モーター制御ICがMCUとMOSFETを統合し、自動車システム向けに提供

東芝デバイス＆ストレージ株式会社は、マイクロコントローラー、パワーMOSFET、およびモータードライバー機能を単一パッケージに統合したモーター制御デバイス「TB9M040FTG」のエンジニアリングサンプル出荷を開始した。このデバイスは、HVACダンパー、電動バルブ、グリルシャッターなど、小型三相ブラシレスDCモーターを使用する自動車用途を対象としており、これらの用途ではコンパクトな電子制御ユニット（ECU）と高度なモーター制御の需要が高まっている。

自動車向けモーター制御のための統合アーキテクチャ
TB9M040FTGは、40 MHzで動作する32ビットArm Cortex-M23マイクロコントローラー、フラッシュメモリ、MOSFETを統合した三相ブラシレスDCモータードライバー、ハイサイドドライバー、LINトランシーバ、および電源回路を、6 × 6 mmのVQFN36パッケージ内に統合している。この統合により、外付けドライバーICを必要とせず、三相ブラシレスDCモーターを直接駆動できる。

本デバイスは、80 KBのコードフラッシュメモリと4 KBのSRAMを搭載し、単一エラー訂正および二重エラー検出をサポートするECCを内蔵している。東芝は、これらの機能を単一パッケージに統合することで、自動車システムにおけるECUサイズの縮小および部品点数削減が可能になるとしている。

フィールド指向制御ハードウェアがプロセッサ負荷を低減
内蔵のVector Engineおよびプログラム可能なモータードライバーハードウェアは、フィールド指向制御（FOC）を高速化する。FOCは、モータートルクと磁束を独立して制御するために使用されるベクトル制御方式である。ハードウェア支援型FOCは、完全にソフトウェア実行に依存する実装と比較して、MCUの処理要件およびソフトウェアの複雑さを低減できる可能性がある。

また、このデバイスには1シャント電流検出アンプ、12ビットA/Dコンバーター、およびモーター位置と速度検出をサポートするエンコーダ入力回路も搭載されている。これらの機能は、変動する動作条件下におけるモーター制御精度の向上に寄与する。



図1. 小型車載三相ブラシレスDCモーターの主な適用箇所

センサレスモーター動作と通信インターフェース
TB9M040FTGは逆起電力（BEMF）検出機能を備えており、専用位置センサーを必要としないセンサレス矩形波制御を可能にする。外部センサーの排除により、一部の車載モーター用途ではシステムの複雑性や部品コストを低減できる可能性がある。

通信インターフェースにはLIN、UART、およびSPIを含む。統合されたLINトランシーバは、ECUと周辺車載サブシステム間の通信をサポートし、空調制御アクチュエーターやグリルシャッターメカニズムなどの用途で一般的に使用される。

自動車認証および動作条件
このICは、高温環境下での動作をサポートする集積回路向け自動車認証規格であるAEC-Q100 Grade 0に準拠している。東芝によると、動作周囲温度範囲は-40°C～+150°C、接合部温度は最大+175°Cまで対応する。また、本デバイスはISO 26262に基づくASIL-B機能安全要件を満たすよう設計されている。

モータードライバーは1チャネルの三相ブラシレスDCモーター動作を最大2 Aまでサポートし、6 V～18 Vの車載バッテリー電圧範囲で動作する。保護機能には、低電圧、過電圧、過電流、ドレイン-ソース間電圧監視、およびサーマルシャットダウン検出が含まれる。



図2. TB9M040FTGをベースとしたモーター制御システム

自動車の電動化における用途
車両サブシステムの電動化拡大により、分散型アクチュエーターをサポートできるコンパクトなモーター制御ソリューションへの需要が増加している。TB9M040FTGは、HVACフラップ、ダンパー、電動バルブ、およびアクティブグリルシャッターなど、コンパクトなフォームファクターやECU複雑性の低減が重要な設計要件となる用途向けに設計されている。

追加コンテキスト：本セクションでは、元の製品発表に含まれていない技術仕様および競合比較評価について詳述する
車載ブラシレスDCモーター向け統合モーター制御ICは、一般的に安全認証レベル、動作温度範囲、通信サポート、およびハードウェア統合度によって評価される。同等製品は、Infineon TechnologiesやNXP Semiconductorsを含むメーカーから提供されており、統合ドライバーや安全機能を備えた車載モーター制御ICを展開している。しかし、直接比較評価には、ASILレベル、AEC認証グレード、動作温度、および統合制御アーキテクチャなどのパラメータにおける同等の公開仕様が必要となる。

TB9M040FTGは、AEC-Q100 Grade 0認証、ASIL-B準拠、統合MOSFET、ハードウェア支援型FOC、およびLIN通信を6 × 6 mmパッケージ内に組み合わせている。競合ソリューションは対象電力範囲、モーター種類、および統合レベルが異なる場合が多いため、公開データセットから一対一の客観的な性能比較を一貫して行うことは困難である。記載された基準に基づくと、東芝の統合モータードライバー、MCU、および安全認証の組み合わせは、高出力トラクション用途ではなく、コンパクトな車載アクチュエーター制御向けに位置付けられている。

Natania Lyngdoh（Induportals編集者）による編集。AI支援を使用。

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