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FYSETC - TMC5160 stepper driver 준비 중 본문

3D 프린터/3D 프린터 관련 정보

FYSETC - TMC5160 stepper driver 준비 중

elsa in mac 2019.01.09 14:00

 

FYSETC에서 차기 pololu stepper driver인 TMC5160을 준비중인 것 같습니다 . 오늘 셈플 드라이버 사진이 올라왔습니다. 

현재 TMC 계열 칩은 2100를 지나 2208과 2130이 대중적인 사용자층을 형성하고 있죠. 이 둘이 아주 교묘하게 기능을 양분하고 있습니다. 2208의 경우에는 stealthchop2 기능을 가지고 있어 속도에 따라 자동으로 current를 조절할 수 있는 강점이 있는 반면  2130의 경우에는 2100에 적용된 기존의 stealthchop 기능을 갖고 있는 대신 sensorless homing 기능을 사용할 수 있는 stallguard2 기능을 포함하고 있습니다.  따라서, 2208을 사용할 경우에는 sensorless homing 기능을 사용할 수 없고, 2130의 경우에는 stealthchop 기능을 사용할 경우 고속 기동 시 Skip 오류가 발생할 수 있습니다.  또 2208은 UART, 2130은 SPI로 지원하는 인터페이스를도 상이합니다. 

이 둘의 장점을 모두 하나로 통합한 Chip이 TMC5160 입니다.
이 칩은 작년 4월 경에 출시가 되었는데요.. 일단 2208이나 2130과는 급이 다른 칩 입니다. 2208, 2130은 단순 Stepper Driver 이지만, 5160은 Controlled Stepper Driver 급입니다. Stealthchop2, Stallguard2, Stall Detection, Spreadcycle, UART, SPI 모두를 사용할 수 있으며, 최대 60V, 20A rated current를 지원하는 Stepper Motor를 사용할 수 있고, 더욱이 내부에 sixPoints RAMP Generator 즉, Motion Controller를 자체 내장하고 있어, 3D프린터 컨트롤러에서 펌웨어로 구현한 Motion planner를 사용하지 않고 TMC 칩 자체의 Planner를 직접 사용할 수 있습니다.  일반적으로 stepper driver chip은 Step/Direction Pin을 통해 모터를 제어하고 Motion planner도 컨트롤러의 펌웨어에서 지원을 하지만, 이 칩은 자체 Motion Planner를 가지고 있기 때문에 기존의 방식처럼 Step Signal 이나 Direction Signal을 보낼 필요가 없습니다. 이는 보다 빠르고 정확한 Motion planner를 사용할 수 있고, stepping을 위한 Controller CPU 부하를 감소시킬 수 있는 매우 큰 장점이 있습니다.   물론 이 칩은 Step/Direction 또는 RAMP Generator 중 어떤 것을 사용할지를 외부 Pin을 통해 설정할 수 있습니다. 최대 20A 지원이라는 것은 외장 MOSFET을 통한 것이고 Chip이 폭발하지 않는 수준의 발열에서 끌어 낼 수 있는 최대 A입니다. 숫자가 높을 수록 좋기는 하지만, 어디까지나 Business Description일 뿐 실제 구현에서는 주변의 여건 상 횔씬 하향된 수준을 제공하는 것이 일반적 입니다. 실기에서는 대략 RMS기준으로 3A 미만을 지원할 것 같습니다.  그래도 TMC2130보다 3배 높은 수치 입니다. 

TMC5160 이미지
독일 TRINAMIC사의 TMC5160 칩

2208이나 2130 보다 훨씬 높은 rated current를 지원하기 때문에 발열이 훨씬 높아 pololu style로 만드는 것이 적정한 것인가는 의문 입니다. 

보통은 2A 이상을 지원하는 드라이버들은 PCB에 직접 실장하여 넓은 면적의 PCB copper layer를 통해 방열을 하는 것이 효과적이죠. Sample이 제작되었기는 하지만, 이것이 시장에 바로 풀릴지는 미지수 입니다. 아직 이를 지원할 만한 공식적인 Controller도 Firmware도 모두 부재하기 때문인데요.. Duet3D에서도 차기작인 Duet3에서 TMC5160을 채용할 것으로 알려져 있습니다.   

Duet 3 이미지
최근에 공개한 Duet3D에서 개발 중인Duet3의 Teaser 이미지 - 6채널의 TMC5160을 탑재하고 있다.

하지만, Watterrot에서도 TMC5160 SilentStepStick 발표를 예고하고 있는 것을 보면, 일반 3D 프린터에서 사용할 때는 발열에는 큰 무리는 없는 것 같습니다. 

이 칩을 적용한 컨트롤러는 Open H/W 인 Heteromycin 도 있습니다. 

TMC5160 Driver 모듈은 FYSETC에서 최초로 만들고 있는 것은 아니고, 최근에 BIQU에서 먼저 20달러의 가격으로 공식 출시를 했습니다. 

FYSETC와의 차이점은 dupont Pin의 배치로, BIQU 모듈은 가로로 긴 반면, FYSETC 모듈은 ㄷ자 모양으로 배열을 했습니다. 

모듈이 개당 20달러에 육박하기 때문에 X/Y/Z/E 4채널만 사용해도 80달러에 육박하니, 대중적인 솔루션이라고는 말 할 수 없을 것 같고.. 좀 더 높은 사양을 원하는 일부 사용자 층을 겨냥한 것이라 할 수 있을 것 같습니다. 

현재 Marlin을 지원하는 teemuatlut의 TMCStepper library는 아직 공식적으로 TMC5160을 지원하지는 않습니다만, TMC2130의 Register들이 TMC5160과 거의 동일하기 때문에, 2130으로 설정하고 사용해도 되지 않을까 생각됩니다. 

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2019.03.29 - BIQU - TMC5160 Driver 출시

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