Автопортал || Авто - статьи

Сельскохозяйственная техника
Чтение RSS

TMCC160 - контролер і драйвер бесколлекторного двигуна в одному корпусі

  1. TMCC160 - контролер і драйвер бесколлекторного двигуна в одному корпусі Компанія Trinamic відома...
  2. TMCC160 - контролер і драйвер бесколлекторного двигуна в одному корпусі

TMCC160 - контролер і драйвер бесколлекторного двигуна в одному корпусі

Компанія Trinamic відома своїми інтегральними рішенням для управління кроковими двигунами. На цей раз фірма зробила значний ривок вперед і випустила мікросхему контролера безколекторних двигунів TMCC160. Вона об'єднує в одному корпусі процесор Cortex-M4 і драйвер силового трифазного моста. Завдяки підтримці широкого спектру інтерфейсів і датчиків положення TMCC160 здатна стати базовою мікросхемою для електроприводів: як для простих, так і для складних і відповідальних додатків.

Мал. 1. TMCC160 - контролер бесколлекторного двигуна від TRINAMIC

Управління бесколлеторним двигуном - складне завдання. Як відомо, в таких двигунах немає колекторно-щіткового вузла. Замість цього змінне поле створюється за допомогою електронного блоку управління. При цьому формування живлячих напруг і комутація обмоток проводиться за досить складного алгоритму.

Конструктивно безколекторний двигун складається з статора з обмотками і ротора, виготовленого з постійного магніту. Найбільшого поширення набули трифазні мотори. Їх обмотки з'єднані зіркою або трикутником.

Якщо підключити одну з фаз на шину живлення, а другу на шину землі, то через відповідні обмотки почне протікати струм. Він створить магнітне поле, яке призведе до повороту ротора. Щоб домогтися кругового обертання, необхідно комутувати фази двигуна за спеціальним алгоритмом. Зазвичай використовується послідовність з шести кроків (рис. 2).

2)

Мал. 2. Принцип роботи бесколлектроного двигуна

На першому етапі до шини живлення підключається фаза А, а фаза B - до землі. Після цього ротор почне обертання. Коли його положення наблизиться до стану рівноваги, необхідно повернути магнітне поле статора. Для цього проводиться друга комутація обмоток - фаза A відключається, а напруга живлення подається на фазу С. Проводячи такі послідовні перемикання, можна повертати поле статора, і, відповідно, домогтися обертання рухомого ротора.

У цій простій з першого погляду схемою є безліч складнощів. По-перше, потрібно дуже точно визначати моменти комутації обмоток, наприклад, за допомогою датчиків Холла або енкодерів. По-друге, для керування швидкістю необхідно міняти значення струму обмоток. Для цього зазвичай використовують ШІМ (рис. 3). По-третє, комутація проводиться за рахунок трифазного моста, який вимагає драйвера, і забезпечення мертвого часу. По-четверте, необхідно забезпечити оптимальні розгінні і гальмівні характеристики. Крім усього перерахованого не варто забувати і про такі важливі функції приводу, як підтримка аналогового або цифрового управління.

Крім усього перерахованого не варто забувати і про такі важливі функції приводу, як підтримка аналогового або цифрового управління

Мал. 3. Спрощені діаграми напруг фаз бесколлекторного двигуна

Таким чином, для створення приводу потрібно досить складна схема, що включає контролер, драйвер силових транзисторів, силовий міст, джерело живлення для процесора і логіки управління, джерело живлення для драйвера і т. Д. Ще більш складним виявиться програмне забезпечення для процесора. Однак з появою спеціалізованих інтегральних контролерів створення електронної частини електроприводу значно спростилося.

У розділі УНІТЕРА неодноразово публікувалися статті про контролерах крокових двигунів від TRINAMIC. Тепер же компанія вийшла на новий для себе ринок контролерів безколекторних двигунів. Першим продуктом компанії стала мікросхема TMCC160.

TMCC160 - інтегральний контролер бесколлекторного двигуна, який об'єднує в одному мініатюрному корпусі LGA (17x12x1,4 мм) ключові компоненти системи управління:

  • продуктивний процесор Cortex-M4;
  • драйвер силового моста з джерелом живлення 12 В / 1 А;
  • джерело живлення 3,3 В з вхідною напругою 7 ... 24 В.

Для створення приводу на базі TMCC160 потрібно силовий міст і кілька пасивних компонентів (рис. 4).

Мал. 4. Схема включення TMCC160

Функції управління та виконання алгоритмів комунікації забезпечує процесор Cortex-M4:

  • Формування керуючих сигналів для драйвера силового моста;
  • Прийом і обробка сигналів зворотного зв'язку;
  • Прийом і обробка сигналів з датчиків положення (датчиків Холла і енкодерів);
  • Управління роботою схеми гальмівного резистора;
  • Прийом команд управління від зовнішнього керуючого контролера по інтерфейсів UART / SPI / CAN;
  • Прийом аналогового сигналу управління AIN;
  • Взаємодія з зовнішньої ПЗУ EEPROM (якщо потрібно).

Інтегрований драйвер формує керуючі сигнали для силового трифазного моста. Для цієї мети використовується внутрішнє джерело 12 В 1 А.

TMCC160 може працювати як в автономному режимі, так і під управлінням зовнішнього контролера. Для автономної роботи в простих додатках (вентилятори, насоси) в якості задає сигналу зручно використовувати аналоговий вхід 10 В. При роботі в парі з зовнішнім контролером, для управління параметрами обертання двигуна також може застосовуватися аналоговий вхід або один з цифрових інтерфейсів (UART / SPI / CAN). При цьому спілкування з TMCC160 проводиться за допомогою мови TMCL, що включає близько 2048 команд.

До складу засобів розробки і налагодження входять: система проектування ПО TMCL-IDE 3.0 і оцінний набір TMCC160-EVAL (рис. 5).

Мал. 5. Підключення та зовнішній вигляд отладочной плати TMCC160-EVAL

Отладочная плата T MCC160-EVAL, по суті, є повноцінним контролером безколекторних двигунів з номінальною напругою живлення 24 В і струмом до 10 А. Плата включає мікросхему TMCC160-LC, силовий трифазний міст, схему управління гальмівним резистором, ланцюги нормування для сигналів датчиків положення ( датчиків Холла і енкодерів), мікросхеми інтерфейсів RS232, RS485, CAN, SPI. Таким чином, для того щоб створити свій перший привід буде потрібно тільки ПК, двигун і джерело живлення.

В якості висновку хотілося б відзначити, що новий контролер напевно знайде своє застосування як в відносно простих додатках (насоси, вентилятори), так і в надточних і відповідальних системах: роботи, двигуни верстатів з ЧПУ, системи промислової автоматизації, медичне і лабораторне обладнання, електромобілі , електровелосипеди і багато іншого.

Характеристики мікросхеми контролера бесколлекторного двигуна TMCC160:

  • Мікропроцесорний ядро: ARM Cortex-M4;
  • Управління: FOС і шестішаговое;
  • Діапазон робочих напруг харчування: 7 ... 28 В;
  • Драйвер силового моста: 12 В, 1 А;
  • Вбудований регулятор: 3,3 В 500 мА;
  • Підтримувані датчики: датчики Холла і енкодери;
  • Комунікаційні інтерфейси: RS232, RS485, CAN, SPI;
  • Особливості: аналоговий вхід управління (10 В), підтримка резистивного резистора;
  • Мова програмування: TMCL з підтримкою 2048 команд;
  • Середовище розробки: TMCL-IDE 3.0 (доступна для скачування на сайті www.trinamic.com);
  • Діапазон робочих температур: -40 ... 85 ° C;
  • Корпусне виконання: 17x12x1,4 мм 51-вивідний LGA.

Характеристики отладочного набору TMCC 160- EVAL:

  • Мікросхема управління двигуном: TMCC160-LC;
  • Напруга живлення шини: 7 ... 28 В;
  • Середньоквадратичний струм двигуна 10 А;
  • Підтримувані датчики положення: датчики Холла і енкодери;
  • Підтримка резистивного гальма: є;
  • Комунікаційні інтерфейси: RS232, RS485, CAN, SPI;
  • Номінальна напруга аналогового входу управління: 10 В (максимальне 24 В);
  • ПО для настройки і роботи: TMCL-IDE 3.0 (доступно для скачування на сайті www.trinamic.com);
  • Габаритні розміри: 85 x79 x34 мм.

TMCC160 - контролер і драйвер бесколлекторного двигуна в одному корпусі

Компанія Trinamic відома своїми інтегральними рішенням для управління кроковими двигунами. На цей раз фірма зробила значний ривок вперед і випустила мікросхему контролера безколекторних двигунів TMCC160. Вона об'єднує в одному корпусі процесор Cortex-M4 і драйвер силового трифазного моста. Завдяки підтримці широкого спектру інтерфейсів і датчиків положення TMCC160 здатна стати базовою мікросхемою для електроприводів: як для простих, так і для складних і відповідальних додатків.

Рис. 1. TMCC160 - контролер бесколлекторного двигуна від TRINAMIC

Управління бесколлеторним двигуном - складне завдання. Як відомо, в таких двигунах немає колекторно-щіткового вузла. Замість цього змінне поле створюється за допомогою електронного блоку управління. При цьому формування живлячих напруг і комутація обмоток проводиться за досить складного алгоритму.

Конструктивно безколекторний двигун складається з статора з обмотками і ротора, виготовленого з постійного магніту. Найбільшого поширення набули трифазні мотори. Їх обмотки з'єднані зіркою або трикутником.

Якщо підключити одну з фаз на шину живлення, а другу на шину землі, то через відповідні обмотки почне протікати струм. Він створить магнітне поле, яке призведе до повороту ротора. Щоб домогтися кругового обертання, необхідно комутувати фази двигуна за спеціальним алгоритмом. Зазвичай використовується послідовність з шести кроків (рис. 2).

2)

Рис. 2. Принцип роботи бесколлектроного двигуна

На першому етапі до шини живлення підключається фаза А, а фаза B - до землі. Після цього ротор почне обертання. Коли його положення наблизиться до стану рівноваги, необхідно повернути магнітне поле статора. Для цього проводиться друга комутація обмоток - фаза A відключається, а напруга живлення подається на фазу С. Проводячи такі послідовні перемикання, можна повертати поле статора, і, відповідно, домогтися обертання рухомого ротора.

У цій простій з першого погляду схемою є безліч складнощів. По-перше, потрібно дуже точно визначати моменти комутації обмоток, наприклад, за допомогою датчиків Холла або енкодерів. По-друге, для керування швидкістю необхідно міняти значення струму обмоток. Для цього зазвичай використовують ШІМ (рис. 3). По-третє, комутація проводиться за рахунок трифазного моста, який вимагає драйвера, і забезпечення мертвого часу. По-четверте, необхідно забезпечити оптимальні розгінні і гальмівні характеристики. Крім усього перерахованого не варто забувати і про такі важливі функції приводу, як підтримка аналогового або цифрового управління.

Крім усього перерахованого не варто забувати і про такі важливі функції приводу, як підтримка аналогового або цифрового управління

Рис. 3. Спрощені діаграми напруг фаз бесколлекторного двигуна

Таким чином, для створення приводу потрібно досить складна схема, що включає контролер, драйвер силових транзисторів, силовий міст, джерело живлення для процесора і логіки управління, джерело живлення для драйвера і т. Д. Ще більш складним виявиться програмне забезпечення для процесора. Однак з появою спеціалізованих інтегральних контролерів створення електронної частини електроприводу значно спростилося.

У розділі УНІТЕРА неодноразово публікувалися статті про контролерах крокових двигунів від TRINAMIC. Тепер же компанія вийшла на новий для себе ринок контролерів безколекторних двигунів. Першим продуктом компанії стала мікросхема TMCC160.

TMCC160 - інтегральний контролер бесколлекторного двигуна, який об'єднує в одному мініатюрному корпусі LGA (17x12x1,4 мм) ключові компоненти системи управління:

  • продуктивний процесор Cortex-M4;
  • драйвер силового моста з джерелом живлення 12 В / 1 А;
  • джерело живлення 3,3 В з вхідною напругою 7 ... 24 В.

Для створення приводу на базі TMCC160 потрібно силовий міст і кілька пасивних компонентів (рис. 4).

Рис. 4. Схема включення TMCC160

Функції управління та виконання алгоритмів комунікації забезпечує процесор Cortex-M4:

  • Формування керуючих сигналів для драйвера силового моста;
  • Прийом і обробка сигналів зворотного зв'язку;
  • Прийом і обробка сигналів з датчиків положення (датчиків Холла і енкодерів);
  • Управління роботою схеми гальмівного резистора;
  • Прийом команд управління від зовнішнього керуючого контролера по інтерфейсів UART / SPI / CAN;
  • Прийом аналогового сигналу управління AIN;
  • Взаємодія з зовнішньої ПЗУ EEPROM (якщо потрібно).

Інтегрований драйвер формує керуючі сигнали для силового трифазного моста. Для цієї мети використовується внутрішнє джерело 12 В 1 А.

TMCC160 може працювати як в автономному режимі, так і під управлінням зовнішнього контролера. Для автономної роботи в простих додатках (вентилятори, насоси) в якості задає сигналу зручно використовувати аналоговий вхід 10 В. При роботі в парі з зовнішнім контролером, для управління параметрами обертання двигуна також може застосовуватися аналоговий вхід або один з цифрових інтерфейсів (UART / SPI / CAN). При цьому спілкування з TMCC160 проводиться за допомогою мови TMCL, що включає близько 2048 команд.

До складу засобів розробки і налагодження входять: система проектування ПО TMCL-IDE 3.0 і оцінний набір TMCC160-EVAL (рис. 5).

Рис. 5. Підключення та зовнішній вигляд отладочной плати TMCC160-EVAL

Отладочная плата T MCC160-EVAL, по суті, є повноцінним контролером безколекторних двигунів з номінальною напругою живлення 24 В і струмом до 10 А. Плата включає мікросхему TMCC160-LC, силовий трифазний міст, схему управління гальмівним резистором, ланцюги нормування для сигналів датчиків положення ( датчиків Холла і енкодерів), мікросхеми інтерфейсів RS232, RS485, CAN, SPI. Таким чином, для того щоб створити свій перший привід буде потрібно тільки ПК, двигун і джерело живлення.

В якості висновку хотілося б відзначити, що новий контролер напевно знайде своє застосування як в відносно простих додатках (насоси, вентилятори), так і в надточних і відповідальних системах: роботи, двигуни верстатів з ЧПУ, системи промислової автоматизації, медичне і лабораторне обладнання, електромобілі , електровелосипеди і багато іншого.

Характеристики мікросхеми контролера бесколлекторного двигуна TMCC160:

  • Мікропроцесорний ядро: ARM Cortex-M4;
  • Управління: FOС і шестішаговое;
  • Діапазон робочих напруг харчування: 7 ... 28 В;
  • Драйвер силового моста: 12 В, 1 А;
  • Вбудований регулятор: 3,3 В 500 мА;
  • Підтримувані датчики: датчики Холла і енкодери;
  • Комунікаційні інтерфейси: RS232, RS485, CAN, SPI;
  • Особливості: аналоговий вхід управління (10 В), підтримка резистивного резистора;
  • Мова програмування: TMCL з підтримкою 2048 команд;
  • Середовище розробки: TMCL-IDE 3.0 (доступна для скачування на сайті www.trinamic.com);
  • Діапазон робочих температур: -40 ... 85 ° C;
  • Корпусне виконання: 17x12x1,4 мм 51-вивідний LGA.

Характеристики отладочного набору TMCC 160- EVAL:

  • Мікросхема управління двигуном: TMCC160-LC;
  • Напруга живлення шини: 7 ... 28 В;
  • Середньоквадратичний струм двигуна 10 А;
  • Підтримувані датчики положення: датчики Холла і енкодери;
  • Підтримка резистивного гальма: є;
  • Комунікаційні інтерфейси: RS232, RS485, CAN, SPI;
  • Номінальна напруга аналогового входу управління: 10 В (максимальне 24 В);
  • ПО для настройки і роботи: TMCL-IDE 3.0 (доступно для скачування на сайті www.trinamic.com);
  • Габаритні розміри: 85 x79 x34 мм.

TMCC160 - контролер і драйвер бесколлекторного двигуна в одному корпусі

Компанія Trinamic відома своїми інтегральними рішенням для управління кроковими двигунами. На цей раз фірма зробила значний ривок вперед і випустила мікросхему контролера безколекторних двигунів TMCC160. Вона об'єднує в одному корпусі процесор Cortex-M4 і драйвер силового трифазного моста. Завдяки підтримці широкого спектру інтерфейсів і датчиків положення TMCC160 здатна стати базовою мікросхемою для електроприводів: як для простих, так і для складних і відповідальних додатків.

Рис. 1. TMCC160 - контролер бесколлекторного двигуна від TRINAMIC

Управління бесколлеторним двигуном - складне завдання. Як відомо, в таких двигунах немає колекторно-щіткового вузла. Замість цього змінне поле створюється за допомогою електронного блоку управління. При цьому формування живлячих напруг і комутація обмоток проводиться за досить складного алгоритму.

Конструктивно безколекторний двигун складається з статора з обмотками і ротора, виготовленого з постійного магніту. Найбільшого поширення набули трифазні мотори. Їх обмотки з'єднані зіркою або трикутником.

Якщо підключити одну з фаз на шину живлення, а другу на шину землі, то через відповідні обмотки почне протікати струм. Він створить магнітне поле, яке призведе до повороту ротора. Щоб домогтися кругового обертання, необхідно комутувати фази двигуна за спеціальним алгоритмом. Зазвичай використовується послідовність з шести кроків (рис. 2).

2)

Рис. 2. Принцип роботи бесколлектроного двигуна

На першому етапі до шини живлення підключається фаза А, а фаза B - до землі. Після цього ротор почне обертання. Коли його положення наблизиться до стану рівноваги, необхідно повернути магнітне поле статора. Для цього проводиться друга комутація обмоток - фаза A відключається, а напруга живлення подається на фазу С. Проводячи такі послідовні перемикання, можна повертати поле статора, і, відповідно, домогтися обертання рухомого ротора.

У цій простій з першого погляду схемою є безліч складнощів. По-перше, потрібно дуже точно визначати моменти комутації обмоток, наприклад, за допомогою датчиків Холла або енкодерів. По-друге, для керування швидкістю необхідно міняти значення струму обмоток. Для цього зазвичай використовують ШІМ (рис. 3). По-третє, комутація проводиться за рахунок трифазного моста, який вимагає драйвера, і забезпечення мертвого часу. По-четверте, необхідно забезпечити оптимальні розгінні і гальмівні характеристики. Крім усього перерахованого не варто забувати і про такі важливі функції приводу, як підтримка аналогового або цифрового управління.

Крім усього перерахованого не варто забувати і про такі важливі функції приводу, як підтримка аналогового або цифрового управління

Рис. 3. Спрощені діаграми напруг фаз бесколлекторного двигуна

Таким чином, для створення приводу потрібно досить складна схема, що включає контролер, драйвер силових транзисторів, силовий міст, джерело живлення для процесора і логіки управління, джерело живлення для драйвера і т. Д. Ще більш складним виявиться програмне забезпечення для процесора. Однак з появою спеціалізованих інтегральних контролерів створення електронної частини електроприводу значно спростилося.

У розділі УНІТЕРА неодноразово публікувалися статті про контролерах крокових двигунів від TRINAMIC. Тепер же компанія вийшла на новий для себе ринок контролерів безколекторних двигунів. Першим продуктом компанії стала мікросхема TMCC160.

TMCC160 - інтегральний контролер бесколлекторного двигуна, який об'єднує в одному мініатюрному корпусі LGA (17x12x1,4 мм) ключові компоненти системи управління:

  • продуктивний процесор Cortex-M4;
  • драйвер силового моста з джерелом живлення 12 В / 1 А;
  • джерело живлення 3,3 В з вхідною напругою 7 ... 24 В.

Для створення приводу на базі TMCC160 потрібно силовий міст і кілька пасивних компонентів (рис. 4).

Рис. 4. Схема включення TMCC160

Функції управління та виконання алгоритмів комунікації забезпечує процесор Cortex-M4:

  • Формування керуючих сигналів для драйвера силового моста;
  • Прийом і обробка сигналів зворотного зв'язку;
  • Прийом і обробка сигналів з датчиків положення (датчиків Холла і енкодерів);
  • Управління роботою схеми гальмівного резистора;
  • Прийом команд управління від зовнішнього керуючого контролера по інтерфейсів UART / SPI / CAN;
  • Прийом аналогового сигналу управління AIN;
  • Взаємодія з зовнішньої ПЗУ EEPROM (якщо потрібно).

Інтегрований драйвер формує керуючі сигнали для силового трифазного моста. Для цієї мети використовується внутрішнє джерело 12 В 1 А.

TMCC160 може працювати як в автономному режимі, так і під управлінням зовнішнього контролера. Для автономної роботи в простих додатках (вентилятори, насоси) в якості задає сигналу зручно використовувати аналоговий вхід 10 В. При роботі в парі з зовнішнім контролером, для управління параметрами обертання двигуна також може застосовуватися аналоговий вхід або один з цифрових інтерфейсів (UART / SPI / CAN). При цьому спілкування з TMCC160 проводиться за допомогою мови TMCL, що включає близько 2048 команд.

До складу засобів розробки і налагодження входять: система проектування ПО TMCL-IDE 3.0 і оцінний набір TMCC160-EVAL (рис. 5).

Рис. 5. Підключення та зовнішній вигляд отладочной плати TMCC160-EVAL

Отладочная плата T MCC160-EVAL, по суті, є повноцінним контролером безколекторних двигунів з номінальною напругою живлення 24 В і струмом до 10 А. Плата включає мікросхему TMCC160-LC, силовий трифазний міст, схему управління гальмівним резистором, ланцюги нормування для сигналів датчиків положення ( датчиків Холла і енкодерів), мікросхеми інтерфейсів RS232, RS485, CAN, SPI. Таким чином, для того щоб створити свій перший привід буде потрібно тільки ПК, двигун і джерело живлення.

В якості висновку хотілося б відзначити, що новий контролер напевно знайде своє застосування як в відносно простих додатках (насоси, вентилятори), так і в надточних і відповідальних системах: роботи, двигуни верстатів з ЧПУ, системи промислової автоматизації, медичне і лабораторне обладнання, електромобілі , електровелосипеди і багато іншого.

Характеристики мікросхеми контролера бесколлекторного двигуна TMCC160:

  • Мікропроцесорний ядро: ARM Cortex-M4;
  • Управління: FOС і шестішаговое;
  • Діапазон робочих напруг харчування: 7 ... 28 В;
  • Драйвер силового моста: 12 В, 1 А;
  • Вбудований регулятор: 3,3 В 500 мА;
  • Підтримувані датчики: датчики Холла і енкодери;
  • Комунікаційні інтерфейси: RS232, RS485, CAN, SPI;
  • Особливості: аналоговий вхід управління (10 В), підтримка резистивного резистора;
  • Мова програмування: TMCL з підтримкою 2048 команд;
  • Середовище розробки: TMCL-IDE 3.0 (доступна для скачування на сайті www.trinamic.com);
  • Діапазон робочих температур: -40 ... 85 ° C;
  • Корпусне виконання: 17x12x1,4 мм 51-вивідний LGA.

Характеристики отладочного набору TMCC 160- EVAL:

  • Мікросхема управління двигуном: TMCC160-LC;
  • Напруга живлення шини: 7 ... 28 В;
  • Середньоквадратичний струм двигуна 10 А;
  • Підтримувані датчики положення: датчики Холла і енкодери;
  • Підтримка резистивного гальма: є;
  • Комунікаційні інтерфейси: RS232, RS485, CAN, SPI;
  • Номінальна напруга аналогового входу управління: 10 В (максимальне 24 В);
  • ПО для настройки і роботи: TMCL-IDE 3.0 (доступно для скачування на сайті www.trinamic.com);
  • Габаритні розміри: 85 x79 x34 мм.