました。nanoWatt テクノロジを適用した PIC MCU は、下記のモードを含む最大 9 つのオシレータ モードをサポートします。 ■ クロック周波数の即時切り換え – 外部クロックと内部オシレータ間で切り換える場合、コード実行に遅 延が生じません。 ■ 有利な 2 スピード スタートアップ – 起動中に外部クロックソースが安定するまでの間、内部オシレータ のいずれかを使用する事により、シームレスな移行が可能です。外 部ソースが安定したら、MCU は自動でクロックソースを切り換えて 重要な起動時間の短縮を図ります。 ■ 設定可能なアイドル、スリープ、ディープ スリープ モード – 設計者は、消費電力要件に合わせて電流消費とクロックを自由に調 整する事ができます。 ■ 超低消費電力ウェイクアップ (ULPW) モード – ウェイクアップ時の引き込み電流を削減します。 世界的なエネルギと資源の使用削減傾向の高まりを受け、多くの消費者に とって「グリーン」である事が重要です。顧客が常に機能追加を求める今 日の電化製品において、消費電力の削減は難題です。マイクロチップ社で は、このような要求に応えるため新しく XLP マイクロコントローラを導入し ました。このコントローラ ファミリは一般的な MCU 機能だけでなく LCD 制御、静電容量式タッチ制御、USB 等の先進機能を提供しながら、業界トッ プレベルの低消費電力を実現しました。このようなコントローラはバッテリ 寿命を延ばすだけでなく、電力消費に関する政府規制の変更にも対応でき ます。
低消費電力の安全性
nanoWatt XLP を採用した製品は、周辺機能だけでなくバッテリ駆動製 品向けに設計されたシステム スーパバイザ回路を備えます。 ■ バッテリ消耗時と交換時にはディープ スリープ ブラウンアウト リセットが アプリケーションを保護しますが、消費電流はわずか45 nAです。 ■ ディープ スリープ モードを備える製品のリアルタイム クロック カレン ダ モジュールは、500 nA未満の消費電流で常に正確な時刻を提供で きます。 ■ 標準WDTとディープ スリープWDTは、専用のオンチップ オシレータに より500 nA未満の消費電流でシステム障害に対して保護します。 nanoWatt XLPテクノロジの利点: ■ スリープ時の消費電流が最小20 nA ■ ブラウンアウト リセットが最小45 nA ■ ウォッチドッグ タイマが最小400 nA ■ リアルタイム クロック/カレンダが最小500 nA バッテリ寿命ナノワット XLP 対他社製品
(RTCC オン、1 ms/min. で動作、CR2032 リチウムボタン電池) PIC24F16KA102 他社製品 T 他社製品 A 年数500
日
800
日
他社製品 T 他社製品 AP
IC
2
4
F
1
6
K
A
1
0
2
www.microchip.com/XLP
情報は変更になる場合があります。マイクロチップ社の名称とロゴ、マイクロチップ社のロゴ、dsPIC、MPLAB、PIC は、米国およびその他の国に おけるマイクロチップ テクノロジー社の登録商標です。MiWi および mTouch は、米国およびその他の国におけるマイクロチップ テクノロジー社の商標です。 その他、本書に記載されている商標は、各社に帰属します。
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