TMC4671-LA完全集成伺服控制器电机驱动芯片带FOC控制

TMC4671是一个完全集成的伺服控制器,为BLDC/PMSM和2相步进电机以及直流电机和语音线圈提供现场定向控制。

TMC4671-LA完全集成伺服控制器电机驱动芯片带FOC控制_第1张图片

 

应用
•机器人
• 拾取和放置机器
• 工厂自动化
• 电动汽车
• 实验室自动化
•鼓风机
•泵

功能介绍

• 带磁场定向控制(FOC)的伺服控制器
– 扭矩(和磁通)控制模式
– 速度控制模式
– 位置控制模式

• 控制功能/PI控制器
– 对中期结果的输入和输出进行可编程
– 所有控制器的集成器发条保护
– 带可编程掩码的状态输出,用于内部状态信号选择

支持的电机类型
– FOC3 : 三相永磁同步电机 (PMSM) / 无刷直流电机 (BLDC)
– FOC2 : 两相步进电机
– FOC1 : 1相有刷直流电机,或线性音圈电机

具有失调校正和缩放功能的ADC引擎
– 集成三角积分 ADC,用于电流检测电压、电源电压、模拟编码器、AGPI
– 用于隔离式外部电流检测 Δ-Σ 调制器的接口

位置反馈
– 用于初始设置的开环位置发生器(可编程 [rpm]、[rpm/s])
– 数字增量编码器(ABN 或 ABZ,高达 2 MHz)
– 次级数字增量编码器
– 数字霍尔传感器接口(H1、H2、H3 或 H_U、H_V、H_W),带临时位置插补
– 模拟编码器/模拟霍尔传感器接口(正余弦 (0°, 90°) 或 0°, 120°, 240°)
– 定位目标、速度和目标扭矩过滤器(双二)
– 多圈位置计数器(32位)

PWM 引擎,包括 SVPWM
– 可编程 PWM 频率在 25 kHz 范围内 ...100kHz
– PWM 自动缩放,可在运动过程中透明地改变 PWM 频率
– 可编程先刹车后接通 (BBM) 时间 (0 ns ...2.5 μs),用于数字门控制信号
– 用于空间矢量调制的单位 SVPWM 控制(开/关)(可在操作期间切换)

• SPI应用通信接口
– 40 位数据报长度(1 个读写位 + 7 个地址位 + 32 个数据位)
– 即时 SPI 读取响应(通过单个数据报寄存器读取访问)
– SPI 时钟频率 fSCK 高达 2 MHz(8 MHz 写入,8 MHz 读取,地址后暂停 500 ns)

• TRINAMIC 实时监控接口
– 通过TRINAMIC的实时监测系统对实时数据进行高频采样
– PCB上只需要一个10针高密度连接器
–使用TRINAMIC的IDE启用频率响应识别和自动调谐选项

UART 调试接口
– 三针(接地、接收、发射)3.3 V UART 接口(1N8;9600(默认),115200、921600、3M bps)
– 可用作外部位置传感器的端口(例如绝对编码器和处理器)
– 与嵌入式用户应用程序接口 (SPI) 并行的透明寄存器访问

• 电源电压
– 5V 和 3.3V;VCC_CORE 在内部生成;封装:QFN76
• IO 电压
– 所有数字 IO 均为 3.3V(可通过 VCCIO 电源选择)
– 5V 共模模拟输入电压范围 (1.25V ...2.5V 差分工作范围)
• 时钟频率
– 25 MHz(来自外部振荡器)

FOC定向控制

磁场定向控制(FOC),也称为矢量控制(VC),是一种最节能的电动机转动方法。

磁场定向控制由K. Hasse,达姆施塔特工业大学,1968年和Felix独立开发
布拉施克,不伦瑞克工业大学,1973年。FOC 是一种用于电动机的电流调节方案,采用
考虑磁场的方向和电机转子的位置,调节以电机提供作为目标扭矩请求的扭矩的方式的强度。
FOC 可通过以下方式最大化有功功率并最小化空闲功率 - 最终导致功耗

FOC基本原理的卡通说明:通过智能闭环控制,最大化有功功率,最小化空闲功耗和功耗

TMC4671-LA完全集成伺服控制器电机驱动芯片带FOC控制_第2张图片 智能闭环控制

 FOC工作控制

两个力分量作用在电动机的转子上。一个组件只是拉入径向方向 (ID),其中另一个组件通过切向拉动 (IQ) 施加扭矩。理想的 FOC执行闭环电流控制,产生纯扭矩的电流IQ – 无需直接当前 ID。

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从最高的角度来看,三相电机的FOC使用定子的三相电流来解释,作为电流矢量(Iu;四;Iw)并计算解释为电压矢量的三个电压(Uu;紫外线;呜呜)考虑转子的方向,仅产生扭矩电流IQ。

从最高角度来看,两相电机的FOC使用定子的两相电流解释,作为电流向量(Ix;Iy)并计算解释为电压矢量(Ux;Uy) 采取转子的方向以仅产生扭矩的电流IQ的方式考虑。

为此,了解一些静态参数(电机的极对数,脉冲数所用编码器的每转数,编码器相对于转子磁轴的方向,计数编码器的方向)以及一些动态参数(相电流、方向)是必需的转子)。

P参数P和I参数的调整 两个PI控制器的闭环控制
相电流取决于电机的电气参数(电阻、电感、反电动势常数)(电机的转矩常数,电源电压)

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