Robotik-Anwendungen mit GaN Weltweit kleinste galvanisch isolierte Modulatoren zur Motorsteuerung

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Texas Instruments ergänzt das Portfolio isolierter A/D-Wandler mit einer Reihe galvanisch isolierter Modulatoren, die die industrieweit ersten Produkte dieser Art sein sollen. Die analogen ICs messen Ströme und Spannungen mit einer Auflösung von 12 bis 14 Bit ENOB und ermöglichen Robotern so die Ausführung kleinteiliger und komplexer Aufgaben.

Texas Instruments hat eigenen Angaben zufolge die branchenweit ersten galvanisch isolierten Modulatoren für präzisere Motorsteuerungen von Robotern auf den Markt gebracht. Die Delta-Sigma-Stromwandler AMC0106M05 und AMC0106M25 sowie der isolierte Spannungswandler AMC0136 ermöglichen eine präzisere Strom- und Spannungsmessung. Die effektive Auflösung liegt bei 12 bis 14 Bit (ENOB), im Vergleich dazu bieten aktuelle analoge Lösungen 8 bis 11 Bit. Durch die höhere Messgenauigkeit lassen sich niedrigere Strom- und Spannungspegel detektieren, was für diffizile Roboterfunktionen und -bewegungen wichtig ist.

Die isolierten Modulatoren verbessern die Störfestigkeit und die Offset-Drift auf Systemebene mit einer Gleichtakt-Transienten-Immunität (CMTI) von 150 V/ns. Eine digitale Schnittstelle sorgt dafür, dass das Umschalten der Pulsweitenmodulation die Messgenauigkeit nicht beeinträchtigt. Dadurch können Roboterentwickler Schaltgeschwindigkeiten von 50 V/ns oder mehr für hocheffiziente Galliumnitrid-Motoren verwenden. Der hohe CMTI verhindert zudem Datenverfälschungen und Leistungseinbußen, da er das Rauschen aus der Versorgungsmasse minimiert, das den Mikrocontroller beim Schalten stört.

Die Modulatoren kommen im VSON-Gehäuse (Very thin Small-Outline) mit 8 Pins und Abmessungen von 3,5 mm x 2,7 mm. Das entspricht einer Größenreduzierung der Sensorlösung um mehr als 50 Prozent im Vergleich zu anderen Modulatoren. Der kleinere Formfaktor ermöglicht auch kleinere Leiterplatten und entsprechend verringerte Roboterdimensionen.

Die in den Leadless-Gehäusen angebotenen Modulatoren ermöglichen zudem eine fein abgestimmte Motoransteuerung mit gleichmäßigem Drehmomentverlauf, während sich der Platzbedarf und die Kosten von Niederspannungs-Roboterdesigns (<60 V) verringern.

Was ist das Neue daran?

Entwickler stehen heute vor der Herausforderung, intelligentere Roboter für die Ausführung kleinteiligerer Arbeiten zu konstruieren. Die galvanisch isolierten Modulatoren geben Roboterentwicklern die Möglichkeit, in kleineren, ausgefeilteren Schaltungen für eine präzise Motorsteuerung und den nötigen Systemschutz zu sorgen.

Die hohe Genauigkeit erlaubt Robotern die Ausführung komplexer Aufgaben, wie etwa das Einfädeln einer Nadel oder die Handhabung kleiner Schrauben und Muttern. Dank ihrer kleinen Abmessungen von 3,5 mm x 2,7 mm benötigen die Modulatoren 50 Prozent weniger Leiterplattenfläche als konkurrierende Lösungen mit verstärkter Isolation. Dies gibt Entwicklern mehr Platz für den Einbau zusätzlicher Funktionen, die für eine präzise Steuerung und einen zuverlässigen Betrieb in kompakten Roboter-Anwendungen sorgen.

„Diese Modulatoren ermöglichen Entwicklern die Verbesserung der Genauigkeit und Produktivität von Robotik-Anwendungen in neuen Anwendungsfällen und kleineren Formaten, von der Fabrikhalle bis zum Operationssaal“, erläutert Karthik Vasanth, Vice President und General Manager of Data Converters and Clocks bei TI.

„Während beispielsweise humanoide Roboter in der Vergangenheit nur einfache Aufgaben erledigen konnten, sind sie dank unserer neuen funktionsisolierten Modulatoren jetzt in der Lage, anspruchsvollere und präzisere Arbeiten zu übernehmen“, führt er weiter aus.

Als Hilfestellung für Entwickler gibt es Evaluierungsmodule für alle drei Modulatoren sowie Referenzdesigns und Simulationsmodelle. Die Eingangsspannungsbereiche liegen bei ±50 mV (AMC0106M05), ±250 mV (AMC0106M25) und ±1V (AMC0136).(kr)

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