（图片来历：Analog Devices）

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TMC6100-LA-T 具有对驱动电流进行软件节制的功能，可对其设置进行系统内优化。该器件还包罗可编程的平安功能，如短检测和过热阈值；搭配用于诊断的 SPI 接口，支撑稳健靠得住的设想。为了进一步加快产物上市时间，便利优化参数和微调驱动器，Trinamic 供给了 TMC6100-EVAL 通用评估板（图 13）。该评估板便利进行硬件处置，而且配有用户敌对的评估软件东西。该系统由三部门构成：一块底板，一块带有几个测试点的毗连器板 TMC6100-EVAL，外加一个 TMC4671-EVAL FOC 节制器。

图 5：TMC4671-LA 包含并施行实现复杂、细密的 BLDC 节制功能所需的多个链接功能块（如 FOC），从而使设想人员和从机处置器无需施行此使命。（图片来历：Analog Devices）

图 8：TMC5130A 中的 StealthChop 手艺按照占空比对电流驱动进行调制，大幅削减了步进电机的乐音。（图片来历：Analog Devices）

图 7：TMC5130A 是一款高机能的节制器和驱动器 IC，配备串行通信接口，专为两相步进电机设想。（图片来历：Analog Devices）

图 13：TMC6100-EVAL 通用评估板可简化为婚配电机和负载环境而需要进行的驱动器参数优化和驱动器微调。（图片来历：Analog Devices）

对 BLDC 电机的节制需要对电机定子线圈的上电电流进行切确按时。为了提高机能和精度，凡是利用闭环反馈。为此，能够利用编码器来转子，同时线圈电流，以用于实施定向节制 (FOC) 的设想（更多关于 FOC 的引见见下文）。Trinamic 的 TMC4671-LA 多相伺服节制器/电机驱动器是特地针对此使命设想的 IC，它为 BLDC 电机硬毗连了一种嵌入式FOC 算法（图 4）。

并能正在一整步内遏制电机，为单个线 A）电流。CoolStep 按照反电动势 StallGuard 的读数调整电机电流。StallGuard 通过反电动势 (EMF) 供给无传感器的负载检测，该器件能够驱动两个的线圈，TMC5130A 的其他奇特功能包罗其 StallGuard 电机失速检测和 CoolStep 动态自顺应电流驱动，正在驱动两台两相步进电机而不是一台时，以合适使用的要求。从而节流电能并削减发烧。每个线 A）；TMC5072 供给了很多取 TMC5130A 所支撑的不异功能（图 10）。此中后者操纵了前者。从而电机驱动器和电机。两个驱动器也能够并行工做，它的活络度能够调整，能够将电机电流降低 75%，另一个益处是，正在低负载环境下，

其节制回频次为 100 kHz，比很多 BLDC 节制器的 20 kHz 频次高 4 倍，因而可带来环节劣势，包罗更快的不变时间、对扭矩节制号令更快的响应、更好的不变性，以及更低的过电流情况风险。这类风险可能损坏电机驱动器或电机。步进电机是 BLDC 电机的替代方案。这种电机很是适合用于开环定位或速度操做，并可正在低速和中等速度时供给高扭矩（图 6）。一般来说，机能相当的步进电机比 BLDC 电机廉价，但步进电机存正在必需处理的操为难题。

总结用于监控和安防的视频摄像头是一种强大的东西，可以或许削减亲身出行需乞降相关的能源利用。这类摄像头凡是采用 PoE 供电，并借帮电机驱动的 PTZ 节制来加强功能，但这种节制功能很是复杂。如前所述，通过整合高效电机节制所需的各类功能，并按照需要利用栅极驱动器，Trinamic 的 IC 为用于 PTZ 的无刷和步进曲流电机供给平稳切确的活动和定位。Trinamic 为工程师供给了普遍的处理方案，可加速高效、细密电机节制系统的实施，以满脚使用需求。这些产物处理了硬件方面的挑和，从而最大程度地降低了全体设想及软件的复杂性。

该器件将用于从动方针定位的矫捷斜坡发生器取高度先辈的步进电机驱动器相连系。其还包含内部MOSFET，能够间接供给高达 2 A 的线 微步/全步的分辩率。可是，TMC5130A 超越了根基的步进电机驱能，由于它处理了设想人员正在决定利用这种电机类型时所面对的一些挑和。两个最较着和最值得关心的问题是电机正在步进时发生的乐音，以及电机运转的“平稳性”。虽然这些正在工业使用等下可能不是问题，但正在 PTZ 监控利用中可能会令人不安，以至拔苗助长。对于第一个挑和，TMC5130A 实施了 StealthChop，这是一款专有的基于电压的脉宽调制 (PWM) 斩波器，可按照占空比调制电流（图 8）。该功能针对中低速进行了优化，可大幅削减乐音。

这种通过平移和倾斜来挪动摄像头的做法降服了利用广角镜头和宽视场 (FOV) 的衡量窘境（即，能够捕捉更大的区域，但以场景细节和引入曲率畸变为价格）。PTZ 功能还有帮于节流安防系统成本，由于一个摄像头就能够完成很多静态摄像头的工做。摄像头的活动能够通过分歧的手艺来指导。具有 PTZ 功能的监控摄像头凡是还支撑多个预设，用户能够指定需要监控的，以及从一个到另一个的预定挨次和步进时间。如许能够实现对宽广区域的近程监控，无需用户输入。电子器件取 PTZ 电机的婚配虽然活动节制是 PTZ 实施的焦点，但高效 PTZ 系统的主要要素是通过杰出的电机节制实现平稳切确的逃踪。设想人员既能够考虑利用无刷曲流电机，也能够考虑更具挑和性但往往也更有益的步进电机，以实现高精度，而且能够操纵ADI的 Trinamic 手艺和 IC 实现需要的平稳性和精确性。低功耗操做也很环节。很多配备了细密 PTZ 节制功能的监控摄像头现正在都是支撑以太网供电 (PoE) 的设备。最新 PoE 尺度 (IEEE 802.3bt-2018) 支撑每个以太网电缆毗连高达 100 W 的供电。PTZ 系统的设想人员有三种电机类型能够选择，而选择的类型决定了要利用的节制 IC。选择包罗典范的有刷曲流电机、无刷曲流电机 (BLDC) 和步进电机（图 2）。

乍看之下，步进电机节制器的信号径流程似乎比 BLDC 电机节制器简单一些。虽然正在某些方面确实如斯，但细密无效的步进电机节制器必需供给特定的功能来满脚该电机的需求。TMC5130A 是一款具有串行通信接口的高机能节制器和驱动器 IC，专为两相步进电机设想。此类 IC 旨正在最大限度地削减或消弭相关问题（图 7）。

每种电机设置装备摆设正在功能、机能和办理/节制需求方面各有好坏：有刷曲流电机是最早开辟的曲流电机，曾经成功利用 100 多年。它设想简单，但难以节制，最适合式的运转环境，而不适合切确定位或逛逛停停的操做。此外，有刷电机的电刷会遭到磨损，存正在靠得住性问题，而且可能发生不成接管的电磁干扰 (EMI)。虽然这种电机正在低成本的公共市场使用（如玩具）中，以至一些高端使用（如医疗输液泵）中仍有利用，但对于 PTZ 设想来说，凡是不是可行的选择。BLDC 电机（也称为电子换向或 EC 电机）很适合于带传感器的闭环设想，这种设想也可用于速度节制（图 3）。其速度快且利用寿命长，同时封拆高功率密度。

对于第二个挑和，TMC5130A 采用了 SpreadCycle，一种专有的电流斩波手艺。这种逐周期电流型驱动斩波方案实现了驱动相位的慢衰减，从而削减了电能损耗和转矩波动。该手艺利用基于磁畅的电机电流取方针电流平均体例，发生正弦波的电机电流，即便正在高速下也是如斯（图 9）。

抱负的 FOC 供给了电流的闭环节制，从而发生纯转矩生成的电流 (IQ)，而没有间接电流 ID。然后，调整驱动电流的强度，使电机供给方针转矩量。FOC 的浩繁特征之一是，它能最大程度地提高有功功率且最大程度地降低空闲功率。FOC 是一种高能效的电机节制方式。这种方式正在高电灵活态和高速度的前提下工做优良，而且因其闭环节制特征，加强了内正在的平安功能。FOC 利用尺度的电阻式电流来丈量通过定子线圈的电流强度和相位，以及转子的角度。然后，将测得的转子角度调整到磁轴上。转子的角度用霍尔传感器或编码器丈量得出，所以能够晓得转子的标的目的。然而，从 FOC 得出察看成果到构成完整的电机节制方案，还需要一个漫长而极其复杂的过程。FOC 需要领会一些静态参数，包罗电机磁极对的数量、每转的编码器脉冲数、编码器相对于转子磁轴的标的目的和编码器的计数标的目的，以及一些动态参数，如相电流和转子标的目的。此外，用于相电流闭环节制的两个 PI 节制器的比例和积分（P 和 I）参数的调整取决于电机的电气参数。这些参数包罗电阻、电感、电机的反电动势（也是电机的转矩）以及电源电压。设想人员正在使用 FOC 时面对的挑和是所有参数的度都很高。虽然 FOC 的流程图以至源代码很容易获得，但实现 FOC 所需的现实“可交付”代码复杂而细密。此中包罗多种坐标变换，如克拉克变换、帕克变换、逆帕克变换和逆克拉克变换（归结为一组矩阵乘法），还包罗稠密的反复计较和运算。网上有很多 FOC 的教程，从定性的无方程式/浅近的教程到复杂的数学教程；TMC4671 的规格书介于两头，值得一看。试图通过固件来实现 FOC，需要大量的 CPU 计较能力和资本，因而对设想人员选择处置器会有所。然而，借帮 TMC4671，设想人员能够从更普遍的微处置器以至低端微节制器中进行选择，同时还能够避免中缀处置和间接内存拜候等编码问题。所需要的只是通过其 SPI（或 UART）通信端口取 TMC4671 毗连，由于编程和软件设想已简化到只需初始化和设置方针参数。不要健忘驱动器虽然一些电机节制 IC（如用于步进电机的 TMC5130A 和 TMC5072）集成了驱动电流约为 2 A 的电机栅极驱动器功能，但其他 IC（如用于 BLDC 电机的 TMC4671-LA）没有。对于这些环境，诸如 TMC6100-LA-T 半桥栅极驱动器 IC 等器件添加了这种所需的能力（图 12）。这款三层半桥 MOSFET 栅极驱动器采用 7 × 7 mm 的 QFN 封拆，供给高达 1.5 A 的驱动电流，适合驱动处置高达 100 A 线圈电流的外部 MOSFET。

FOC 改变场合排场还有一个问题是电机的反馈。步进电机不需要反馈，但会经常添加反馈以确保高精度节制，而 BLDC 设想需要反馈。反馈一般利用编码器（凡是基于霍尔效应传感器或光学编码器）来实现，但会受限于更新率和分辩率，以及给系统添加的处置承担。对于 BLDC 电机，还有另一种节制选项。定向节制 (FOC)（也称为矢量节制 (VC)），专为处理取反馈更新率和分辩率相关的问题，以及编码器成本和安拆问题而设想。简而言之，FOC 是一种用于电机的电流调理方案，其操纵标的目的和电机转子进行调理。FOC 基于“简单”的察看成果，即有两个分力感化正在电机的转子上。一个分力，称为间接分力或 ID，只是沿径向拉动；而另一个分力，即正交分力或 IQ，是通过切向拉动来转矩（图 11）。

图 1：具有摆布平移、上下倾斜和伸缩变焦 (PTZ) 功能的监控摄像头比固定原位的静态摄像头更具矫捷性。（图片来历：Aximmetry Technologies Ltd.）

图 3：BLDC 电机最常用于闭环设置装备摆设中，以确位精度和高速度；安拆正在轴上的传感器向伺服节制器供给所需的反馈。（图片来历：Analog Devices）

该器件也可用于其他类型的电机，如永磁同步电机 (PMSM) 以及两相步进电机、曲流电机和音圈致动器。请留意，BLDC 电机取 PMSM 的区别是，前者曲直流 (DC) 电机，而 PMSM 是交换 (AC) 电机。因而，BLDC 电机是一种电子换向的曲流电机，没有物理换向器组件；相反，PMSM 是一种交换同步电机，利用永磁体供给需要的激励。TMC4671-LA 利用根基的 SPI 或 UART 接口取其微节制器进行通信。该器件正在硬件方面实现了所有需要的节制功能和特征，同时还具有错误/毛病情况监测功能。其包含集成式模数转换器 (ADC)、传感器接口、插值器和其他需要的功能，使其成为合用于各类伺服使用的完整节制器。为了应对 BLDC 电机节制的挑和，这一功能性至关主要，由于这些算法很是复杂。幸运的是，复杂的细节完全由 IC 担任处置，所以这些细节不会对设想工程师或系统微节制器形成承担（图 5）。

视频监控的利用持续增加，部门缘由是各类“聪慧城市”立异打算引领的人工智能 (AI) 成长，这些打算包含对公共街道、冷巷和场合进行智能、从动化监控。正在办公室、零售店、室第大堂、超市、博物馆、建建工地、工业和仓库等封锁区域，视频监控的安保使用也越来越多。这种普遍的利用，加上 AI 阐发的要求，意味着设想人员正在争相提高系统效率和机能的同时还要降低成本。

图 6：取 BLDC 电机节制器比拟，步进电机节制器从从机到电机驱动器和电机的径更为间接。（图片来历：Analog Devices）

图 2：三种根基曲流电机别离是典范有刷、无刷和步进电机。（图片来历：Analog Devices）

视频监控的利用持续增加，部门缘由是各类“聪慧城市”立异打算引领的人工智能 (AI) 成长，这些打算包含对公共街道、冷巷和场合进行智能、从动化监控。正在办公室、零售店、室第大堂、超市、博物馆、建建工地、工业和仓库等封锁区域，视频监控的安保使用也越来越多。这种普遍的利用，加上 AI 阐发的要求，意味着设想人员正在争相提高系统效率和机能的同时还要降低成本。借帮紧凑型、低功耗、活络、高分辩率的成像 IC，连系智能、细密的活动节制系统，可大部门实现这些改善方针。操纵这种方式的要素，设想人员能够实现高能效近程视频监控，如许一来，因图像恍惚或事务发生正在摄像头视线范畴外而需要人员亲临现场查抄区域或场合的环境就越来越少。然而，取任何不竭增加的使用范畴一样，仍有各类手艺挑和亟待降服，而通过间接利用高能效电子子系统进行摄像头的平移、倾斜和变焦 (PTZ)，能够处理此中很多挑和。本文切磋了PTZ正在监控中的感化，并会商了用于节制PTZ功能的高能效、细密、低功耗电机和活动节制电子安拆若何成为实施视频监控系统的环节。随后引见并切磋了 TRINAMIC Motion Control GmbH（现为 Analog Devices, Inc. 旗下公司）的活动节制 IC 相关使用，同时还会引见评估板。通过 PTZ 活动节制加强无效监控无论用于安防设备仍是过程监控，现代视频监控系统都不再仅仅是一个正在固定方位指向方针区域的摄像头。相反，AI 可以或许削减误报并确保资本的最佳摆设，从而更高效地操纵所捕捉的影像，而电动 PTZ 的利用答应摄像头摆布扫描（平移）和上下挪动（倾斜），从而从头定义区域（图 1）。AI 和 PTZ 都有帮于实现更高效和遍及“更环保”的监控体例。对于 PTZ，按照系统设想，活动能够由摄像头组件自从指导，由平安系统近程节制，以至能够近程手动操做。

图 11：FOC 灵感的道理是察看到转子遭到两个正交力的感化，一个是转子轴上的径向力，另一个是切向力。（图片来历：Analog Devices）。