オートメーションとロボット工学は、モーターとそれに関連する制御およびドライバー IC に大きく依存しています。これらの複雑な半導体は、基本的なモーション制御を超え、高度なアルゴリズムを実行し、モーター、負荷、および全体的なパフォーマンスの優先順位に基づいてシステム動作を厳密に調整します。
しかし、これらの複雑な IC を設定し、仕様やシミュレーションだけで潜在的なシステム性能を評価することは困難です。このプロセスは時間と費用がかかる可能性があり、導入時に不確実性が生じる可能性があります。これを行う最善の方法は、システム設計、レイアウト、およびソフトウェア開発を並行して開発できる評価ボードを使用することです。
このペーパーでは、モーション コントロール IC を使用する際に設計者が直面するいくつかの課題と、これらの課題に対処する際の評価ボードの役割に焦点を当てます。続いて、アナログ・デバイセズの代表的な IC と関連する評価ボードを紹介します。これにより、ハードウェアとソフトウェアの不確実性を軽減しながら、早期の現実的な評価が可能になり、市場投入までの時間が短縮されます。
モーションコントロールIC要件の概要
モーション コントロール IC は、モーターと、モーター巻線を駆動する MOSFET などの内部パワー デバイスを制御するために必要なインテリジェンスを提供します。静的および動的動作モードおよび負荷条件下で最適な性能、軌道、動作曲線、効率を達成し、外乱、過渡現象、障害に対処するには、モーターと MOSFET の両方を慎重に管理する必要があります。
これらの課題に対処するために、ドライバー IC サプライヤーは評価ボードを提供しています。これらの評価ボードは、実際のモーターおよび実際の負荷条件下でハードウェアインザループ (HITL) テストを実行することにより、ハードウェアとソフトウェアのセットアップ、最適化、および性能評価を簡素化します。また、IC とその周囲の回路の物理レイアウトが、配電、寄生効果、I/O 接続と形式、物理コネクタなどの観点から適切に確立されていることも保証します。設計者は、これらの評価ボード (中型ボード、基本配電盤 (BOB)、またはモジュラー ソリューションとして) を使用して、さまざまな設定、構成、オプションを評価し、アプリケーションに最適なソリューションを決定できます。
モーター制御ICおよび関連評価ボード
モーター制御 IC の良い例は、Analog Devices TMC5130 シリーズの TMC5130A-TA-T です。これは、シリアル通信インターフェイスを備えた高性能ステッピング モーター コントローラーおよびドライバーであり、自動ターゲット位置設定のための柔軟なランプ ジェネレーターが含まれています。
このドライブは高度な StealtChopping アルゴリズムを使用して、実質的にノイズのない動作、最大の効率、最適なモーター トルクを保証します。 TMC5130 は、ドライバーとコントローラーのオンチップ システム (SoC) の統合を通じて、多数の独自の機能強化を提供します。たとえば、TMC5130 の SixPoint ランプ ジェネレーターは、DcStep、CoolStep、および StallGuard2 関数を使用して、各モーターの動きを自動的に最適化します。
設計者が TMC5130 を使い始めるのを支援するために、TMC5130-EVAL (図 1) 評価ボード システムは、便利なハードウェア プラットフォームとユーザーフレンドリーな評価ソフトウェア ツールを提供します。評価ボード システムは、コンピュータを接続するベース ボード接続ブリッジ (左)、複数のテスト ポイントを含むコネクタ ボード (中央)、および TMC5130-EVAL ボード (右) の 3 つの部分で構成されます。
Analog Devices TMC5130-EVAL 評価ボード (右) とモーター負荷 (右端) の画像 (クリックして拡大)
図 1: TMC5130-EVAL 評価ボード (右側) とモーター負荷 (右端) は、PC に接続されたベース ボード USB ブリッジ (左側) とテスト ポイントを備えたコネクタ ボード (中央) を介して構成されます。画像出典: アナログ・デバイセズ)
TMC5130ベースのカーネルを中心に独自の回路をさらに開発したい設計者のために、アナログ・デバイセズはTMC5130A-BOBパッチ・パネルを提供しています（図2、上）。このボードは、動作に必要な基本的な相互接続を提供し、SPI インターフェイス経由で制御されます。回路図 (以下の図 2) は、TMC5130 IC 機能によって提供される最も単純な回路を示しています。
Analog Devices TMC5130A-BOBの写真と回路図（クリックして拡大）
図 2: TMC5130A-BOB (上) は、個別のコネクタではなくエッジに沿った接続ポイントを使用した基本的な評価方法を提供します。回路図 (下) は、TMC5130 IC が動作するために必要な最も単純な回路を示しています。画像出典: アナログ・デバイセズ)
TMC5240-EVAL 評価キットは、実証済みの TMC5130-EVAL プラットフォームに基づいて構築されており、次世代ステッピング モーターの評価を簡素化します。 36 VH ブリッジ、非破壊電流検出、ジャーク最適化ランプ ジェネレーターや超静音 StealtChop2™ 動作などの高度なモーション コントロール機能を統合し、より高速な起動、容易なコミッショニング、スムーズで正確なモーター性能のより効率的な検証を可能にします。