ADI Trinamic系列产品介绍

电机作为驱动机械设备的核心部件，广泛应用于机器人、3D 打印机、显微镜等领域。精密的电机控制能够显著提升设备的性能，然而许多开发者面临着缺乏内部技术积累、开发周期有限等挑战，迫切希望在不耗费大量时间进行复杂设计的情况下，快速实现平滑的电机控制。

本文将详细介绍 ADI Trinamic 系列产品，帮助那些对高功能电机控制感兴趣、或希望通过传感器负载检测和节能功能提升应用附加值的开发者更好地了解其优势。

什么是 ADI Trinamic 系列？

ADI Trinamic 系列 (以下简称 Trinamic 系列) 是德国公司 Trinamic 推出的运动控制 IC 系列，于 2021 年并入 Analog Devices。

Trinamic 系列集成多种高性能专有算法，如实现超静音运行的 StealthChop 和用于无传感器负荷检测的 StallGuard，通过硬件架构实现了精密且灵活的运动控制，适用于需要静音、精确和节能的应用场景。例如，它可用于以下应用程序：

平稳运动输送机

需要安静运行的显微镜、验光镜和监控摄像头

电池供电的小型设备

需要装载的机械臂

Trinamic 的特点

标配精密控制算法的硬件架构

可以动态地进行参数更改

精确的控制算法，可实现省电、静音和减少停机时间

实现高效的即插即用开发

传统解决方案与 Trinamic 系列的区别

Trinamic 系列与传统解决方案有何不同？下图 (图2) 为它们的优势对比：

图2 传统解决方案与 Trinamic 系列对比

传统电机驱动器需要开发者自行编写控制算法并将其嵌入 MCU 中，同时还需要设计功率级电路，面临小型化和散热等挑战。Trinamic 系列将复杂的控制算法集成到硬件中，开发者只需动态更改寄存器设置即可实现高性能电机。由于无需编写复杂的算术处理，因此可以轻松开发多个通道的同步作业。

此外，Trinamic 系列还提供内置功率级。它易于小型化，导通电阻低，可以抑制热量的产生。因此，硬件设计工时也可以显著减少。下表总结了 Trinamic 系列与传统解决方案之间的差异：

通过使用 Trinamic 系列，可以实现高级运动控制，同时显著减少开发工时。可免费下载的集成开发环境“TMCL-IDE”非常直观，可以在检查实际运作的同时更改参数。它比一般的评估板更容易使用，并且可以在短短 30 分钟内运行电机，整个系统可以快速设计。

ADI Trinamic 系列产品阵容广泛，从 IC 到模块，可以根据自己的应用进行选择。在 Trinamic 系列中，提供了“多步变速”和“运动平滑补充”等控制算法作为命令集，可以轻松实现复杂的运动。

Trinamic 系列的四大核心算法

Trinamic 系列的平稳运行是通过四种专有算法实现的：

SpreadCycle：优化电机驱动电流，提升电机效率和稳定性

StealthChop：通过电压控制显著降低电机噪音，实现超静音运行

StallGuard：测量反电动势 (BEMF) 实现无传感器负载检测

CoolStep：根据电机负载控制电流，从而降低功耗

SpreadCycle 和 StealthChop 有助于实现超静音运行

优化电流 SpreadCycle 和优化电压 StealthChop 技术有助于电机静音。为了提高步进电机的效率和稳定性，必须通过设计斩波和衰减技术来控制电流，这抑制了电机的振动并提高静音效果。Trinamic 系列可自动执行此电流控制，详情可查看下图 (图3)：

图3 电流感应和衰减独创性确保即使在 0A 左右也能平稳运行

如上图 (图3) 左上所示，上层是使用普通电机驱动器进行的电流控制。执行快速衰减和慢速衰减，但电流突然变化或偏离目标电流。此外，很难控制 0A (安培) 左右的电流，并且波形是平坦的，如图 3 右上所示。

上图 (图3) 下层是 Trinamic 系列的自动控制图像。通过使用 SpreadCycle 优化电流和使用 StealthChop 优化电压，可以最大限度地减少电流的突然变化和与目标电流的偏差，如图 3 左下所示。此外，会自动校正 0A 左右的波形，以实现静音运动，如图 3 右下所示。

StealthChop 提供的电压控制大大降低了电机的声音和噪音。借助 StealthChop，Trinamic 系列提供了竞争对手无法比拟的超静音运行性能。

图4 进一步优化电压控制 StealthChop 实现超静音运行功能

StallGuard 和 CoolStep 用于无传感器负载检测和节能

接下来，我们将介绍有助于负载检测和节能的两项技术。它们是用于检测电机状态 StallGuard 和用于提高能源效率的 CoolStep。

StallGuard 是一种测量电机无电流流动部分的 BEMF 并确定电机状态的技术。除了检测何时发生 step out 之外，它还可以捕获导致 step out 的迹象。CoolStep 是一种根据 StallGuard 检测到的电机负载优化电流的技术。这减少了过去作为热量消耗的无功电流，并提高了节能效果。在低负载下，电流最多可降低约 70%。

利用 StallGuard 代替传感器

StallGuard 可检测电机负载，也可以用作传感器的替代品。可以考虑将其用于各种应用程序，如以下示例所示：

StallGuard 应用示例

反馈电机负载并调整抓取强度，使机械臂能够夹持软物

检测崎岖路面上每个轮胎的负载差异并执行扭矩校正

检测与机器的碰撞并在不使用其他传感器的情况下停止运行

检测电机旋转和扭矩的异常，并将其用于机器的预测性维护

除此以外，还可以进行高灵敏度控制，例如在高速旋转过程中，稍有接触就会停止。该系统因其广泛的应用而日益受到关注，例如量化负载数量的频率分析。

Trinamic 系列产品阵容

PAN 驱动器 (带或不带编码器)

它是结合了电机、电机驱动器和运动控制器的模块化产品，还提供带有内置编码器的产品。

电机模块

它将电机驱动器和运动控制器组合在一个模块中，还提供可以输出多个通道 (例如 4 通道和 6 通道) 的阵容。

驱动器 IC 和控制器 IC

它是具有电机驱动功能或运动控制功能的 IC。

电机

它是一种步进电机，可与电机模块和 IC 组合使用。

BLDC 电机产品阵容

Trinamic 系列还提供 BLDC 电机产品阵容。矢量控制算法内置于硬件中，即使对于那些没有专业知识的人来说，也可以轻松实现矢量控制。

总结

本文我们介绍了 ADI 的 Trinamic 系列，该系列可以轻松实现精细的运动控制。