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Application Note 01/06

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Die TMC236 / TMC239 und TMC246 / TMC249 Familie mikroschrittfähiger Schrittmotortreiber deckt einen

weiten Anwendungsbereich von Schrittmotoren in kommerziellen und industriellen Anwendungsfeldern ab.

Dieser Artikel soll aufzeigen, wie die Schrittmotortreiber optimal für die Applikation konfiguriert werden kann.

Bestimmung der Design-Parameter

1. Wahl des Motors

Schrittmotoren werden mit Konstantstrom betrieben, um eine hohe Dynamik und eine hohe Drehzahl erzielen

zu können. Nur in wenigen Anwendungen mit sehr geringen Anforderungen kann ein Betrieb an konstanter

Spannung ausreichend sein. Wichtigster Schlüsselparameter des Motors ist sein Spulenstrom. Dieser wird

vom Motorhersteller spezifiziert und ist als Effektivwert an beiden Spulen erforderlich, um das volle

Drehmoment zu erreichen. Im Standby, oder in Bewegungsphasen wo weniger Drehmoment erforderlich ist,

kann der Motor auch mit verringertem Strom betrieben werden. Dies verringert die Verlustleistung deutlich, da

sie proportional dem Quadrat des Stromes ist (vergleiche Abschnitt zur Stromversorgung). Das Drehmoment

eines Schrittmotors ist immer von der Geschwindigkeit abhängig. Die resultierende Drehmomentkurve hängt

dabei noch von der Versorgungsspannung des Treiberbausteins ab. Mit höherer Versorgungsspannung kann

generell eine höhere maximale Drehzahl erzielt werden. Die dargestellte Kurve für einen Nema 23 / 57mm

Qmot-Schrittmotor mit 200 Vollschritten pro Umdrehung verdeutlicht dies für zwei Treiber-Versorgungs-

spannungen. Besteht in einer Anwendung keine Möglichkeit, die Versorgungsspannung anzupassen, so muss

ein Motor mit höherem Spulenstrom gewählt werden, wenn die erforderliche Drehzahl mit der gegebenen

Versorgungsspannung nicht erreichbar ist.

Qmot Nema 23 / 57mm Schrittmotor

Schrittmotortreiber – Grundlagen zur Anpassung an die Motorspezifika

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Application Note 01/06 Schrittmotortreiber – Grundlagen zur Anpassung an die Motorspezifika Die TMC236 / TMC239 und TMC246 / TMC249 Familie mikroschrittfähiger Schrittmotortreiber deckt einen weiten Anwendungsbereich von Schrittmotoren in kommerziellen und industriellen Anwendungsfeldern ab. Dieser Artikel soll aufzeigen, wie die Schrittmotortreiber optimal für die Applikation konfiguriert werden kann. Bestimmung der Design-Parameter 1.
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Application Note 01/06 QSH5718-41-30-047 45 40 35 N cm 30 25 48V 24V 20 15 10 5 0 100 1000 10000 100000 steps / s 2. Dimensionierung der Stromversorgung Ist der notwendige Motor selektiert, können wir die Spannungsversorgung für den Motortreiber geeignet dimensionieren. a) Spannung Absolutes Minimum für die Versorgungsspannung ist derjenige Wert, den der Motor benötigt, um den vollen Strom in jeder (Mikro)schritt- Stellung bereitzustellen.
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Application Note 01/06 b) Leistungsfähigkeit der Stromversorgung Die aufgezeigten Schrittmotortreiber haben allesamt einen sehr guten Wirkungsgrad, da sie modernste Low-RDSon MOSFETs verwenden. Die Stromaufnahme der Schaltung resultiert daher in erster Linie aus der Verlustleistung des Motors. Der Wirkungsgrad der Treiber ist typisch 80%-95% bei Verwendung der dargestellten Treiber-ICs.
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Application Note 01/06 3. Wahl des Schrittmotor Treiber ICs Nachdem nun die Schlüsselparameter Spulenstrom und notwenige Treiberversorgungsspannung bestimmt wurden, kann der Schrittmotortreiber selbst selektiert werden. Die Trinamic-Treiber sind wahlweise mit integrierten oder mit externen Leistungstransistoren verfügbar. Die Treiber mit integrierten Transistoren (TMC236 und TMC246) passen sehr gut zu den kleineren, meist verwendeten Motoren bis zu einer Größe von 42mm.
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Application Note 01/06 4. Bestimmung der notwendigen Zusatzbeschaltung a) Einstellung des Zielstromes Ein Sensewiderstand dient dem Motortreiber zur Messung des Motorstromes und ist daher entscheidend für die Anpassung der Schaltung auf den Motor. Die vorgestellten Treiber arbeiten mit einer Messspannung von typisch 0,34V.
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Application Note 01/06 Die folgenden Gleichung helfen bei der Nährungsweisen Bestimmung der Verluste in den Schalttransistoren aufgrund statischer Verluste (Innenwiderstand) und dynamischer Verluste (Schaltflanken). Als eine gute Nährung für das Tastverhältnis können dabei 33% gewählt werden. Die Anzahl der eingeschalteten Motorspulen ist ebenfalls erfasst: In der Vollschrittstellungen zwei bei Nennstrom des Motors, in der Halbschrittstellung eine beim 1,41-fachen Nennstrom.
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Application Note 01/06 Detailschaltungen: Beschaltung der Treiber-ICs Abb 1: TMC 236/246 Standardbeschaltung Leistungsteil OSC VT VS 13 GND 680pF 16 15 14 18 19 SPI428_CLK SDI SDO CS_M DRVENABLE 20 SPE 1 AN PWMENABLE VSA SCK SDI SDO CS EN oder 42 INA 41 INB VREF 2 4 2 HA1 7 LA1 5 HA2 10 LA2 TMC 236 A TMC 246 A +5V VSB 30 GNDA 17 GND1 39 GND2 25 BRB 22 SRB BL2 Coil B 33 BL1 21 43 100nF SLP 44 VCC Coil A 9 BRA 12 SRA 31 HB1 26 LB1 28 HB2 23 LB2 40 100nF 50mOhm (optional
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Application Note 01/06 Abb. 2: TMC 239/249 mit Standardbeschaltung des Leistungsteils (siehe Applikationsnotiz) +VM VS 220nF 100µF RSH VT HA1 HA2 P P Coil A LA2 TMC 239A N N LA1 SRA RS oder TMC 249A SRB RS LB1 LB2 N N Coil B HB2 P P HB1 Wahl der Schalttransistoren (Beispiele für N&P-Kanal Doppeltransistoren): Bezeichnung Max. Motorstrom Max.
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Application Note 01/06 Abb. 3: TMC 239/249 mit Zusatzbeschaltung für höhere Spannung Die Darstellung wurde auf eine Transistorvollbrücke (eine Motorspule) beschränkt. +VM (32...58V) optional only if standby required BZV55C24 VS use enough power supply filtering capacitors 33k VT 470n HA1 2.4k 2.