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介绍一款功能强大的步进电机控制驱动芯片

GaoW

2023-4-15 11:17:28

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TMC2240 2210 5240和TMC2209速度对比 final

步进电机由于具有控制简单，良好的速度和位置控制被大量用在工业自动化、医疗设备、仪器仪表、实验室自动化、办公自动化、智能家居......等众多行业，实现让步进电机转起来相对容易很多，但是在应用中简单的转起来并无法满足实际应用的需求，我们还可能面对需要解决一下问题：

1）如何减少上位MCU的工作量，比如将对于电机的位置速度控制，传感器限位输入以及编码器输入下放到驱动端？如何规划好加减速轨迹曲线使电机在运行过程中不会产生抖动？

2)电机在高速启动或停止时候烧坏驱动芯片如何解决？

3)步进电机在低速时候抖动，如何解决？

4)步进电机长时间运行发热严重如何解决？

5)步进电机驱动芯片很容易烧坏如何解决？

6)如何降低步进电机驱动芯片的发热量？

7)如何在开环情况下检测步进电机的力矩，避免步进电路失步？

8)在使用TMC5130TMC2209TMC2208 TMC225时候高速堵转，如何解决？

......也会遇到如何提高可靠性、稳定行等诸多问题。

作为步进驱动控制行业领导者TRINAMIC在新的产品TMC5240 TMC2240 TMC2210进一步解决了工程师所遇到的问题

2023年初新推出的全新升级的智能步进电机驱动芯片TMC5240在原有产品的基础上加入更新的算法，TMC5240采用更新的数字算法，先进出色的功耗管理能力，以及多种保护功能。满足各种两相步进电机的应用需求。

一、和上一代TMC5130 TMC2209 TMC2225 TMC2208 TMC2226相比，有以下9部分的功能提升

1. 8点电机加减速曲线使运动更加平稳

TMC5240在上一代TMC5130TMC5160的Six-Point加减速曲线基础上提升至Eight-Point加减速曲线是运动过程更加平滑，增加新的对短距离的处理。

在运动过程中可以随时修改运动参数TMC5240会立即响应，如下图所示

2.解决驱动芯片热量大问题 ---功率提升，发热量降低

新一代TMC5240 供电电压范围4.5-41V 内置MOS 3A MAX,2.1A RMS;低 Rdson (HS+LS)：典型值为 230 mΩ (TA=25C)

3. 解决步进电机低速抖动噪音--静音斩波Stealthchop切换到高速高动态斩波Spreadcycle切换点没有跳动。通过将0x74寄存器sg_angle_offset=1启动该功能

4. 解决驱动过压烧坏芯片问题--新增加OV过压保护引脚，如果外部母线出现过压，该引脚开启消耗掉过高的电压，保护芯片不被损坏。可以在0x52寄存器OTW_OV_VTH中配置需要开启的最高电压阀值。

5. 解决驱动芯片高温损坏芯片问题--TMC5240 2240新增了实时监控内部晶圆温度功能，可以避免由于高温烧坏芯片。可以通过0x51寄存器时刻获取芯片内部温度

6. 解决电机热量大烧坏电机问题--TMC5240 TMC2240新增评估电机线圈温度功能，通过读取0x71 PWM_SCALE可以评估电机线圈温度，避免电机因为发热损坏电机。

7. 解决驱动电机电流波动大问题 --- TMC5240 TMC2240可以通过配置0x0A寄存器配置最大输出电流范围提高电流控制精度，电流精度可以控制在5%以内，而市面上普通驱动器电流精度>10%

8. 解决PCB空间太大，干扰大问题---集成了电流检测电阻，节省了外部空间，避免由于外部扰动影响电流控制。

9. 解决步进电机失步问题--在驱动芯片TMC5240中加入支持外部编码器输入接口，节省上位MCU的硬件资源

以上9点是新一代TMC5240 TMC2210 TMC2240升级部分。

二． 下面对新一代TRINAMIC驱动芯片TMC5240的详细介绍：

Ø 芯片功能特点

● 电压范围 4.5… 36V DC

● 低 Rdson (HS+LS)：典型值为 230 mΩ (TA=25C)

● 每个 H 桥的额定电流（典型值为 25C）： • IMAX=5.0A (电桥峰值电流) • IRMS=2.1ARMS (3A正弦波峰值)

●集成运动控制（集成8点加减速运动曲线，支持编码器输入，左右限位输入和数字模拟量输入）

● 完全集成的无损电流检测 (ICS)

● 带有 MicroPlyer™ 步进256微步细分插值的 Step/Dir 接口

● SPI & 单线 UART

● 增量编码器接口

● 最高分辨率每整步 256 微步

● 灵活的可自由配置的微步表和相移以匹配电机

● StealthChop2™静音电机控制

● SpreadCycle™ 高动态电机控制斩波器

● StealthChop 和 SpreadCycle 的无抖动切换

● StallGuard2™ 和 StallGuard4™ 无传感器电机负载检测

● CoolStep™ 电流控制可节省高达 75% 的能源

● 被动制动和空转模式

● 电机相位和芯片温度测量

● 通用模拟量输入

● 全面保护和诊断

● 过压保护输出

● 紧凑的 5x5 QFN32 封装或 9.7x4.4 TSSOP38

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