Как улучшить шаговый мотор, не вмешиваясь в его конструкцию? Технология Trinamic microPlyer

Шаговый мотор можно смело назвать типичным продуктом цифровой эпохи. Переход на дискретную модель пространства потребовал от электромоторов точности позиционирования в определённых положениях и вместе с тем довольно высоких крутящих моментов, что недостижимо для обычных моторов "непрерывного вращения". Шаговые двигатели нашли применение в принтерах, сканерах, устройствах хранения данных на гибких и жёстких магнитных, а также лазерных дисках. Не стоит забывать и о промышленном оборудовании и роботах, где требуется точность выполнения действий, заданных в цифровой форме. Из преимуществ шаговых моторов нужно отметить возможность точного позиционирования без применения дополнительных датчиков положения и обратной связи.  А недостатком моторов такого типа можно было бы считать шум при работе и фиксированный шаг… если бы не инновации немецкой компании Trinamic, занимающейся созданием и производством микросхем-драйверов для электромоторов.

В отличие от обычных коллекторных моторов, коммутация обмоток шаговых двигателей выполняется отдельным блоком управления (драйвером). От возможностей блока управления зависит не только эффективность работы всей системы, но и ее точность. Так, сегодня наиболее распространены шаговые моторы с угловым перемещением 1,8 и 0.9° (200 и 400 шагов на оборот, соответственно). Иногда этого разрешения может не хватать; кроме того, при работе шаговые моторы издают достаточно громкий треск. Для повышения разрешения мотора (то есть уменьшения шага) без вмешательства в его конструкцию применяется метод дробления шага. Управляя токами в обмотках мотора, можно добиться фиксации ротора в промежуточных положениях между шагами. Технология Trinamic microPlyer позволяет "разбить" каждый шаг мотора на 256 микрошагов. При этои механизм интерполяции микрошагов позволяет отказаться от скоростного интерфейса управления – серии микрошагов выполняются автоматически (рис.1). Это позволяет добиться плавности вращения вала двигателя, избегая типичных для шаговых моторов рывков.

Автоматическая интерполяция микрошагов при каждой команде выполнения шага

Рис.1. Автоматическая интерполяция микрошагов при каждой команде выполнения шага

Инновации Trinamic не исчерпываются лишь одной технологией microPlyer. Микросхемы компании сочетают решения, повышающие эффективность и экономичность моторов и снижающие при этом стоимость всего устройства. Так, недавно представленный интегрированный драйвер шаговых двигателей TMC2130 может работать и как в связке с микроконтроллером, так и самостоятельно. Простейший интерфейс управления позволяет применять для генерации команд несложную "железную" логику. В то же время порт SPI может использоваться для тонкой настройки драйвера и его управления с помощью микроконтроллера. В микросхему встроены силовые MOSFET для ШИМ-управления двухфазным мотором, а это значит, что для реализации самой простой схемы управления мотором требуется минимум дополнительных компонентов – лишь сама микросхема, источник сигналов управления и несколько резисторов и конденсаторов.

Наконец, за экономию энергии отвечает несколько патентованных технологий Trinamic – stallGuard, dcStep и coolStep. Первая из них, stallGuard, позволяет измерять нагрузку на валу мотора без применения дополнительных датчиков. Вторая, dcStep, динамически управляет скоростью мотора, увеличивая ее при высоких нагрузках так, чтобы мотор не пропускал шаги. А технология CoolStep поддерживает ток через обмотки мотора на минимально необходимом для точной работы уровне. Таким образом достигается очень высокая эффективность работы мотора, а это позволяет использовать в изделии менее дорогие моторы, не выбирая их по характеристикам "с запасом" (рис.2).

График зависимости КПД мотора от скорости вращения при использовании технологии coolStep (зеленая линия) и без неё при 50-процентной нагрузке (коричневая линия)

Рис.2. График зависимости КПД мотора от скорости вращения при использовании технологии coolStep (зеленая линия) и без неё при 50-процентной нагрузке (коричневая линия)

Характеристики микросхемы TMC2130:

  • тип мотора: шаговый двухфазный;
  • максимальный ток силовых транзисторов: 1,7 А (2,5 А – пиковый);
  • диапазон напряжений силовых цепей: 4,75–46 В постоянного тока;
  • разрешение: до 256 микрошагов/шаг;
  • корпус: QFN36 5×6 мм.

Применение:

  • швейные машины и оборудование;
  • промышленная автоматизация;
  • лабораторное оборудование;
  • медицинская техника;
  • насосы и гидравлика;
  • оргтехника;
  • терминалы самообслуживания и банкоматы.
Производитель: TRINAMIC Microchips GmbH
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
TMC2130-LA-T
TRINAMIC Microchips GmbH
Арт.: 1931811 ИНФО PDF RD
Доступно: 3043 шт. от: 505 руб.
Драйвер с силовыми ключами для двухфазных биполярных шаговых двигателей. Технология бесшумной работы stealthChop™. Нагрузочная способность до 1.7А на катушку. Непосредственное управление и управление по шине SPI.
TMC2130-LA-T от 505,00 от 8 шт. 433,00 от 18 шт. 390,00 от 38 шт. 361,00 от 99 шт. 343,00
119 шт.
(на складе)
2924 шт.
(под заказ)
TMC2130-EVAL-KIT
TMC2130-EVAL-KIT
TRINAMIC Microchips GmbH
Арт.: 1931813 ИНФО PDF RD
Доступно: 32 шт. от: 15560 руб.
Оценочный комплект драйвера шагового двигателя TMC2130-EVAL-KIT от компании TRINAMIC (Германия).
TMC2130-EVAL-KIT от 15560,00 от 3 шт. 14790,00
1 шт.
(на складе)
31 шт.
(под заказ)

Сравнение позиций

  • ()