如何簡化步進電機系統(tǒng)設計

BEMF補償

如果在整個轉速范圍內始終向電機供給相同的峰值電壓，隨著電機轉速增加，電流強度會逐漸降低，因為電機的反電動勢BEMF會顯著降低施加到線圈上的電壓。圖4左邊的波形描述了沒有采用BEMF補償技術的電機工作狀況。從圖中不難看出，隨著電機轉速增加，BEM以線性方式提高，因為線圈上的電壓是實際施加的相電壓與BEMF電壓的差值，所以電流將會降低。

圖4:有BEMF補償電路和無BEMF補償電路的相電流。

為修正BEMF增加對電流的影響，該產(chǎn)品在KVAL系數(shù)中增加一個修正BEMF的因數(shù)。本質上，就是在 KVAL初始設置值中增加一個修正值，以抵消BEMF的影響。由于BEMF直接與轉速成正比，因此這個修正值因數(shù)是一個斜率，根據(jù)這個斜率和電流轉速來計算實時修正值。該產(chǎn)品提供不同的修正值：第一個值是一個標準值，適用于電機從零轉速開始加速運轉，直到相交轉速參數(shù)INT_SPEED設置的最高速度為止。在相交速度之上，可以用兩個附加的斜率調整標準斜率，一個用于恒速運轉和加速度，另一個則用于減速運轉。當 BEMF修正值設置適當時，峰值電流在電機全程轉速范圍內保持恒定，如圖4所示。圖6描述了當一個電機加速運轉時的實際電流波形。

圖5: BEMF修正曲線。

圖6: 有BEMF修正功能的相電流。

電源和相電阻修正

電機的電源電壓和相電阻是另外兩個影響相電流的主要因素。因為控制器采用電壓控制方式，對輸出占空比進行控制，所以這兩個要素之中任何一個發(fā)生變化，都會影響相電流。

當電機沒有穩(wěn)壓電源時，在從電源到電機驅動電路的電壓上會出現(xiàn)大量的脈動電壓。隨著電源電壓變化，電機電流也會波動。如果電源上的脈動電壓很大，當電機電流變得太小時，電機很可能會停止運轉。該控制器內置一個電源電壓修正電路，如圖7所示。在這個電路內，內部模數(shù)轉換器負責測定電源電壓，然后由在數(shù)字內核實現(xiàn)的修正算法計算修正因數(shù)，將其施加到PWM占空比內，使輸出電壓值在整個電源電壓變化范圍內保持恒定。

圖7: 電源修正。

隨著電機發(fā)熱，相阻變化也會直接影響相電流。KTHERM設置用于修正電機內部發(fā)熱導致的相阻變化。驅動器控制器的軟件可以監(jiān)測或估計電機溫度的升高狀況，設置KTHERM值，修正因為溫度升高而引起的電機相阻的變化。例如，可以使用一個簡單的算法測定在運轉間隔時電機停止運轉時的相阻，根據(jù)測量結果調整KTHERM值。

結論

L6470實現(xiàn)的功能讓設計人員可以實現(xiàn)電壓控制式微步進驅動器，修正過去需要采用電流控制式驅動器才能解決的典型的系統(tǒng)問題。從總體上看，系統(tǒng)控制變得更加順暢，沒有電流控制式驅動器的常見限制性問題。使用數(shù)字化電壓控制式PWM方法，可以輕松實現(xiàn)每步最多128微步進 的微步進驅動器。電壓控制式解決方案的正弦波曲線更加精確，位置解析率高于電流控制式方法，電壓控制式操作可大幅降低系統(tǒng)諧振。此外，該器件實現(xiàn)的數(shù)字運動引擎能夠大幅降低系統(tǒng)微控制器的負荷，在多電機應用環(huán)境中，無需另設一個專用微控制器。