Тихие шаги мотора. Патентованная технология Trinamic stealthChop

Электромоторы выглядят довольно неинтересными и даже примитивными устройствами по сравнению с современными МЭМС-изделиями и сложной электроникой. Но надо понимать, что без электромоторов не будет работать ни бытовая техника, ни принтеры и копировальные аппараты, ни жёсткие диски и так далее, не говоря о промышленных роботах и станках с ЧПУ.  И, несмотря на то, что устройство электромотора не столь сильно изменялось за последние несколько десятков лет, методы управления ими достигли впечатляющих высот. Использование современных электронных технологий позволяет контролировать скорость вращения вала мотора и даже знать угол его поворота в любой момент времени. Это позволяет точно синхронизировать несколько моторов, что важно для управления сложными роботами и механическими системами. Возможности точного управления моторами также позволяют экономить электроэнергию – интеллектуальное управление моторами начинает применяться, например, в приводах вентиляторов охлаждения автомобильных двигателей. А что касается более "умных" устройств типа оргтехники, то без цифрового управления шаговыми двигателями их работа вообще невозможна. Именно поэтому ведущие производители электронных компонентов уделяют все больше внимания решениям для управления моторами.

Немецкая компания Trinamic – один из немногих производителей, фокусирующих свои усилия только на разработке интегральных схем для управления электромоторами различных типов. Недавно компания представила микросхему-драйвер двухфазных шаговых двигателей со встроенными силовыми MOSFET TMC2100. Из главных особенностей этой микросхемы нужно отметить патентованную технологию Trinamic stealthChop, позволяющую снизить шум при работе мотора на малых скоростях. Шумы шаговых двигателей имеют общую природу с гудением сетевых трансформаторов и дросселей и объясняются явлением магнитострикции – изменением размеров материалов под действием магнитного поля. Специально разработанные алгоритмы ШИМ снижают флуктуации токов в обмотках моторов, что минимизирует акустический шум, возникающий из-за магнитострикционного расширения деталей ротора двигателя. Эта особенность будет очень полезна там, где требуется обеспечить тишину работы оборудования, что может стать сильным конкурентным преимуществом для производителей бытовой и офисной техники. Технология stealthChop гарантирует отсутствие электрического шума мотора, а единственным звуком, сопровождающим его работу, будет шум от подшипников качения.

Микросхема TMC2100 – полностью интегрированное решение, требующее для работы лишь несколько конденсаторов и резисторов, а также источник сигналов управления (рис. 1). Простейший интерфейс взаимодействия позволяет использовать TMC2100 не только в связке с микроконтроллером устройства, но и самостоятельно: логический уровень на входе DIR задаёт направление вращения, а по переднему фронту импульса на входе STEP вал мотора поворачивается на один шаг. Таким образом, схема управления мотором может быть реализована на несложной "железной" логике. Если же необходимы более сложные алгоритмы работы мотора, включающие изменение разрешения "на лету" (до 256 микрошагов на один шаг!) и получать обратную связь с мотором, ничего не мешает использовать микроконтроллер (рис.2). Наконец, патентованная технология снижения потребления тока во время простоя (рис.3) делает микросхему TMC2100 очень эффективным, экономичным и при этом простым решением для управления шаговыми электромоторами.

Микросхема изготавливается в корпусе QFN36. Область применения TMC2100 достаточно широка: бытовая и офисная техника, приводы камер слежения, швейные машины, терминалы самообслуживания и банкоматы. 

Рис.1. Структура микросхемы TMC2100

Рис. 2. Схема включения микросхемы TMC2100 в связке с микропроцессором

Рис. 3. Снижение тока потребления мотора микросхемой TMC2100 при простое

О компании

Компания Trinamic (г. Гамбург, Германия) специализируется на разработке интегральных микросхем и модулей для точного управления моторами. Особенности продукции компании – простота освоения и точность, позволяющие применять её в самых разных областях промышленности. Производство компании соответствует требованиям стандартов ISO9001 и ISO13485 (медицина).