maxon motor maxon motor control 1-Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 Sach-Nr Bedienungsanleitung Ausgabe April 2015

Transkript

1 maxon motor maxon motor control -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 Sach-Nr Bedienungsanleitung Ausgabe April 05 Das DEC Module 50/5 (Digital EC Controller) ist ein kleiner digitaler -Quadranten Verstärker zur Ansteuerung von elektronisch kommutierten (bürstenlosen) Gleichstrommotoren (EC-Motoren) mit Hall-Sensoren bis zu einer Leistung von 50 W. Zur Auswertung der Rotorlage sind EC-Motoren mit Rotorlagegeber (Hall-Sensoren) erforderlich. Eigenschaften: Digitaler Drehzahlregler (closed loop) Digitaler Drehzahlsteller (open loop) Maximaldrehzahl: min - (Motor mit Polpaar) Drehzahlvorgabe mittels analoger externer Spannung ( V) verschiedene Drehzahlbereiche einstellbar Drehrichtungsvorgabe mit digitalem Direction-Signal Enable-Eingang zur Freigabe oder Sperrung der Endstufe Einstellbare Maximalstrombegrenzung bis zu 0 A Drehzahlmonitor-Ausgang Betriebszustandsanzeige mittels «Ready»-Ausgang Blockierschutz (Strombegrenzung bei blockiertem Motor) Schutz gegen Unterspannung, Überspannung und Übertemperatur Standardisierte Stiftleisten im Rastermass.54 mm zum Einstecken oder Einlöten Dank dem grossen Eingangsspannungs-Bereich von VDC (optional auch 5 VDC möglich) ist das DEC Module 50/5 sehr vielseitig einsetzbar und kann mit diversen Spannungsversorgungen betrieben werden. Die robuste PI-Drehzahlreglerauslegung ist eine ideale Voraussetzung für den sofortigen Einsatz. Das preiswerte und miniaturisierte OEM-Modul lässt sich nahtlos in komplexe Kundenapplikationen integrieren. Somit ist es möglich, eigene Geräte zu entwerfen und für die Steuerung auf das Einsteckmodul von maxon motor zurückzugreifen. Es steht ein umfangreiches Evaluation Board für die Erstinbetriebnahme zur Verfügung. Inhaltsverzeichnis Sicherheitshinweise... Technische Daten... Anschlüsse DEC Module 50/ Inbetriebnahme Funktionsbeschreibung der Ein- und Ausgänge Schutzfunktionen Blockschaltbild Massbild Zubehör (nicht im Lieferumfang) Anhang «Motherboard Design Guide»... 6 Die aktuelle Ausgabe dieser Bedienungsanleitung steht im Internet als PDF-Datei unter Rubrik Service & Downloads, Sachnummer 8000 oder im maxon motor e-shop zur Verfügung.

2 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 Sicherheitshinweise a a a a a a a a a a maxon motor Bedienungsanleitung Fachpersonal Die Installation und Inbetriebnahme darf nur von entsprechend ausgebildetem Fachpersonal vorgenommen werden. Gesetzliche Vorschriften Der Anwender muss sicherstellen, dass der Verstärker und die dazugehörigen Komponenten nach den örtlichen gesetzlichen Vorschriften montiert und angeschlossen werden. Last abkoppeln Für eine Erstinbetriebnahme soll der Motor grundsätzlich freilaufend, also mit abgekoppelter Last betrieben werden. Zusätzliche Sicherheitseinrichtungen Elektronische Geräte sind nicht grundsätzlich ausfallsicher. Maschinen und Anlagen sind deshalb mit geräteunabhängigen Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen zu versehen. Es muss sichergestellt sein, dass nach Ausfall der Geräte, bei Fehlbedienung, bei Ausfall der Regel- und Steuereinheit, bei Kabelbruch usw. der Antrieb bzw. die gesamte Anlage in einen sicheren Betriebszustand geführt wird. Reparaturen Reparaturen dürfen nur von autorisierten Stellen oder beim Hersteller durchgeführt werden. Durch unsachgemässe Reparaturen können erhebliche Gefahren für den Benutzer entstehen. Lebensgefahr Achten Sie darauf, dass während der Installation des DEC Moduls alle betroffenen Anlageteile stromlos sind! Nach dem Einschalten keine spannungsführenden Teile berühren! Handhabung bei Verdrahtungsarbeiten Sämtliche elektrischen Kontakte dürfen nur im stromlosen Zustand angeschlossen oder unterbrochen werden. Max. Betriebsspannung Die angeschlossene Betriebsspannung darf nur im Bereich zwischen 6 und 55 VDC liegen. Spannungen über 56 VDC oder das Vertauschen der Pole zerstören die Einheit. Kurzschluss und Erdschluss Der Verstärker ist nicht geschützt gegen Verbindung der Motoranschlüsse mit Erde oder! Elektrostatisch gefährdete Bauelemente (EGB) maxon motor control

3 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 Technische Daten. Elektrische Daten Nominale Betriebsspannung +V CC VDC (optional 5 VDC ) Absolute Minimal-Betriebsspannung +V cc min...6 VDC (optional 5 VDC ) Absolute Maximal-Betriebsspannung +V cc max VDC Max. Ausgangsspannung V CC Ausgangsstrom dauernd I cont...5 A Max. Ausgangsstrom I max...0 A Taktfrequenz der Endstufe khz Max. Drehzahl (Motor mit Polpaar) min -. Eingänge. Ausgänge Solldrehzahl «Set value speed»...analogeingang ( V); Auflösung: 04 Stufen Freischaltung «Enable» V (R i = 00 kω) oder Schalter gegen V CC Drehrichtung «Direction» V (R i = 00 kω) oder Schalter gegen V CC Drehzahlbereich «DigIN» V (R pull-up = 47 kω an 5 V) oder Schalter gegen Drehzahlbereich «DigIN» V (R pull-up = 47 kω an 5 V) oder Schalter gegen Strombegrenzung «Set current limit»... externer Widerstand ( / 6 W) gegen Hallsensoren...«Hallsensor», «Hallsensor», «Hallsensor» Drehzahlmonitor «Monitor n»... Digital-Ausgangssignal, 5 V (R O = 47 kω) Statusmeldung «Ready»... Digital-Ausgangssignal, 5 V (R O = 47 kω).4 Spannungsausgänge +5 VDC Ausgangsspannung «V CC Hall»...+5 VDC, max. 5 ma.5 Motoranschlüsse Motoranschlüsse...«Motorwicklung», «Motorwicklung», «Motorwicklung».6 Temperaturbereich Betrieb C Lagerung C.7 Feuchtigkeitsbereich nicht kondensierend %.8 Schutzfunktionen Strombegrenzung (cycle-by-cycle)... einstellbar bis maximal 0 A Blockierschutz...Motorstrombegrenzung falls Motorwelle blockiert wird Unterspannungsschutz...schaltet aus falls V CC < 6 VDC Überspannungsschutz...schaltet aus falls V CC > 56 VDC Thermischer Überlastschutz der Endstufe...schaltet aus falls T Endstufe > 00 C.9 Mechanische Daten Gewicht... ca. 9 g Abmessungen (L x B x H) x 7.94 x.7 mm....7 x. x 0.5 Inch.0 Anschlüsse Stiftleiste... x 9-polig...-reihig, Rastermass.54 mm (0. Inch) Stiftleiste... 8-polig...-reihig, Rastermass.54 mm (0. Inch) 5V Betrieb siehe Kapitel «0.8. Low Voltage Spannungsbetrieb» maxon motor control

4 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5. Normen maxon motor Bedienungsanleitung Das beschriebene Gerät wurde erfolgreich auf die Einhaltung nachfolgend aufgeführter Normen geprüft. In der Praxis jedoch kann nur das Gesamtsystem (die betriebsbereite Ausrüstung bestehend aus der Gesamtheit der einzelnen Komponenten, wie beispielsweise Motor, Servokontroller, Netzteil, EMV-Filter, Verdrahtung etc.) einem EMV-Test unterzogen werden, um den störungssicheren Betrieb zu gewährleisten. Wichtiger Hinweis Die Übereinstimmung der erwähnten Normen durch das beschriebene Gerät besagt nichts über dessen Übereinstimmung im betriebsbereiten Gesamtsystem aus. Um die Übereinstimmung Ihres Gesamtsystems zu erreichen, müssen Sie dieses als Ganzes, zusammen mit allen beteiligten Komponenten, den entsprechenden EMV-Tests unterziehen. Fachgrundnormen Angewandte Normen Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) IEC/EN IEC/EN IEC/EN EN 550 (CISPR) IEC/EN IEC/EN IEC/EN IEC/EN Störfestigkeit für Industriebereiche Störaussendung von Geräten im Industriebereich Leitungsgebundene Störspannungen (Emission) Störfestigkeit gegen hochfrequente elektromagnetische Felder >0 V/m Störfestigkeit gegen schnelle transiente elektrische Störgrössen/Burst ± kv Störfestigkeit gegen leitungsgeführte Störgrössen, induziert durch hochfrequente Felder 0 Vrms Netzfrequente Magnetfelder 0A/m Sicherheitsnormen Zuverlässigkeit Andere UL File Number E747, E948 oder E765; unbestückte Platine MIL-HDBK-7F Zuverlässigkeitsprognose von elektronischen Geräten Umfeld: Boden, mild (GB) Umgebungstemperatur: 98 K (5 C) Bauteilbelastung: in Übereinstimmung mit Stromlaufplan und Nennleistung Mittlere Ausfallzeit (MTBF): 44 5 Stunden 4 maxon motor control

5 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 Anschlüsse DEC Module 50/5 Ansicht von oben DEC Module 50/ Pinbelegung Pin Signal Beschreibung W Motorwicklung W Motorwicklung W Motorwicklung 4 W Motorwicklung 5 W Motorwicklung 6 W Motorwicklung 7 +Vcc Betriebsspannung VDC 8 +Vcc Betriebsspannung VDC 9 Ground 0 Ground Vcc Hall +5 VDC Ausgangsspannung n.c. do not connect H Hallsensor 4 Ground 5 H Hallsensor 6 Ground 7 H Hallsensor 8 Monitor n Drehzahlmonitor-Ausgang 9 Ready Statusmeldungs-Ausgang 0 DigIN Digital Eingang DigIN Digital Eingang Enable Freigabe-Eingang Direction Drehrichtungs-Eingang 4 Ground 5 Set current limit Strombegrenzungs-Eingang 6 Set value speed Drehzahl-Sollwert-Eingang maxon motor control 5

6 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 4 Inbetriebnahme maxon motor Bedienungsanleitung 4. Auslegung der Stromversorgung Es kann jede beliebige Stromversorgung verwendet werden, sofern sie die untenstehenden Minimalanforderungen erfüllt. Um Schäden durch unkontrollierte Bewegungen zu verhindern wird empfohlen, den Motor während der Inbetriebnahme und dem Abgleich mechanisch von der Maschine zu trennen! Anforderung an die Stromversorgung Nominale Ausgangsspannung Absolute minimale Ausgangsspannung Absolute maximale Ausgangsspannung Ausgangsstrom 6 VDC < V CC < 50 VDC 6 VDC 55 VDC je nach Last, dauernd max. 5 A Beschleunigung, kurzzeitig max. 0 A Die erforderliche Spannung kann wie folgt errechnet werden: Gegeben Betriebsdrehmoment M B [mnm] Betriebsdrehzahl n B [min - ] Nennspannung des Motors U N [V] Leerlaufdrehzahl des Motors bei U N, n 0 [min - ] Kennliniensteigung des Motors Dn/ M [min - mnm - ] Gesucht Versorgungsspannung V CC [V] Lösung U N n Vcc nb M B 0. V n M 0.95 o Wählen Sie nun eine Spannungsversorgung, welche mindestens die errechnete Spannung unter Last abgibt. In der Formel eingerechnet sind das maximale PWM-Tastverhältnis von 95% und ein Spannungsabfall an der Endstufe von max. 0. V (bei max. Ausgangsstrom). Erreichbare Drehzahl mit der gewählten Spannungsversorgung: 0.95 n M V 0.V M 0 nb cc U N n Beachte Im gesteuerten Verzögerungsbetrieb muss die Stromversorgung die zurückgespeiste Energie puffern können (zum Beispiel in einem Kondensator). Der Unterspannungsschutz schaltet das DEC Module 50/5 ab, sobald die Versorgungsspannung V CC den Wert von 6 V unterschreitet. Bei niedriger Versorgungsspannung V CC ist deshalb der Spannungsabfall über den Versorgungskabeln zu beachten. B 6 maxon motor control

7 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 5 Funktionsbeschreibung der Ein- und Ausgänge 5. Eingänge 5.. Drehzahlbereich und Modusumschaltung mit «DigIN» und «DigIN» Mit den digitalen Eingängen «DigIN» [0] und «DigIN» [] wird der Betriebsmodus (Drehzahlsteller oder Drehzahlregler) sowie der Drehzahlbereich im Drehzahlreglermodus vorgegeben. Motortyp DigIN DigIN Polpaar 4 Polpaare 8 Polpaare 0 0 Drehzahlstellerbetrieb, % PWM entsprechend der Spannung am «Set value speed» Eingang min min min min min min min min min - Beachte Pegeländerungen der digitalen Eingänge DigIN [0] und DigIN [] werden erst durch einen Disable-Enable-Vorgang übernommen. Logisch Logisch 0 Ist der Anschluss «DigIN» unbeschaltet oder an eine Spannung grösser.4 V gelegt, ist der digitale Eingang aktiviert. Eingang unbeschaltet Eingangsspannung >.4 V Eingang aktiviert Ist der Anschluss «DigIN» an -Potential gelegt oder an eine Spannung kleiner 0.8 V gelegt, ist der digitale Eingang deaktiviert. Eingang auf Eingangsspannung < 0.8 V Eingang deaktiviert Die Eingänge «DigIN»- und «DigIN» sind gegen Überspannung geschützt. Digital Eingang Digital Eingang Eingangsspannungsbereich Eingangsimpedanz Überspannungsschutz dauernd Pin Nummer [0] «DigIN» Pin Nummer [] «DigIN» V 47 kω Pull-up Widerstand gegen 5 V V maxon motor control 7

8 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 5.. Sollwert «Set value speed» maxon motor Bedienungsanleitung Am Eingang «Set value speed» [6] wird die externe analoge Sollwertspannung und somit die Drehzahl vorgegeben. Mit den Signalpegeln an den digitalen Eingängen DigIN [0] und DigIN [] muss der gewünschte Drehzahlbereich vorgängig eingestellt werden. Motortyp DigIN DigIN Polpaar 4 Polpaare 8 Polpaare 0 0 Drehzahlstellerbetrieb, % PWM entsprechend der Spannung am «Set value speed» min min min min min min min min min - Beachte Pegeländerungen der digitalen Eingänge DigIN [0] und DigIN [] werden erst durch einen Disable-Enable-Vorgang übernommen. Sollwertspannung Funktionsbeschreibung 0 V V Betrieb bei Minimaldrehzahl 0. V V Lineare Drehzahleinstellung Die aktuelle Drehzahl wird wie folgt berechnet: Gegeben Minimale Drehzahl aus obiger Tabelle n min [min - ] Maximale Drehzahl aus obiger Tabelle n max [min - ] Sollwertspannung V set [V] bzw. Drehzahl n [min - ] Gesucht Drehzahl n [min - ] Lösung Gesucht Sollwertspannung V set [V] Lösung 0.V nmax nmin nmin V Vset n 4.9 n nmin V set 4.9V 0. nmax n min Der «Set value speed»-eingang ist gegen Überspannung geschützt. V Drehzahl-Sollwert-Eingang Eingangsspannungsbereich Auflösung Pin Nummer [6] «Set value speed» V (Bezug: ) 04 Stufen (4.88 mv) Eingangsimpedanz 07 kω (im Bereich V) Überspannungsschutz dauernd V Die Änderungsgeschwindigkeit des Sollwertsignales ist intern mit einer Rampenfunktion begrenzt. Das Erreichen der Maximaldrehzahl des gewählten Drehzahlbereichs dauert nominell s. Kleinere Drehzahlsollwertsprünge verkürzen diese Zeit proportional. 8 maxon motor control

9 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 Sollwertvorgabe mittels PWM-Ansteuerung Der Sollwert für die Drehzahl kann alternativ zur analogen Sollwertspannung auch mit einem PWM-Signal mit fixer Frequenz und Amplitude vorgegeben werden. Die gewünschte Sollwertänderung wird durch das Variieren des Tastverhältnisses im Bereich 0 00% erreicht. Sowohl die Amplitude als auch das Tastverhältnis beeinflussen dabei die resultierende Drehzahl. Der Mittelwert der angelegten PWM-Spannung entspricht dem analogen Eingangssignal des Drehzahlsollwerts. Nominalwert Amplitude PWM-Sollwert Maximalwert Amplitude PWM-Sollwert Frequenzbereich PWM-Sollwert Aussteuerbereich PWM-Sollwert Überspannungsschutz dauernd 0 5 V V 500 Hz 0 khz 0 00% V Beispiele: Motortyp: Polpaar Drehzahlbereich: min - 0.V nmax nmin nmin V Vset n Spannung [V] PWM Zyklus PWM Zyklus PWM Zyklus PWM Zyklus 4 PWM Zyklus t [µs] PWM Zyklus : % 0 V V à 4.0 V à 6'00 min PWM Zyklus : 60 % 0 V 0 V à 6 V wird auf 5 V limitiert (maximale Sollwertspannung) à 0'000 min PWM Zyklus : 75 % -.5 V 7.5 V à 5.0 V à 0'000 min PWM Zyklus 4: 50 % 0 V 5 V à.5 V à 0'05 min PWM Zyklus 5: 90 % 0 V.5 V à.5 V à 9'056 min maxon motor control 9

10 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 5.. Freigabe «Enable» maxon motor Freigeben (Enable) oder Sperren (Disable) der Endstufe. Bedienungsanleitung Wird der Anschluss «Enable» an eine Spannung grösser.4 V gelegt, ist der Verstärker freigegeben (Enable). Während der Beschleunigung wird eine Drehzahl-Rampe ausgeführt. Enable Eingangsspannung >.4 V Motor läuft Disable Ist der Anschluss «Enable» unbeschaltet oder an -Potential gelegt, wird die Endstufe hochohmig (Disable) und die Motorwelle läuft ungebremst aus. Eingang unbeschaltet Eingang auf Eingangsspannung < 0.8 V Endstufe ausgeschaltet Der «Enable»-Eingang ist gegen Überspannung geschützt. Freischaltung Pin Nummer [] «Enable» Eingangsspannungsbereich V Eingangsimpedanz 00 kω (im Bereich V) Überspannungsschutz dauernd V Verzögerungszeit max. 40 ms 5..4 Drehrichtung «Direction» CW Der «Direction»-Eingang bestimmt die Drehrichtung der Motorwelle. Bei Pegelwechsel wird die Motorwelle mit einer Drehzahlrampe bis zum Stillstand abgebremst und in umgekehrter Richtung mit einer Drehzahlrampe beschleunigt, bis die Solldrehzahl wieder erreicht ist. Ist der Anschluss «Direction» unbeschaltet oder an -Potential gelegt, dreht die Motorwelle im Uhrzeigersinn. Eingang unbeschaltet Eingang auf Eingangsspannung < 0.8 V Uhrzeigersinn Wird der «Direction»-Eingang an eine Spannung grösser.4 V gelegt, dreht die Motorwelle im Gegenuhrzeigersinn. CCW Eingangsspannung >.4 V Gegenuhrzeigersinn Der «Direction»-Eingang ist gegen Überspannung geschützt. Drehrichtung Pin Nummer [] «Direction» Eingangsspannungsbereich V Eingangsimpedanz 00 kω (im Bereich V) Überspannungsschutz dauernd V Verzögerungszeit max. 40 ms 0 maxon motor control

11 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/ Strombegrenzung «Set current limit» Der Strombegrenzungs-Eingang «Set current limit» erlaubt die Einstellung der Strombegrenzung im Bereich von A. Der am Eingang «Set current limit» eingestellte Strom steht für unbegrenzte Zeit zur Verfügung. Beachte: Der Begrenzungswert sollte unter dem Nennstrom (maximaler Dauerbelastungsstrom) des Motors sein (Zeile 6 im maxon Katalog). Strombegrenzung Bezugsmasse Pin Nummer [5] «Set current limit» Pin Nummer [4] Zur Parametrierung des gewünschten Strombegrenzungswerts wird ein externer Widerstand (mindestens 6.5 mw) zwischen den Strombegrenzungs-Eingang «Set current limit» Pin [5] und der Masse Pin [4] gelegt. Strombegrenzungswert Widerstandswert (E4-Reihe) 0 A unbeschaltet 9 A 0 kω 8 A 9 kω 7 A 56 kω 6 A 6 kω 5 A 4 kω 4 A 6 kω A 0 kω A 5.6 kω A.7 kω 0.5 A. kω 5..6 «Hallsensor», «Hallsensor», «Hallsensor» Die Hallsensoren werden zur Ermittlung der Rotorlage und zur Detektierung der aktuellen Istdrehzahl benötigt. Die Hallsensoreingänge sind gegen Überspannung geschützt. Hallsensor Pin Nummer [] «Hallsensor» Hallsensor Pin Nummer [5] «Hallsensor» Hallsensor Pin Nummer [7] «Hallsensor» Eingangsspannungsbereich Eingangsimpedanz Spannungspegel «low» Spannungspegel «high» Überspannungsschutz dauernd V kω Pull-up Widerstand gegen 5 V max. 0.8 V min..4 V V Geeignet für Hallsensor-IC s mit Schmitt-Trigger-Verhalten und Open-Collector oder Push-Pull Ausgängen. maxon motor control

12 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 5. Ausgänge VDC Ausgangsspannung «V CC Hall» maxon motor Intern erzeugte Spannung von +5 VDC zur: Spannungsversorgung der Hallsensoren «V cc Hall» Spannungsversorgung des externen Sollwert-Potentiometers (Empfohlener Wert: 0 kω) Ansteuerung der Eingänge: «Enable» und «Direction» Der Ausgang ist dauerhaft kurzschlussfest. Bedienungsanleitung +5 VDC Ausgangsspannung Pin Nummer [] «V CC Hall» Bezugsmasse Pin Nummer [4] Ausgangsspannung +5 VDC ± 5 % Max. Ausgangsstrom 5 ma 5.. Drehzahlmonitor «Monitor n» Die Istdrehzahl der Motorwelle kann am «Monitor n»-ausgang überwacht werden. Die Istdrehzahl steht als digitales Frequenzsignal (High/Low) zur Verfügung. Der Ausgang «Monitor n» ist dauerhaft kurzschlussfest. Drehzahlmonitor Pin Nummer [8] «Monitor n» Ausgangsspannungsbereich V Ausgangswiderstand 47 kω Gegeben Motor Polpaarzahl z pol Frequenz am «Monitor n» [Hz] bzw. Drehzahl n [min - ] Gesucht Frequenz am «Monitor n» [Hz] Lösung Gesucht Drehzahl n [min - ] Lösung f Monitor n n z 0 pol Hz n f Monitor n z pol 0 min maxon motor control

13 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 5.. Statusmeldung «Ready» Mit dem Statussignal «Ready» kann die Betriebsbereitschaft bzw. ein Fehlerzustand an eine übergeordnete Steuerung gemeldet werden. Im Normalfall, das heisst ohne Fehler, ist der Ausgang auf 5 V geschaltet. Bereit (kein Fehler) 5 V Im Fehlerfall ist der Ausgang auf geschaltet. Fehler (nicht bereit) 0 V () Mögliche Fehlerzustände sind: Unterspannung Fehler wird ausgelöst bei Betriebsspannung +V CC < 6 VDC. Um den Fehlerzustand zurückzusetzen, muss der Verstärker deaktiviert (Disable) werden und die Betriebsspannung +V CC muss höher als 6 VDC sein. Überspannung Fehler wird ausgelöst bei Betriebsspannung +V CC > 56 VDC. Um den Fehlerzustand zurückzusetzen, muss der Verstärker deaktiviert (Disable) werden und die Betriebsspannung +V CC muss kleiner als 54 VDC sein. Übertemperatur Fehler wird ausgelöst sobald die Endstufe eine Temperatur > 00 C erreicht. Um den Fehlerzustand zurückzusetzen, muss der Verstärker deaktiviert (Disable) werden und die Temperatur der Endstufe unter 80 C fallen. Ungültige Hallsensorsignale Die Steuerung erkennt ungültige Zustände an den Hallsensor-Eingängen. Um den Fehlerzustand zurückzusetzen, muss der Verstärker deaktiviert (Disable) werden und die Hallsensoren müssen korrekt verdrahtet sein. Der Ausgang «Ready» ist dauerhaft kurzschlussfest. Statusmeldung Ausgangsspannungsbereich Ausgangswiderstand Pin Nummer [9] «Ready» V 47 kω maxon motor control

14 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 6 Schutzfunktionen maxon motor Bedienungsanleitung 6. Unterspannungsüberwachung Unterschreitet die Betriebsspannung +V CC ein Limit von 6 VDC, wird die Endstufe abgeschaltet. Um den Fehlerzustand zurückzusetzen, muss der Verstärker deaktiviert (Disable) werden und die Betriebsspannung +V CC muss höher als 6 VDC sein. 6. Überspannungsüberwachung Überschreitet die Betriebsspannung +V CC ein Limit von 56 VDC, wird die Endstufe abgeschaltet. Um den Fehlerzustand zurückzusetzen, muss der Verstärker deaktiviert (Disable) werden und die Betriebsspannung +V CC muss kleiner als 54 VDC sein. 6. Thermischer Überlastschutz Überschreitet die Endstufentemperatur ein Limit von 00 C, wird die Endstufe abgeschaltet. Um den Fehlerzustand zurückzusetzen, muss der Verstärker deaktiviert (Disable) werden und die Temperatur der Endstufe muss unter 80 C fallen. 6.4 Ungültige Hallsensorsignale Stehen ungültige Zustände an den Hallsensor-Eingängen an, wird die Endstufe abgeschaltet. Um den Fehlerzustand zurückzusetzen, muss der Verstärker deaktiviert (Disable) werden und die Hallsensoren müssen korrekt verdrahtet sein. 6.5 Blockierschutz 6.6 Strombegrenzung Ist die Motorwelle blockiert, wird der Motorstrom auf den über den «Set current limit» eingestellten Stromwert begrenzt. Beachte Der Blockierschutz löst keine Fehlermeldung am «Ready»-Ausgang aus. Der maximale Motorstrom wird auf den am Eingang «Set current limit» eingestellten Wert im Bereich zwischen A mittels einer cycle-by-cycle Stromlimitierung begrenzt. (Siehe Kapitel «5..5 Strombegrenzung «Set current limit»») Beachte Die Strombegrenzung löst keine Fehlermeldung am «Ready»-Ausgang aus. 4 maxon motor control

15 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 7 Blockschaltbild Ready DigIN DigIN 9 0 DEC MODULE 50/5 Power Driver Supply Vin MOSFET Full Bridge Current detect VCC VDC +VCC VDC Power Power Motor winding Motor winding Motor winding Motor winding Motor winding Motor winding Jeder Anschlusspin ist für einen Dauerstrom vom A ausgelegt. Verbinde jeweils beide Anschlusspins! Do not connect Enable Direction Micro Controller 5 Hallsensor Hallsensor 4 7 Hallsensor Set current limit 5 4 V CC Hall Set value speed 6 Vin 8 6 Monitor n NTC maxon motor control 5

16 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 8 Massbild Masse in [mm] maxon motor Bedienungsanleitung 9 Zubehör (nicht im Lieferumfang) 0 Anhang «Motherboard Design Guide» maxon motor Bestellnummer Beschreibung 7065 DEC Module Evaluationsboard 0. Einleitung In dieser Dokumentation «Motherboard Design Guide» werden hilfreiche Informationen zur Integration des DEC Modules 50/5 auf eine Elektronikplatine gegeben. Die Dokumentation enthält Empfehlungen zu eventuell benötigten externen Bauteilen, Layoutempfehlungen, Anschlussbelegungen und Beschaltungsbeispiele. Warnung: Das Entwickeln einer Elektronikplatine benötigt spezifische Fachkenntnisse und sollte nur von erfahrenen Elektronikentwicklern durchgeführt werden. Diese Kurzanleitung dient nur als Hilfsmittel und erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Auf Anfrage erstellt Ihnen maxon motor ag auch gerne ein Angebot zur Fertigung eines kundenspezifischen Motherboards. 0. Externe Bauteile 0.. Buchsenleisten Die Steckleistenausführung des DEC Module 50/5 erlaubt zwei verschiedene Montagearten. Das Modul kann auf eine Buchsenleiste aufgesteckt oder direkt auf einer Elektronikplatine eingelötet werden. Empfehlungen für die Buchsenleisten: Eigenschaften: Buchsenleisten gerade, steckbar mit Stiftleisten 0.6 x 0.6 mm, Rastermass.54 mm, A, Kontaktmaterial Gold oder Messing Buchsenleisten 8-polig, -reihig : Preci-Dip Samtec SSW-08-0-F-S Harwin M Buchsenleisten 9-polig, -reihig: Preci-Dip Samtec SSW-09-0-F-D Harwin M maxon motor control

17 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 0.. Versorgungsspannung Zum Schutz des DEC Moduls wird eine externe Sicherung, eine TVS-Diode und ein Kondensator in der Versorgungsspannungsleitung empfohlen. FU +VSupply +Vcc Module 7A D SMBJ54A + C 0u/6V Sicherung FU: Zur Gewährleistung des Verpolschutzes wird eine Eingangssicherung benötigt. Die Sicherung verhindert zusammen mit der TVS-Diode einen umgekehrten Stromfluss. Empfehlungen für die Sicherung: Littlefuse 54 Series OMNI-BLOK Sicherungshalter inklusive SMD NANO Sicherung: , 7 A very fast-acting TVS-Diode D: Als Schutz gegen Überspannung, verursacht durch Spannungstransienten oder durch zurückgespiesene Bremsenergie, sollte eine TVS (Transient Voltage Suppressor) Diode an die Versorgungsspannungsleitung angeschlossen werden. Empfehlungen für die TVS-Diode: Vishay SMBJ54A U R =54 V, U BR = U C = A Diotec P6SMBJ54A U R =54 V, U BR = U C = A 0.. Motorleitungen Kondensator C: Für die Funktion des DEC Moduls ist es nicht unbedingt nötig, einen externen Kondensator einzusetzen. Um den Spannungsrippel zusätzlich zu reduzieren und Rückspeiseströme aufzunehmen, kann ein Elektroyt-Kondensator an die Versorgungsspannungsleitung angeschlossen werden. Empfehlungen für den Elektrolyt-Kondensator: Panasonic EEUFCJS Rated voltage 6V, Capacitance 0 mf, Ripple Current 85 ma Rubycon 6ZL0M0X Rated voltage 6V, Capacitance 0 mf, Ripple Current 0 ma Nichicon UPMJMHD Rated voltage 6V, Capacitance 0 mf, Ripple Current 00 ma Das DEC Module 50/5 hat keine internen Motordrosseln. Für die meisten Motoren und Applikationen sind keine zusätzlichen Drosseln nötig. Jedoch kann bei hoher Versorgungsspannung +V CC und sehr kleiner Anschlussinduktivität der Rippel des Motorstromes einen zu hohen Wert erreichen. Dies führt zu unnötiger Erwärmung des Motors und zu instabilem Regelverhalten. maxon motor control 7

18 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 maxon motor Bedienungsanleitung Die minimal benötigte Anschlussinduktivität pro Phase kann mit der untenstehenden Formel berrechnet werden: VCC L Phase 0. L 6 fpwm I N Motor L Phase [H] V CC [V] f PWM [Hz] I N [A] L Motor [H] zusätzliche externe Indutivität pro Phase Betriebsspannung +V CC Taktfrequenz der Endstufe = Hz Nennstrom des Motors (Zeile 6 im maxon Katalog) Anschlussinduktivität Phase-Phase (Motor Katalogdaten) Ist das Resultat der Berechnung negativ, wird keine zusätzliche Drossel benötigt. Trotzdem kann der Einsatz einer Drossel in Verbindung mit zusätzlichen Filterkomponenten zur Reduktion von elektromagnetischen Störaussendungen sinnvoll sein. Eine zusätzliche Drossel muss eine elektromagnetische Abschirmung, einen hohen Sättigungsstrom, kleine Verluste und einen Nennstrom grösser als der Dauerbelastungsstrom des Motors aufweisen. Das nachfolgende Beschaltungsbeispiel bezieht sich auf eine Zusatzinduktivität von μh. Wird eine abweichende Zusatzinduktivität benötigt, müssen auch die Filterkomponenten entsprechend angepasst werden. Sollten Sie Hilfe bei der Auslegung des Filters benötigen, kontaktieren Sie den maxon Support unter DEC Module 50/5 Motherboard (kundenspezifisch) Motor Motorwicklung Motorwicklung L J/ Motorwicklung uh 560R 68p p Beschaltung Motorwicklung (sinngemäss auch für Motorwicklung & ) Empfehlungen für die Motordrosseln: Würth Elektronik WE-PD-XXL LN = μh, RDC =. mω, IDC = 5. A, Isat = 6.5 A, shielded Coiltronics DR7-0 LN = μh, RDC = 9. mω, IDC = 4.0 A, Isat = 7.6 A, shielded Würth Elektronik WE-PD-XXL LN = 5 μh, RDC = mω, IDC = 6.5 A, Isat = 8.0 A, shielded Sumida CDRH9RNP-50MC LN = 5 μh, RDC = 6 mω, IDC = 6.0 A, Isat > 6.0 A, shielded Coiltronics DR7-50 LN = 5 μh, RDC = 5 mω, IDC = 5.0 A, Isat = 9.7 A, shielded Bourns SRR80-50M LN = 5 μh, RDC = 8 mω, IDC = 5. A, Isat > 5. A, shielded Würth Elektronik WE-PD-XL LN = 5 μh, RDC = 4 mω, IDC = 5.0 A, Isat = 6.0 A, shielded Sumida CDR7/LDNP-50M LN = 5 μh, RDC = 0 mω, IDC = 5.7 A, Isat > 5.7 A, shielded 8 maxon motor control

19 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 0. Design-Richtlinien 0.. Ground 0.. Layout 0.4 Footprint für THT Folgende Hinweise dienen als Hilfe beim Erstellen eines applikationsspezifischen Motherboards und zur Sicherstellung der korrekten und sicheren Integration des DEC Module 50/5. Alle Masseanschlüsse () sind auf dem DEC Modul intern verbunden (gleiches Potential). Es ist üblich, auf dem Motherboard eine Massenfläche (ground plane) vorzusehen. Die Masseanschlüsse Pin [9], [0], [4], [6] und Pin [4] sollen mit breiten Leiterbahnen mit der Versorgungsspannungsmasse verbunden werden. Pin Signal Beschreibung 9 Ground 0 Ground 4 Ground 6 Ground 4 Ground Ist ein Erdpotential vorhanden oder vorgeschrieben, soll die Massefläche (ground plane) mit einem oder mehreren Kondensatoren an das Erdpotential angeschlossen werden. Keramikkondensatoren mit 47 nf und 00 V werden vorgeschlagen. Regeln für das Layout des Motherboards: Anschlusspins [7] und [8] +V CC Betriebsspannung: Diese Pins sollen mit breiten Leiterbahnen mit der Sicherung verbunden werden. Anschlusspins [9], [0], [4], [6] und [4] Ground: Alle Pins sollen mit breiten Leiterbahnen mit der Masse der Versorgungsspannung verbunden sein. Die Leiterbahnbreite und die Dicke der Kupferschicht der Versorgungsspannungsleitung und der Motorleitungen sind abhängig vom benötigten Strom in der Applikation. Ein Minimum von 75 mil Leiterbahnbreite und 70 μm Kupferschichtdicke wird empfohlen. Ansicht von oben Masse in [mm] 0.5 Anschlussbelegung 0.6 Technische Daten 0.7 Massbild Siehe Kapitel «Anschlüsse DEC Module 50/5» Siehe Kapitel «Technische Daten» Siehe Kapitel «8 Massbild» maxon motor control 9

20 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 0.8 Schaltungsbeispiele 0.8. Minimalbeschaltung maxon motor Bedienungsanleitung Versorgungsspannung ( VDC), EC-Motor mit Hallsensoren, externes Drehzahlpotentiometer (0 kω) und ein Schalter für die Freigabe. Konfiguration: Drehzahlregler im Drehzahlbereich min-. Motor Winding Motor Winding Vcc Hall Motor Winding +Vcc 6-50VDC Vcc Hall Hall sensor FU 7A Vcc Hall D SMBJ54A IC W W Set value speed W W Set current limit W W +Vcc +Vcc Direction Enable Vcc Hall Do not connect DigIn Hall sensor DigIN Hall sensor Ready Hall sensor Monitor n DEC Module 50/ S SW-SPST P 0k Vcc Hall speed range 500-0'000rpm Hall sensor Hall sensor 0.8. Low Voltage Spannungsbetrieb Es ist optional möglich das DEC Module 50/5 mit nur +5 VDC Versorgungsspannung zu betreiben. Dabei muss die externe +5 VDC Spannungsquelle an den Anschlusspins [7;8] «+V CC» und zusätzlich an den Anschlusspin [] «V CC Hall» angeschlossen werden. Mit dieser Verdrahtung wird die intern benötigte +5 VDC Versorgungsspannung von extern gespeist. Warnung Die angeschlossene Betriebsspannung darf nur im Bereich zwischen VDC und +5.5 VDC liegen. Spannungen über +5.5 VDC oder das Vertauschen der Pole zerstört die Einheit. Motor Winding Motor Winding Vcc Hall Motor Winding +Vcc 5VDC Vcc Hall Hall sensor FU 7A Vcc Hall C 0uF IC W W Set value speed W W Set current limit W W +Vcc +Vcc Direction Enable Vcc Hall Do not connect DigIn Hall sensor DigIN Hall sensor Ready Hall sensor Monitor n DEC Module 50/ S SW-SPST P 0k Vcc Hall speed range 500-0'000rpm Hall sensor Hall sensor 0 maxon motor control

21 maxon motor Bedienungsanleitung -Q-EC Verstärker DEC Module 50/ Maximalbeschaltung gemäss DEC Module Evaluation Board Bestellnummer 7065 maxon bietet ein Evaluation Board für ein -Achssystem als Starter-Kit an. Das Motherboard «DEC Module Evaluationsboard» kann mit der Bestellnummer 7065 bestellt werden. Schaltungsschema des Evaluationsboards: +VHall J J J MSFW/O-08 J4 Power ECH50R-0P Molex W W W H H H +VHall Motor ECH50R-08P J W W W +VHall H H H +VHall H H H W W W W W W +VHall H H H Molex F W W W 7A R6 560 C C 68p 50p R7 560 C C4 68p 50p R8 560 C5 C6 68p 50p D SMBJ54A H Chassis_ L uh JP L uh JP L uh JP W W W +50V C 0µ/6V Achtung: Ist die zusätzliche Motorinduktivität L nicht bestückt oder durch die Steckbrücke JP überbrückt, dürfen die Motorfilter-Komponenten (C, C, R6) nicht bestückt sein! Sinngemässauch für L und L gültig. C_W C_W C_W +50V +VHall H H H Tacho H Chassis_ +VHall R6 90R R7 50R IC W 6 Set value speed W Set value speed W 4 5 Set current limit 50/5 W Set current limit 5 W 6 4 W 7 +Vcc 8 Direction +Vcc Direction 9 0 Enable Enable Vcc Hall Do not connect DigIn Hallsensor 4 0 DigIN 5 Hallsensor 6 9 Ready Ready 7 Hallsensor 8 Monitor n DEC Module 50/5 H Chassis_ H4 Chassis_ +VHall R8 40R R 0k R 0k JP4 R 0R R9 0R SG SH SI SJ S SW-SPDT S R0 6R SW-SPDT P 0k +VHall J6 Set value speed 8 7 Set current limit 50/5 6 Direction 5 Enable 4 Ready Tacho Signal ECH50R-08P SE 9 0 SF DIP_SW7 DIP_SW8 DIP_SW9 DIP_SW0 DIP_SW5 DIP_SW6 C 470n C7 µ C4 470n C8 µ C5 470n C9 µ C6 470n C0 µ R 0k T B C 847BPN R4 R5 470R 470R D red D4 green +VHall Set current limit 50/5 (Beispiele). A.A 4.A 6.A 7. A 0 A DIP-SW 7 DIP-SW 8 DIP-SW 9 DIP-SW0 ON ON ON OFF ON ON OFF ON ON OFF ON ON ON OFF OFF OFF OFF ON ON ON OFF OFF OFF OFF DIP-SW 5 DigIN ON ON OFF OFF DIP-SW6 DigIN ON OFF ON OFF Speedrange pole pair 4 pole pairs 8 pole pairs Open loop speed control, % PWM '000 rpm 5...'50 rpm rpm '000 rpm 5...5'000 rpm 6...'500 rpm '000 rpm 5...0'000 rpm 6...0'000 rpm maxon motor control

22 -Q-EC Verstärker DEC Module 50/5 Bild des Evaluationsboards mit DEC Module 50/5: maxon motor Bedienungsanleitung maxon motor control