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日志

步进电机驱动器开发中遇到的问题和解决方法

已有 798 次阅读2023-4-15 12:08 |个人分类:电机芯片

步进电机由于具有控制简单,良好的速度和位置控制被大量用在工业自动化、医疗设备、仪器仪表、实验室自动化、办公自动化、智能家居......等众多行业,实现让步进电机转起来相对容易很多,但是在应用中简单的转起来并无法满足实际应用的需求,我们还可能面对需要解决一下问题:

1)如何减少上位MCU的工作量,比如将对于电机的位置速度控制,传感器限位输入以及编码器输入下放到驱动端?如何规划好加减速轨迹曲线 使电机在运行过程中不会产生抖动?

2)电机在高速启动或停止时候 烧坏驱动芯片 如何解决?

3)步进电机在低速时候抖动,如何解决?

4)步进电机长时间运行 发热严重 如何解决?

5)步进电机驱动芯片很容易烧坏如何解决?

6)如何降低步进电机驱动芯片的发热量?

7)如何在开环情况下检测步进电机的力矩,避免步进电路失步?

8)在使用TMC5130TMC2209TMC2208 TMC225时候高速堵转,如何解决?

 ......也会遇到如何提高可靠性、稳定行等诸多问题。

作为步进驱动控制行业领导者TRINAMIC在新的产品TMC5240 TMC2240 TMC2210进一步解决了工程师所遇到的问题

   

 2023年初新推出的全新升级的智能步进电机驱动芯片TMC5240在原有产品的基础上加入更新的算法,TMC5240采用更新的数字算法,先进出色的功耗管理能力,以及多种保护功能。满足各种两相步进电机的应用需求。

  • 和上一代TMC5130 TMC2209  TMC2225 TMC2208 TMC2226相比,有以下9部分的功能提升
  1.  8点电机加减速曲线使运动更加平稳

TMC5240在上一代TMC5130TMC5160的Six-Point加减速曲线基础上提升至Eight-Point加减速曲线是运动过程更加平滑,增加新的对短距离的处理。

在运动过程中可以随时修改运动参数TMC5240会立即响应,如下图所示

2.解决电机驱动芯片热量大问题 ---功率提升,发热量降低

  新一代TMC5240 供电电压范围4.5-41V 内置MOS 3A MAX,2.1A RMS;低 Rdson (HS+LS):典型值为 230 mΩ (TA=25C)

  1. 解决步进电机低速抖动噪音--静音斩波Stealthchop切换到高速高动态斩波Spreadcycle切换点没有跳动。通过将0x74寄存器sg_angle_offset=1启动该功能
  2. 解决电机驱动芯片过压烧坏芯片问题--新增加OV过压保护引脚,如果外部母线出现过压,该引脚开启消耗掉过高的电压,保护芯片不被损坏。可以在0x52寄存器OTW_OV_VTH中 配置需要开启的最高电压阀值。

 

  1. 解决电机驱动芯片高温损坏芯片问题--TMC5240 2240新增了实时监控内部晶圆温度功能,可以避免由于高温烧坏芯片。可以通过0x51寄存器时刻获取芯片内部温度
  2. 解决热量大烧坏步进电机问题--TMC5240 TMC2240新增评估电机线圈温度功能,通过读取0x71 PWM_SCALE可以评估电机线圈温度,避免电机因为发热损坏电机。
  3. 解决步进驱动电流波动大问题 --- TMC5240 TMC2240可以通过配置0x0A寄存器配置最大输出电流范围提高电流控制精度,电流精度可以控制在5%以内,而市面上普通驱动器电流精度>10%
  4. 解决电机控制PCB空间太大,干扰大问题---集成了电流检测电阻,节省了外部空间,避免由于外部扰动 如走线感抗影响电流控制。
  5. 解决步进电机失步问题--在驱动芯片TMC5240中加入支持外部编码器输入接口,节省上位MCU的硬件资源

以上9点是新一代TMC5240 TMC2210 TMC2240升级部分。

 

 

 

  • 下面对新一代TRINAMIC驱动芯片TMC5240的详细介绍:
  • 芯片功能特点

● 电压范围 4.5… 36V DC

● 低 Rdson (HS+LS):典型值为 230 mΩ (TA=25C)

● 每个 H 桥的额定电流(典型值为 25C): • IMAX=5.0A (电桥峰值电流) • IRMS=2.1ARMS (3A正弦波峰值)

●集成运动控制(集成8点加减速运动曲线,支持编码器输入,左右限位输入和数字模拟量输入)

● 完全集成的无损电流检测 (ICS)

● 带有 MicroPlyer™ 步进256微步细分插值的 Step/Dir 接口

● SPI & 单线 UART

● 增量编码器接口

● 最高分辨率每整步 256 微步

● 灵活的可自由配置的微步表和相移以匹配电机

● StealthChop2™静音电机控制

● SpreadCycle™ 高动态电机控制斩波器

● StealthChop 和 SpreadCycle 的无抖动切 换

● StallGuard2™ 和 StallGuard4™ 无传感器电机负载检测

● CoolStep™ 电流控制可节省高达 75% 的能源

● 被动制动和空转模式

● 电机相位和芯片温度测量

● 通用模拟量输入

● 全面保护和诊断

● 过压保护输出

● 紧凑的 5x5 QFN32 封装或 9.7x4.4 TSSOP38

 

  • 应用

● 纺机, 缝纫机, 针织机

● 实验室和工厂自动化

● 3D 打印机、ID 打印机/卡片打印机

● 移液设备,医疗设备

● 办公自动化和纸张处理设备

● POS、赌博机、按摩椅

● ATM、现金回收机、票据盖章机、自动取款机

● CCTV, 安防

● 泵和阀控制

● 定日镜和天线定位

此次推出3款产品,区别如下

- TMC5240集成了运动控制+驱动+MOSFET,所带有的加减速曲线增加到8点,适合多轴控制 减轻外部MCU的负担

- TMC2240 和TMC5240相比省去了运动控制功能,只是单纯的驱动器,采用SPI或UART通讯配置 Step/Dir控制

- TMC2210和TMC2240相比是纯硬件控制 不需要通讯口直接使用Step/Dir控制

 

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