Highlight

Texas Instruments เปิดตัว Reference Design สำหรับควบคุมมอเตอร์ข้อต่อหุ่นยนต์กำลัง 1 kW ที่แรงดัน 48 V พร้อมรองรับการสื่อสาร Industrial Ethernet โดยออกแบบทุกฟังก์ชันสำคัญทั้ง Motor Drive, Real-Time Control, การวัดกระแส และการสื่อสารอุตสาหกรรมให้อยู่บน PCB ขนาดกะทัดรัดเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 70 mm เหมาะสำหรับการพัฒนาข้อต่อหุ่นยนต์ Humanoid, Mobile Robot, Servo Drive และระบบควบคุมหุ่นยนต์ในงานอุตสาหกรรม

In Detail

Texas Instruments (TI) พัฒนา Reference Design สำหรับระบบควบคุมมอเตอร์ข้อต่อหุ่นยนต์ที่ทำงานด้วยแรงดัน 48 V และรองรับกำลังสูงสุด 1 kW พร้อมการสื่อสารผ่าน Industrial Ethernet โดยมีเป้าหมายเพื่อช่วยให้นักออกแบบสามารถพัฒนาระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ที่มีขนาดเล็ก แต่ยังคงรองรับฟังก์ชันที่จำเป็นสำหรับระบบหุ่นยนต์และงานอุตสาหกรรม

จุดเด่นของ Reference Design นี้อยู่ที่การรวมวงจรขับมอเตอร์ ระบบควบคุมแบบเรียลไทม์ การตรวจวัดกระแส และการสื่อสาร Industrial Ethernet ไว้บน PCB แผ่นเดียว ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 70 mm ทำให้เหมาะกับการติดตั้งในพื้นที่จำกัด เช่น บริเวณข้อต่อของหุ่นยนต์ Humanoid รวมถึง Mobile Robot, Servo Drive และระบบสื่อสารสำหรับหุ่นยนต์

ในส่วนของภาคขับมอเตอร์ ระบบใช้ Power Stage แบบ Half-Bridge ที่สร้างจากเทคโนโลยี Gallium Nitride (GaN) จำนวน 3 ชุด สำหรับขับมอเตอร์ 3 เฟส การออกแบบดังกล่าวช่วยให้ภาคกำลังสำหรับขับมอเตอร์และวงจรควบคุมสามารถรวมอยู่บนแพลตฟอร์มเดียวกันได้ จึงลดพื้นที่ของระบบโดยรวม นอกจากนี้ บน PCB ยังมีรู Through-Hole ขนาด 15 mm ซึ่งออกแบบมาเพื่อรองรับข้อกำหนดทางกลที่เกี่ยวข้องกับการติดตั้งภายในข้อต่อหุ่นยนต์

สำหรับการควบคุมแบบ Real-Time และการตรวจวัดกระแส Reference Design นี้ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ AM2612 ของ TI ซึ่งเป็น MCU แบบ Dual-Core Arm Cortex-R5F ที่มีความถี่สูงสุด 500 MHz พร้อมฟังก์ชันสำหรับ Real-Time Control รวมถึงคุณสมบัติด้านความปลอดภัยและการรักษาความมั่นคงปลอดภัย นอกจากนี้ยังทำงานร่วมกับ Isolated Delta-Sigma Modulator สำหรับระบบวัดกระแส

การวัดกระแสในแต่ละเฟสของมอเตอร์ใช้ Shunt Resistor ขนาด 1 mΩ ทำให้ระบบสามารถตรวจสอบกระแสที่ใช้ในการขับมอเตอร์ได้อย่างเหมาะสม ขณะที่สถาปัตยกรรมการควบคุมของระบบถูกออกแบบให้มีประสิทธิภาพเพียงพอสำหรับการประมวลผลที่จำเป็นต่อการทำงานของมอเตอร์ โดยยังคงรักษาขนาดของแพลตฟอร์มให้มีความกะทัดรัด

ด้านการสื่อสาร Reference Design รองรับ Industrial Ethernet แบบ Multiprotocol รวมถึงอินเทอร์เฟซสำหรับ Encoder แบบ Multiprotocol ทำให้ระบบสามารถเชื่อมต่อกับระบบควบคุมในภาคอุตสาหกรรม พร้อมรับข้อมูลตำแหน่งจาก Encoder ของมอเตอร์ได้โดยตรง การรวมระบบสื่อสาร การตรวจวัด และการควบคุมมอเตอร์ไว้บน PCB เดียวกัน จึงช่วยลดจำนวนฮาร์ดแวร์ที่จำเป็นสำหรับการสร้างระบบข้อต่อหุ่นยนต์

TI ยังจัดเตรียม Design Resources สำหรับนักพัฒนาไว้หลายรายการ ไม่ว่าจะเป็น Design Guide ที่มีข้อมูลผลการทดสอบประสิทธิภาพที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว รวมถึง Assembly Drawing, Bill of Materials (BOM), ไฟล์ CAD/CAE, Gerber File, ข้อมูล PCB Layout และ Schematic เพื่อใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงในการพัฒนาผลิตภัณฑ์จริง

อย่างไรก็ตาม บอร์ดที่ประกอบเสร็จแล้วของ Reference Design นี้มีวัตถุประสงค์สำหรับการประเมินประสิทธิภาพเท่านั้น และไม่ได้วางจำหน่ายเป็นผลิตภัณฑ์สำเร็จรูป โดย TI ระบุว่า Design Resources ดังกล่าวสามารถใช้เป็นจุดเริ่มต้นสำหรับวิศวกรในการพัฒนาระบบควบคุมมอเตอร์ขนาดกะทัดรัดสำหรับหุ่นยนต์ Humanoid, Mobile Robot, Servo Drive และระบบอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่ต้องการประสิทธิภาพสูงในพื้นที่จำกัด

Bupunpajarn Insight :

Reference Design ของ Texas Instruments แสดงให้เห็นแนวทางการพัฒนาระบบขับมอเตอร์สำหรับหุ่นยนต์ที่เน้น การรวมฟังก์ชันหลายส่วนไว้ในพื้นที่ขนาดเล็ก ทั้ง Motor Drive, Real-Time Control, Current Sensing และ Industrial Ethernet โดยการใช้ GaN Power Stage และ MCU ประสิทธิภาพสูง ทำให้เหมาะกับงานที่มีข้อจำกัดด้านพื้นที่ เช่น ข้อต่อของ Humanoid Robot และ Mobile Robot

จุดเด่นสำคัญคือ ขนาด PCB เพียง 70 mm แต่รองรับกำลัง 1 kW ที่ 48 V พร้อมระบบควบคุมและสื่อสารในบอร์ดเดียว ซึ่งช่วยลดจำนวนฮาร์ดแวร์และความซับซ้อนของระบบ อย่างไรก็ตาม การออกแบบที่รวมวงจรหลายส่วนไว้ในพื้นที่จำกัดย่อมเพิ่มความท้าทายด้าน การจัดการความร้อน, EMI/EMC, PCB Layout และการออกแบบภาคกำลัง โดยเฉพาะเมื่อใช้งานในหุ่นยนต์ที่ต้องทำงานต่อเนื่องและมีข้อจำกัดด้านพื้นที่ระบายความร้อน

โดยรวม Reference Design นี้มีความน่าสนใจในฐานะ ต้นแบบสำหรับพัฒนาระบบขับมอเตอร์แบบกระจายตัว (Distributed Motor Control) ที่ต้องการทั้งขนาดเล็ก กำลังสูง และการสื่อสารแบบอุตสาหกรรม แต่การนำไปใช้ในผลิตภัณฑ์จริงยังต้องปรับปรุงด้าน Thermal Management และความเหมาะสมกับสภาพการทำงานของแต่ละแพลตฟอร์มก่อนผลิตในระดับอุตสาหกรรม

Design guid : TI

Keyword : TI Reference Design, Motor Control, Robot Motor Control, 48V Motor Drive, 1kW Motor Drive, GaN Motor Drive, Industrial Ethernet, AM2612 MCU, Humanoid Robot, Servo Drive, ระบบควบคุมมอเตอร์, มอเตอร์หุ่นยนต์

—

Source : electronicsforu.com

Translated and edited by Bunpajarn

Bunpajarn | Learn • Share • Grow Together.
พื้นที่สำหรับคนที่รักและสนใจ Electronics & Embedded