返回主站 | 设为首页 | 加入收藏      
   
 
  首页 关于我们 产品展示 方案设计 技术分享 行业资讯 联系我们  
 
马达驱动IC/步进电机控制芯片
直流电机驱动芯片
步进电机驱动芯片(并行接口)
步进电机驱动芯片(步进/方向接口&串行接口)
方案设计
功放IC
音量控制IC
TFT-Driver IC
TFT-LCD 时序控制IC
触摸屏控制IC
LED照明驱动IC
锁相环IC
USB声卡IC
功率半导体器件
STN Driver IC
视频IC
HDMI IC
FM解调IC
模拟开关阵列IC
LCD显示驱动IC
马达驱动IC/步进电机控制芯片
电源管理IC
电容式触摸感应IC
LED音乐频谱IC
音频CODEC IC
Lightning闪电数据接口IC
双通道D/A数模转换芯片
 
名称:
种类:
类别:

业务洽谈:

联系人:潘波 
手机:13713728695 
QQ:3003207580 
EMAIL:panbo@szczkjgs.com

联系人:张顺平 
手机:17727550196 
QQ:3003262363
EMAIL:zsp2018@szczkjgs.com

联系人:姚红霞 
手机:17727550195
QQ:3003214837
EMAIL:3003214837@qq.com

负责人联络方式:
QQ:784941831
手 机:13242913995
E-MAIL:panxia168@126.com
联系人:潘侠

 
当前位置:首页 -> 方案设计
让有刷 DC 或双极步进马达驱动变得更容易
文章来源:永阜康科技 更新时间:2018/7/23 13:09:00

众所周知,步进马达能够在开环条件下进行电流变向的同时,还能对速度和位置实施精确的控制。因此,在谈到电子驱动的简便性时,步进马达具有无与伦比的优势。另外,同许多由一些有刷 DC 马达或者三相无刷 DC 马达组成的类似伺服驱动器相比,它还具有另一种与身具来的能力:指定位置保持。

但是,步进马达也存在一系列的弊端。最大的问题便是共振。这是步进马达的一种特性,即指定某个步长后,转子就位时,便会出现一定的振荡。如果要实现开环运行,则出现这种现象的原因是使用了过多的电流。如果使用的电流大小刚刚好,则每一步都会落在正确的位置上,不会有任何振荡出现。

但不幸的是,这也意味着随着扭矩的变化,其会引入少许的丢失步长或者振动。就此而言,速度和位置精度都会大大降低。使用比实际需要更多的电流是一种常见方法,因为这样做可以保持步进电机驱动的开环特性。

那么,如何消除这种讨厌的振动呢?如果我们分析这种现象的根本原因,便会发现问题在于角穿越距离。由于转子需要移动很多,因此它不断地移动,即使在我们想让它停止时也是如此。通过让步距变得越来越小,我们可以最小化这些振动产生的影响。

通过设计,步进马达出厂时每转便有若干步长,其本质上硬连接至其机械性能。如果步进马达每转有200个步长,则在指定步长以后它会始终移动一转(1.8度)的第200个步长。为了让这种弧形移动量更小,共有两个选择:1)制造一种每转更多步长的马达;或者2)对电流进行调制。一旦我们选择某个特定的马达,电流调制便成为我们唯一的备选方法。

微步进

调制绕组电流强度,会改变产生自步进马达定子的磁场大小,使其在转子上推拉。如果我们让这些磁场的强度只为最大可能磁场(用于全步换向)的一小部分,则由此产生的电动势便为全部力的一小部分。因此,步进马达仅移动全步的一小部分,即微步进。

现在,很容易计算出我们马达的微步进级别。将全步电流强度分成八个更小的电流量级后,马达绕组受制于八个微步进度。换句话说,我们将1.8度除以8-因此每个微步现在便为0.225度。图1显示了通过在零和最大电流设置之间产生多个电流电平(典型正弦波波形后面),将一个全步分成八个微步的过程。

图 1 通过调节零和最大电流之间的电流,我们可以将一个全步分成多个微步。一般会使用一个正弦波形。

尽管实现微步进的好处有很多,其中之一便是稍稍提高的位置精度,但最终目标却是解决每个全步固有振动所带来的问题。微步进的这个方面才是广大设计人员所最为受益的。运动控制驱动器上使用的微步进度数越多,获得的运动也就越温和。这种效果在慢速条件下最有价值。

那么,我们如何将微步进顺利地嵌入到我们的应用中呢?您会取出您的数字信号处理器 (DSP) 或者复杂的微控制器单元 (MCU),对您的数模转换器 (DAC) 编码生成一对正弦/余弦波形,编写几个中断子程序以正确地对相位生成计时,最后使用该固件来控制两个全H桥接,同时为双极步进马达的两个绕组供电。然而,这是一个相当复杂的过程。

安全保护步进马达控制器

DRV8824DRV8825 等步进马达控制器均可以支持多达32度微步进的应用,并且无需任何编码。作为这种器件逻辑的一部分,一个内部分度器产生步进马达正确双向变向所需的所有波形。一个STEP输入的简单方波控制后续步,而DIR输入规定旋转的方向。图2显示了如何将这种复杂的实现压缩成一种单片解决方案。

图 2 具有双极步进马达控制用双功率级的一个处理单元,可以集成到一个单片解决方案中。

这两种器件都为 100% 的引脚对引脚兼容,通过可编程最大电流服务于步进马达。利用下列方程式,模拟输入、VREF以及一个外部"检测"电阻器,用于规划所需正弦波峰值电流:

ITRIP = VREF / (5 * RSENSE).

只要有足够的 PCB 散热能力,DRV8824 能够提供高达 1.6 A 每相,而 DRV8825能够处理高达 2.5 A 每相。为什么电流足够低时却仍要付出大电流的代价呢?

如果需要32度以上的微步进,或者要求应用100%无抖动,步进马达达到这种状态的唯一方法是使用256度微步进高分辨率。

在这种情况下,一个没有内部分度器(利用它,您可以实时地控制基准电压)的器件,允许正弦/余弦波形直接运用于功率级。换句话说,您必须回到图2所示的处理器和双功率级实现。

获得更好的微步进分辨率,是远离集成与单片解决方案的主要原因之一。但是,这种实现还有另外一种灵活性即更好的热阻抗,以及提供更多电流或者驱动更强负载的能力。

为了证明这一点,让我们从正在讨论的低电流版集成微步进驱动器开始。通过单芯片器件驱动的电流非常之大,而出现这种现象的主要原因是更高的FET RDSon。H桥不断地向马达提供电流,而器件的内部功耗等于I^2 * R,其中:

I为RMS,即平均绕组电流

R为饱和状态FET电阻,即RDSon

根据产品说明书,DRV8824的FET RDSon可以高达0.9欧姆。假设我们想对一个1.6 A峰值电流的马达实施微步进操作,则导电期间每个H桥的最大功耗计算方法如下:

P = I^2 * R = (1.6A * .707)^2 * 1.8 Ohms = 2.30W

注意,我们必须将1.6 A峰值乘以0.707因数[即1/SQRT(2)],因为生成的波形为正弦波,而绕组探测的电流为1.6 A峰值的RMS。另外,我们还使用了两倍RDSon每FET,原因是有两个FET与步进马达绕组串联。漏掉的最后一步是将我们所获得的功耗乘以2,因为在器件内部共有2个H桥,在马达移动时假设2个均为2.30 W。这样,导通产生的总功耗便为4.61 W。

如果马达停止,而其中一个相处于最大电流,则该相会不断地在1.6 A电流下进行调节。因此,功耗方程式现在变为:

P = I^2 * R = 1.6A^2 * 1.8 Ohms = 4.61W

这代表了导通期间的总功耗,因为另一个H桥没有进行电流调节。由于正弦/余弦波形对微步进的特性,一个H桥以最大强度调节电流时,反向H桥必须在零电流状态下进行调节,或者关闭。

器件的内部功耗对系统运行具有重大的意义。4.61 W代表芯片的温升,如果这种温升较大,则热关断 (TSD) 保护电路很可能会生效。因此,对于一个精心设计的系统而言,必须要考虑如何将这种热量驱散到周围环境中,以便尽可能地让芯片保持冷却。

消除所谓热阻抗(即Theta JA,结点到环境的热阻)的热非常简单。热阻抗越低,散热越容易。Theta JA单位为C/W。将系统的Theta JA乘以功耗,便可得到实际温升。

我们正研究的器件均使用一个电源板 (Power Pad),或者位于封装底部的散热片,其被焊接到PCB组件中。这样,PCB组件便成为器件的散热器和散热通路。如果设计正确,这种通路应该足以驱散芯片的热,并将温度刚好维持在热关断触发点以下。一种正确设计的PCB应该具有一个四层板,以及一个专用接地层。但是,作为一个经验法则,使用的铜越多,热阻抗也就越好。

DRV8824产品说明书中,上述板的典型Theta JA为28 C/W。现在,我们可以知道前述最大电流状态下工作的芯片的发热程度:

温升= Theta JA (C/W) * Power (W) = 28 C/W * 4.61W = 129.08C

这样的话,温升必须加至环境温度。25°C环境温度下,芯片温度应为154.08°C左右。产品说明书中称TSD阈值应为160°C左右,并且最小值为150°C。这就是这种器件在其额定电流1.6 A以上不起一点作用的原因。设计人员需要降低热阻抗,这可以通过添加外部散热器或者增加空气流动(成本效益不高),达到这个目的。

但是,利用更大的功率级,可以让RDSon变得更小。这便是DRV8825的工作原理。0.64欧姆高端到低端的RDSon最大时,可以让芯片温度保持更低的同时提供更多的电流。如果使用了更大的功率级,且RDSon参数越来越小,则有望获得更大的电流容量。表1显示了使用不同器件时的各种电流容量。

表 1 最大额定电流的不同功率级对比得到的功耗。这些器件均为单H桥,因此需要两个来控制一个步进马达。

结论

新的运动控制和功率级IC让您的系统设计与众不同。DRV8x包括一系列经过优化的单H桥和双H桥,可驱动有刷DC或者双极步进马达,拥有丰富的界面风格、极高的电流处理能力,以及大量的真值表配置。

请使用一些稳健、易用和灵活的器件来设计马达型应用,以便驱动小型DC或者步进马达控制器。不同的电流容量,可确保您获得您所需要的,而不是所有能够使用的。一流的保护电路,可确保您的应用本身以及最终客户的安全。不同的界面风格,让您能够从中选择合适的一种。



 
 
 
    相关产品  
HT7178(具备负载断开功能的20V 、14A全集成同步DC/DC升压IC)
FP6296(内置MOS的10A大电流DC-DC异步升压IC)
CS5026(内置MOS 8A高效率DC-DC升压IC)
LP3120(无电感电荷泵DC-DC升压IC)
NS4298(集成三选一输入模拟开关,带DC音量控制功能,超低EMI、无需滤波器、3W双声道AB/D类切换音频功放IC)
NS4268(集成32级DC音量控制、超低EMI、无需滤波器、立体声耳机功能、3W双声道D类音频功放IC)
HX4004A/HX4004/CS3301(电荷泵DC/DC转换电路IC)
PT1301/AX1301(最低启动电压可低于1V的高效率升压DC/DC转换IC)
TP8330/TP8333/TP8336/TP8340/TP8350/TP8356(VFM开关型DC/DC升压转换器IC)
MT7910-交流转直流(AC - DC)的LED照明驱动IC
 
深圳市永阜康科技有限公司 粤ICP备17113496号  服务热线:0755-82863877 手机:13242913995