中心議題：

• 微步進介紹
• 如何將微步進順利地嵌入到應用中
• 安全保護步進馬達控製器

眾(zhong)所(suo)周(zhou)知(zhi)
，步(bu)進(jin)馬(ma)達(da)能(neng)夠(gou)在(zai)開(kai)環(huan)條(tiao)件(jian)下(xia)進(jin)行(xing)電(dian)流(liu)變(bian)向(xiang)的(de)同(tong)時(shi)，還(hai)能(neng)對(dui)速(su)度(du)和(he)位(wei)置(zhi)實(shi)施(shi)精(jing)確(que)的(de)控(kong)製(zhi)。因(yin)此(ci)，在(zai)談(tan)到(dao)電(dian)子(zi)驅(qu)動(dong)的(de)簡(jian)便(bian)性(xing)時(shi)

，步(bu)進(jin)馬(ma)達(da)具(ju)有(you)無(wu)與(yu)倫(lun)比(bi)的(de)優(you)勢(shi)。另(ling)外(wai)
，同(tong)許(xu)多(duo)由(you)一(yi)些(xie)有(you)刷(shua) DC 馬達或者三相無刷 DC 馬達組成的類似伺服驅動器相比
，它還具有另一種與身具來的能力：指定位置保持。

danshi，bujinmadayecunzaiyixiliedebiduan。zuidadewentibianshigongzhen。zheshibujinmadadeyizhongtexing，jizhidingmougebuchanghou，zhuanzijiuweishi

，bianhuichuxianyidingdezhendang。ruguoyaoshixiankaihuanyunxing，zechuxianzhezhongxianxiangdeyuanyinshishiyongleguoduodedianliu。ruguoshiyongdedianliudaxiaogangganghao，zemeiyibudouhuiluozaizhengquedeweizhishang

，buhuiyourenhezhendangchuxian。

但dan不bu幸xing的de是shi，這zhe也ye意yi味wei著zhe隨sui著zhe扭niu矩ju的de變bian化hua，其qi會hui引yin入ru少shao許xu的de丟diu失shi步bu長chang或huo者zhe振zhen動dong。就jiu此ci而er言yan，速su度du和he位wei置zhi精jing度du都dou會hui大da大da降jiang低di。使shi用yong比bi實shi際ji需xu要yao更geng多duo的de電dian流liu是shi一yi種zhong常chang見jian方fang法fa
，因yin為wei這zhe樣yang做zuo可ke以yi保bao持chi步bu進jin電dian機ji驅qu動dong的de開kai環huan特te性xing。

那na麼me，如ru何he消xiao除chu這zhe種zhong討tao厭yan的de振zhen動dong呢ne？如ru果guo我wo們men分fen析xi這zhe種zhong現xian象xiang的de根gen本ben原yuan因yin，便bian會hui發fa現xian問wen題ti在zai於yu角jiao穿chuan越yue距ju離li。由you於yu轉zhuan子zi需xu要yao移yi動dong很hen多duo

，因yin此ci它ta不bu斷duan地di移yi動dong

，即ji使shi在zai我wo們men想xiang讓rang它ta停ting止zhi時shi也ye是shi如ru此ci。通tong過guo讓rang步bu距ju變bian得de越yue來lai越yue小xiao，我wo們men可ke以yi最zui小xiao化hua這zhe些xie振zhen動dong產chan生sheng的de影ying響xiang。

通過設計，步進馬達出廠時每轉便有若幹步長，其本質上硬連接至其機械性能。如果步進馬達每轉有200個步長，則在指定步長以後它會始終移動一轉（1.8度）的第200個步長。為了讓這種弧形移動量更小
，共有兩個選擇：1）製造一種每轉更多步長的馬達
；或者2）對電流進行調製。一旦我們選擇某個特定的馬達，電流調製便成為我們唯一的備選方法。

微步進

調製繞組電流強度
，會改變產生自步進馬達定子的磁場大小，使其在轉子上推拉。如果我們讓這些磁場的強度隻為最大可能磁場（用於全步換向）的一小部分，則由此產生的電動勢便為全部力的一小部分。因此

，步進馬達僅移動全步的一小部分，即微步進。

現xian在zai，很hen容rong易yi計ji算suan出chu我wo們men馬ma達da的de微wei步bu進jin級ji別bie。將jiang全quan步bu電dian流liu強qiang度du分fen成cheng八ba個ge更geng小xiao的de電dian流liu量liang級ji後hou，馬ma達da繞rao組zu受shou製zhi於yu八ba個ge微wei步bu進jin度du。換huan句ju話hua說shuo
，我wo們men將jiang1.8度除以8—因此每個微步現在便為0.225度。圖1顯示了通過在零和最大電流設置之間產生多個電流電平（典型正弦波波形後麵），將一個全步分成八個微步的過程。

盡(jin)管(guan)實(shi)現(xian)微(wei)步(bu)進(jin)的(de)好(hao)處(chu)有(you)很(hen)多(duo)，其(qi)中(zhong)之(zhi)一(yi)便(bian)是(shi)稍(shao)稍(shao)提(ti)高(gao)的(de)位(wei)置(zhi)精(jing)度(du)，但(dan)最(zui)終(zhong)目(mu)標(biao)卻(que)是(shi)解(jie)決(jue)每(mei)個(ge)全(quan)步(bu)固(gu)有(you)振(zhen)動(dong)所(suo)帶(dai)來(lai)的(de)問(wen)題(ti)。微(wei)步(bu)進(jin)的(de)這(zhe)個(ge)方(fang)麵(mian)才(cai)是(shi)廣(guang)大(da)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)所(suo)最(zui)為(wei)受(shou)益(yi)的(de)。運(yun)動(dong)控(kong)製(zhi)驅(qu)動(dong)器(qi)上(shang)使(shi)用(yong)的(de)微(wei)步(bu)進(jin)度(du)數(shu)越(yue)多(duo)
，獲(huo)得(de)的(de)運(yun)動(dong)也(ye)就(jiu)越(yue)溫(wen)和(he)。這(zhe)種(zhong)效(xiao)果(guo)在(zai)慢(man)速(su)條(tiao)件(jian)下(xia)最(zui)有(you)價(jia)值(zhi)。

那麼，我們如何將微步進順利地嵌入到我們的應用中呢？您會取出您的數字信號處理器 (DSP) 或者複雜的微控製器單元 (MCU)
，對您的數模轉換器 (DAC) 編碼生成一對正弦/餘弦波形，編寫幾個中斷子程序以正確地對相位生成計時，最後使用該固件來控製兩個全H橋接，同時為雙極步進馬達的兩個繞組供電。然而，這是一個相當複雜的過程。
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安全保護步進馬達控製器

如 DRV8824 和 DRV8825 等步進馬達控製器均可以支持多達32度微步進的應用，並且無需任何編碼。作為這種器件邏輯的一部分，一個內部分度器產生步進馬達正確雙向變向所需的所有波形。一個STEP輸入的簡單方波控製後續步，而DIR輸入規定旋轉的方向。圖2顯示了如何將這種複雜的實現壓縮成一種單片解決方案。

這兩種器件都為 100% 的引腳對引腳兼容，通過可編程最大電流服務於步進馬達。利用下列方程式，模擬輸入、VREF以及一個外部“檢測”電阻器，用於規劃所需正弦波峰值電流：

ITRIP = VREF / (5 * RSENSE).

隻要有足夠的 PCB 散熱能力
，DRV8824 能夠提供高達 1.6 A 每相，而 DRV8825能夠處理高達 2.5 A 每相。為什麼電流足夠低時卻仍要付出大電流的代價呢？

如果需要32度以上的微步進，或者要求應用100%無抖動
，步進馬達達到這種狀態的唯一方法是使用256度微步進高分辨率。

在這種情況下，一個沒有內部分度器（利用它，您可以實時地控製基準電壓）的器件，允許正弦/餘弦波形直接運用於功率級。換句話說
，您必須回到圖2所示的處理器和雙功率級實現。

獲huo得de更geng好hao的de微wei步bu進jin分fen辨bian率lv
，是shi遠yuan離li集ji成cheng與yu單dan片pian解jie決jue方fang案an的de主zhu要yao原yuan因yin之zhi一yi。但dan是shi，這zhe種zhong實shi現xian還hai有you另ling外wai一yi種zhong靈ling活huo性xing即ji更geng好hao的de熱re阻zu抗kang，以yi及ji提ti供gong更geng多duo電dian流liu或huo者zhe驅qu動dong更geng強qiang負fu載zai的de能neng力li。
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weilezhengmingzheyidian
，rangwomencongzhengzaitaolundedidianliubanjichengweibujinqudongqikaishi。tongguodanxinpianqijianqudongdedianliufeichangzhida
，erchuxianzhezhongxianxiangdezhuyaoyuanyinshigenggaodeFET RDSon。H橋不斷地向馬達提供電流，而器件的內部功耗等於I^2 * R，其中：

I為RMS，即平均繞組電流

R為飽和狀態FET電阻，即RDSon

根據產品說明書，DRV8824的FET RDSon可以高達0.9歐姆。假設我們想對一個1.6 A峰值電流的馬達實施微步進操作，則導電期間每個H橋的最大功耗計算方法如下：

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

注意，我們必須將1.6 A峰值乘以0.707因數[即1/SQRT(2)]，因為生成的波形為正弦波，而繞組探測的電流為1.6 A峰值的RMS。另外，我們還使用了兩倍RDSon每FET，原因是有兩個FET與步進馬達繞組串聯。漏掉的最後一步是將我們所獲得的功耗乘以2，因為在器件內部共有2個H橋，在馬達移動時假設2個均為2.30 W。這樣
，導通產生的總功耗便為4.61 W。

如果馬達停止，而其中一個相處於最大電流，則該相會不斷地在1.6 A電流下進行調節。因此，功耗方程式現在變為：

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

這代表了導通期間的總功耗，因為另一個H橋沒有進行電流調節。由於正弦/餘弦波形對微步進的特性，一個H橋以最大強度調節電流時
，反向H橋必須在零電流狀態下進行調節，或者關閉。

器件的內部功耗對係統運行具有重大的意義。4.61 W代表芯片的溫升，如果這種溫升較大，則熱關斷 (TSD) baohudianluhenkenenghuishengxiao。yinci，duiyuyigejingxinshejidexitongeryan，bixuyaokaolvruhejiangzhezhongreliangqusandaozhouweihuanjingzhong，yibianjinkenengdirangxinpianbaochilengque。

消除所謂熱阻抗（即Theta JA，結點到環境的熱阻）的熱非常簡單。熱阻抗越低，散熱越容易。Theta JA單位為C/W。將係統的Theta JA乘以功耗，便可得到實際溫升。

我們正研究的器件均使用一個電源板 (Power Pad)，或者位於封裝底部的散熱片
，其被焊接到PCB組件中。這樣
，PCBzujianbianchengweiqijiandesanreqihesanretonglu。ruguoshejizhengque，zhezhongtongluyinggaizuyiqusanxinpiandere，bingjiangwenduganghaoweichizaireguanduanchufadianyixia。yizhongzhengqueshejidePCB應該具有一個四層板
，以及一個專用接地層。但是，作為一個經驗法則
，使用的銅越多，熱阻抗也就越好。

DRV8824產品說明書中，上述板的典型Theta JA為28 C/W。現在，我們可以知道前述最大電流狀態下工作的芯片的發熱程度：

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

這樣的話，溫升必須加至環境溫度。25°C環境溫度下，芯片溫度應為154.08°C左右。產品說明書中稱TSD閾值應為160°C左右，並且最小值為150°C。這就是這種器件在其額定電流1.6 A以上不起一點作用的原因。設計人員需要降低熱阻抗，這可以通過添加外部散熱器或者增加空氣流動（成本效益不高）
，達到這個目的。

但是，利用更大的功率級，可以讓RDSon變得更小。這便是DRV8825的工作原理。0.64歐姆高端到低端的RDSon最大時，可以讓芯片溫度保持更低的同時提供更多的電流。如果使用了更大的功率級，且RDSon參數越來越小，則有望獲得更大的電流容量。表1顯示了使用不同器件時的各種電流容量。

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結論

新的運動控製和功率級IC讓您的係統設計與眾不同。DRV8x包括一係列經過優化的單H橋和雙H橋，可驅動有刷DC或者雙極步進馬達
，擁有豐富的界麵風格、極高的電流處理能力，以及大量的真值表配置。

請使用一些穩健、易用和靈活的器件來設計馬達型應用，以便驅動小型DC或huo者zhe步bu進jin馬ma達da控kong製zhi器qi。不bu同tong的de電dian流liu容rong量liang，可ke確que保bao您nin獲huo得de您nin所suo需xu要yao的de，而er不bu是shi所suo有you能neng夠gou使shi用yong的de。一yi流liu的de保bao護hu電dian路lu
，可ke確que保bao您nin的de應ying用yong本ben身shen以yi及ji最zui終zhong客ke戶hu的de安an全quan。不bu同tong的de界jie麵mian風feng格ge，讓rang您nin能neng夠gou從cong中zhong選xuan擇ze合he適shi的de一yi種zhong。