步進電機控制器/驅動器優(yōu)化步進電機系統(tǒng)設計

電壓控制式微步進

通常情況下，步進電機驅動電路是電流式控制設計，電流控制器監(jiān)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，而且電源電壓波動很小。這種設計非常適合全步和半步驅動器，而且也易于實現(xiàn)。很多設計人員避免在微步進驅動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，隨著轉速提高，電機的反電動勢（EMF ）也會增強。不過，利用數(shù)字控制技術可以修正這些不利因素。

為實現(xiàn)這種電壓控制式驅動電路，需要利用一個PWM計數(shù)器/定時器電路來控制輸出脈寬，以數(shù)字方式設置輸出占空比。L6470通過在電機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、負載、轉矩、電機電學特性和轉速密切相關。有效輸出電壓與電機電源電壓和KVAL系數(shù)的積成正比。KVAL的取值范圍是電源電壓的0%到100%。在微步進驅動器中，這個最大值再乘以調制指數(shù)，可產生所選步數(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，在運動曲線每個部分輕松實現(xiàn)不同的轉矩設置。

BEMF補償

如果在整個轉速范圍內始終向電機供給相同的峰值電壓，隨著電機轉速增加，電流強度會逐漸降低，因為電機的反電動勢BEMF會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補償技術的電機工作狀況。從圖中不難看出，隨著電機轉速增加，BEM以線性方式提高，因為線圈上的電壓是實際施加的相電壓與BEMF電壓的差值，所以電流將會降低。

圖 4:有BEMF補償電路和無BEMF補償電路的相電流

為修正BEMF增加對電流的影響，該產品在KVAL系數(shù)中增加一個修正BEMF的因數(shù)。本質上，就是在 KVAL初始設置值中增加一個修正值，以抵消BEMF的影響。由于BEMF直接與轉速成正比，因此這個修正值因數(shù)是一個斜率，根據(jù)這個斜率和電流轉速來計算實時修正值。該產品提供不同的修正值：第一個值是一個標準值，適用于電機從零轉速開始加速運轉，直到相交轉速參數(shù)INT_SPEED設置的最高速度為止。在相交速度之上，可以用兩個附加的斜率調整標準斜率，一個用于恒速運轉和加速度，另一個則用于減速運轉。當 BEMF修正值設置適當時，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描述了當一個電機加速運轉時的實際電流波形。

圖5: BEMF修正曲線