Automatisering en robotica zijn sterk afhankelijk van motoren en de bijbehorende besturings- en driver-IC. Deze complexe halfgeleiders hebben de basisbewegingscontrole overtroffen, voeren geavanceerde algoritmen uit en passen de systeemwerking nauwkeurig aan op basis van motor-, belasting- en algemene prestatieprioriteiten.
Het is echter een uitdaging om deze complexe IC's in te stellen en de potentiële systeemprestaties alleen op basis van specificatie of simulatie te evalueren. Dit proces kan langdurig en duur zijn en kan bij de implementatie onzekerheid veroorzaken. De beste manier om dit te doen is door een evaluatiebord te gebruiken waarmee het systeemontwerp, de lay-out en de softwareontwikkeling parallel kunnen worden ontwikkeld.
Dit artikel richt zich op enkele van de uitdagingen waarmee ontwerpers worden geconfronteerd bij het gebruik van motion control IC en de rol van evaluatieborden bij het aanpakken van deze uitdagingen. Vervolgens worden een typisch IC en bijbehorende evaluatieborden van Analog Devices gepresenteerd, wat de time-to-market verkort door vroege, realistische evaluaties mogelijk te maken en tegelijkertijd de hardware- en software-onzekerheden te verminderen.
Overzicht van IC-vereisten voor bewegingsbesturing
Het bewegingsbesturings-IC levert de intelligentie die nodig is om de motor en zijn interne voedingsapparaten te besturen, zoals de MOSFET's die de motorwikkelingen aandrijven. Zowel motoren als MOSFET's vereisen zorgvuldig beheer om optimale prestaties, trajecten, bewegingscurven en efficiëntie te bereiken onder statische en dynamische bedrijfsmodi en belastingsomstandigheden en om storingen, transiënten en fouten op te vangen.
Om deze uitdagingen te helpen aanpakken, biedt de leverancier van driver-IC's een evaluatiebord. Deze evaluatieborden vereenvoudigen de installatie, optimalisatie en prestatie-evaluatie van hardware en software door hardware in the loop (HITL) testen uit te voeren onder werkelijke motor- en reële belastingsomstandigheden. Ze zorgen er ook voor dat de fysieke lay-out van het IC en de omliggende circuits correct is vastgesteld in termen van stroomverdeling, parasitaire effecten, I/O-verbindingen en -formaten, fysieke connectoren, enz. Ontwerpers kunnen deze evaluatieborden gebruiken (als middelgrote borden, basisverdeelborden (BOB's) of modulaire oplossingen) om verschillende instellingen, configuraties en opties te evalueren om de meest geschikte oplossing voor de toepassing te bepalen.
Motorbesturings-IC en bijbehorende evaluatieborden
Een goed voorbeeld van een motorbesturings-IC is de TMC5130A-TA-T uit de Analog Devices TMC5130-serie. Het is een krachtige stappenmotorcontroller en -driver met seriële communicatie-interface en bevat een flexibele hellinggenerator voor automatische doellocatie.
De aandrijving maakt gebruik van een geavanceerd StealtChopping-algoritme om een vrijwel geruisloze werking, maximale efficiëntie en een optimaal motorkoppel te garanderen. De TMC5130 biedt een aantal unieke verbeteringen via driver- en controller-on-chip-systeem (SoC)-integratie. De SixPoint-rampgenerator in TMC5130 gebruikt bijvoorbeeld de functies DcStep, CoolStep en StallGuard2 om elke motorbeweging automatisch te optimaliseren.
Om ontwerpers te helpen de TMC5130 te gaan gebruiken, biedt het TMC5130-EVAL (Figuur 1) evaluatiebordsysteem een handig hardwareplatform en gebruiksvriendelijke evaluatiesoftwaretools. Het evaluatiebordsysteem bestaat uit drie delen: de basisbordverbindingsbrug (links) die de computer verbindt, het connectorbord (midden) inclusief meerdere testpunten en het TMC5130-EVAL-bord (rechts).
Afbeelding van Analog Devices TMC5130-EVAL Evaluatiebord (rechts) en motorbelasting (uiterst rechts) (klik om te vergroten)
Figuur 1: Het TMC5130-EVAL evaluatiebord (rechterkant) en de motorbelasting (meest rechtse kant) worden geconfigureerd via een USB-brug op het basisbord (linkerkant) aangesloten op de pc en een connectorbord met testpunten (midden). Afbeeldingsbron: analoge apparaten)
Voor ontwerpers die meer van hun eigen circuits rond een op TMC5130 gebaseerde kernel willen ontwikkelen, biedt Analog Devices TMC5130A-BOB patchpanelen (Afbeelding 2, bovenaan). Dit bord biedt de basisverbindingen die nodig zijn voor de werking en wordt bestuurd via een SPI-interface. Het schematische diagram (Fig. 2, hieronder) toont het eenvoudigste circuit dat wordt geboden door de TMC5130 IC-functie.
Afbeelding en schematisch diagram van Analog Devices TMC5130A-BOB (klik om te vergroten)
Afbeelding 2: TMC5130A-BOB (boven) biedt een basisevaluatiemethode met verbindingspunten langs de randen in plaats van afzonderlijke connectoren; Het schematische diagram (hieronder) toont het eenvoudigste circuit dat nodig is om de TMC5130 IC te laten werken. Afbeeldingsbron: analoge apparaten)
De TMC5240-EVAL-evaluatiekit is gebouwd op een beproefd TMC5130-EVAL-platform om de evaluatie van stappenmotoren van de volgende generatie te vereenvoudigen. Het integreert 36 VH-bruggen, niet-destructieve stroomdetectie en geavanceerde motion control-functies, waaronder Jerk-geoptimaliseerde hellinggenerator en ultrastille StealtChop2™-werking, waardoor sneller opstarten, eenvoudiger inbedrijfstelling en efficiëntere verificatie van soepele en nauwkeurige motorprestaties mogelijk is.