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傳統的電流式控制方法是檢測流經(jīng)繞組的電流，并將反饋信號送到控制芯片，然后由控制芯片決定是增加還是降低繞組電流，以取得所需的電流強度。這種控制方法使電機在寬轉速和寬電源電壓范圍內保持理想的轉矩，非常適用于全步進(jìn)和半步進(jìn)電機驅動(dòng)，而且實(shí)現起來(lái)非常容易。 閉環(huán)控制電路將電流施加到繞組。反電動(dòng)勢(BEMF)會(huì )降低繞組電壓，延長(cháng)電流達到理想值的時(shí)間，因此，反電動(dòng)勢限制電機轉速。雖然系統無(wú)需知道反電動(dòng)勢值，但是，不重視且不修正這個(gè)數值將會(huì )導致系統性能降低。 因為電源電壓變化導致峰值電流有時(shí)波動(dòng)幅度很大，所以，直到現在，工程師還是盡量避免使用電壓式控制方法。工程師們還想避免反電動(dòng)勢隨著(zhù)電機轉速增加而升高的問(wèn)題。 在這種情況下，業(yè)內出現了能夠補償反電動(dòng)勢的智能電壓式控制系統。這種驅動(dòng)方法使電機運轉更順暢，微步分辨率更高，是對高精度定位和低機械噪聲要求嚴格的應用的理想選擇。電壓式控制是一種開(kāi)環(huán)控制：當正弦電壓施加到電機相位時(shí)，機電系統將回饋正弦電流。 我們可以用數字方法補償反電動(dòng)勢和峰流變化。在記住電機的準確特性（電機電感-轉速曲線(xiàn)、反電動(dòng)勢-轉速曲線(xiàn)、電機電阻）后，計算并施加電壓，以取得理想的電流值。 電壓式控制方法是向電機施加電壓，而不是恒流。施加的電壓值能夠補償并完全消除反電動(dòng)勢效應，施加電壓的上升速率與因電機轉速增加而導致反電動(dòng)勢上升的速率相同，保證電流幅度對轉速曲線(xiàn)平坦。在已知所需電流后，就可以確定取得該電流需要施加的準確電壓值。因此，電流是由電壓間接控制，如圖1所示。 圖1：反電動(dòng)勢(BEMF)補償 電壓式控制還節省了分流電阻，可取得高微步分辨率和極低的轉矩脈動(dòng)。事實(shí)上，意法半導體的L6470取得了多達128步的微步控制。 這款數字電機控制驅動(dòng)器的核心是一個(gè)能夠降低微控制器資源占用率的數字運動(dòng)引擎(DME)。 數字運動(dòng)控制引擎是由行為命令控制，例如，絕對位置請求，并按照預設轉速曲線(xiàn)邊界驅動(dòng)電機運動(dòng)。全部指令集包括相對位置和絕對位置(達到目標位置)、轉速跟蹤(達到并保持目標轉速)和電機停止順序，還包括機械位置傳感器管理專(zhuān)用命令。圖2所示是前述部分命令。 圖2：行為命令 該控制器通過(guò)具有菊花鏈功能的高速SPI總線(xiàn)接口與主微控制器通信。 通過(guò)一個(gè)串行接口，一個(gè)微控制器能夠管理多個(gè)控制器，從而控制多臺步進(jìn)電機，如圖3所示。 圖3：SPI接口菊花鏈拓撲 除反電動(dòng)勢外，其它需要補償的參數 除反電動(dòng)勢外，其它需要補償的參數包括相電流、相電阻和電源電壓。 隨著(zhù)電機變熱，相電阻將會(huì )發(fā)生變化，從而直接影響相電流。KTHERM設置用于補償這個(gè)無(wú)用行為的影響。微控制器軟件可監視電機溫度上升，計算KTHERM值，如圖4所示。 圖4：相電阻變化補償 當使用非穩壓電源時(shí)，在電源電壓與電機驅動(dòng)電路之間有大量的紋波電壓，當電源電壓變化時(shí)，電機電流也隨之變化。如果電源紋波電壓過(guò)大，當電機電流降得太低時(shí)，電機有可能會(huì )失速，因此，需要補償電源電壓變化的影響，如下圖所示。以L(fǎng)6470為例，芯片內部模數轉換器負責測量電源電壓，數字內核算法負責算出適合的補償系數，并將其應用到PWM占空比，使輸出電壓在電源電壓變化期間保持恒定，如圖5所示。 圖5：電源電壓補償 意法半導體的電流式控制驅動(dòng)器采用同一個(gè)數字運動(dòng)引擎(DME)方法，為設計人員提供一個(gè)完整的數字運動(dòng)控制產(chǎn)品組合。 意法半導體的L6470和L6472都是采用這些創(chuàng )新技術(shù)的電機驅動(dòng)器，只不過(guò)L6470是一款電壓式控制驅動(dòng)器，而L6472則是一款電流控制式解決方案。 L6470可取得最高128步的控制精度。 圖6：L6470框圖 圖7：L6482框圖 L6480和 L6482分別是獨立的電壓式和電流式控制器，片上沒(méi)有集成功率級，配合外接MOSFET或IGBT，可以驅動(dòng)電流更大的電機，而且這種方法還能取得出色的耗散功率。 此外，意法半導體還推出了新產(chǎn)品PowerSTEP01的樣片，該產(chǎn)品采用系統封裝，集成數字運動(dòng)控制器(DME)和8個(gè)分立功率MOSFET管。 |
