开云-ADI电机运动控制解决方案驱动智能运动新时代

2024-12-28

[导读]跟着工业主动化、智能制造和物联网的成长，市场对活动节制解决方案的需求延续增加。作为驱念头械活动的要害手艺，机电和活动节制系统被普遍利用在工业主动化、机械人、消费电子、医疗装备、主动驾驶和智能家居等多个行业。据市场调研公司GMI猜测，2023年，全球活动节制市场的范围约为203亿美元;市场估计在2024至2032年时代的复合年增加率(CAGR)为5.5%，2032年，市场范围估计到达334亿美元。跟着工业主动化、智能制造和物联网的成长，市场对活动节制解决方案的需求延续增加。作为驱念头械活动的要害手艺，机电和活动节制系统被普遍利用在工业主动化、机械人、消费电子、医疗装备、主动驾驶和智能家居等多个行业。据市场调研公司GMI猜测，2023年，全球活动节制市场的范围约为203亿美元;市场估计在2024至2032年时代的复合年增加率(CAGR)为5.5%，2032年，市场范围估计到达334亿美元。机电和活动节制是现代工业和手艺利用的焦点范畴。ADI具有业界领先的机电和活动节制产物，旨在将数字信息完善地转换为物理活动，使工业4.0可以或许在进步前辈机械人、主动化、医疗假肢、3D打印等利用中阐扬感化。从底层芯片到上位模块，ADI可供给全方位的解决方案，并且产物组合十分普遍，包罗机电、编码器、机电节制IC和模块，可提高智能活动系统的效力、缩小物理尺寸，并缩短上市时候。步进机电(Step Motor) 步进机电是一种可以或许将电脉冲旌旗灯号转换成切确角位移的电念头，凡是由定子和转子两部门构成。定子上有绕组，转子上有齿，经由过程节制定子绕组的通电挨次，机电可以或许以固定的步进角度慢慢扭转。步进机电经由过程将电能转化为机械能，可以经由过程切确和可猜测的体例节制活动，是以普遍利用在需要切确定位和速度节制的场所。按照布局和工作道理，步进机电可分为多种类型，包罗：永磁式步进机电(PM)、可变磁阻步进机电(VR)和夹杂式步进机电(HB)。每种类型都有其怪异的特点和利用场景。依照驱动体例的分歧，也能够分为双极性和单极性步进机电。选择适合的步进机电类型，取决在具体的利用需求，包罗精度、转矩、速度和本钱等身分。步进机电的工作道理是经由过程机电线圈发送电流，发生电磁场，迫使磁性转子进入所需位置。这可使用附加电流状况，以全步、半步或更小的微步来完成。微步进可提高步进机电利用的精度、扭矩、能源效力和光滑度，同时削减步进消耗、振动和噪声。步进机电驱动器可经由过程将全步细分成更小的微步，以便利用正弦电流波形进行节制，从而实现极高精度和光滑度的活动。ADI Trinamic™手艺将每个全步细分成最多256个微步，让数字信息转化为光滑的物理活动。由此发生的电流节制方案可削减噪声和振动，同时提高可实现的扭矩和精度。步进机电是耐用型开环机电，是独一在开环环境下既可以切确的节制位置，又可以切确地实现速度的一类机电。与其他机电比拟具有多方面的优势，好比低速和静止状况时具有高扭矩、边际定位误差不会积累、对启动/住手响应超卓、具有本钱效益且易在利用。当需要切确靠得住的开环定位时，步进机电就是优先选择。针对ADI的步进机电驱动器产物，全球排名前列的电子元器件授权代办署理商WT文晔科技连系当前市场，重点保举一款效力和空间都优在市场同级产物的静音步进机电驱动器 TMC5240。 TMC5240是一款智能高机能步进机电节制器和驱动器IC，具有串行通讯接口(SPI、UART)和普遍的诊断功能。它连系了矫捷的、颠末加加快度优化的斜坡产生器(用在主动方针定位)和业界最早进的步进机电驱动器(基在256步内置索引器和两个完全集成的36V、3.0A(最年夜) H桥和非耗散集成电流感应(ICS)。该节制器效力约为今朝市场其他方案的两倍，空间方面高度集成(节流60%+)，具有出色的电流节制和活动节制。ADI进步前辈的 StealthChop2 斩波器可确保确保到达业界极低的噪声程度，并确保效力和扭矩。高集成度、高能效和小尺寸使系统小型化和可扩大，从而实现经济高效的解决方案。完全的解决方案年夜年夜下降了利用开辟者的进修曲线，同时供给了比同类竞品更优异的机能表示。伺服机电(BLDC/PMSM/DC Servo Controller) 伺服机电是一种可以或许切确节制角度、速度和位置的电念头，普遍利用在需要高精度活动节制的范畴。伺服机电与伺服节制器(Servo Controller)协同工作，构成闭环节制系统，经由过程伺服节制系统领受指令旌旗灯号，并将其转化为机电轴的活动，以实现切确的定位和速度节制。伺服机电节制器来节制伺服机电，该系统普遍利用在需要切确位置、速度和力矩节制的范畴，如工业主动化、机械人、数控机床、医疗装备和主动化出产线。与步进机电节制器分歧的是，伺服节制器的焦点功能是实现闭环节制(Closed-loop Control)。本次介绍的伺服节制器首要包括无刷直流机电(BLDC)、永磁同步机电(PMSM)和直流机电伺服节制器。起首，无刷直流机电伺服节制器经由过程电子换向手艺和闭环节制系统来实现对BLDC机电的切确节制，普遍利用在需要高精度、高效力和高响应速度的利用场景，如工业主动化、机械人手艺和周详仪器;PMSM/DC伺服节制器的焦点也在在实现对机电的闭环节制，以到达对位置、速度和力矩的切确把控，是以一样用在该场景。按照市场表示，文晔重点保举一款为BLDC/PMSM、2相步进机电和直流机电和音圈供给磁场定向节制(FOC)的业界完全集成的伺服节制器 TMC4671。所有节制功能均在硬件中实现，集成的ADC、位置传感器接口、位置插值器使全功能伺服节制器可以或许合用在各类伺服利用，好比机械人、拾放机、工场主动化、电动汽车等。 ADI TMC4671是专用在活动节制器功能壮大的芯片，可以极年夜限度提高驱动效力和动态机能，并且经由过程硬件中的所有时候要害计较，开辟动态伺服节制器仅需要几行代码，是以能快速缩短高机能伺服节制器的上市时候。 TMC4671具有高达100kHz的开关频率和节制器更新速度，并具有滤波和插值功能，如数字霍尔旌旗灯号插值，以实现更顺畅的操作。该集成电路可以与各类编码器协同工作，从A/B/Z增量式简单的数字或摹拟霍尔传感器到高分辩率正弦/余弦摹拟编码器。传感器可矫捷地映照为位置和速度节制回路的输入。直流有刷机电(DC Motor) 直流有刷机电(Brushed DC Motor)是一种经由过程机械换向器和电刷来实现电流换向，从而驱动机电转子的机电，由定子(凡是是永磁体)和转子(线圈绕组)构成。它是常见的机电类型之一，具有布局简单、本钱低和节制便利等特点，普遍利用在各类小型电开工具、家用电器、玩具和汽车等范畴。直流有刷机电驱动器负责供给直流有刷机电所需的电流和电压以节制机电的速度和标的目的，该系统虽然面对无刷机电系统的竞争压力，但简单的节制体例、低本钱和普遍的利用范畴依然使其在市场中占有主要地位。将来的成长将集中在提高能效、智能化、微型化、改良EMI/EMC机能和知足特定市场需求等方面。对此，文晔连系当前市场重点保举ADI的一款超小尺寸单通道有刷机电驱动器解决方案 MAX22201/2/7。该芯片集成一个36V、3.5A峰值全桥，可驱动一个有刷直流机电。全桥具有极低阻抗FET，典型RON(高侧+低侧)为0.3Ω，可实现高驱动效力。3.5A的额定峰值电流受过流庇护阈值(OCP)限制。峰值电流界说为驱动器针对短暂瞬变可供给的最年夜电流。值得一提的是，该驱动器的最年夜有用值电流(RMS)为2A，凡是受散热斟酌身分限制。2ARMS电流值是指尺度JEDEC 4层板在25°C情况温度下获得的数值。现实最年夜工作电流取决在利用的热特征(PCB接地平面、散热器、透风等)。 MAX22201/2/7具有正确的无消耗集成电流检测(ICS)功能和嵌入式内部电流驱动调理(CDR)电路，用在监测经由过程机电线圈的电流并限制峰值输出电流。当机电电流跨越限流阈值时，全桥进入衰减模式并延续固定的关断时候(tOFF)。对有刷机电驱动利用，电流驱动调理可确保驱动器在正常前提下或机电启动和掉速前提下平安靠得住地运行，同时下降系统电源和电源旁路要求。内部感测电流的缩放副本输出到外部引脚(ISEN)。所有版本均具有过流庇护(OCP)、热关断(TSD)和欠压庇护(UVLO)功能。每次检测到故障前提时，城市激活开漏低电平有用故障唆使引脚(FAULT)。该器件采取小型TDFN12 3mm x 3mm封装。MAX22201/2/7具有小尺寸封装、高效力并集成正确的电流检测功能，是以很是合适空间和功耗敏感型利用，好比有刷直流机电驱动、锁闭阀和电磁阀和单相步进机电驱动。 H桥驱动器(H-Bridge Driver) H桥驱动器(H-Bridge Driver)是一种电路设置装备摆设，用在节制直流机电的标的目的和速度。它操纵四个开关(凡是是晶体管或MOSFET)以“桥”的情势毗连，答应电流在两个标的目的上流过机电。H桥驱动器普遍利用在机械人、电开工具、汽车电动座椅和工业主动化等范畴。 H桥驱动器具有诸多优势，好比可以双向节制机电的正反转，合用在需要频仍变换动弹标的目的的利用;可以经由过程脉宽调制(PWM)手艺切确节制机电速度;可以经由过程同时导通对角线的开关使机电快速住手(短路制动);还布局简单、本钱较低等长处。 H桥驱动器是一种矫捷且高效的机电节制解决方案，经由过程公道选择和设计可以实现对直流机电的双向节制和速度调理，提高系统的机能和靠得住性。WT文晔连系当前市场，重点保举一款具有集成电流检测功能的业界超小65V、3.8A双通道有刷或单通道步进机电驱动器解决方案 MAX22203。 MAX22203是一款双通道65V、3.8AMAX H桥驱动器，供给PWM输入和高精度的电流驱动调理(CDR)，集成的CDR可以限制有刷直流机电的启动或住手其电流，或节制步进点击操作的相电流。每一个H桥都可以零丁节制，而且具有0.3Ω的超低典型RON(高侧+低侧)，可实现高驱动效力和低发烧。MAX22203可用在驱动两个有刷直流机电或单个步进机电。电桥输出电流由无消耗集成电流检测(ICS)功能进行检测，无需利用体积较年夜的外部功率电阻(对此功能凡是是需要的)，并与可设置装备摆设的阈值电流(ITRIP)进行比力。经由过程将外部电阻毗连到引脚REFA和REFB，可觉得两个全桥自力设置ITRIP阈值。每一个H桥的最年夜输出电流为IMAX = 3.8A，并受过流庇护(OCP)电路限制。可觉得很是短暂的瞬变驱动该电流，旨在有用驱动小电容负载。用户可设置装备摆设的最年夜电流调理阈值为ITRIP_MAX = 3A。在尺度JEDEC 4层板上，每一个H桥的最年夜RMS电流(IRMS)为2ARMS。最年夜RMS电流可能遭到散热斟酌身分的限制，并取决在利用的热特征(PCB接地层、散热器、强迫透风等)。 MAX22203具有过流庇护(OCP)、热关断(TSD)和欠压闭锁(UVLO)功能。每次检测到故障前提时，城市激活一个开漏低电平有用nFAULT引脚。在热关断和欠压锁按期间，驱动器为三态，直到恢复正常工作为止。该时代采取小型TQFN38 5mm x 7mm封装。综上所述，ADI活动节制解决方案凭仗其进步前辈的手艺和出色的机能，知足了工业主动化、智能制造和物联网范畴的严酷要求。经由过程立异的StealthChop2斩波手艺和高精度电流节制，确保无噪音运行和优良的机电扭矩节制。TMC4671伺服节制器和MAX22203 H桥驱动器的高效动态响应和切确电流调理，使其在各类高要求利用中表示超卓。另外，文晔与ADI持久合作、延续立异。经由过程供给周全的手艺撑持和定制化的解决方案，文晔不但帮忙客户应对当前的手艺挑战，还为将来的手艺前进和市场需求供给了坚实的撑持。相信凭仗高效、切确和可扩大等领先特征，ADI活动节制解决方案将在鞭策行业手艺立异和成长中继续阐扬主要感化。