La automatización y la robótica dependen en gran medida de los motores y de sus circuitos integrados de control y controlador asociados. Estos complejos semiconductores han superado el control de movimiento básico, ejecutan algoritmos avanzados y ajustan estrechamente el funcionamiento del sistema en función del motor, la carga y las prioridades de rendimiento general.
Sin embargo, resulta complicado configurar estos circuitos integrados complejos y evaluar el rendimiento potencial del sistema únicamente mediante especificación o simulación. Este proceso puede ser largo y costoso, y puede generar incertidumbre cuando se implemente. La mejor manera de hacerlo es utilizar una placa de evaluación que permita desarrollar en paralelo el diseño, la disposición y el desarrollo del software del sistema.
Este artículo se centra en algunos de los desafíos que enfrentan los diseñadores cuando utilizan circuitos integrados de control de movimiento y el papel de las placas de evaluación para abordar estos desafíos. Posteriormente, se presenta un circuito integrado típico y las placas de evaluación asociadas de Analog Devices, lo que acorta el tiempo de comercialización al permitir evaluaciones tempranas y realistas, al tiempo que reduce las incertidumbres sobre el hardware y el software.
Descripción general de los requisitos del CI de control de movimiento
El CI de control de movimiento proporciona la inteligencia necesaria para controlar el motor y sus dispositivos de alimentación internos, como los MOSFET que accionan los devanados del motor. Tanto los motores como los MOSFET requieren una gestión cuidadosa para lograr un rendimiento, trayectoria, curvas de movimiento y eficiencia óptimos en modos de funcionamiento estáticos y dinámicos y condiciones de carga y para manejar perturbaciones, transitorios y fallas.
Para ayudar a abordar estos desafíos, el proveedor de circuitos integrados del controlador proporciona una placa de evaluación. Estas placas de evaluación simplifican la configuración, optimización y evaluación del rendimiento de hardware y software al realizar pruebas de hardware en el bucle (HITL) en condiciones reales de motor y carga. También garantizan que el diseño físico del IC y sus circuitos circundantes esté establecido adecuadamente en términos de distribución de energía, efectos parásitos, conexiones y formatos de E/S, conectores físicos, etc. Los diseñadores pueden usar estas placas de evaluación (como placas de tamaño mediano, placas de distribución básica (BOB) o soluciones modulares) para evaluar diferentes ajustes, configuraciones y opciones para determinar la solución más adecuada para la aplicación.
IC de control de motor y placas de evaluación asociadas
Un buen ejemplo de un circuito integrado de control de motor es el TMC5130A-TA-T de la serie Analog Devices TMC5130. Es un controlador y controlador de motor paso a paso de alto rendimiento con interfaz de comunicación en serie e incluye un generador de rampa flexible para la ubicación automática del objetivo.
La unidad utiliza un algoritmo avanzado StealtChopping para garantizar un funcionamiento prácticamente silencioso, máxima eficiencia y par motor óptimo. El TMC5130 proporciona una serie de mejoras únicas a través de la integración del controlador y del sistema en chip (SoC) del controlador. Por ejemplo, el generador de rampa SixPoint en TMC5130 utiliza las funciones DcStep, CoolStep y StallGuard2 para optimizar automáticamente cada movimiento del motor.
Para ayudar a los diseñadores a comenzar a utilizar TMC5130, el sistema de placa de evaluación TMC5130-EVAL (Figura 1) proporciona una plataforma de hardware conveniente y herramientas de software de evaluación fáciles de usar. El sistema de placa de evaluación consta de tres partes: el puente de conexión de la placa base (izquierda) que conecta la computadora, la placa de conectores (centro) que incluye múltiples puntos de prueba y la placa TMC5130-EVAL (derecha).
Imagen de la placa de evaluación TMC5130-EVAL de Analog Devices (derecha) y la carga del motor (extremo derecho) (haga clic para ampliar)
Figura 1: La placa de evaluación TMC5130-EVAL (lado derecho) y la carga del motor (lado más a la derecha) se configuran mediante un puente USB de la placa base (lado izquierdo) conectado a la PC y una placa de conector con puntos de prueba (en el medio). Fuente de la imagen: dispositivos analógicos)
Para los diseñadores que deseen desarrollar más circuitos propios en torno a un kernel basado en TMC5130, Analog Devices ofrece paneles de conexión TMC5130A-BOB (Figura 2, arriba). Esta placa proporciona las interconexiones básicas necesarias para el funcionamiento y se controla mediante una interfaz SPI. El diagrama esquemático (Fig. 2, a continuación) muestra el circuito más simple proporcionado por la función IC TMC5130.
Imagen y diagrama esquemático de Analog Devices TMC5130A-BOB (haga clic para ampliar)
Figura 2: TMC5130A-BOB (superior) proporciona un método de evaluación básico con puntos de conexión a lo largo de sus bordes en lugar de conectores discretos; El diagrama esquemático (a continuación) muestra el circuito más simple necesario para que funcione el IC TMC5130. Fuente de la imagen: dispositivos analógicos)
El kit de evaluación TMC5240-EVAL está construido sobre una plataforma TMC5130-EVAL probada para simplificar la evaluación de motores paso a paso de próxima generación. Integra puente de 36 VH, detección de corriente no destructiva y funciones avanzadas de control de movimiento, incluido el generador de rampa optimizado para sacudidas y el funcionamiento ultrasilencioso StealtChop2™, lo que permite un arranque más rápido, una puesta en servicio más sencilla y una verificación más eficiente del rendimiento fluido y preciso del motor.