第1页 / 共158页
第2页 / 共158页
第3页 / 共158页
第4页 / 共158页
第5页 / 共158页
第6页 / 共158页
第7页 / 共158页
第8页 / 共158页
FOC伺服控制芯片TMC4671.pdf
www.trinamic.com.cn
TMC4671 简介
基于硬件的伺服控制芯片，为直流无刷电机、永磁同步电机、步进电机、有刷
电机和音圈电机提供高性能FOC 算法。所有的控制功能都是通过硬件来实现；
集成ADC，位置内部插补，可以满足伺服系统所需全部功能。
TMC4671 芯片
开发板 TMC4671-EVAL-KIT
性能参数
- 伺服控制/空间磁场矢量控制 FOC
- 力矩控制（FOC）、速度控制、位置控制
- 前馈控制输入
- 集成 ADC，前端先进的∆Σ-ADC
- 双编码器反馈，支持数字/模拟编码器输入；数字/模拟霍尔输入
- 驱动控制三相直流无刷伺服/永磁同步伺服，两相步进电机、有刷
电机或者音圈电机，直线或旋转类型伺服电机
- 先进的 PWM 引擎（25KHz...100KHz）
市场应用
机器人
工厂自动化
快速取放设备
实验室自动化
医疗设备
泵/风机
电动汽车
-
SPI+UART 通讯接口
- 脉冲/方向控制接口
系统框图
INTEGRATEDCIRCUITS
DedicatedMotionControllerfor2-/3-PhasePMSM
TMC4671Datasheet
ICVersionV1.00|DocumentRevisionV1.04• 2018-Dec-11
TheTMC4671isafullyintegratedservocontroller,providingFieldOrientedControlforBLDC/PMSM
and 2-phase Stepper Motors as well as DC motors and voice coils. All control functions are imple-
mented in hardware. Integrated ADCs, position sensor interfaces, position interpolators, enable
afullyfunctionalservocontrollerforawiderangeofservoapplications.
Features
• ServoController
w/FieldOrientedControl(FOC)
• TorqueControl(FOC),
VelocityControl,PositionControl
• FeedForwardControlInputs
• IntegratedADCs, ∆Σ-ADCFrontend
• EncoderEngine: Hallanalog/digital,
Encoderanalog/digital
• Supports3-PhasePMSM/BLDC,
2-PhaseStepperMotors,
andDCMotors
• AdvancedPWMEngine(25kHz...100kHz)
• ApplicationSPI+Debug(UART,SPI)
• Step-DirectionInterface(S/D)
Applications
• Robotics
• PickandPlaceMachines
• FactoryAutomation
SimpliedBlockDiagram
• E-Mobility
• LaboratoryAutomation
• Blowers
• Pumps
©2018TRINAMICMotionControlGmbH&Co. KG,Hamburg,Germany
Termsofdeliveryandrightstotechnicalchangereserved.
Downloadnewestversionat: www.trinamic.com
Readentiredocumentation.
TMC4671Datasheet•ICVersionV1.00|DocumentRevisionV1.04• 2018-Dec-11
Contents
1 OrderCodes
2 FunctionalSummary
3 FOCBasics
2/157
4 FunctionalDescription
3.1 WhyFOC?
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 WhatisFOC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 WhyFOCaspureHardwareSolution? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 HowdoesFOCwork? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 WhatisRequiredforFOC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
6
8
8
8
8
9
9
3.5.1 CoordinateTransformations-Clarke,Park,iClarke,iPark . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.5.2 MeasurementofStatorCoilCurrents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.5.3 StatorCoilCurrentsI_U,I_V,I_WandAssociationtoTerminalVoltagesU_U,U_V,U_W 10
3.5.4 MeasurementofRotorAngle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.5.5 MeasuredRotorAnglevs. MagneticAxisofRotorvs. MagneticAxisofStator
. . . . . 11
3.5.6 KnowledgeofRelevantMotorParametersandPositionSensor(Encoder)Parameters 12
3.5.7 ProportionalIntegral(PI)ControllersforClosedLoopCurrentControl . . . . . . . . . . 12
3.5.8 PulseWidthModulation(PWM)andSpaceVectorPulseWidthModulation(SVPWM)
. 12
3.5.9 Orientations,ModelsofMotors,andCoordinateTransformations . . . . . . . . . . . . 13
14
4.1 FunctionalBlocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2 CommunicationInterfaces
4.2.1 SPISlaveUserInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2.2 TRINAMICReal-TimeMonitoringInterface(SPIMaster) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.3 UARTInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2.4 Step/DirectionInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2.5 SinglePinInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.3 NumericalRepresentation,ElectricalAngle,MechanicalAngle,andPolePairs . . . . . . . . . 20
4.3.1 NumericalRepresentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3.2 N_POLE_PAIRS,PHI_E,PHI_M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.3.3 NumericalRepresentationofAnglesPHI
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.4 ADCEngine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.4.1 ADCGroupAandADCGroupB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.4.2 InternalDeltaSigmaADCs
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.4.3 ExternalDeltaSigmaADCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5 DeltaSigmaCongurationandTimingConguration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5.1 InternalDeltaSigmaModulators-MappingofV_RAWtoADC_RAW . . . . . . . . . . . 27
4.5.2 ExternalDeltaSigmaModulatorInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.5.3 ADCConguration-MDAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.6 AnalogSignalConditioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.6.1 FOC3 - Stator Coil Currents I_U, I_V, I_W and Association to Terminal Voltages U_U,
U_V,U_W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.6.2 StatorCoilCurrentsI_X,I_YandAssociationtoTerminalVoltagesU_X,U_Y . . . . . . . 33
4.6.3 ADCSelector&ADCScalerw/OffsetCorrection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.7 EncoderEngine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7.1 Open-LoopEncoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7.2 IncrementalABNEncoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7.3 SecondaryIncrementalABNEncoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.7.4 DigitalHallSensorInterfacewithoptionalInterimPositionInterpolation . . . . . . . . 37
4.7.5 DigitalHallSensor-InterimPositionInterpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.7.6 DigitalHallSensors-MaskingandFiltering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
©2018TRINAMICMotionControlGmbH&Co. KG,Hamburg,Germany
Termsofdeliveryandrightstotechnicalchangereserved.
Downloadnewestversionatwww.trinamic.com
TMC4671Datasheet•ICVersionV1.00|DocumentRevisionV1.04• 2018-Dec-11
4.9 FilteringandFeed-ForwardControl
3/157
4.7.7 DigitalHallSensorstogetherwithIncrementalEncoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.7.8 AnalogHallandAnalogEncoderInterface(SinCosof0°90°or0°120°240°) . . . . . . 39
4.7.9 AnalogPositionDecoder(SinCosof0°90°or0°120°240°)
. . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.7.10 EncoderInitializationSupport
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.7.11 VelocityMeasurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.7.12 ReferenceSwitches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.8 FOC23Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.8.1 PIControllers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.8.2 PIControllerCalculations-ClassicStructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.8.3 PIControllerCalculations-AdvancedStructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.8.4 PIController-Clipping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.8.5 PIFlux&PITorqueController . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.8.6 PIVelocityController . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.8.7 PPositionController . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.8.8 InnerFOCControlLoop-Flux&Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.8.9 FOCTransformationsandPI(D)forcontrolofFlux&Torque . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.8.10 MotionModes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.8.11 BrakeChopper
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.9.1 BiquadFilters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.9.2 StandardVelocityFilter
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.9.3 Feed-ForwardControlStructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.10 PWMEngine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.10.1 PWMPolarities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.10.2 PWMFrequency . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.10.3 PWMResolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4.10.4 PWMModes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.10.5 Break-Before-Make(BBM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
4.10.6 SpaceVectorPWM(SVPWM)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
54
5.1 Watchdog . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
56
6.1 RegisterMapOverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
6.2 RegisterMapFull
136
138
142
9.1 AbsoluteMaximumRatings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.2 ElectricalCharacteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.2.1 OperationalRange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
9.2.2 DCCharacteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
144
10.1 SupplyPins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.2 ClockandResetCircuitry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.3 DigitalEncoder,HallSensorInterfaceandReferenceSwitches . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
10.4 AnalogFrontend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
10.5 PhaseCurrentMeasurement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
10.6 PowerStageInterface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
5 SafetyFunctions
6 RegisterMap
7 Pinning
8 TMC4671PinTable
9 ElectricalCharacteristics
10 SampleCircuits
©2018TRINAMICMotionControlGmbH&Co. KG,Hamburg,Germany
Termsofdeliveryandrightstotechnicalchangereserved.
Downloadnewestversionatwww.trinamic.com
TMC4671Datasheet•ICVersionV1.00|DocumentRevisionV1.04• 2018-Dec-11
11 SetupGuidelines
12 PackageDimensions
13 SupplementalDirectives
4/157
148
149
151
13.1 ProducerInformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
13.2 Copyright . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
13.3 TrademarkDesignationsandSymbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
13.4 TargetUser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
13.5 Disclaimer: LifeSupportSystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
13.6 Disclaimer: IntendedUse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
13.7 CollateralDocuments&Tools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
153
155
156
157
17.1 ICRevision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
17.2 DocumentRevision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
14 Errata
15 FiguresIndex
16 TablesIndex
17 RevisionHistory
©2018TRINAMICMotionControlGmbH&Co. KG,Hamburg,Germany
Termsofdeliveryandrightstotechnicalchangereserved.
Downloadnewestversionatwww.trinamic.com
TMC4671Datasheet•ICVersionV1.00|DocumentRevisionV1.04• 2018-Dec-11
1 OrderCodes
OrderCode
TMC4671-ES
TMC4671-EVAL
TMC4671-BOB
Landungsbruecke
TMC-UPS-2A24V-EVAL
TMC-UPS-10A70V-EVAL
USB-2-RTMI
Description
TMC4671FOCServoControllerIC
TMC4671EvaluationBoard
TMC4671BreakoutBoard
MCUBoard
PowerStageBoard
PowerStageBoard
InterfaceAdaptertouseRTMI
Table1: Ordercodes
5/157
Size
10.5mmx6.5mm
55mmx85mm
38mmx40mm
85mmx55mm
85mmx55mm
85mmx55mm
40mmx20mm
©2018TRINAMICMotionControlGmbH&Co. KG,Hamburg,Germany
Termsofdeliveryandrightstotechnicalchangereserved.
Downloadnewestversionatwww.trinamic.com
6/157
U 2
D + U 2
Q
TMC4671Datasheet•ICVersionV1.00|DocumentRevisionV1.04• 2018-Dec-11
2 FunctionalSummary
• ServoControllerwithFieldOrientedControl(FOC)
– Torque(andux)controlmode
– Velocitycontrolmode
– Positioncontrolmode
– update rate of current controller and PWM at maximum frequency of 100 kHz (speed and
positioncontrollerupdaterateiscongurablebysettingadividerofcurrentcontrollerupdate
rate)
• ControlFunctions/PIControllers
– Programmableclippingofinputsandoutputsofinterimresults
– Integratorwindupprotectionforallcontrollers
– Programmableeldorientedvoltagecircular(
)limiter
– Feed-forwardoffsetsfortargetvaluesandfeed-forwardfrictioncompensation
– Advancedfeed-forwardcontrolstructureforoptimaltrajectorytrackingperformance
– ExtendedIRQeventmaskingoptionsandlimiterstatusregister
– AdvancedencoderinitializationalgorithmswithHallsensoror/andwithminimalmovement
– FOC3: 3-phasepermanentmagnetsynchronousmotors(PMSM)
– FOC2: 2-phasesteppermotors
– DC1: brushedDCmotors,orlinearvoicecoilmotors
– Integrated ∆ΣADCsforcurrentsensevoltage,motorsupplyvoltage,analogencoder,twoAGPIs
– Integrated ∆Σ-Interfaceforexternal ∆Σ-Modulators
– Openlooppositiongenerator(programmable[rpm],[rpm/s])forinitialsetup
– Digitalincrementalencoder(ABNresp. ABZ,upto5MHz)
– Secondarydigitalincrementalencoder
– DigitalHallsensorinterface(H1,H2,H3 resp. HU,HV,HW)withinterpolationofinterimpositions
– Analogencoder/analogHallsensorinterface(SinCos(0°,90°)or0°,120°,240°)
– multi-turnpositioncounter(32-bit)
– Positiontarget,velocityandtargettorquelters(Biquad)
– ProgrammablePWMfrequencywithintherangeof20kHz...100kHz
– ProgrammableBrake-Before-Make(BBM)times(highside,lowside)0ns...2.5 µsin10nssteps
andgatedriverinputsignals
– PWMautoscalingfortransparentchangeofPWMfrequencyduringmotion
• SPICommunicationInterface
– 40-bitdatagramlength(1ReadWritebit+7addressbits+32databits)
• ADCEnginewithOffsetCorrectionandScaling
• PWMEngineIncludingSVPWM
• SupportedMotorTypes
• PositionFeedbackEvaluation
©2018TRINAMICMotionControlGmbH&Co. KG,Hamburg,Germany
Termsofdeliveryandrightstotechnicalchangereserved.
Downloadnewestversionatwww.trinamic.com
TMC4671Datasheet•ICVersionV1.00|DocumentRevisionV1.04• 2018-Dec-11
7/157
• TRINAMICRealTimeMonitoringInterface
– ImmediateSPIreadresponse(registerreadaccessbysingledatagram)
– SPIclockfrequencyupto1MHz(8MHzinfutureversion)
– Highfrequencysamplingofreal-timedataviaTRINAMIC’sreal-timemonitoringsystem
– Onlysingle10-pinhighdensityconnectoronPCBneeded
– Advancedcontrollertuningsupportbyfrequencyresponseidenticationandadvancedauto
tuningoptionswithTRINAMIC’sIDE
– Threepin(GND,RxD,TxD)3.3VUARTinterface(1N8;9600(default),115200,921600,or3Mbps)
– Transparentregisteraccessparalleltoembeddeduserapplicationinterface(SPI)
– 5Vand3.3V;VCC_COREisinternallygenerated
– 3.3VforalldigitalIOs(choosablebyVCCIOSupply),5Vinputrangefordifferentialanaloginputs,
1.25Vinputrangeforsingleendedinputs
• ClockFrequency
– 25MHz(externaloscillatorneeded)
• Packages
– QFN76
• UARTDebugInterface
• SupplyVoltages
• IOVoltage
©2018TRINAMICMotionControlGmbH&Co. KG,Hamburg,Germany
Termsofdeliveryandrightstotechnicalchangereserved.
Downloadnewestversionatwww.trinamic.com
相关推荐
2023年江西萍乡中考道德与法治真题及答案.doc
2012年重庆南川中考生物真题及答案.doc
2013年江西师范大学地理学综合及文艺理论基础考研真题.doc
2020年四川甘孜小升初语文真题及答案I卷.doc
2020年注册岩土工程师专业基础考试真题及答案.doc
2023-2024学年福建省厦门市九年级上学期数学月考试题及答案.doc
2021-2022学年辽宁省沈阳市大东区九年级上学期语文期末试题及答案.doc
2022-2023学年北京东城区初三第一学期物理期末试卷及答案.doc
2018上半年江西教师资格初中地理学科知识与教学能力真题及答案.doc
2012年河北国家公务员申论考试真题及答案-省级.doc
2020-2021学年江苏省扬州市江都区邵樊片九年级上学期数学第一次质量检测试题及答案.doc
2022下半年黑龙江教师资格证中学综合素质真题及答案.doc
