L'automatisation et la robotique dépendent fortement des moteurs et de leurs circuits intégrés de commande et de pilotage associés. Ces semi-conducteurs complexes vont au-delà du contrôle de mouvement de base, exécutent des algorithmes avancés et ajustent étroitement le fonctionnement du système en fonction des priorités du moteur, de la charge et des performances globales.
Cependant, il est difficile de configurer ces circuits intégrés complexes et d’évaluer les performances potentielles du système uniquement par spécification ou simulation. Ce processus peut être long et coûteux, et créer une incertitude lors de son déploiement. La meilleure façon d’y parvenir est d’utiliser une carte d’évaluation qui permet de développer en parallèle la conception, la configuration et le développement du logiciel du système.
Cet article se concentre sur certains des défis auxquels les concepteurs sont confrontés lors de l'utilisation de circuits intégrés de contrôle de mouvement et sur le rôle des cartes d'évaluation pour relever ces défis. Par la suite, un circuit intégré typique et les cartes d'évaluation associées d'Analog Devices sont présentés, ce qui réduit le délai de mise sur le marché en permettant des évaluations précoces et réalistes tout en réduisant les incertitudes matérielles et logicielles.
Présentation des exigences relatives aux circuits intégrés de contrôle de mouvement
Le circuit intégré de contrôle de mouvement fournit l'intelligence nécessaire pour contrôler le moteur et ses dispositifs d'alimentation internes, tels que les MOSFET qui pilotent les enroulements du moteur. Les moteurs et les MOSFET nécessitent une gestion minutieuse afin d'obtenir des performances, une trajectoire, des courbes de mouvement et une efficacité optimales dans des modes de fonctionnement statiques et dynamiques et des conditions de charge et pour gérer les perturbations, les transitoires et les défauts.
Pour aider à relever ces défis, le fournisseur de circuits intégrés de pilote fournit une carte d'évaluation. Ces cartes d'évaluation simplifient la configuration, l'optimisation et l'évaluation des performances du matériel et des logiciels en effectuant des tests matériels en boucle (HITL) dans des conditions réelles de moteur et de charge. Ils garantissent également que la disposition physique du CI et de ses circuits environnants est correctement établie en termes de distribution d'énergie, d'effets parasites, de connexions et formats d'E/S, de connecteurs physiques, etc. Les concepteurs peuvent utiliser ces cartes d'évaluation (en tant que cartes de taille moyenne, cartes de distribution de base (BOB) ou solutions modulaires) pour évaluer différents paramètres, configurations et options afin de déterminer la solution la plus appropriée pour l'application.
CI de commande de moteur et cartes d'évaluation associées
Un bon exemple de circuit intégré de commande de moteur est le TMC5130A-TA-T de la série TMC5130 d'Analog Devices. Il s'agit d'un contrôleur et pilote de moteur pas à pas haute performance avec interface de communication série et comprend un générateur de rampe flexible pour la localisation automatique de la cible.
Le variateur utilise un algorithme StealtChopping avancé pour garantir un fonctionnement pratiquement silencieux, une efficacité maximale et un couple moteur optimal. Le TMC5130 offre un certain nombre d'améliorations uniques grâce à l'intégration du pilote et du système de contrôleur sur puce (SoC). Par exemple, le générateur de rampe SixPoint du TMC5130 utilise les fonctions DcStep, CoolStep et StallGuard2 pour optimiser automatiquement chaque mouvement du moteur.
Pour aider les concepteurs à commencer à utiliser le TMC5130, le système de carte d'évaluation TMC5130-EVAL (Figure 1) fournit une plate-forme matérielle pratique et des outils logiciels d'évaluation conviviaux. Le système de carte d'évaluation se compose de trois parties : le pont de connexion de la carte de base (à gauche) reliant l'ordinateur, la carte de connexion (au milieu) comprenant plusieurs points de test et la carte TMC5130-EVAL (à droite).
Image de la carte d'évaluation TMC5130-EVAL d'Analog Devices (à droite) et de la charge moteur (à l'extrême droite) (cliquez pour agrandir)
Figure 1 : La carte d'évaluation TMC5130-EVAL (côté droit) et la charge du moteur (côté le plus à droite) sont configurées via un pont USB de la carte de base (côté gauche) connecté au PC et une carte de connecteur avec des points de test (au milieu). Source de l'image : appareils analogiques)
Pour les concepteurs souhaitant développer davantage de leurs propres circuits autour d'un noyau basé sur TMC5130, Analog Devices propose des panneaux de brassage TMC5130A-BOB (Figure 2, en haut). Cette carte fournit les interconnexions de base nécessaires au fonctionnement et est contrôlée via l'interface SPI. Le diagramme schématique (Fig. 2, ci-dessous) montre le circuit le plus simple fourni par la fonction IC TMC5130.
Image et diagramme schématique d'Analog Devices TMC5130A-BOB (cliquez pour agrandir)
Figure 2 : le TMC5130A-BOB (en haut) fournit une méthode d'évaluation de base avec des points de connexion le long de leurs bords plutôt que des connecteurs discrets ; Le diagramme schématique (ci-dessous) montre le circuit le plus simple requis pour que le circuit intégré TMC5130 fonctionne. Source de l'image : appareils analogiques)
Le kit d'évaluation TMC5240-EVAL est construit sur une plateforme éprouvée TMC5130-EVAL pour simplifier l'évaluation des moteurs pas à pas de nouvelle génération. Il intègre un pont 36 VH, une détection de courant non destructive et des fonctions avancées de contrôle de mouvement, notamment un générateur de rampe optimisé par Jerk et un fonctionnement StealtChop2 ™ ultra-silencieux, permettant un démarrage plus rapide, une mise en service plus facile et une vérification plus efficace des performances fluides et précises du moteur.