步進(jìn)電機(jī)控制器/驅(qū)動(dòng)器優(yōu)化步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電壓控制式微步進(jìn)

通常情況下，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路是電流式控制設(shè)計(jì)，電流控制器監(jiān)測(cè)并控制繞組電流強(qiáng)度。這種結(jié)構(gòu)讓設(shè)計(jì)人員能夠在寬轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持所需的轉(zhuǎn)矩，而且電源電壓波動(dòng)很小。這種設(shè)計(jì)非常適合全步和半步驅(qū)動(dòng)器，而且也易于實(shí)現(xiàn)。很多設(shè)計(jì)人員避免在微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器中使用電壓控制方式，因?yàn)殡娫措妷鹤兓瘜?dǎo)致峰流有很大變化，而且，隨著轉(zhuǎn)速提高，電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)（EMF ）也會(huì)增強(qiáng)。不過，利用數(shù)字控制技術(shù)可以修正這些不利因素。

為實(shí)現(xiàn)這種電壓控制式驅(qū)動(dòng)電路，需要利用一個(gè)PWM計(jì)數(shù)器/定時(shí)器電路來控制輸出脈寬，以數(shù)字方式設(shè)置輸出占空比。L6470通過在電機(jī)繞組上施加電壓來控制相電流。雖然不能直接控制相電流的幅度，但是，相電流與相電壓的大小、負(fù)載、轉(zhuǎn)矩、電機(jī)電學(xué)特性和轉(zhuǎn)速密切相關(guān)。有效輸出電壓與電機(jī)電源電壓和KVAL系數(shù)的積成正比。KVAL的取值范圍是電源電壓的0%到100%。在微步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器中，這個(gè)最大值再乘以調(diào)制指數(shù)，可產(chǎn)生所選步數(shù)的正弦波。峰值電壓由下面的公式得出：

VOUT = VS ?KVAL

KVAL值由下面的公式得出：

KVAL = (Ipk x R)/Vs

其中:

Ipk = 所需的峰流

Vs = 典型電源電壓

R = 電機(jī)繞組電阻

該器件的寄存器支持加速度、減速度、恒速運(yùn)轉(zhuǎn)和保持位置等不同的 KVAL設(shè)置，在運(yùn)動(dòng)曲線每個(gè)部分輕松實(shí)現(xiàn)不同的轉(zhuǎn)矩設(shè)置。

BEMF補(bǔ)償

如果在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)始終向電機(jī)供給相同的峰值電壓，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，電流強(qiáng)度會(huì)逐漸降低，因?yàn)殡姍C(jī)的反電動(dòng)勢(shì)BEMF會(huì)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(bǔ)償技術(shù)的電機(jī)工作狀況。從圖中不難看出，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，BEM以線性方式提高，因?yàn)榫€圈上的電壓是實(shí)際施加的相電壓與BEMF電壓的差值，所以電流將會(huì)降低。

圖 4:有BEMF補(bǔ)償電路和無BEMF補(bǔ)償電路的相電流

為修正BEMF增加對(duì)電流的影響，該產(chǎn)品在KVAL系數(shù)中增加一個(gè)修正BEMF的因數(shù)。本質(zhì)上，就是在 KVAL初始設(shè)置值中增加一個(gè)修正值，以抵消BEMF的影響。由于BEMF直接與轉(zhuǎn)速成正比，因此這個(gè)修正值因數(shù)是一個(gè)斜率，根據(jù)這個(gè)斜率和電流轉(zhuǎn)速來計(jì)算實(shí)時(shí)修正值。該產(chǎn)品提供不同的修正值：第一個(gè)值是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，適用于電機(jī)從零轉(zhuǎn)速開始加速運(yùn)轉(zhuǎn)，直到相交轉(zhuǎn)速參數(shù)INT_SPEED設(shè)置的最高速度為止。在相交速度之上，可以用兩個(gè)附加的斜率調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)斜率，一個(gè)用于恒速運(yùn)轉(zhuǎn)和加速度，另一個(gè)則用于減速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng) BEMF修正值設(shè)置適當(dāng)時(shí)，峰值電流在電機(jī)全程轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)保持恒定，如圖4所示。圖6描述了當(dāng)一個(gè)電機(jī)加速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的實(shí)際電流波形。

圖5: BEMF修正曲線