TMC4671 Datasheet • IC Version V1.00 | Document Revision V1.04 • 2018-Dec-11
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Contents
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Order Codes
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Functional Summary
FOC Basics
3.1 Why FOC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2 What is FOC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Why FOC as pure Hardware Solution? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4 How does FOC work? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5 What is Required for FOC? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.5.1 Coordinate Transformations - Clarke, Park, iClarke, iPark . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.5.2 Measurement of Stator Coil Currents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.5.3 Stator Coil Currents I_U, I_V, I_W and Association to Terminal Voltages U_U, U_V, U_W 10
3.5.4 Measurement of Rotor Angle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.5.5 Measured Rotor Angle vs. Magnetic Axis of Rotor vs. Magnetic Axis of Stator . . . . . 11
3.5.6 Knowledge of Relevant Motor Parameters and Position Sensor (Encoder) Parameters 12
3.5.7 Proportional Integral (PI) Controllers for Closed Loop Current Control . . . . . . . . . . 12
3.5.8 Pulse Width Modulation (PWM) and Space Vector Pulse Width Modulation (SVPWM) . 12
3.5.9 Orientations, Models of Motors, and Coordinate Transformations . . . . . . . . . . . . 13
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Functional Description
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4.1 Functional Blocks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.2 Communication Interfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2.1 SPI Slave User Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.2.2 TRINAMIC Real-Time Monitoring Interface (SPI Master) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4.2.3 UART Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
4.2.4 Step/Direction Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2.5 Single Pin Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.3 Numerical Representation, Electrical Angle, Mechanical Angle, and Pole Pairs . . . . . . . . . 20
4.3.1 Numerical Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3.2 N_POLE_PAIRS, PHI_E, PHI_M . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.3.3 Numerical Representation of Angles PHI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.4 ADC Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.4.1 ADC Group A and ADC Group B . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.4.2 Internal Delta Sigma ADCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.4.3 External Delta Sigma ADCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5 Delta Sigma Configuration and Timing Configuration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5.1 Internal Delta Sigma Modulators - Mapping of V_RAW to ADC_RAW . . . . . . . . . . . 27
4.5.2 External Delta Sigma Modulator Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.5.3 ADC Configuration - MDAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.6 Analog Signal Conditioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
4.6.1 FOC3 - Stator Coil Currents I_U, I_V, I_W and Association to Terminal Voltages U_U,
U_V, U_W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.6.2 Stator Coil Currents I_X, I_Y and Association to Terminal Voltages U_X, U_Y . . . . . . . 33
4.6.3 ADC Selector & ADC Scaler w/ Offset Correction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.7 Encoder Engine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7.1 Open-Loop Encoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7.2 Incremental ABN Encoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.7.3 Secondary Incremental ABN Encoder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.7.4 Digital Hall Sensor Interface with optional Interim Position Interpolation . . . . . . . . 37
4.7.5 Digital Hall Sensor - Interim Position Interpolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.7.6 Digital Hall Sensors - Masking and Filtering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
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