前言

在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化和消費(fèi)電子領(lǐng)域，步進(jìn)電機(jī)作為精確定位和運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵執(zhí)行元件，其性能要求日益提高。傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器面臨著噪音大、振動(dòng)強(qiáng)、能效低和集成度不高等痛點(diǎn)。特別是在辦公設(shè)備、醫(yī)療儀器和智能家居等靠近人體的應(yīng)用場(chǎng)景中，靜音運(yùn)行已成為不可或缺的關(guān)鍵需求。而Trinamic公司的TMC5130步進(jìn)電機(jī)控制器/驅(qū)動(dòng)IC，憑借高集成設(shè)計(jì)和卓越性能成為行業(yè)理想解決方案。

TMC5130作為一款高度集成的高性能步進(jìn)電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)IC，完美結(jié)合了運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器功能。該IC集成了SixPoint斜坡控制器，微步進(jìn)分度器，StallGuard2（無傳感器失速檢測(cè)技術(shù)）以及SpreadCycle（高精度斬波算法）用于驅(qū)動(dòng)雙極步進(jìn)電機(jī)。輸出驅(qū)動(dòng)器塊由低RDSon N通道功率MOSFET組成，配置為全H橋以驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。TMC5130的每個(gè)輸出端都能驅(qū)動(dòng)高達(dá)2.5A的電流（采用適當(dāng)?shù)纳崞O(shè)計(jì)電源電壓為4.75…46V。其最高256微步/整步的分辨率能夠?qū)崿F(xiàn)極其平滑的運(yùn)動(dòng)控制，而緊湊的TQFP-48封裝（本體僅7mm×7mm）使其適合空間受限的應(yīng)用場(chǎng)景。

01技術(shù)亮點(diǎn)和核心功能

TMC5130憑借多項(xiàng)專屬核心技術(shù)，在靜音、平穩(wěn)、能效、可靠性四大維度實(shí)現(xiàn)突破，具體技術(shù)特性與優(yōu)勢(shì)如下：

l StealthChop2TM靜音控制：該技術(shù)是一種低速靜音驅(qū)動(dòng)模式，能夠在轉(zhuǎn)速低于300RPM時(shí)實(shí)現(xiàn)近乎無聲的運(yùn)行（噪音水平低于人耳可察覺閾值）。通過優(yōu)化電機(jī)的斬波策略和驅(qū)動(dòng)波形，減少電機(jī)的噪音和振動(dòng)，提供幾乎無聲的電機(jī)操作，同時(shí)保持電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。無論是辦公室環(huán)境中的打印機(jī)，還是臥室中的智能家居設(shè)備，TMC5130都能確保設(shè)備運(yùn)行不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成噪音干擾。

l SpreadCycleTM防抖動(dòng)技術(shù)：高精度斬波算法，該技術(shù)使得步進(jìn)電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)能夠保持平滑且穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。SpreadCycleTM通過優(yōu)化電機(jī)的控制算法和驅(qū)動(dòng)策略，減少電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)和噪音。提高了系統(tǒng)的運(yùn)行平穩(wěn)性和精度，降低了噪音污染。有效抑制電機(jī)運(yùn)行中的抖動(dòng)與共振現(xiàn)象，確保電機(jī)在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，提升控制精度。

l MicroPlyerTM微步插值器：微步插值器能夠在使用簡(jiǎn)單的STEP/DIR接口時(shí)，提高微步進(jìn)的平滑度，實(shí)現(xiàn)完整平滑的256微步進(jìn)。兼容傳統(tǒng)脈沖控制方案，無需更換控制器即可升級(jí)設(shè)備運(yùn)動(dòng)平滑度，降低系統(tǒng)升級(jí)成本。

lSixPointTM斜坡控制器：六點(diǎn)斜坡控制器為運(yùn)動(dòng)曲線規(guī)劃提供了極大的靈活性，用戶可以精確控制加速度、減速度和最大速度等參數(shù)，優(yōu)化運(yùn)動(dòng)軌跡，提高系統(tǒng)整體性能。適配復(fù)雜運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景（如精密定位、往復(fù)運(yùn)動(dòng)），減少機(jī)械沖擊，提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性，例如在實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化設(shè)備中，可實(shí)現(xiàn)樣品傳輸?shù)钠椒€(wěn)加速與精準(zhǔn)停靠。

l StallGuard2TM堵轉(zhuǎn)檢測(cè)：該技術(shù)允許步進(jìn)電機(jī)在無需額外傳感器的情況下實(shí)現(xiàn)堵轉(zhuǎn)檢測(cè)功能，通過監(jiān)測(cè)電機(jī)電流和電壓的變化，StallGuardTM能夠推斷出負(fù)載的大小，從而為后續(xù)的控制策略提供依據(jù)。簡(jiǎn)化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了成本，同時(shí)提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

l CoolStepTM自適應(yīng)電流控制：該技術(shù)依靠StallGuard2TM負(fù)載值，實(shí)現(xiàn)無傳感器電流隨負(fù)載動(dòng)態(tài)變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)的電流供給。當(dāng)負(fù)載較小時(shí)，CoolStepTM會(huì)降低電機(jī)的電流供給，從而減少電機(jī)的發(fā)熱和能耗。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，電流供給會(huì)自動(dòng)增加，以確保電機(jī)的正常運(yùn)行。最高可節(jié)能75%，降低設(shè)備運(yùn)行功耗和發(fā)熱。

l DcStepTM防失步模式：該技術(shù)允許電機(jī)在接近其負(fù)載限制和速度限制下工作而不會(huì)丟步。當(dāng)電機(jī)達(dá)到堵轉(zhuǎn)負(fù)載時(shí)，DcStepTM會(huì)自動(dòng)降低電機(jī)的運(yùn)行速度，以增加電機(jī)的力矩，從而確保電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過在高負(fù)載情況下優(yōu)化運(yùn)動(dòng)速度，該特性進(jìn)一步提高了整個(gè)系統(tǒng)的效率。

02全面的保護(hù)與診斷

除了性能增強(qiáng)之外，TMC5130電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC還集成了完善的保護(hù)功能，包括短路檢測(cè)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)、欠壓保護(hù)、開路檢測(cè)、被動(dòng)制動(dòng)與自由旋轉(zhuǎn)模式選擇。這些功能為系統(tǒng)安全運(yùn)行提供了保障，以檢測(cè)和防止輸出短路、輸出開路、過溫和欠壓情況，從而提高安全性和設(shè)備故障恢復(fù)，不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，還延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，降低了維護(hù)成本。

03接口與通信

TMC5130提供豐富的接口選項(xiàng)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。STEP/DIR接口帶有微步插值功能，完全兼容傳統(tǒng)的脈沖控制方式。SPI接口支持高級(jí)配置、實(shí)時(shí)監(jiān)控和診斷，為用戶提供深度的控制能力。單線UART接口進(jìn)一步簡(jiǎn)化了通信連接。此外，芯片還提供編碼器接口和2個(gè)參考開關(guān)輸入，支持更高級(jí)的閉環(huán)控制應(yīng)用。

04

應(yīng)用領(lǐng)域

TMC5130憑借其高集成度和高性能適用于眾多要求靜音、高效、精確運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)景：

05

開發(fā)支持與生態(tài)系統(tǒng)

在開發(fā)支持與生態(tài)系統(tǒng)上，Trinamic為TMC5130提供了完整的開發(fā)支持ecosystem。TMC5130-EVAL-KIT評(píng)估套件包含MCU板、橋接板和驅(qū)動(dòng)板，便于工程師快速進(jìn)行產(chǎn)品評(píng)估。配套的圖形化IDE支持實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)記錄和圖形化顯示，極大簡(jiǎn)化了開發(fā)過程。同時(shí)，如我們一樣的芯片代理商們，也能給各位工程師提供詳細(xì)的技術(shù)手冊(cè)和技術(shù)支持，提供便捷的開發(fā)支持和構(gòu)建良好的開發(fā)系統(tǒng)，進(jìn)一步助力開發(fā)過程。

06

結(jié)語

TMC5130是一款高性能、適用面廣、開發(fā)難度低的高水平步進(jìn)電機(jī)控制器/驅(qū)動(dòng)IC，其在集成度、靜音技術(shù)和智能控制方面的創(chuàng)新為精密、低噪音、高效率應(yīng)用提供了核心價(jià)值。無論是提升現(xiàn)有產(chǎn)品性能，還是開發(fā)創(chuàng)新應(yīng)用，TMC5130都能為設(shè)計(jì)工程師提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。