新的步進(jìn)電機控制器/驅動(dòng)器優(yōu)化步進(jìn)電機系統設計

電壓控制式微步進(jìn)

通常情況下，步進(jìn)電機驅動(dòng)電路是電流式控制設計，電流控制器監測并控制繞組電流強度。這種結構讓設計人員能夠在寬轉速范圍內保持所需的轉矩，而且電源電壓波動(dòng)很小。這種設計非常適合全步和半步驅動(dòng)器，而且也易于實(shí)現。很多設計人員避免在微步進(jìn)驅動(dòng)器中使用電壓控制方式，因為電源電壓變化導致峰流有很大變化，而且，隨著(zhù)轉速提高，電機的反電動(dòng)勢（EMF ）也會(huì )增強。不過(guò)，利用數字控制技術(shù)可以修正這些不利因素。

為實(shí)現這種電壓控制式驅動(dòng)電路，需要利用一個(gè)PWM計數器/定時(shí)器電路來(lái)控制輸出脈寬，以數字方式設置輸出占空比。L6470通過(guò)在電機繞組上施加電壓來(lái)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、負載、轉矩、電機電學(xué)特性和轉速密切相關(guān)。有效輸出電壓與電機電源電壓和KVAL系數的積成正比。KVAL的取值范圍是電源電壓的0%到100%。在微步進(jìn)驅動(dòng)器中，這個(gè)最大值再乘以調制指數，可產(chǎn)生所選步數的正弦波。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 = 電機繞組電阻

該器件的寄存器支持加速度、減速度、恒速運轉和保持位置等不同的 KVAL設置，在運動(dòng)曲線(xiàn)每個(gè)部分輕松實(shí)現不同的轉矩設置。

BEMF補償

如果在整個(gè)轉速范圍內始終向電機供給相同的峰值電壓，隨著(zhù)電機轉速增加，電流強度會(huì )逐漸降低，因為電機的反電動(dòng)勢BEMF會(huì )顯著(zhù)降低施加到線(xiàn)圈上的電壓。圖4左邊的波形描述了沒(méi)有采用BEMF補償技術(shù)的電機工作狀況。從圖中不難看出，隨著(zhù)電機轉速增加，BEM以線(xiàn)性方式提高，因為線(xiàn)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補償電路和無(wú)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系數中增加一個(gè)修正BEMF的因數。本質(zhì)上，就是在 KVAL初始設置值中增加一個(gè)修正值，以抵消BEMF的影響。由于BEMF直接與轉速成正比，因此這個(gè)修正值因數是一個(gè)斜率，根據這個(gè)斜率和電流轉速來(lái)計算實(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)標準值，適用于電機從零轉速開(kāi)始加速運轉，直到相交轉速參數INT_SPEED設置的最高速度為止。在相交速度之上，可以用兩個(gè)附加的斜率調整標準斜率，一個(gè)用于恒速運轉和加速度，另一個(gè)則用于減速運轉。當 BEMF修正值設置適當時(shí)，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(gè)電機加速運轉時(shí)的實(shí)際電流波形。

圖5: BEMF修正曲線(xiàn)