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Texas Instruments

Treiber-ICs für Elektromotoren

25. September 2012, 10:33 Uhr | Iris Stroh

Christoph Stangl, Texas Instruments: »Vor allen im Hinblick auf Reduzierung der Platinenfläche und Kosten bei steigender Robustheit des Gesamtsystems weisen integrierte Motor-Treiber großes Potenzial gegenüber diskreten Lösungen auf.«

Die DRV8x-Familie von Texas Instruments umfasst verschiedene Motortreiber-ICs für die unterschiedlichsten Motortypen. Dank hoher Integrationsdichte reduzieren die Bausteine den Platzbedarf auf der Leiterplatte und machen diverse externe Komponenten überflüssig.

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Texas Instruments (TI) ist bereits seit zig Jahren im Markt mit Motortreiber-ICs tätig. Allerdings konzentrierte sich das Unternehmen in den ersten Jahren fast ausschließlich auf kundenspezifische ICs beispielsweise für Festplatten, Digitalkameras oder Drucker. 2010 entschloss sich TI, auch den Massenmarkt zu bedienen und gründete dafür eine eigene Business-Unit.

Mittlerweile steht mit der DRV8x-Familie eine ganze Palette von Motortreiber-ICs für die unterschiedlichsten Motortypen zur Verfügung. Aus der Sicht von Christoph Stangl, EMEA Business Development Manager Motor Control bei Texas Instruments, zeichnen sich alle Familienmitglieder generell durch folgende Pluspunkte aus:

Robustheit, da in den Treiber-Bausteinen Schutzfunktionen gegen zu hohe Ströme, zu hohe Temperaturen, Unterspannungen und Durchschuss etc. integriert sind;
mit ihnen reduzieren sich für den Kunden die Entwicklungszeiten und -kosten;
dank hoher Integration verringern sich die benötigte Platinenfläche und die Anzahl der Komponenten (Bill of Material);
verschiedene Schnittstellen und verschiedene Integrationsstufen in Hinblick auf die Regelschleife;
innerhalb der DRV8xx-Familie stehen verschiedene ICs für die unterschiedlichen Motortypen zur Verfügung: eine H-Brücke für Gleichstrommotoren; zwei H-Brücken für Schrittmotoren; drei Halbbrücken für bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) und Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM).

Schrittmotoren

Für Schrittmotoren gibt es bei TI DRV8x-Bausteine, die Spannungen zwischen 2 und 60 V und Ströme bis zu 12 A unterstützen. Einige Bausteine sind mit einem integrierten Indexer für 32 Mikroschritte ausgestattet. Mit einer externen Spannungsreferenz sind bis zu 256 Mikroschritte pro Vollschritt und mehr möglich. Die Bausteine ermöglichen eine Ansteuerung über Phase/Enable-, PWM-, Schritt/Richtungs- oder serielle Schnittstellen.

Jüngstes Beispiel ist der DRV8818 für bipolare Schrittmotoren in Druckern, Automatisierungstechnik, Textilmaschinen etc. Die Bausteine sind mit zwei H-Brücken (N-Kanal Leistungs-MOSFETs) und einer Mikroschritt-Indexer-Logik ausgestattet. Über ein einfaches Schritt/Richtungs-Interface kann der Motortreiber mit einem Mikrocontroller verbunden werden. Über die Baustein-Pins ist der Betrieb im Voll-, Halb-, Viertel- oder Achtel-Schritt-Modus konfigurierbar. Schutzfunktionen bewahren die Bausteine vor Überstrom, Durchschuss, Unterspannung und Überhitzung. Der DRV8818 sitzt in einem PowerPAD-HTSSOP mit 28 Pins.

Der Motortreiber kann einen konstanten Spulenstrom von 1,75 A und einen Spitzenstrom von 2,5 A erzeugen. Die Bausteine arbeiten innerhalb eines großen Versorgungsspannungsbereichs zwischen 8 und 35 V. Die zwei MOSFET-H-Brücken zeichnen sich durch einen niedrigen RDSon von 0,37 Ω (High Side und Low Side zusammen) aus. Der Baustein verfügt über einen Indexer, der ein Quadratur-Sinussignal erzeugt und bis zu acht Mikroschritte pro Vollschritt unterstützt. Mit den Motortreibern lässt sich ein Slow-, Fast- und Mixed-Decay-Verfahren realisieren, wobei das Decay-Verhältnis, die PWM-Blanking-Zeit und die Auszeit einstellbar sind. »Dank des niedrigen RDSon reduzieren sich die Temperaturen, was sich in einer erhöhten Zuverlässigkeit und geringeren Verlusten widerspiegelt«, so Stangl weiter. Daneben ermöglichen die Bausteine gleichmäßige Bewegungsprofile, ohne dass der System-Controller eingreifen muss. Stangl: »Mit den Treiber-Bausteinen lassen sich die Motorgeräusche deutlich reduzieren, und auch dazu muss der externe Controller nur die Richtung und Anzahl der Schritte vorgeben.«

Die Bausteine sind Pin-kompatibel mit dem vorhandenen 1,9-A-DRV8811 für Systeme mit niedrigeren Stromstärken und ermöglichen somit eine Stromskalierbarkeit mit einem einzigen Design. Zu den Bausteinen stehen Evaluierungsmodule zur Verfügung, auf denen neben dem Treiber-Baustein auch ein vorprogrammierter MSP430-Mikrocontroller integriert ist. Außerdem ist ein Potenziometer zur Einstellung von Spannungsreferenz, Strom-Decay-Modus, Blanking-Zeit und Auszeit vorhanden. Auf die Steuer- und Statussignale kann über Testpins zugegriffen werden.