정밀 제어 서보 모터를 위한 최상의 솔루션

서보 모터는 움직임의 정밀한 제어를 제공합니다

서보 모터는 서보 메커니즘을 사용하는 모터를 가리키는 일반적인 용어입니다. 소위 서보 시스템은 명령 지시에 따라 작동하는 제어 장치입니다. 서보 모터의 제어에 적용됩니다. 모터와 제어 기계에 센서가 설치되어, 탐지 결과를 서보 앰프에 반환하여 명령 값과 비교합니다. 입력 펄스 신호로 제어되는 스테핑 모터와는 달리, 서보 모터는 피드백 신호로 제어됩니다.

서보 모터의 작동 특성은 위치 제어 및 작동 속도 제어입니다. 주요 특성으로는 속도를 정확하게 제어할 수 있고, 속도 제어 범위가 넓으며(고정 속도에서도 안정적이고 매끄럽게 작동할 뿐만 아니라), 요구에 따라 언제든지 속도를 변경할 수 있다는 점이 있습니다. 매우 낮은 속도로 안정적으로 회전할 수 있으며, 전진 및 역회전과 빠른 가속 및 감속이 가능합니다. 서보 모터는 정지 상태에서 동작 상태로 전환하거나 동작 상태에서 정지 상태로 전환할 때 매우 짧은 시간이 소요되며, 외부의 힘에도 위치를 유지할 수 있고 정격 용량 범위 내에서 즉시 큰 토크를 생성하며, 높은 출력과 높은 효율성을 제공합니다.

산업용 이더넷을 지원하는 서보 드라이버 솔루션

서보 모터를 더 정확하고 빠르게 제어하기 위해, Arrow Electronics는 ADI 제품을 기반으로 한 ADSP-CM4xx 혼합 신호 제어 프로세서를 채택한 ARROW-ADI ADP 서보 모터 제어 시스템을 개발했습니다. ADSP-CM4xx 프로세서는 ARM Cortex M4 프로세서 코어를 사용하며, 고정밀 ADC, 디지털 가속기 및 필터, SRAM 및 플래시 메모리, 풍부한 주변 장치를 통합하고 있습니다. ADSP-CM4xx 프로세서는 높은 성능의 실시간 제어와 아날로그 변환이 필요한 다양한 임베디드 응용 프로그램에 적합합니다.

ARROW-ADI ADP SERVO는 240 MHz ARM Cortex M4 코어 통합 부동소수점 연산 유닛을 채택하여 고급 프로그래밍 모델과 복잡한 알고리즘을 지원할 수 있습니다. 내장된 384KB SRAM과 2MB 플래시 메모리는 대형 프로그램도 쉽게 처리할 수 있습니다. 이 제품은 듀얼 채널 16비트 SAR ADC를 탑재하고 있으며, 누락 코드가 없고 13+ ENOB를 지원하며 변환 속도는 380ns에 달해 고정밀 폐루프 제어 애플리케이션에 적합합니다. 고조파 분석 엔진(HAE)을 통해 배전망 연결과 호환되며, 고급 PWM 및 타이머 기능을 지원하여 토크 변동과 모터 성능을 효과적으로 개선할 수 있습니다. 내장된 SINC 필터는 AD74xx 절연 컨버터와 원활하게 연결할 수 있으며, 2채널 CAN 인터페이스, 3채널 UART 인터페이스, 2채널 SPI 인터페이스, 8개의 32비트 타이머, 2개의 이선 인터페이스, 4개의 직교 엔코더 인터페이스를 지원합니다. ARROW-ADI ADP SERVO는 24x24 크기의 176리드 LQFP로 패키징되며, 91개의 GPIO 핀과 16개의 ADC 입력 핀을 갖추어 모터 제어 애플리케이션에 최적화되어 있습니다.

고성능 애플리케이션을 구현하기 위한 다양한 핵심 칩

ARROW-ADI ADP SERVO는 전원 보드와 제어 보드를 포함하고 있습니다. 전원 보드는 주로 고전압 및 강한 전기 신호의 입력 및 출력 처리를 위해 사용되며, 제어 보드는 ADI의 DSP(ADSP-CM408), ADI의 산업용 이더넷 인터페이스 칩(FIDO5200), Altera의 FPGA(10CL025)를 포함하고 있습니다. 제어 보드는 주로 감지 루프 신호를 읽고 제어 신호를 출력하는 역할을 담당하며, 직렬 포트 통신, 디스플레이, 키 상호작용과 같은 부가기능도 제공합니다.

CM40X DSP 기능 모듈은 ADC와 아날로그 회로를 포함하며, CM40x 시리즈 프로세서의 가장 큰 장점 중 하나는 온칩 SAR ADC의 정확성에 있습니다. CM403을 예로 들면, CM403은 총 26개의 아날로그 입력을 제공하지만 이 중 외부 아날로그 신호를 수신할 수 있는 입력은 24개에 불과합니다. 나머지 두 채널은 각각 두 내부 DAC의 출력에 연결되어 있으며, 이는 ADC가 정상적으로 작동하는지 자체 진단이 필요한 일부 응용 프로그램에서 사용됩니다. CM403 내 ADC의 최고 샘플링 속도는 2.6Msps에 달하며, 아날로그 입력 0~11번을 2.6M 샘플링 속도로 폴링할 때 SINAD는 81dB에 도달할 수 있습니다.

ADI의 fido5000 다중 프로토콜 (REM) 스위칭 칩은 두 가지 모델인 fido5100과 fido5200으로 구성됩니다. 이 두 모델의 유일한 차이점은 지원하는 Ethernet 프로토콜입니다. fido5100은 EtherCAT을 제외한 주요 산업용 Ethernet 프로토콜들을 지원하는 반면, fido5200은 EtherCAT을 포함한 주요 산업용 Ethernet 프로토콜들을 지원합니다.

FPGA는 Field Programmable Gate Array의 약어입니다. 이는 반도체 집적 회로로, 장비 내의 다양한 전기적 기능을 변경할 수 있는 장치입니다. 이는 PCB 조립 중 설계 엔지니어에 의해 변경될 수 있으며, 장비가 고객에게 배송된 후 "현장에서" 변경될 수도 있습니다. ARROW-ADI ADP SERVO는 Altera의 10CL025YE144I8 칩을 채택했으며, 이 칩은 24,624개의 LE와 76개의 일반 IO를 포함하여 다양한 복잡한 기능을 구현할 수 있습니다.

DEMO 보드는 제품 개발을 가속화합니다

Arrow Electronics는 ADI 제품을 기반으로 ADI 서보 모터 제어 솔루션을 개발했으며, 이는 ADSP-CM408과 FIDO5200을 기반으로 한 산업용 이더넷 솔루션을 갖춘 서보 드라이버입니다. ADI는 데이터 컨버터, 증폭기, 임베디드 프로세서, iCoupler® 디지털 절연기 및 전력 관리 장치를 포함한 완전한 제품 포트폴리오를 제공합니다. DEMO 보드에는 주로 전원 공급 모듈, 제어 모듈 및 디스플레이 모듈이 포함됩니다.

ADI 서보 모터 제어 솔루션은 입력 전압 200 ~ 240VAC, 회전 속도 <= 3000rpm, 출력 전류 <8A를 지원하며, 높은 정밀도와 빠른 동적 응답을 제공합니다. 핵심 칩으로는 ADI CM408F, AD7403, ADuM130E, ADuM141E, ADM809, ADM3483, LT1529IQ-3.3, ADP1706ardz-2.5, ADP1706ardz-1.2, FIDO5200BBCZ 및 Altera 10CL025가 채택되었습니다. 또한 STMicroelectronics (ST)의 Viper53-E, STTH108A, L78L05, L78M24CV, STPS1150A, STTH1R02U, 인피니언(Infineon) IKCM30F60GA, IKW30N60DTP, GBU8M, 온세미(onsemi)의 FOD3184, FOD817, 74ACT244SC, SiT8208, Nexperia 74HC165D, 74HC595D, 74VHC14D, 74LVC1G08GV, TE RZ03-1A3, USB_1734035, D_sub-26-5178238, RJ45-6116353 등이 포함되어 있습니다.

결론

산업용 애플리케이션이 Industry 4.0의 급격한 발전 시대를 맞아 점점 더 많은 고정밀 서보 모터를 사용하고 있으며, 산업용 이더넷을 결합하여 시스템 연결 기능을 완성해야 하는 필요성이 증가하고 있습니다. 이는 산업용 애플리케이션의 미래 발전을 변화시키고 있습니다. 증가하는 시장 수요를 고려하여 Arrow Electronics는 ADI를 기반으로 한 서보 모터 제어 솔루션을 출시했습니다. 이 솔루션은 Industry 4.0 애플리케이션의 급속한 발전에 기여할 것이며, 관련 제품 개발자들이 이 솔루션을 깊이 이해하고 관련 애플리케이션 시장에 더 많은 노력을 기울여 투자할 가치가 있습니다.