Rein digital
Mikroschrittmotor-Treiber mit Voltage-Mode-Regelung und Logikkern
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Bewegungsmanagement und Ansteuerung in einem monolithischen IC
Des Weiteren enthält der Logikkern eine Reihe von Algorithmen wie für das Erzeugen eines Drehzahlprofils, die absolute und relative Positionierung sowie die Bewegung mit konstanter Drehzahl (Bild 4).
Über die integrierte SPI-Schnittstelle bekommt der dSPIN Bewegungsprofil-Befehle und führt die entsprechenden Anweisungen mit den programmierten Beschleunigungs-, Verzögerungs- und Maximaldrehzahl-Werten aus. Das IC ist außerdem in der Lage, den Motor eigenständig zu beschleunigen und mit einer programmierten Drehzahl laufen zu lassen. Auch die Drehmoment-Erzeugung in der Beschleunigungs- und Verzögerungsphase sowie bei kon-stanter Drehzahl ist programmierbar. Mindest- und Höchstdrehzahl, Beschleunigung und Verzögerung können unabhängig voneinander eingestellt werden.
Ein integriertes 22-bit-Positionsregister ermöglicht die Zuweisung von mehr als 32 k Vollschritten im Betrieb mit 128 Mikroschritten, dies entspricht 164 Umdrehungen bei 200 Schritten/Umdrehung bzw. von mehr als 400 kVollschritten im Vollschrittbetrieb (21 k Umdrehungen). Der Baustein unterstützt aufgrund dieses Registers die relative und die absolute Positionierung. Letztere lässt sich mit einem Wegoptimierungs-Algorithmus (kürzester Weg) oder mit einer vorgegebenen Drehrichtung implementieren (Bild 5).
Der Treiber kann mit dem Host-Controller über eine schnelle serielle Schnittstelle, welche das Daisy-Chain-Prinzip unterstützt, kommunizieren. Einem einzelnen Mikrocontroller ist es daher möglich, mehrere Treiber-Bausteine anzusprechen: Über eine einzige serielle Schnittstelle lassen sich so mehrere Schrittmotoren ansteuern.
Außerdem besteht die Möglichkeit, zusätzliche Open-Drain-Ausgänge zu programmieren: Über diese können bestimmte Diagnose-Informationen an den Host gemeldet oder der Echtzeit-Status der internen Antriebssteuerung (Busy-/Sync-Information) ausgegeben werden, damit der Controller eine zeitlich effektive Ansteuerung ohne Polling-Zyklen implementieren kann (Bild 6).
Der Großteil der Treiber-Funktionen wie Drehzahlprofil, Phasenstromregelung oder Kompensationssysteme lässt sich mit speziellen Registern einfach programmieren. In anderen Registern wiederum befinden sich Echtzeit-Informationen über den Status des Bausteins, z.B. Diagnose oder Betriebsbedingungen, und die Motor-Ansteuerbedingungen wie absolute Position, Motordrehzahl, elektrische Position usw.
Hoher Grad an Integration
Die dSPIN-Familie als Erweiterung der PowerSPIN-Motorregler-Familie macht in Bezug auf die Systeminte-gration einen großen Schritt nach vorn. Die hardwaremäßige Implementierung der Motorregelungs-Algorithmen vereinfacht das Software-Design, da der Mikrocontroller der Applikation lediglich einfache Bewegungs-Anweisungen ausgeben muss, wodurch seine Ressourcen vermehrt für andere differenzierende Features frei bleiben.
Aufgrund des Voltage-Mode-Regel-algorithmus werden mechanische Geräusche ebenso minimiert wie die Drehzahl- und Drehmomentwelligkeit bei geringer Drehzahl. Abgesehen davon bietet der Baustein ein Leistungs-Niveau, das es bei monolithischen Motortreiber-ICs in dieser Form noch nicht gibt.
Die Autoren:
Fabio Chelli ist als Marketing Manager für Motion-Control-Produkte verschiedener Anwendungsgebiete wie Industrial, Home Appliance oder Consumer bei STMicroelectronics in Mailand, Italien, verantwortlich. Er graduierte im Elektronikingenieurwesen am Politecnico di Milano und trat als Analog-IC-Designer ins Unternehmen ein, bevor er ins Produktmarketing wechselte.
Vincenzo Marano ist System- und Applikations-Manager im Bereich Industrial & Power Conversion. Der Elektronikingenieur schloss sein Studium am Politecnico di Milano, Italien, im Jahr 2000 ab und ist seitdem bei STMicroelectronics mit dem Fokus Motor-Treiber, MOS/IGBT-Treiber und industrielle ICs tätig. Er hält mehrere Patente an Motor-Steuerungs-ICs und Archi-tekturen.
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