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静音步进驱动芯片TMC2130TMC2208在3D打印机中的应用
文章来源:永阜康科技 更新时间:2019/1/5 10:09:00

     步进电机是3D打印机中主要的驱动部件,步进电机的性能直接会影响到打印机的性能和最终打印出来物品的品质。

传统的步进电机的驱动器都会存在噪音比较大,很不适合桌面型设备的用户体验感,另外一个问题就是常规的步进电机的驱动器会存在抖动问题 特别是在低速情况下,抖动通过同步带反应到最终打印的质量上会出现断层现象。步进电机的稳定性与运行精度直接影响到3D打印机的性能。

 常规步进电机的驱动都无法解决噪音和抖动问题

分析原因如下

步进电机的震动主要来自两个方面一是步进电机的步距分辨率(步距阶跃)另一方面是来自斩波和脉宽调制(PWM)的不良模式反应.

当然步进电机的步距角和细分会影响到电机的震动,但是本文中我们不谈细分和电机步距角的因素,因为这两个因素无法彻底解决步进电机的震动,只是改善。

斩波和PWM模式

噪音和振动的另外一个来源是传统的斩波方式和脉宽调制(PWM)模式,由于比较粗的步距分辨率是产生振动和噪音的主要因素,我们通常忽视了斩波和PWM带来的问题.

  传统的恒定PWM斩波模式是电流控制的PWM斩波模式,该模式在快速衰减和慢速衰减之间有个固定关系,在其最大数值的时候,电流才会达到规定的目标电流,最终导致平均电流是小于预期目标电流的,如图7所示

在一个完整的电周期内,电流方向改变时 在正弦波过零处有个平稳过渡期,这个会影响在很短的过渡期内线圈里面的电流为零,也就是电机此时根本就没有力矩,这就导致了电机摆动和振动,尤其是在低速情况下.

  相比恒定的斩波模式,TRINAMIC的SpreadCycle PWM斩波模式在慢速和快速衰减器之间自动配置一个磁滞衰减功能.平均电流反应了配置的正常电流,在正弦的过零点不会出现过渡期,这就减少电流和力矩的波动,是电流波形更加接近正弦波,相比传统恒定斩波模式,SpreadCycle PWM斩波模式控制下的电机运行得要平稳、平滑很多.

这一点在电机从静止或低速到中速过程中非常重要.

传统步进电机驱动方案在电流过零点的时候都会出现一个电流过度,或者叫电流死区,此时电机线圈是没有电流的。这是导致电机震动的一个主要因素。

Trinamic是嵌入式电机和运动控制领域的全球领导者。主要产品包括专用运动控制集成芯片,智能电机驱动器和嵌入式微系统。 Trinamic的工程师拥有数十年的经验,擅长解决现实问题,致力于为3D打印,桌面制造,医疗设备,实验室自动化和监控摄像头等领域设计解决方案。gao@trinamic.cn trinamic开发出了一项专利技术spreadcycle保证步进电机在过零点时平滑过渡没有死区电流,使用其TMC2100,TMC2130,TMC2208几款步进电机驱动芯片几乎没有抖动。

StealthChop模式下过零点的效果是非常完美的:当电流的信号从正变为负或者负变为正,不会有过渡区域而是持续性的穿过零点.因为电流的调制是根据PWM占空比来控制的.在50%的PWM占空比,电流是0,StealthChop调整PWM的占空比来调节电机电流,PWM频率是个常数,与此相反 电流控制的斩波器通过调控频率实现调节电机电流,在这里 电流的波动是比较大的,此外电流的波动会在电机的永磁体转子里产生涡流,这会导致电机的功耗损失.

 
 
 
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