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TMC2100 / TMC2130 / TMC2208 are here

TMC (TMC2100 / TMC2130 / TMC2208) family are here!

These famous silent stepper drivers integrate the following advanced features:

Features in detail:

Here is the description of each feature

  • StealthChop & Spreadcycle

StealthChop allows to have silent and performant stepper motors 

Stepper motors running at low speed show a phenomenon called magnetostriction producing high pitch audible frequencies.

The driver is regulating the voltage modulation of the motor in order to minimize current fluctuations. The resulted noise level is around 10dB(A) which is lower than standard modes.

The Stealthchop performances are described in details here: Pdf available here

Torque Comparison between StealthChop vs Spreadcycle (disponible en pdf ici)

TMC SpreadCycle Vs Stealthchop comparison chart

Comparison chart between both modes SpreadCycle Vs Stealthchop

Here is a summary chart showing you which mode is better suited for your application

For low speeds and average acceleration: use mode Stealthchop

For average/fast speeds and accelerations : prefer mode SpreadCycle

SpreadCycle & Stealthchop comparison chart, pros and cons

SpreadCycle & Stealthchop. Pros and cons

here is the official video about Stealthchop and SpreadCycle

  • Stallguard2 & Coolstep

– full documentation of StallGuard2 & Coolstep available here

Stallguard2 Allows to senselessly measure with high precision the load resistance using back EMF feedbacks inside the motor coils.

In order to get reliable measurements, the stepper motor must work in micro stepping mode.

Coolstep adapts the current inside the coils based on the load on the motor shaft measured  Stallguard2 . The energy consumption can be reduced by 75%. Heat dissipation is also greatly impacted.

Here is another official video showing Stallguard and Coolstep modes

About Coolstep:

When an open loop driver is about to loose a step feature DcStep will reduce the motor speed in order to adapt to the load. DcStep maintains the motor position and step count.

A working range is needed in order to make sure the feature is functioning properly so that the motor torque and speed are maintained in a reasonable range.

With this feature, the stepper motor is acting as a DC motor in terme of energy efficiency.Meaning that the speed is reduced if the load is too high in order to increase motor’s torque.This allows to keep the motor position and step counts.

This mode is used in average or high speed ranges

Here is a graphic showing the working range of DcStep

Plage d'application du mode DcStep des drivers TMC

Plage d’application du mode DcStep des drivers TMC

SPI cable for TMC2130

This cable is compatible with Ramps 1.4 / MKS GEN 1.4 / MKS GEN-L and is available here

It allows to connect 2 TMC2130 drivers to the SPI port (often used for X/Y axis).

TMC2130 SPI cable for 2 motors

it’s connected to the AUX-3 of the Ramps 1.4 board

Special Note about the SPI cable:

With Ramps 1.4 Using this as is requires that you don’t use any LCD screen as the SPI channel will be used / link with the LCD screen. You can still use this port + LCD screen if you somehow manage to attach the wire on top of the LCD connector bread board.

If you are using MKS GEN boards, you will have a separate sets of pins available and you will be able to use LCD screen without soldering.

Note however that pin D49 (black wire) is used for the SD card detect pin so it will be already in use when you will configure your Y axis driver!

Also note that pin D53 (Blue wire) is used for the SD card Init pin so it will be already in use when you will configure your X axis driver!

The workaround is to remove the black wire from the 2×4 pins connector and connect it to pin D44 on the AUX-2 .

Same for for the blue wire, connect it to D42 on the Aux-2

Tip with the Dupont housing:  With the TMC2100 drivers you should already have a 4 pins cable with separate pins. You can remove 1 single pin black dupont connector housing and use it on the black wire you have just rewired.

On marlin side you just have to reroute the D49 pin to D44 and D53 into pin D42

Go into pins_RAMPS.h around

change

#define Y_CS_PIN 49

by

#define Y_CS_PIN 44

Marlin workaround 2Way spi wable Ramps 1.4

Also change

#define X_CS_PIN 53

by

#define X_CS_PIN 42

Marlin workaround 2Way spi wable Ramps 1.4

TMC Comparison chart

TMC2130 comparison chart

 

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Les TMC2100 / TMC2130 / TMC2208 sont arrivés

La famille des TMC (TMC2100 / TMC2130 / TMC2208)  sont arrivés enfin!

Ces fameux drivers moteur silencieux qui intègrent les fonctions suivantes:

Les fonctions en détail:

C’est bien beau tous ces noms mais de quoi parle-t-on exactement et quels effet ont ces différents fonction sur vos moteurs

Voyons le détails de chaque fonction

  • StealthChop  & Spreadcycle

StealthChop  permet d’obtenir un moteur pas à pas silencieux et performant.

Les moteurs pas à pas tournant à basses vitesses montrent un phénomène de magnétostriction qui produit des sons audible de hautes fréquences.

Le driver régule la modulation de voltage du moteur afin de minimiser les fluctuations de courant. On obtient des niveaux de bruit de 10dB(A) ce qui est bien en dessous des niveaux classique.

Les performances du mode Stealthchop: Disponible en pdf ici

Tests de comparaison du couple des modes StealthChop  vs  Spreadcycle  (disponible en pdf ici)

TMC SpreadCycle Vs Stealthchop comparison chart

Tableau comparatif des modes SpreadCycle Vs Stealthchop en fonction du couple pour les drivers TMC

Voici le tableau comparatif des 2 modes, les pour et les contres:

Pour résumer:

A basse vitesse et accélérations modérées: préférer le mode Stealthchop

A haute vitesse et accélérations plus importantes: préférer le mode SpreadCycle

Tableau comparatif des modes SpreadCycle & Stealthchop

Tableau comparatif des modes SpreadCycle & Stealthchop. Les + et les –

Voici une vidéo qui explique le fonctionnement de Stealthchop et SpreadCycle

  • Stallguard2 & Coolstep

– Documentation complète sur le mode StallGuard2 & Coolstep disponible ici

Stallguard2 Permet de mesurer à très grande précision la résistance d’une charge sans capteur en utilisation le retour EMF des bobinages des moteurs.

Dans le détail Stallguard2  mesure la différence entre l’énergie qui passe dans le moteur et l’énergie utilisée pour se déplacer. Les pertes résistives dans les bobines induisent un offset.

Cet offset peut varier avec la température du moteur.

Afin que la mesure soit le plus précis possible, le moteur doit fonctionne en mode micro stepping.

Coolstep est un mode qui adapte le courant dans les bobines en fonction de la charge du moteur mesuré par la fonction Stallguard2 . La consommation d’énergie peut être réduite de 75%. La dissipation de chaleur induite est également réduite.

Lorsqu’un moteur est fabriqué pour fournir son couple utile pour 80% du courant max, ses pertes résistives sont réduites de 64% lorsque 80% de son couple est disponible.

Une autre vidéo de Trinamic qui explique le fonctionnement de Stallguard et Coolstep

Vidéo spécial sur Coolstep:

Lorsqu’un driver moteur à boucle ouverte va perdre des pas lors d’une surcharge, la fonction DcStep va réduire la vitesse afin de palier à la surcharge. A cette fin DcStep maintient de façon unique la position  du moteur. C’est une solution qui permet de se passer d’un circuit à boucle fermée onéreux.

Afin de garantir ce fonctionnement, la plage de fonctionnement est restreinte de telle manière que le couple du moteur et sa vitesse soient maintenues dans une plage de niveau acceptable.

Avec cette fonction le moteur réagit comme une moteur DC en terme d’efficacité énergétique. C’est à dire que la vitesse du moteur va diminuer si la charge est trop importante et s’adapter au couple maximum du moteur. Ceci permet de conserver intégrité de la position du moteur au détriment des variations de vitesses liées aux charges trop importantes.

Ce mode est utilisé dans les plages de vitesse moyenne et importantes.

voici un graphique qui montre les plages d’utilisation du mode DcStep

Plage d'application du mode DcStep des drivers TMC

Plage d’application du mode DcStep des drivers TMC

Câble SPI pour le 2130

Un câble SPI compatible Ramps 1.4 / MKS GEN 1.4 / MKS GEN-L est disponible ici

Il permet relier 2 drivers TMC2130 (souvent pour les axes X et Y).

TMC2130 SPI cable for 2 motors

Il se connecte sur le port AUX-3 de la carte Ramps 1.4

Note spéciale à propos du câble SPI double driver:

Avec les cartes Ramps 1.4 , l’utilisation du connecteur SPI nécéssite que l’afficheur LCD ne soit pas utilisé car ce dernier utilise le connecteur SPI. VOus pouvez cependant vous connectez comme vous pouvez par dessus la carte fille de l’afficheur LCD en soudant des rallonges de pins au autre .

Si vous utilisez les cartes MKS GEN , Vous aurez access au connecteur AUX-3 tout en pouvant utiliser l’afficheur LCD.

Notez cependant que la pin D49 (Cable noir) est utilisée par la pin de détection de la carte SD , donc elle sera déjà utilisée par le firmware lorsque vous voudrez configurer votre driver Y.

La pin D53 quand à elle est utilisée pour l’initialisation de la carte SD. donc elle sera déjà utilisée par le firmware lorsque vous voudrez configurer votre driver X.

Le workaround est de retirer le cable noir du connecteur 2×4 pins et de le connecter sur la pin D44 au niveau de l’ AUX-2 .

Idem pour le câble bleu, retirez le et connectez le sur D42 de l‘AUX-2

Astuce par rapport au connecteur dupont 1 pin:  Avec les drivers TMC2100 vous devriez avoir déjà un câble 4 pins simple avec les 4 pins indépendantes . Vous pouvez donc ré-utiliser un des connecteurs noir d’un de ces câble pour l’utiliser sur le câble noir que vous venez de recâbler.

Ramps 1.4 2Way SPI cable workaround

AU niveau de marlin, il vous reste à re-router la pin D49 vers la pin D44 idem pour D53 vers D42

Ouvrez pins_RAMPS.h vers la ligne 102

changez

#define Y_CS_PIN 49

par

#define Y_CS_PIN 44

Marlin workaround 2Way spi wable Ramps 1.4

A la ligne 95, changez

#define X_CS_PIN 53

par

#define Y_CS_PIN 42

Marlin workaround 2Way spi wable Ramps 1.4

TMC Comparison chart

Tableau comparatif

Voici un tableau comparatif des différents modèles:

TMC2130 comparison chart