TMC4671: Servo-Steuerungen in kürzester Zeit entwickeln

TRINAMIC präsentiert den weltweit ersten voll integrierten Servoregler-Chip, der feldorientierte Regelung für BLDC, PMSM, Schrittmotoren und auch DC-Motoren in dedizierter Hardware bietet.

Der Trend zur zunehmenden Automatisierung unserer Umwelt bringt einen steigenden Bedarf für energieeffiziente Motorsteuerung mit sich. Der Fokus hat sich dabei von den großen Antrieben, bei denen ein offensichtliches Einsparpotenzial vorliegt auch zu den kleineren, eingebetteten Antrieben verschoben, für die große Inverter keine Option sind.
Der neu vorgestellte TMC4671 adressiert diesen Markt, indem er alle notwendigen Regelschleifen in erprobten und verlässlichen State-Machines realisiert. Damit wird der Mikrocontroller und dessen Software von allen zeitkritischen Aufgaben entlastet. Alle Regelaufgaben übernimmt der Baustein unabhängig. Der Prozessor liefert lediglich die Initialisierung und danach Zielpositionen und Zieldrehzahlen. Der Servoregler hat integrierte Analog-Digital-Umsetzer, Lagegeber-Schnittstellen einen Positions-Interpolator für den Betrieb mit niedrig auflösenden Gebern und ist ideal für Anwendungen wie kollaborative Roboter, „Pick & Place“-Maschinen, E-Mobilität, Laborautomatisierung und Medizintechnik.

„Über die Lebensdauer einer Elektronik müssen typischerweise die Firmware Applikations-Schicht oder die Bus-Protokolle regelmäßig an neue Erfordernisse angepasst werden, während die Mechanik und der Motor unverändert bleiben“, erklärt Trinamics Geschäftsführer Michael Randt. „Da wir alle Echtzeitaufgaben in verlässlicher und erprobter Hardware realisieren, wird der Aufwand sowohl für die initiale Software-Entwicklung, als auch für diese Updates massiv reduziert.“

Der TMC4671 wurde entwickelt, um in Embedded-Motorsteuerungen die Entwicklungszeit zu minimieren und gleichzeitig die Leistung von aufwändigen Invertern hinsichtlich Effizienz und Dynamik zu erreichen. Statt die Regler selbst auf einem Mikrocontroller oder Signalprozessor zu implementieren, braucht der Entwickler hier nur zu parametrieren, wobei die Software-Umgebung von Trinamic hilfreich ist.

Der Chip bietet mit bis zu 100 kHz einstellbare Stromregler- und Schaltfrequenzen, die sonst nur mit FPGA oder großen DSP erreicht werden können. Speziell bei Motoren mit niedrigen Induktivitäten können so der Strom-Ripple und damit auch die Stator-Verluste deutlich reduziert werden. Der IC unterstützt verschiedene Positionsgeber-Schnittstellen von A/B/N Inkremental-Encoder, über Sinus/Cosinus-Signale bis zu digitalen und analogen Hall-Signalen, die nach Bedarf den kaskadierten Reglern zugeordnet werden können. Mit seiner Delta-Sigma-Strommessung kann der Baustein gut mit externen, isolierenden Frontends verwendet werden.

Der TMC4671 ist ab sofort im QFN76 Package verfügbar. Neben dem Chip bietet Trinamic auch das TMC4671-EVAL zur Verwendung im modularen „Landungsbrücke“-Evaluationssystem sowie zwei passende Endstufen mit 2A/24V und 10A/70V. Als Besonderheit gibt es ein Real-Time-Monitoring-Interface (RTMI) mit dem über USB auf alle Parameter zugegriffen werden kann. Zusätzlich gibt es das Breakout-Board TMC4671-BOB. Parametrierungs-Tools in der frei verfügbaren TMCL-IDE helfen die passenden Reglerparameter und Einstellungen zu finden. Alle Evaluations-Boards werden als Open-Source-Hardware angeboten und können damit als Basis für ein eigenes Design dienen.

Hier einige Videos zum TMC4671:

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