案例分析:主流步进电机闲时半流控制方案

        步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机,在医疗仪器设备、计算机外设及存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域中经常能看到它的身影。国内外各芯片厂商也纷纷抢占这一市场,出现了越来越多驱动芯片供应用工程师选择,工程师根据厂家提供的规格书可以很轻松得设计出符合自己所需的应用驱动。

         目前市场主流的驱动芯片(如下图所示是其中一款驱动芯片)只需要几个IO口就可以使用它对电机实现精准控制。

         在满足21脚nENBL输入低电平,此时22脚STEP输出PWM,电机就可以运转,我们使用时会碰到一个问题,当nENBL被使能后,无论STEP是否有输出,系统都是满电流输出,因为一旦nENBL输入低电平,内部H桥输出使能。我们希望STEP有脉冲输出时(电机运行),电流输出正常,而当STEP没有脉冲输出时(电机暂停运行),电流可以大幅减小。有人想到电机停转时把nENBL拉高,这是不行的,nENBL拉高,虽然电流为0,但是此时电机将变为失锁状态,失去扭力。我们再看12、13脚VREF,这两个引脚通常都是通过一个可调电位器接到电源上。VREF上分得的电压大小决定驱动器提供给负载电流的大小,而负载电流越大电机输出的扭力也就越大。回到我们的需求就可以把问题转换成当STEP有脉冲输出时,VREF分得的电压较大,提供满足负载正常运行的输出电流,而当STEP无脉冲输出时,VREF分得的电压较小,只需提供可以保证锁住电机的较小的电流(通常为电机正常工作时的一半),这样不仅可以有效降低电机闲时功耗,还可以减少电机和驱动器的热量,增加使用寿命。

         下面介绍一个主流方案,需要用到一个逻辑芯片——74HC123。74HC123是双路可重复触发的单稳态触发器,它输出的脉冲宽度取决于定时电阻R和定时电容C,脉宽宽度WP=R*C。先看一下真值表:

        我们需要将STEP脚接到74HC123的一个输入端,在STEP脚有脉冲输入和无脉冲输入的情况下,74HC123的一个输出端分别输出高电平和低电平。蓝色框选的状态就是对应nB输入低电平,nQ输出低电平;红色框选的状态对应nB输入方波信号并检测到上升沿,nQ输出一个高电平脉冲信号,有人会有疑问:不是希望nQ输出高电平吗?之前提过这个脉冲信号的脉宽和R、C有关,我们只需给R、C取适当的值,使脉宽WP大于步进电机最慢转速下对应的PWM的周期,就会使nQ保持高电平,因为当检测到nB的上升沿后,nQ输出高电平脉冲且脉宽较长,高电平一直维持到下一个周期上升沿又被检测,所以nQ会保持高电平不变。根据这些条件绘制了如下原理图:

      当STEP有方波输入,1Q输出高电平,即R2和R3并联之后再和RP1分压;当STEP无方波输入,1Q输出低电平,即R3和RP1并联再和R2分压。可以通过给电阻分配合适的阻值让前者分得的VREF的电压值将近后者的双倍,达到闲时半流控制的效果。

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  • scynliaogg 2022-02-20 22:39
    用单片机DA输出去控制vREF不更好吗?
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