汽車動力系統(tǒng)之微步步進電機驅(qū)動器技術(shù)性分析

　　微步步進電機驅(qū)動器的主要作用是提高步進電機的精確率，然而隨著技術(shù)的發(fā)展，微步步進電機驅(qū)動器還能實時進行停轉(zhuǎn)檢測計算，并根據(jù)不同條件來調(diào)節(jié)檢測等級。更有甚者，可以實現(xiàn)靜音驅(qū)動。在汽車動力系統(tǒng)中，微步步進驅(qū)動器已成為不可缺少的一環(huán)。

　　兩大微步步進驅(qū)動器性能PK

　　1.帶轉(zhuǎn)換器的微步驅(qū)動器A4983

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

　　帶轉(zhuǎn)換器的微步驅(qū)動器A4983

　　A4983 是一款完全的微步電動機驅(qū)動器，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 步進模式時操作雙極步進電動機，輸出驅(qū)動性能可達 35 V 及 ±2 安培。A4983 包括一個固定關(guān)斷時間電流穩(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 易于實施的關(guān)鍵。只要在“步進”輸入中輸入一個脈沖，即可驅(qū)動電動機產(chǎn)生微步。該程序中沒有相位順序表、高頻率控制行或復雜的界面。A4983 界面非常適合復雜的微處理器不可用或過載的應(yīng)用。

　　A4983 內(nèi)的斬波控制可自動選擇電流衰減模式（慢或混合）。當一個信號出現(xiàn)在“步進”輸入引腳處，A4983 會確定該步進是否會在每個電動機相位中產(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”（開始對周期達到固定關(guān)斷時間的 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到的電動機噪音、增加步進精確度并減少功耗。

　　2. 帶過流保護的微步驅(qū)動器A4988

　　A4988是帶轉(zhuǎn)換器和過流保護的 DMOS 微步驅(qū)動器。它具有低 RDS（開） 輸出的優(yōu)點，可以自動電流衰減模式檢測/選擇，混合與慢電流衰減模式，對低功率耗散同步整流，內(nèi)部 UVLO，交叉電流保護。兼容邏輯電源3.3～5V，有過熱關(guān)機電路，接地短路保護，加載短路保護。同時有五個可選的步進模式：全、 1/2、1/4、1/8 及 1/16。

　　帶過流保護的微步驅(qū)動器A4988

　　A4988 是一款完全的微步電動機驅(qū)動器，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 步進模式時操作雙極步進電動機，輸出驅(qū)動性能可達 35 V 及 ±2A。A4988 包括一個固定關(guān)斷時間電流穩(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 易于實施的關(guān)鍵。只要在“步進”輸入中輸入一個脈沖，即可驅(qū)動電動機產(chǎn)生微步。無須進行相位順序表、高頻率控制行或復雜的界面編程。A4988 界面非常適合復雜的微處理器不可用或過載的應(yīng)用。

　　在微步運行時，A4988 內(nèi)的斬波控制可自動選擇電流衰減模式（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時間內(nèi)快速衰減，然后在余下的停機時間慢速衰減?；旌纤p電流控制方案能減少可聽到的電動機噪音、增加步進精確度并減少功耗。

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

　　TI的集成型步進電機前置驅(qū)動器

　　該步進電機驅(qū)動器DRV8711支持同類最佳片上微步進分度器的高度可配置性，以及失速檢測與可便捷高效調(diào)節(jié)任何電機的高級電流調(diào)節(jié)功能。外部 MOSFET 可控制步進電機，支持最低熱耗散以及比性能最接近同類競爭產(chǎn)品高 20% 的可擴展輸出電流，允許設(shè)計人員自定義其設(shè)計。這款步進電機前置驅(qū)動器還適用于各種工業(yè)應(yīng)用，包括紡織機械、視頻安全監(jiān)控、ATM 機、機器人、辦公自動化設(shè)備以及舞臺照明等。

　　DRV8711實物圖

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

　　除了以上特性外，DRV8711還具有 易用性與高度可配置性。SPI 接口允許客戶對輸出電流、微步進模式、電流衰減模式以及失速檢測功能進行編程，與同類器件相比，可降低系統(tǒng)復雜性，更加簡化設(shè)計。DRV8711 針對電機過流、前置驅(qū)動器過流、過溫以及欠壓故障情況的保護功能可支持系統(tǒng)保護，并可實現(xiàn)高度的系統(tǒng)可靠性與穩(wěn)健性。

　 延伸閱讀：步進電機微步原理

　　步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。