汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)之微步步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器技術(shù)性分析

　　微步步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要作用是提高步進(jìn)電機(jī)的精確率，然而隨著技術(shù)的發(fā)展，微步步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還能實(shí)時(shí)進(jìn)行停轉(zhuǎn)檢測(cè)計(jì)算，并根據(jù)不同條件來(lái)調(diào)節(jié)檢測(cè)等級(jí)。更有甚者，可以實(shí)現(xiàn)靜音驅(qū)動(dòng)。在汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中，微步步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器已成為不可缺少的一環(huán)。

　　兩大微步步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器性能PK

　　1.帶轉(zhuǎn)換器的微步驅(qū)動(dòng)器A4983

　　A4983是帶轉(zhuǎn)換器的 DMOS 微步驅(qū)動(dòng)器，它具有低 RDS（ON） 輸出的優(yōu)點(diǎn)，可以自驅(qū)電流衰減模式檢測(cè)/選擇，混合與慢電流衰減模式，對(duì)低功率耗散同步整流，內(nèi)部 UVLO，并且可以進(jìn)行交叉電流保護(hù)。兼容邏輯電源3.3～5V，超薄 QFN 封裝，具有過(guò)熱關(guān)機(jī)電路。

　　帶轉(zhuǎn)換器的微步驅(qū)動(dòng)器A4983

　　A4983 是一款完全的微步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，帶有內(nèi)置轉(zhuǎn)換器，易于操作。該產(chǎn)品可在全、半、1/4、1/8 及 1/16 步進(jìn)模式時(shí)操作雙極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，輸出驅(qū)動(dòng)性能可達(dá) 35 V 及 ±2 安培。A4983 包括一個(gè)固定關(guān)斷時(shí)間電流穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可在慢或混合衰減模式下工作。

　　轉(zhuǎn)換器是 A4983 易于實(shí)施的關(guān)鍵。只要在“步進(jìn)”輸入中輸入一個(gè)脈沖，即可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生微步。該程序中沒(méi)有相位順序表、高頻率控制行或復(fù)雜的界面。A4983 界面非常適合復(fù)雜的微處理器不可用或過(guò)載的應(yīng)用。

　　A4983 內(nèi)的斬波控制可自動(dòng)選擇電流衰減模式（慢或混合）。當(dāng)一個(gè)信號(hào)出現(xiàn)在“步進(jìn)”輸入引腳處，A4983 會(huì)確定該步進(jìn)是否會(huì)在每個(gè)電動(dòng)機(jī)相位中產(chǎn)生較高或較低的電流。如果電荷產(chǎn)生較高的電流，則將該衰減模式設(shè)置為“慢”衰減。如果電荷產(chǎn)生較低的電流，則電流衰減設(shè)置成“混合”（開(kāi)始對(duì)周期達(dá)到固定關(guān)斷時(shí)間的 31.25% 設(shè)置為快速衰減，然后將截止剩余周期設(shè)置為慢衰減。）此電流衰減控制方案能減少可聽(tīng)到的電動(dòng)機(jī)噪音、增加步進(jìn)精確度并減少功耗。

　　2. 帶過(guò)流保護(hù)的微步驅(qū)動(dòng)器A4988

　　A4988是帶轉(zhuǎn)換器和過(guò)流保護(hù)的 DMOS 微步驅(qū)動(dòng)器。它具有低 RDS（開(kāi)） 輸出的優(yōu)點(diǎn)，可以自動(dòng)電流衰減模式檢測(cè)/選擇，混合與慢電流衰減模式，對(duì)低功率耗散同步整流，內(nèi)部 UVLO，交叉電流保護(hù)。兼容邏輯電源3.3～5V，有過(guò)熱關(guān)機(jī)電路，接地短路保護(hù)，加載短路保護(hù)。同時(shí)有五個(gè)可選的步進(jìn)模式：全、 1/2、1/4、1/8 及 1/16。

　　帶過(guò)流保護(hù)的微步驅(qū)動(dòng)器A4988

　　A4988 是一款完全的微步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，帶有內(nèi)置轉(zhuǎn)換器，易于操作。該產(chǎn)品可在全、半、1/4、1/8 及 1/16 步進(jìn)模式時(shí)操作雙極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，輸出驅(qū)動(dòng)性能可達(dá) 35 V 及 ±2A。A4988 包括一個(gè)固定關(guān)斷時(shí)間電流穩(wěn)壓器，該穩(wěn)壓器可在慢或混合衰減模式下工作。

　　轉(zhuǎn)換器是 A4988 易于實(shí)施的關(guān)鍵。只要在“步進(jìn)”輸入中輸入一個(gè)脈沖，即可驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生微步。無(wú)須進(jìn)行相位順序表、高頻率控制行或復(fù)雜的界面編程。A4988 界面非常適合復(fù)雜的微處理器不可用或過(guò)載的應(yīng)用。

　　在微步運(yùn)行時(shí)，A4988 內(nèi)的斬波控制可自動(dòng)選擇電流衰減模式（慢或混合）。在混合衰減模式下，該器件初始設(shè)置為在部分固定停機(jī)時(shí)間內(nèi)快速衰減，然后在余下的停機(jī)時(shí)間慢速衰減?；旌纤p電流控制方案能減少可聽(tīng)到的電動(dòng)機(jī)噪音、增加步進(jìn)精確度并減少功耗。

　　提供內(nèi)部同步整流控制電路，以改善脈寬調(diào)制 （PWM） 操作時(shí)的功率消耗。內(nèi)部電路保護(hù)包括：帶滯后的過(guò)熱關(guān)機(jī)、欠壓鎖定 （UVLO） 及交叉電流保護(hù)。不需要特別的通電排序。

　　TI的集成型步進(jìn)電機(jī)前置驅(qū)動(dòng)器

　　該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器DRV8711支持同類(lèi)最佳片上微步進(jìn)分度器的高度可配置性，以及失速檢測(cè)與可便捷高效調(diào)節(jié)任何電機(jī)的高級(jí)電流調(diào)節(jié)功能。外部 MOSFET 可控制步進(jìn)電機(jī)，支持最低熱耗散以及比性能最接近同類(lèi)競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品高 20% 的可擴(kuò)展輸出電流，允許設(shè)計(jì)人員自定義其設(shè)計(jì)。這款步進(jìn)電機(jī)前置驅(qū)動(dòng)器還適用于各種工業(yè)應(yīng)用，包括紡織機(jī)械、視頻安全監(jiān)控、ATM 機(jī)、機(jī)器人、辦公自動(dòng)化設(shè)備以及舞臺(tái)照明等。

　　DRV8711實(shí)物圖

　　DRV8711可自定義的驅(qū)動(dòng)器級(jí)：柵極驅(qū)動(dòng)器支持每 400mA 汲極電流下高達(dá) 200mA 的源極電流，并支持可調(diào)壓擺率、空載時(shí)間與導(dǎo)通時(shí)間，可充分滿足應(yīng)用需求。該器件可驅(qū)動(dòng)支持內(nèi)建充電泵的外部 N 通道 MOSFET，從而可提供更多設(shè)計(jì)選項(xiàng)以及更低成本的解決方案。其流暢的運(yùn)動(dòng)曲線可實(shí)現(xiàn)更高的性能：采用支持達(dá) 1/256 微步進(jìn)性能的集成型微步進(jìn)分度器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。此外，DRV8711自適應(yīng)消隱時(shí)間與各種電流衰減模式（包括慢、快、混合與自動(dòng)混合衰減）可實(shí)現(xiàn)流暢的運(yùn)動(dòng)曲線，從而可優(yōu)化電機(jī)性能。設(shè)計(jì)人員既可通過(guò)內(nèi)部失速檢測(cè)特性輕松檢測(cè)失速情況，也可通過(guò)處理可選反電動(dòng)勢(shì) （BEMF） 輸出來(lái)檢測(cè)失速情況，并通過(guò)外部控制器采取糾正措施。這可幫助設(shè)計(jì)人員最大限度降低電機(jī)失速干擾；

　　除了以上特性外，DRV8711還具有 易用性與高度可配置性。SPI 接口允許客戶對(duì)輸出電流、微步進(jìn)模式、電流衰減模式以及失速檢測(cè)功能進(jìn)行編程，與同類(lèi)器件相比，可降低系統(tǒng)復(fù)雜性，更加簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。DRV8711 針對(duì)電機(jī)過(guò)流、前置驅(qū)動(dòng)器過(guò)流、過(guò)溫以及欠壓故障情況的保護(hù)功能可支持系統(tǒng)保護(hù)，并可實(shí)現(xiàn)高度的系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)健性。

　 延伸閱讀：步進(jìn)電機(jī)微步原理

　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。