ระบบอัตโนมัติและหุ่นยนต์ขึ้นอยู่กับมอเตอร์และการควบคุมที่เกี่ยวข้องและไอซีไดรเวอร์ เซมิคอนดักเตอร์ที่ซับซ้อนเหล่านี้เกินการควบคุมการเคลื่อนไหวขั้นพื้นฐาน รันอัลกอริธึมขั้นสูง และปรับการทำงานของระบบอย่างใกล้ชิดตามลำดับความสำคัญของมอเตอร์ โหลด และประสิทธิภาพโดยรวม
อย่างไรก็ตาม การตั้งค่าไอซีที่ซับซ้อนเหล่านี้และประเมินประสิทธิภาพของระบบที่เป็นไปได้ตามข้อกำหนดหรือการจำลองเพียงอย่างเดียวถือเป็นเรื่องท้าทาย กระบวนการนี้อาจใช้เวลานานและมีราคาแพง และสามารถสร้างความไม่แน่นอนเมื่อนำไปใช้งาน วิธีที่ดีที่สุดในการทำเช่นนี้คือการใช้บอร์ดประเมินผลที่ช่วยให้การออกแบบระบบ เค้าโครง และการพัฒนาซอฟต์แวร์ได้รับการพัฒนาไปพร้อมๆ กัน
บทความนี้มุ่งเน้นไปที่ความท้าทายบางประการที่นักออกแบบเผชิญเมื่อใช้ IC ควบคุมการเคลื่อนไหวและบทบาทของบอร์ดประเมินผลในการจัดการกับความท้าทายเหล่านี้ ต่อจากนั้น จะมีการนำเสนอ IC ทั่วไปและบอร์ดประเมินผลที่เกี่ยวข้องจากอุปกรณ์อะนาล็อก ซึ่งช่วยลดระยะเวลาในการออกสู่ตลาดโดยช่วยให้สามารถประเมินผลได้ตั้งแต่เนิ่นๆ และสมจริง ในขณะเดียวกันก็ลดความไม่แน่นอนของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ด้วย
ภาพรวมของข้อกำหนด IC ควบคุมการเคลื่อนไหว
IC ควบคุมการเคลื่อนไหวให้ความฉลาดที่จำเป็นในการควบคุมมอเตอร์และอุปกรณ์จ่ายไฟภายใน เช่น MOSFET ที่ขับเคลื่อนขดลวดมอเตอร์ ทั้งมอเตอร์และ MOSFET ต้องการการจัดการอย่างระมัดระวังเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพ วิถีโค้ง เส้นโค้งการเคลื่อนที่ และประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุดภายใต้โหมดการทำงานแบบคงที่และไดนามิกและสภาวะโหลด และเพื่อจัดการกับสิ่งรบกวน ภาวะชั่วครู่ และความผิดปกติ
เพื่อช่วยจัดการกับความท้าทายเหล่านี้ ซัพพลายเออร์ IC ไดรเวอร์จึงจัดให้มีคณะกรรมการประเมินผล บอร์ดประเมินผลเหล่านี้ทำให้การตั้งค่า การเพิ่มประสิทธิภาพ และการประเมินประสิทธิภาพของฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ทำได้ง่ายขึ้น โดยทำการทดสอบฮาร์ดแวร์ในลูป (HITL) ภายใต้สภาวะมอเตอร์จริงและโหลดจริง นอกจากนี้ ยังรับประกันว่าเค้าโครงทางกายภาพของ IC และวงจรโดยรอบได้รับการออกแบบอย่างเหมาะสมในแง่ของการกระจายพลังงาน ผลกระทบจากปรสิต การเชื่อมต่อ I/O และรูปแบบ ตัวเชื่อมต่อทางกายภาพ ฯลฯ นักออกแบบสามารถใช้บอร์ดประเมินผลเหล่านี้ (เช่น บอร์ดขนาดกลาง บอร์ดกระจายพื้นฐาน (BOB) หรือโซลูชันโมดูลาร์) เพื่อประเมินการตั้งค่า การกำหนดค่า และตัวเลือกต่างๆ เพื่อกำหนดโซลูชันที่เหมาะสมที่สุดสำหรับแอปพลิเคชัน
IC ควบคุมมอเตอร์และบอร์ดประเมินผลที่เกี่ยวข้อง
ตัวอย่างที่ดีของ IC ควบคุมมอเตอร์คือ TMC5130A-TA-T จาก Analog Devices TMC5130 series เป็นสเต็ปเปอร์มอเตอร์คอนโทรลเลอร์และไดรเวอร์ประสิทธิภาพสูงพร้อมอินเทอร์เฟซการสื่อสารแบบอนุกรม และมีเครื่องสร้างทางลาดที่ยืดหยุ่นสำหรับตำแหน่งเป้าหมายอัตโนมัติ
ไดรฟ์ใช้อัลกอริธึม StealtChopping ขั้นสูงเพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานแทบไม่มีเสียงรบกวน ประสิทธิภาพสูงสุด และแรงบิดของมอเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด TMC5130 มีการปรับปรุงที่เป็นเอกลักษณ์หลายประการผ่านการบูรณาการระบบบนชิป (SoC) ของไดรเวอร์และตัวควบคุม ตัวอย่างเช่น เครื่องสร้างทางลาด SixPoint ใน TMC5130 ใช้ฟังก์ชัน DcStep, CoolStep และ StallGuard2 เพื่อปรับการเคลื่อนไหวของมอเตอร์แต่ละครั้งให้เหมาะสมโดยอัตโนมัติ
เพื่อช่วยให้นักออกแบบเริ่มต้นใช้งาน TMC5130 ได้ ระบบบอร์ดประเมินผล TMC5130-EVAL (รูปที่ 1) จึงมีแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ที่สะดวกและเครื่องมือซอฟต์แวร์ประเมินผลที่ใช้งานง่าย ระบบบอร์ดประเมินผลประกอบด้วยสามส่วน: บริดจ์เชื่อมต่อบอร์ดฐาน (ซ้าย) ที่เชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ บอร์ดเชื่อมต่อ (กลาง) รวมถึงจุดทดสอบหลายจุด และบอร์ด TMC5130-EVAL (ขวา)
รูปภาพของบอร์ดประเมินผลอุปกรณ์อะนาล็อก TMC5130-EVAL (ขวา) และโหลดมอเตอร์ (ขวาสุด) (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)
รูปที่ 1: บอร์ดประเมินผล TMC5130-EVAL (ด้านขวา) และโหลดมอเตอร์ (ด้านขวาสุด) ได้รับการกำหนดค่าผ่านบริดจ์ USB ของบอร์ดฐาน (ด้านซ้าย) ที่เชื่อมต่อกับ PC และบอร์ดตัวเชื่อมต่อที่มีจุดทดสอบ (ตรงกลาง) แหล่งที่มาของรูปภาพ: อุปกรณ์อะนาล็อก)
สำหรับนักออกแบบที่ต้องการพัฒนาวงจรของตนเองเพิ่มเติมเกี่ยวกับเคอร์เนลที่ใช้ TMC5130 Analog Devices นำเสนอแผงแพทช์ TMC5130A-BOB (รูปที่ 2 ด้านบน) บอร์ดนี้มีการเชื่อมต่อพื้นฐานที่จำเป็นสำหรับการทำงานและควบคุมผ่านอินเทอร์เฟซ SPI แผนผัง (รูปที่ 2 ด้านล่าง) แสดงวงจรที่ง่ายที่สุดจากฟังก์ชัน TMC5130 IC
รูปภาพและแผนผังของอุปกรณ์อะนาล็อก TMC5130A-BOB (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)
รูปที่ 2: TMC5130A-BOB (ด้านบน) เป็นวิธีการประเมินขั้นพื้นฐานที่มีจุดเชื่อมต่อตามขอบ แทนที่จะเป็นตัวเชื่อมต่อแบบแยก แผนผัง (ด้านล่าง) แสดงวงจรที่ง่ายที่สุดที่จำเป็นสำหรับ TMC5130 IC ในการทำงาน แหล่งที่มาของรูปภาพ: อุปกรณ์อะนาล็อก)
ชุดประเมินผล TMC5240-EVAL สร้างขึ้นบนแพลตฟอร์ม TMC5130-EVAL ที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว เพื่อลดความซับซ้อนในการประเมินสเต็ปเปอร์มอเตอร์เจเนอเรชั่นถัดไป โดยผสานรวมสะพาน 36 VH การตรวจจับกระแสไฟฟ้าแบบไม่ทำลาย และฟังก์ชันควบคุมการเคลื่อนไหวขั้นสูง รวมถึงเครื่องกำเนิดทางลาดที่ปรับให้เหมาะสมที่สุดและการทำงาน StealtChop2 ™ ที่เงียบเป็นพิเศษ ช่วยให้สตาร์ทเครื่องได้เร็วยิ่งขึ้น ทดสอบการใช้งานได้ง่ายขึ้น และการตรวจสอบประสิทธิภาพของมอเตอร์ที่ราบรื่นและแม่นยำยิ่งขึ้น