Manual EVBTB6608FNG V.1.0 12-2009

EVBTB6608FNG V1.0
M A N U A L V.1.0
High-Tech Distribution
Am Wörtzgarten 8
D-65510 Idstein
Support:
+ 49 6126 - 590 - 388
+ 49 6126 - 590 - 188
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1
INHALTSVERZEICHNIS
INHALT
Seite
1.0 Einleitung
03
1.1 Lieferumfang
04
1.2 Draufsicht EVBTB6608FNG V.1.0
05
1.3 LDO-Spannungsregler S-1142
06
1.4 Lochrasterfeld für eigene Erweiterungen
07
1.5 Bemessung der Shunt-Widerstände
09
1.6 Frequenz des internen Dreieck-Taktgenerators
09
1.7 Thermal Shut Down (TSD)
10
1.8 Undervoltage Lockout (UVLO)
10
1.9 Inbetriebnahme
11
2.0 Stromlauf- und Lageplan
2.1 Stromlaufplan EVBTB6608FNG
11
2.2 Lageplan
12
EVBTB6608FNG
2.3 Pin-Belegung und Blockschaltbild des TB6608FNG
13
3.0 Stückliste/ Bill of Material (BOM)
14
3.1 Notizen
15
© 2009 Glyn GmbH & Co. KG Alle Rechte vorbehalten.
Bezüglich des Inhalts dieser Dokumentation und der beigefügten EVBTB6608FNG-Daten-CD
übernimmt die Glyn GmbH & Co. KG, D-65510 Idstein keinerlei Haftung oder Garantie. Die
Firma Glyn GmbH & Co. KG, D-65510 Idstein behält sich das Recht der Überarbeitung dieses
Werkes, der beiliegenden Daten-CD, sowie des EVBTB6608FNG vor. Das Evaluationboard und
die Beschreibung wurden nach bestem Wissen erstellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch
können wir Fehler nicht ganz ausschließen. Aus diesem Grund übernimmt die Glyn GmbH &
Co. KG keine Garantie für mögliche Fehler oder Folgeschäden, die in Verbindung mit der
Bereitstellung, Leistung oder Verwendung dieses Materials stehen.
2
1.0 Einleitung
Betriebsspannung
für
Logikund
Leistungsteil begnügt, empfiehlt sich dieser
Baustein insbesodere für batteriebetriebene Applikationen bei denen es auf
eine
möglichst
geringe
Zellenanzahl/Zellenspannung, sowie hohe
Effektivität im Betrieb und Stand-By
ankommt.
EVBTB6608FNG V.1.0
Mit
dem
EVBTB6608FNG
möchten wir dem Entwickler
ein Tool zur Verfügung stellen,
das ihm bei der Evaluierung
des
Mikroschritttreibers
TB6608FNG Aufwand und Zeit einspart.
Die PWM-Chopper-Funktion des Treibers
stellt Ausgangsspitzenströme von bis zu
800mA bereit. Die Integration aller PWMund Dekodierschaltkreise auf einem Chip
erlauben dem Entwickler die einfache
Realisation einer weichen, sinusförmigen
Mikroschritt-Wellenform zur Ansteuerung
bipolarer Schrittmotoren mithilfe eines
einzigen Taktsignals am Eingang.
Um die Verlustleistung im Stillstand zu
reduzieren, läßt sich mit dem Eingang TQ
der Phasenstrom absenken. Die Endstufe
läßt sich mittels der Stand-By-Funktion
komplett deaktivieren.
Zwei Decay-Modi erlauben es die
Stromregelung zur Verbesserung der
Laufeigenschaften an den jeweiligen
Schrittmotor anzupassen.
Das Evaluationboard ist bereits vollständig
bestückt und wurde vor Auslieferung
getestet, so dass sie den TB6608FNG
binnen kürzester Zeit mit einem geeigneten
Schrittmotor evaluieren können.
Die Größe des Demoboards wurde daher
bewusst größer als notwendig gewählt, so
dass Messungen und Anpassungen an die
eigene
Applikation
schnellstmöglich
vorgenommen werden können.
Die Leiterplatte wurde dazu mit einem
großzügig
angelegten
Lochrasterfeld
ausgestattet, das z.Bsp. einen µC nebst
Peripherie zur Ansteuerung des TB6608FNG
aufnehmen
kann. Mit
dem
SeikoInstruments S-1142 haben wir dem
TB6608FNG einen hocheffizienten LDOSpannungsregler beiseite gestellt, der dem
neusten Stand der Technik entspricht. Er
kann die Treiberlogik und einen µC mit der
jeweils
benötigten
Betriebsspannung
versorgen. Die von ihm bereitgestellte
Ausgangsspannug wird auf eine SteckPrintklemme und ein Lochrasterfeld geführt,
die es erlauben, externe Schaltungen mit
Betriebsspannung zu Versorgen. Das
EVBTB6608FNG verfügt ferner über einen
eingangsseitigen Verpolungsschutz, der
mittels einer CMS15, einer SBD (SchottkyBarrier-Diode) aus dem Hause Toshiba
realisiert wurde.
Die jeweilige Betriebsmodiauswahl des
TB6608FNG kann wahlweise über Jumper,
oder
über
Lötaugen
(Probepoints)
vorgenommen werden. Sofern die auf die
acht Steckbrücken geführten Eingänge
des TB6608FNGs extern nicht beschaltet,
bzw. die zugehörigen Jumper nicht
gesteckt sind, führen sie auf Grund der
internen Pull-Down-Widerstände L-Pegel.
An
dem
zum
jeweiligen
Jumper
befindlichen Lötauge, kann ein LogikPegel von extern eingespeist werden.
TB6608FNG
Blockdiagramm TB6608FNG
Mit dem TB6608FNG bietet TOSHIBA einen
leistungsfähigen Single-Chip-Mikro Schrittmotortreiber im sehr kompakten SSOP20Gehäuse an. Da er sich bereits mit 3.3V
3
Leistungsmerkmale des ICs:
•
System-on-Chip-Mikroschritttreiber im ultrakompakten -SS0P20-Package
•
Weiche sinusförmige Mikroschritt-Wellenform
•
Schrittmodi: Vollschritt, ½-Schritt, 1/4-Schritt und 1/8-Schritt
•
Stromabsenkungsmodus
•
Arbeitet bereits ab 3,3V Logik- und Brückenspannung
•
Slow- und Fast-Decay zur Verbesserung der Laufeigenschaften
•
Ansteuerung und Konfiguration über 3,3V-Logik und 5V-TTL.-Logik
•
Gesamt-ON-Widerstand der H-Brücke (H-Side & L-Side) ca. 1,5Ω @ VM=5V
•
Maximaler Ausgangsstrom ≤ 600mA (Ip=800 mA)
•
Steuereingänge verfügen über bereits integrierte Pull-Down-Widerstände
•
Übertemperaturschutzschaltung - Thermal Shut Down (TSD)
•
Unterspannungsabschaltung @VCC ≤ 2V
•
Verlustleistungsabgabe bei guter Kühlung über PCB bis zu 1,18W@25°C
1.1 Lieferumfang
•
Evaluation Board „EVBTB6608FNG“ bestückt und getestet.
•
Manual EVBTB6608FNG V.1.0
•
CD-ROM mit Datenblättern und Softcopy des Manuals
4
1.2 Draufsicht EVBTB6608FNG V.1.0
UB Anschlussklemme
Betriebsspannung 5V – 15V
Verpolungsschutzdiode
Schottky-Barrier-Diode
Testpunkt ON/OFF S-1142:
Siehe Kapitel 1.3.
+5V/250 mA
+Logic Out
Lötbrücke SJ-ON/OFF:
High- oder L-ActiveEinstellung für S-1142.
Siehe Kapitel 1.3
5
Lochrasterfeld für µC
Z.Bsp.: R8C-Carrier-Board….
1.3. LDO-Spannungsregler S-1142
Auf dem Demoboard setzen wir für die Logik-Spannungsversorgung einen LowDrop-Spannungsregler von Seiko Instruments ein.
Dieser CMOS-LDO-Längsregler bietet einen großen Eingangspannungsbereich
(3V bis 50V - absolut max. 60V) und eine sehr geringe Eigenstromaufnahme von
nur 4µA typ. (9µA max.) im Betrieb. Die ON/OFF-Funktion erlaubt es die
Stromaufnahme des LDOs von typisch 4µA auf 0,1µA abzusenken. Durch die
sehr geringe Eigenstromaufnahme im Betrieb und im Stand-By empfiehlt sich dieser
Spannungsregler für alle Anwendungen, die größtmögliche Energieeffizienz fordern,
insbesondere für batteriebetriebene Applikationen bei denen bekanntlich jedes µA zählt.
Bei
einer
Spannungsdifferenz
Eingang/Ausgang
von
2,0V,
und
ausreichender Wärmeabfuhr, kann der
Spannungsregler 200mA (min.) liefern. Die
maximal abführbare Verlustleistung wird
hauptsächlich durch das Gehäuse
bestimmt. Das eingesetzte HSOP-6Gehäuse (5,02mm x 6,0mm x 1,75mm)
erlaubt 1900mW abzuführen, wenn es auf
eine geeignete Leiterplatte der Größe
50mm x 50mm x 1,6mm montiert ist.
Ausgangsspannung
Der S-1142 steht in mehreren Ausgangsspannungsklassen zur Verfügung (2,0V – 12,0V in 0,1VStufen wählbar).
Zu dem TB6608FNG empfehlen wir die Varianten mit 3,3V- und 5V-Ausgangsspannung.
Alle Derivate gibt es in zwei Temperaturbereichen. In dem Standard IndustrietemperaturBereich (-40°C bis +85°C) und in einem erweiterten Temperaturbereich (-40°C bis +105°C).
Stand-By (ON/OFF) -Pin
Neben den beiden Temperaturbereichen hat man noch die Wahlmöglichkeit,
ob man für den ON/OFF /Standby) eine H-Aktiv-, oder L-Aktiv-Variante einsetzen
möchte.
Das EVBTB6608FNG wurde dazu mit einer Lötbrücke SJ-ON/OFF ausgestattet. Das mittlere
Lötpad ist dabei mit dem ON/OFF-PIN des S-1142 verbunden.
Auf dem Demoboard kommt eine L-Aktive-Variante zum Einsatz (S-1142A50I-E6T1U)5V. Daher
wurde das mittlere Lötpad mit dem unteren Lötpad verbunden.
Die 5V und 3,3V-Typen, welche für den TB6608FNG geeignet sind, sind in der untenstehenden
Tabelle aufgelistet.
Das aktuelle Datenblatt zum S-1142 finden Sie auf der Daten-CD-ROM, die dem Demoboard beiliegt.
Der jeweilige Produktschlüssel zu den S-1142-Derivaten kann dem Datenblatt auf den Seiten 3 und 4 entnommen
werden.
Geeignete S-1142-Derivate für den TB6608FNG
S-1142-Derivat
S-1142B33I-E6T1U
S-1142B50I-E6T1U
S-1142A33I-E6T1U
S-1142A50I-E6T1U
S-1142B33H-E6T1U
S-1142B50H-E6T1U
S-1142A33H-E6T1U
S-1142A50H-E6T1U
Output Voltage
3,3V ±1%
5,0V ±1%
3,3V ±1%
5,0V ±1%
3,3V ±1%
5,0V ±1%
3,3V ±1%
5,0V ±1%
Logic
positve
positve
negative
negative
positve
positve
negative
negative
6
Operating temp.
- 40°C – 80°C
- 40°C – 80°C
- 40°C – 80°C
- 40°C – 80°C
- 40°C – 105°C
- 40°C – 105°C
- 40°C – 105°C
- 40°C – 105°C
1.4 Lochrasterfeld für eigene Erweiterungen
Das Lochrasterfeld bietet ausreichend Raum für eigene Erweiterungen.
So kann zum Beispiel ein µC (z.Bsp. Renesas R8C – R8C13-Carrierboard)nebst kleiner Peripherie
zur Ansteuerung des Treibers darauf platziert werden.
Die obere Reihe des Lochrasterfeldes liegt auf VM-Potential. Die zweite Reihe stellt die vom
Spannungsregler S-1142 bereitgestellte Logikspannung zur Verfügung, die zur Versorgung
eines µC herangezogen werden kann. Die unterste Reihe des Lochrasterfeldes ist mit GND
verbunden.
Spannung UB
Logik-Spannung
von S-1142
GND
1.5 Ansteuerung / Konfiguration des TB6608FNG (Jumper/Probepoints)
Die Logik-Eingänge (M1, M2, CW/CCW, CK, RESET, ENABLE DCY und TQ) des
TB6608FNG verfügen alle über einen internen Pull-Down-Widerstand!
Die jeweiligen Logikeingänge sind mit dem mittleren PIN des jeweiligen Jumpers (Pin2)
und den zugehörigen Probepoints verbunden.
CK (20)
Dieser Lötstift dient zur Einspeisung des Takts und ist direkt mit PIN 20 des TB6608FNG
verbunden.
STBY
Pin Der STBY-Pin (Standby) ist während der Ein- und Auschaltsequenz auf L-Pegel zu legen. Siehe
hierzu auch Abschnitt 1 (2) des Dokumentes „TB6608FNG Usage Considerations“, welches sich
auf der beigefügten CD-ROM befindet.
ON-/OFF-Sequenz siehe ebenfalls „TB6608FNG Usage Considerations“.
7
ENABLE (Pin 19) / RESET (Pin 14)
Siehe Wahrheitstabelle unten.
CW/CCW – Richtungssignal PIN Das Richtungssignal bestimmt den Drehsinn.
Pin CW/CCW
L
H
Drehsinn
CW
CCW
CW
= Clockwise (Uhrzeigersinn)
CCW = Counterclockwise (Entgegen den Uhrzeigersinn)
Diese logische Zuordnung des Drehsinns kann durch Drehen der Motorphasen A
und B, bzw. U und V invertiert werden
M1 und M2 (Pin & Pin )
Über diese beiden Jumper/Eingangssignale wir der jeweilige Schrittmodus ausgewählt.
Wahrheitstabelle M1 / M2
M1
L
H
L
H
M2
L
L
H
H
Schrittmodi
Vollschritt
½-Schritt
1/4-Schritt
1/8-Schritt
Die Schrittauflösung ist mitverantwortlich für das Resonanzverhalten. Es gilt, je höher die
Auflösung, desto geringer die Resonanzen.
Stromabsenkung Torque TQ (Pin 17)
Um die Verlustleistung im Stillstand zu reduzieren, läßt sich über den Eingangsspin TQ der Strom
absenken. Siehe hierzu auch 1.4 Bemessung des Shunt-Widerstandes.
TQ
L
H
VREF
0,125
0,5
Current Ratio
25%
100%
8
Decay-Modi DCY (Pin 18)
Mittels des Decay-Settings kann die Stromregelung besser an den jeweiligen Schrittmotor
angepasst werden. Vibrationen und Resonanzen können so weiterhin auf ein Minumum
herabgesetzt werden, was sich insbesondere bei den Voll- und Halb-Schritt-Betriebsarten
posititv auswirkt.
Eine ausführliche Information zu den beiden Decay-Modi finden Sie auf S.14 der Application
Note „TB6608FNG Usage Considerations“, welche sich auf der Begleit-CD-ROM des
EVBTB6608FNG befindet.
DCY
L
H
1.4
Current Decay Setting
Slow
Fast
Bemessung der Shunt-Widerstände (Constant Current PWM)
Das EVBTB6608FNG bietet die Möglichkeit jeweils zwei Shunt-Widerstände der Baugröße 1206
parallel zu schalten (RFA1// RFA2 für den Wicklungsstrang A und RFB1//RFB2 für den
Wicklungsstrang B), was die Parametrierung des Stromes vereinfacht.
Der Shunt-Widerstand errechnet sich dabei nach dem Ohmschen Gesetz:
ILimit =
UREF
RF
UREFTQ-L = 0,125V
UREFTQ H = 0,5V
RF in Ω I@TQ-H /A I@TQ-L /A
0,65
0,77
0,193
1
0,50
0,125
2
0,25
0,0625
3,9
0,13
0,0325
Das Demoboard ist jeweils mit einem 1Ω-Shunt-Widerstand pro H-Brücke bestückt, so dass sich
beim TQ-H-Setting ein maximaler Strom von 500mA ergibt. Beim TQ-L-Setting wird der
Phasenstrom auf ¼ ⋅ ITG(H) reduziert.
9
1.6 Frequenz des internen Dreieck-Taktgenerators
Die ungefähre Taktfrequenz des internen Taktgenerators kann über folgende
Näherungsformel bestimmt werden:
fOSC =
=
I
2⋅ ∆UOSV ⋅COSC
101⋅10−9 A
2⋅(1,1V − 0,6 V)⋅220⋅10−12
Vs
A
= 459kHz
fOSC = 443 kHz
Auf dem Demoboard wird für COSC ein 220pF-Keramik-Kondensator (COG)
eingesetzt. Sofern der Phasenstrom im 1/8-Schritt bei dem von Ihnen eingesetzten
Schrittmotor keinen sauberen sinusförmigen Verlauf nimmt, z.Bsp. deformiert ist,
besteht die Möglichkeit mittels COSC die PWW-Frequenz zu variieren. Gleiches gilt,
wenn eine Änderung des DCY-Settings (Slow- Fast-Decay) keine Wirkung zeigt.
S.14 „TB6608FNG Usage Considerations“
1.7 Thermal Shut Down (TSD) - Übertemperaturschutzschaltung
Der TB6608FNG verfügt über eine interne Übertemperaturschutzschaltung, die bei ca.
160°C Sperrschicht-Temperatur anspricht.
Die Hysterese beträgt ca. 40K. Während des sog. Thermal Shut Down verhält sich die
Endstufe des Treibers hochohmig, wie im sog. Enable Wait mode.
siehe Tabelle unter ENABLE – RESET, Seite 8 oben.
1.8 Undervoltage Lockout (UVLO)
Der TB6608FNG verfügt über eine integrierte Unterspannungserkennung, die bei einer
Spannung VCC (Logikspannung) von 2,00V und kleiner einsetzt. Ab einer Spannung ≥ 2,03V
wird der Unterspannungszustand aufgehoben. Im Unterspannungszustand werden die
Transistoren der beiden H-Brücken auf High-Z geschaltet. Ähnlich wie in dem Fall, dass der
PIN-Enable auf L-Pegel gesetzt wird. Je nach Applikation kann eine Reinitalisierung der
Treiberlogik, mittels RESET = Low notwendig sein.
10
1.9 Inbetriebnahme des EVBTB6608FNG
Bei der ersten Inbetriebnahme empfiehlt sich der Einsatz eines Labornetzgerätes, dessen
integrierte Strombegrenzung auf ca. 700mA eingestellt ist.
Schließen Sie die Betriebsspannung polungsrichtig an der oberen
Schraubklemme UB des Demoboards an.
Bei korrekter Polung und korrekter Spannung leuchtet die rote LED_VM auf.
zweipoligen
Die genaue Ein- und Ausschaltprozedur ist in dem PDF-Dokument „TB6608FNG Usage
Considerations“ beschrieben.
Die Logik-Eingänge (M1, M2, CW/CCW, CK RESET, ENABLE DCY und TQ)
des TB6608FNG verfügen alle über einen internen Pull-Down-Widerstand!
Die jeweiligen Logikeingänge sind mit dem mittleren PIN des jeweiligen
Jumpers (Pin2) und den zugehörigen Probepoints verbunden.
Der Schrittmotor sollte nur im spannungslosen Zustand an-, oder
abgeschlossen werden. Ansonsten besteht die Gefahr, dass der Treiber
durch die Gegeninduktionsspannung, die je nach Wicklungsinduktivität
weit über der Spannungsfestigkeit der H-Brücken lieg zerstört werden
kann! Ferner ist auf sichere Kontaktierung der Schraubklemmstecker zu
achten.
11
2.0 Stromlauf- und Lageplan EVBTB6560AHQ V.1.0
2.1 Stromlaufplan
12
2.2 Lageplan EVBTB6608FNG V.1.0
13
2.3 Pin-Belegung und Blockschaltbild des TB6608FNG
TB6608FNG SSOP20-P-225-0.65A
Blockschaltbild TB6608FNG
14
3. Stückliste / BOM
Position
C1
C2-C3
C4
C5
C6
C7-C9
CK
COSC
IC1
IC2
LEDLOGIC
LED_VM
R1
R2
R3
RFA1
RFA2
RFB1
RFB2
SBD1
Stiftleisten /
Anschlußklemmen
UB
UB
Logic
Logic
Stepper
Stepper
Value
470µF/35V
100nF
47µF/16V
100nF
47µF/35V
100nF
Testpin
220pF
S-1142A50I-E6T1U
TB6608FNG
LED green
LC-LED red
1kΩ
470Ω
47kΩ
Quantity
1
2
1
1
1
3
1
1
1
1
1
1
1
1
1
Manufacturer
Panasonic
1Ω/250mW
1Ω/250mW
CMS15
1
1
1
TOSHIBA
Anschlußkl. 2 polig
Stiftleiste 2 polig
Anschlußkl 2 polig
Stiftleiste 2 polig
Anschlußkl. 4 polig
Stiftleiste 4 pol
1
1
1
1
1
1
RIACON
RIACON
RIACON
RIACON
RIACON
RIACON
Panasonic
Panasonic
EPCOS /MBR
Seiko Instruments
TOSHIBA
Kingbright
Kingbright
15
Distributor
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Glyn
Glyn
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
S-1142A50I-E6T1U
TB6608FNG(O,EL)
SMD-LED 0805 GN
SMD-LED 0805 RT
SMD-0805 1,00k
SMD-0805 470
SMD-0805 47k
1206
1206
Reichelt
Reichelt
SMD 1/4W1,0
SMD 1/4W1,0
M-FLAT
Glyn
CMS15(TE12L,Q)
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
Reichelt
AKL 166-02
STL 224-02
AKL 166-02
STL 224-02
AKL 166-04
STL 224-04
Package
Panasonic G
805
Panasonic C
805
Panasonic D
805
Comment
low ESR
805
HSOP6-A
SSOP20
805
805
805
805
805
NPO
Low act. 5V Ver. 85°C
low ESR
low ESR
Ordercode
VF 470/25 K-G
X7R-G0805 100N
VF 47/16 K-C
X7R-G0805 100N
VF 47/35 K-D
X7R-G0805 100N
RTM 1,3-100
NPO-G0805 220P
NOTIZEN
Stand: 01.12.2009 HHW
16