TMC4671+TMC6200---Trinamic直流无刷(BLDC)硬件FOC解决方案

1、正压呼吸机解决方案

呼吸机的通气舒适度及静音性能是其重要指标。另外，睡眠呼吸机的功能之一是在系统发生异常时，能及时发现并立即采取适合的保护措施，其核心要点即是呼吸机风机的控制。

第一涵盖极高动态的电机转速范围：双水平模式下，电机转速范围会在10000rpm以内及25000rpm以上快速切换，转速切换时间可低于0.5秒。

第二可维持尽可能小的噪声。呼吸机压力为10cm水柱时，一般要求低于30dB，高端的产品可以做到23dB及以下。

第三具有灵活方便的系统诊断，保护机制：以方便的结合驱动器信息及相关传感器定位相关异常事件，包括呼吸面罩脱落、呼吸管路漏气、风机堵转等等。

 

家用正压睡眠呼吸机要求小巧的体积及极小的运行噪声，因此电机控制需要采用FOC算法，

根据负载（系统压力和流量状况），控制风机稳定运行，减小转矩脉动，从而大大减少电机自身的运行噪声。

通常工程师在产品开发中，会选择直接购买风机配套的驱动板，这样成本相对比较高，而且接口控制不够灵活。Trinamic的方案则能以较低的成本达到更好的性能及灵活度。

 

控制框图如下：

 电机控制核心FOC算法及控制由ADI Trinamic 的TMC4671完成，功率驱动部分及电流采样使用ADI Trinamic 的TMC6200完成。

TMC4671极大简化了电机控制部分的算法，解放了MCU的算力，使用户可以专注于系统应用级的设计，如更适于患者的压力流量曲线等。

压力值通过压力传感器反馈，经由MCU进行PI运算后，其输出作为TMC4671的速度给定信号，

TMC4671输出风机控制SVPWM信号给TMC6200，TMC6200作为MOS管门级驱动，控制三相H桥以驱动电机运行，使呼吸机压力保持在需要的值或按给定的曲线变化。

核心器件介绍

 TMC4671是一款ADI Trinamic于2020年发布的全球首个具有针对BLDC/PMSM和两相步进电机以及直流电机和音圈电机的磁场定向控制的全集成伺服控制器IC，

集成ADC、位置传感器接口（增量式编码器，HALL信号等）和位置插值器的完整组件。

芯片采用级联的闭环控制架构（位置环、速度环和电流环），如下图所示。

 

 转矩环核心的FOC算法，将FOC算法包含的Park，反Park变化等时间关键性的计算都集成在硬件中。

因此开发动态伺服控制器只需几行代码，这不仅减轻了处理器处理实时关键任务的负担，还优化了设计周期，缩短了上市时间。

（TMC4671内部FOC算法框图）

 

 

 (TMC4671核心功能)

 

TMC6200是一个大功率门驱动器，专为（PMSM）永磁同步电机伺服或（BLDC）直流无刷电机设计，可以驱动从几瓦特到几千瓦的电机；

集成了FOC驱动系统的全高电压部分，适用于12V、24V或48V系统。

使用TMC6200，可以最少数量的外部组件来构建具有完全保护和保护功能的坚固驱动器诊断。

TMC6200除驱动三相H桥外，还完成电流信号的采集及转换，其内置运放及PGA，适合不同功率的电机。

采样相电流，非常适用于TMC4671中实现的Δ-Σ电流测量，可实现对电流的低噪声采样，提高系统的控制精度。

另外TMC6200提供了完善的功率级诊断功能，方便系统的故障处理。

 (TMC6200报警及保护功能概览)

 

总结：

ADI Trinamic提供的BLDC和PMSM电机解决方案，使用TMC4671+TMC6200的组合，大大降低了高性能电机驱动器设计的门槛，

使用户可以非常快速地搭建相关的高性能电机应用，无需编写复杂费时的底层驱动，节省了了大量的调试时间；

相关诊断功能使工程师在调试初期可快速定位系统故障；

配合TMC IDE，用户可以方便地进行系统辨识和控制参数优化，加速产品设计定型；

用户可专注于产品本身的设计优化，这是未来电机控制应用的方向。

Trinamic中国区代理可以提供相关技术指导和支持，能帮助用户更好地进行设计，尽快让产品上市。