TMC246微步驅(qū)動(dòng)芯片的原理與應(yīng)用

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??? 摘? 要：TMC246是一款雙全橋驅(qū)動(dòng)器IC，適用于雙極步進(jìn)電機(jī)控制。用戶可選擇105℃高溫運(yùn)行或每相1.5A的大電流工作類別的產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有電流消耗低、效率高的特點(diǎn)，并提供了內(nèi)部DAC，可實(shí)現(xiàn)微步進(jìn)調(diào)節(jié)和智能控制功能，強(qiáng)化電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的冷卻。該器件還能通過(guò)串行接口(SPI)或模/數(shù)輸入信號(hào)進(jìn)行控制，并集成了短路、過(guò)熱、欠壓和過(guò)壓保護(hù)功能。?

關(guān)鍵詞：?雙全橋；?? SPI；?? PWM；? DAC；?

1．TMC246的主要性能

TMC246是一款雙全橋驅(qū)動(dòng)芯片，適用于雙極性步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。內(nèi)部集成專利技術(shù)無(wú)傳感器的失速檢測(cè)功能可用在無(wú)需外部傳感器的位置控制中；該功能還可以預(yù)測(cè)電機(jī)的超載情況，適用于需要高可靠性的場(chǎng)合。芯片內(nèi)部集成MOSFETs，采用獨(dú)特的Low-RDS-ON技術(shù)達(dá)到低功耗，高效率性能，強(qiáng)化電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的自身冷卻無(wú)需外部的散熱設(shè)備，即使在外部環(huán)境溫度很高的情況下也可以實(shí)現(xiàn)1.5A的驅(qū)動(dòng)電流輸出。TMC246的低功耗，高效率，體積小的設(shè)計(jì)理念使其成為嵌入式運(yùn)動(dòng)控制甚至電池供電設(shè)備的完美選擇，內(nèi)部集成的DAC功能可實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的微步控制，TMC246可通過(guò)SPI串行接口或模擬/數(shù)字信號(hào)輸入控制，另外該芯片還具有短路，過(guò)溫，欠壓，過(guò)載等保護(hù)功能。?

●???? 集成無(wú)傳感器的失速探測(cè)功能（StallGuard）和負(fù)荷測(cè)量功能?

●???? 通過(guò)簡(jiǎn)單便捷的SPI串行總線控制或外部模擬/數(shù)字信號(hào)控制

●???? 短路，過(guò)溫，過(guò)壓保護(hù)功能

●???? 內(nèi)部集成4bitDAC自身可實(shí)現(xiàn)16倍的微步細(xì)分功能通過(guò)SPI可擴(kuò)展到64倍細(xì)分

●???? 可以實(shí)現(xiàn)通過(guò)外部的模擬信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)任意的細(xì)分控制

●???? 具有實(shí)現(xiàn)電機(jī)平滑控制的混合衰減功能

●???? 通過(guò)單一電容或外部的時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)頻率的編程控制

●???? 7V-34V電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓

●???? 高達(dá)1.5A的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流，即使在外部溫度105℃時(shí)也可以輸出0.8A的電流

●???? 3.3或5V的數(shù)字控制電壓

●???? 低功耗，高效率的RDS-ON電源設(shè)計(jì)

2．TMC246封裝方式

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TMC246通過(guò)串行總線SPI控制。通過(guò)SPI數(shù)據(jù)設(shè)置兩相線圈的電流和極性，通過(guò)接收到的數(shù)字描述正弦波和余弦波，TMC246可以輸出微步脈沖控制電機(jī)，每個(gè)微步都是根據(jù)SPI的數(shù)據(jù)產(chǎn)生，如果配合使用TMC428（3軸控制芯片）可以自動(dòng)產(chǎn)生SPI指令和控制電機(jī)的波形，實(shí)現(xiàn)3軸電機(jī)的控制。

電機(jī)的電流值完全依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的4位DAC，當(dāng)重新上電之后或通過(guò)ENN取消使能后所有的寄存器的值為0，此時(shí)電機(jī)處于低電流的待命狀態(tài)，所有的SPI輸入都具有施密特觸發(fā)器功能

在SPI模式下通過(guò)INA，INB控制基準(zhǔn)電流，在SPI模式下芯片可以通過(guò)外部的參考電壓實(shí)現(xiàn)每路的DAC，此功能適合不同的電機(jī)，可以通過(guò)將引腳ANN和GND短接實(shí)現(xiàn)這個(gè)模式。輸入2V的電壓對(duì)應(yīng)100%的線圈電流，不同的DAC電流設(shè)置取決與外部的電壓輸入。

Standby 和shutdown模式?？梢酝ㄟ^(guò)外部認(rèn)為或內(nèi)部自動(dòng)將IC的電路設(shè)置為低消耗的Standby待命模式，在芯片進(jìn)入Standby模式之前，TMC246將關(guān)閉所有的功率驅(qū)動(dòng)輸出，在Standby模式下震蕩器失能，震蕩器的引腳處于低電平狀態(tài)。Standby模式的再次使能可以通過(guò)2種不同的方式實(shí)現(xiàn)當(dāng)是使用SPI模式控制時(shí)可以通過(guò)串行接口實(shí)現(xiàn)使能；當(dāng)在非SPI模式時(shí)可以通過(guò)ENN引腳來(lái)實(shí)現(xiàn)。Shutdown模式可以更進(jìn)一步地減少電流的輸出，只有通過(guò)上拉ENN使其處于高電平來(lái)通過(guò)SPI方式使能Shutdown模式，當(dāng)在Shutdown模式模式下內(nèi)部所有的參考電壓關(guān)閉SPI電路處于復(fù)位狀態(tài)?？梢酝ㄟ^(guò)控制輸出電流實(shí)現(xiàn)節(jié)約能量，減少熱量產(chǎn)生，減少電機(jī)上的熱應(yīng)力提高控制精度，在電機(jī)停止時(shí)可以將電機(jī)線圈的電流減少至我們需要的值。

StallGuard 功能：TMC246具有專利技術(shù)失速檢測(cè)功能，該功能可以通過(guò)串行接口以數(shù)字形式將電機(jī)當(dāng)前的負(fù)載讀出來(lái)，在電機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中讀出的電機(jī)負(fù)載的值將會(huì)以3bit的數(shù)值反應(yīng)出來(lái)，電機(jī)上的負(fù)載越大所讀出負(fù)載的值將越小。

無(wú)需外部傳感器實(shí)現(xiàn)位置控制。在不使用外部開(kāi)關(guān)或光電傳感器的情況下電機(jī)可以尋找到某一個(gè)位置點(diǎn)。

5．保護(hù)功能

過(guò)流保護(hù)和診斷功能。TMC246使用電流傳感電阻檢測(cè)是否過(guò)流，只要檢測(cè)的電壓超過(guò)0.61V，PWM立刻停止，橋上的晶體管全部關(guān)閉，錯(cuò)誤寄存器自動(dòng)加一；比較電路的高電平側(cè)檢測(cè)到與GND短路或者過(guò)流，無(wú)論何時(shí)VS和VT之間的電壓高于0.15V時(shí)，所有的晶體管將會(huì)處于關(guān)閉狀態(tài)。過(guò)流信號(hào)可以通過(guò)ENN消除或通過(guò)發(fā)送電流的設(shè)置“0000”

過(guò)溫保護(hù)個(gè)診斷。在溫度過(guò)熱的情況下電路將關(guān)閉所有晶體管的輸出。過(guò)溫信號(hào)可以監(jiān)控，當(dāng)溫度低于極限溫度時(shí)電路重新恢復(fù)工作狀態(tài)，所以如果想延長(zhǎng)芯片的使用壽命，應(yīng)該避免在高溫環(huán)境中使用。

6.系統(tǒng)的構(gòu)成?

采用RAM或簡(jiǎn)單，廉價(jià)的單片機(jī)做系統(tǒng)的微處理器，結(jié)合TMC428和驅(qū)動(dòng)芯片TMC246構(gòu)成3軸步進(jìn)電機(jī)的控制和驅(qū)動(dòng)，TMC246內(nèi)部本身集成了HVCMOSFET構(gòu)成的雙橋驅(qū)動(dòng)電路，采用恒流斬波驅(qū)動(dòng)方式來(lái)驅(qū)動(dòng)雙極性兩相步進(jìn)電機(jī)，并具有功耗低，效率高的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)系統(tǒng)如下圖所示 ?

?由上圖可見(jiàn)，采用專用步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)電路組成的系統(tǒng)具有外圍電路簡(jiǎn)單、系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，可減少控制電路的開(kāi)發(fā)成本。整個(gè)系統(tǒng)除了電源之外只有5個(gè)IC，因此，體積小，控制簡(jiǎn)單，特別適用于3軸步時(shí)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。實(shí)驗(yàn)證明該驅(qū)動(dòng)器控制的步時(shí)電機(jī)定位精度高，加、減速性能良好，同時(shí)，啟停、反轉(zhuǎn)性能也很優(yōu)良。被廣泛應(yīng)用于安防設(shè)備，儀器儀表，辦公自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域。?

另外為了便于客戶提高系統(tǒng)的控制精度TRINAMIC還開(kāi)發(fā)出了可以構(gòu)成三軸閉環(huán)控制的編碼器處理芯片TMC423可以接收3軸增量式編碼器輸入。?

如需更詳細(xì)資料可以和我聯(lián)系 13812617052? nicegaowei@yahoo.com.cn