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TMC4671 数据表 • | 注:本文档只是用于个人使用,并非官方翻译,
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用于两相/
www.trinamic.com
三相永磁同步电机的专用运动控制器
TMC4671 数据表
集成电路 V1.00 | 版文档修订 V1.03 •
2018-09-06
TMC4671 完全集成伺服控制器, 提供 FieldOrientedControlforBLDC/PMSMand 两相步进电机以及直流电机和音圈。所
有控制功能都 集成 在 硬件中,是一款 功能齐全的伺服控制器,适用于各种伺服 应用。集成 ADC、位置传感器接口、
位置
插值器,使能
特征
• 带磁场定向控制 (FOC) 的伺服控制器
• 转矩控制, 速度控制,位置控制
• 前馈控制输入
• 集成式 ADC,∆Σ-ADC 前端
• 编码器引擎:霍尔模拟/数字,编码器模拟/数字
• 支持 3 相永磁同步电机/无刷直流电机、两相步进电
机和直流电机
• 先进的 PWM 引擎 (25kHz. . .100 千赫)
• 应用 SPI + 调试(UART、SPI)
•步进方向接口(S/D
应用
)
• 机器人
• 拾取和放置机器
•
• 工厂自动化
电动交通
• 实验室自动化
•
• 鼓风机
泵
简化的框图
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载最新版本:
集成电路
TMC4671 数据表 • | 注:本文档只是用于个人使用,并非官方翻译,如有侵权请联系删除。[email protected]
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内容
1 订货号
5
2 功能摘要
6
3 FOC 基础
8
3.1 为什么选择 FOC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 什么是 FOC?.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 为什么 FOC 作为纯硬件解决方案? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 FOC 如何运作? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 FOC 需要什么? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 坐标变换 - 克拉克,帕克,iClarke,iPark。
.8
.8
.8
.10
.10
.10.0
.
. . . . . .
. .
. . .
. .
. .. . . . . . . . . . . . .
. 10.0
10
. . . 12
.
12
3.5.2 定子线圈电流的测量 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.3 定子线圈电流 I_U、I_V、I_W 及与端子电压 U_U、U_V U_W
3.5.4 转子角度的测量。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.5 测得转子角度与转子磁轴与定子磁轴的关系。 . . .
3.5.6 电机相关参数及位置传感器(编码器)参数知识
3.5.7 用于闭环电流控制的比例积分(PI)控制器。 . . . . . . .
3.5.8 脉宽调制(PWM)和空间矢量脉宽调制(SVPWM)。
3.5.9 方向、电机模型和坐标变换 。 . . . . . . . . . .
.
.
12
.11
11
12
4 功能描述
14
4.1 功能块
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4.2 通信接口 14
4.2.1 SPI 从机用户界面。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
4.2.2 TRINAMIC 实时监测接口(SPI 主站)。 . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
4.2.3 UART 接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.4 步进/方向接口. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
4.2.5 单引脚接口 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18
4.3 数值表示、电角度、机械角度和极对。 . . . . . . . .21
4.3.1 数值表示。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
4.3.2 N_POLE_PAIRS,PHI_E,PHI_M。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3.3 角度 PHI 的数值表示 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.22
21
4.4 ADC 引擎
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.4.1 ADC 组 A 和 ADC 组 B。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
4.4.2 内部 Δ-Σ ADC。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
4.4.3 外部 Δ-Σ ADC。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
4.5 三角积分配置和时序配置。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23
4.5.1 内部 Δ-Σ 调制器-V_RAW 到 ADC_RAW 的映射。. . . . . . . . . .28
4.5.2 外部 Δ-Σ 调制器接口。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
4.5.3 ADC 配置 - MDAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28
4.6 模拟信号调理 31
4.6.1 FOC3 - 定子线圈电流 I_U、I_V、I_W 以及与终端电压 U_U 的关联, U_V,W U_ ..
32 a.m.
4.6.2 定子线圈电流 I_X、I_Y 及与端子电压 U_X、U_Y 的关系。 . . . . . . 32
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4.6.3 ADC 选择器和 ADC 缩放器,带失调 校正 。
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.7 编码器引擎
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.7.1开环编码器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
4.7.2增量式 ABN 编码器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
4.7.3辅助增量 ABN 编码器。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.7.4数字霍尔传感器接口,可选配临时位置插值。 . . . . . . .38
4.7.5数字霍尔传感器 - 临时位置插值。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.7.6数字霍尔传感器 - 屏蔽和滤波 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37
4.7.7数字霍尔传感器与增量编码器。 . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.7.8模拟霍尔和模拟编码器接口(0° 90° 或 0° 120° 240° 的 SinCos)。
. . . . .38
4.7.9模拟位置解码器(0°90°或 0°120°240°的正余)。 . . . . . . . . . . . . . . . .39
4.7.10 编码器初始化支持 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
4.7.11 速度测量。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
4.7.12 参考交换机 。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
FOC23 4.8 引擎
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.8.1 PI 控制器。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41
4.8.2PI 控制器计算 - 经典结构。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.8.3PI 控制器计算 - 高级结构。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .42
4.8.4PI 控制器 - 削波 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43
4.8.5PI Flux & PI Torque Controller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4.8.6PI 速度控制器 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46
4.8.7P 位置控制器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
4.8.8内部 FOC 控制回路 - 磁通量和 扭矩 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
4.8.9FOC 变换和 PI(D)用于控制通量和 扭矩 。 . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.8.10 运动模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .48
4.8.11 制动斩波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47
4.9 过滤和前馈控制 。
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.9.1双二阶 滤波器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.9.2标准速度滤波器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
4.9.3前馈控制结构。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50
4.10 PWM 发动机 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.10.1 PWM 极性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
4.10.2 PWM 频率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
4.10.3 PWM 分辨率 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51
4.10.4 PWM 模式 .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
4.10.5 先决后合(BBM)。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .52
4.10.6 空间矢量 PWM (SVPWM). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53
安全功能 54 6寄存器图 56 7 固定5 137
5.1看门狗
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
6.1注册地图概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55
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6.2
注册地图已满 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
TMC4671 8 引脚表
139
电气特性9 143
9.1绝对最大额定值。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 143
9.2电气特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 143
9.2.1操作范围。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 143
9.2.2直流特性
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 144
10 示例电路
10.1 电源引脚 .
145
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
10.2 时钟和复位 电路 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 145
10.3 数字编码器、霍尔传感器接口和参考开关。 . . . . . . . . . . . . . . . .. 145
10.4 模拟前端 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .145
10.5 相电流测量. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 146
10.6 功率级接口。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 148
11 设置指南 149 12 封装尺寸
150
13 补充指令
152
13.1 生产者信息. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 152
13.2 版权 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 152
13.3 商标名称和 符号 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 152
13.4 目标用户 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
13.5 免责声明:生命支持 系统 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ..152
.
13.6 免责声明:预期用途 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
13.7 附属文件和 工具 。
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153
14 勘误表
154
15 图 索引
156 16 表格 索引 157
17 修订历史
158
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17.1 IC 修订版 . 158
17.2 文档修订 。 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
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1
订购代码
订购代码 描述
尺寸 [毫米
2
]
TMC4671-ES
TMC4671EVAL
TMC4671-BOB
TMC4671 FOC Servo Controller IC
TMC4671 Evaluation Board
TMC4671 Breakout Board
10.5 x 6.5
55 x 85
38 x 40
表
1
:订购号
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