术语和定义

参考

对于相关的文件和软件，请访问：

//www.wsdof.com/configurable-mixed-signal．

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作者：Petro Zhuk

介绍

步进电机是无刷直流电动机，可将每一股速度分成多个相同的步骤。然后可以命令电动机的位置以在这些步骤之一移动和保持，而没有任何用于反馈的位置传感器（开环控制器），只要电动机就扭矩和速度小心地尺寸。

一个典型的步进电机可用于三种模式:全步、半步和微步。微步进模式允许旋转转子在一个更小的角度比全步进模式，并使旋转更平稳。SLG47105 IC支持所有这些模式。

步进电机可根据绕组的类型分为两类 - 双极和单极道的行动。

单极步进电机有一个绕组，每一相位中心抽头。对于磁场的每个方向，绕组的每个部分都是接通的。因为在这种安排中，磁极可以反向，而不需要切换电流的方向，因此每个绕组的换向电路可以变得非常简单。通常，给定一个相，每个绕组的中心抽头是共同的，为一个典型的两相电机提供三个引线和六个引线。这些两相共线通常连接在内部，所以电机只有五个外部引线。

双极步进电机每相有绕组。为了倒置磁极，需要颠倒绕组中的电流。因此，控制电路必须更复杂。每相有两个引线，没有是常见的。

建设与运营原则

在本申请中，注意为双极步进电机示出了SLG47105使用的示例。由于电流流过整个线圈，因此双极电动机具有比单极电机壳体更大的扭矩。简而言之，SLG47105用作步进电机的驱动器。MCU控制驱动程序。在这个设计示例中，驱动程序有两种模式：完整步骤和1/16步。

内部设计结构可分为几个部分:

• 控制步进和微步模式的步进/微步块。在步进模式下，一个“步进”输入的脉冲对应步进电机的一个步进。在微步模式下，“Step”输入的16个脉冲对应于步进电机的一个步骤，所以在这个模式下，一个步骤被分为16个微步，增加了旋转精度;
• 在SLG47105中，一个“消隐时间”块决定PWM频率和高电平PWM的最小时间。
• 电流cmp、DAC_PWMs、RegFile和PWM斩波器通过外部电阻控制两个绕组的电流，并设置正弦电流波形。RegFile包含16个DAC_PWM周期值，对应正弦波的¼。DAC_PWM块从RegFile中选择值，并将该值设置为当前CMP参考。当电流大于要求的值时，PWM斩波器将切断输出电压以降低输出电流。
• 引脚逻辑和HV GPO切换当前正弦极性和旋转方向（取决于“旋转方向”输入引脚状态）。

主框图显示在图2．

典型的应用电路只需要两个外部电阻来进行电流传感，见图3．

该设计有四个输入电机控制:

1. PIN＃2步骤/微秒模式 - 选择步进电机操作模式。高信号电平=全步操作，低信号电平= 1/16步进操作。
2. PIN#14 Sleep -禁用驱动程序。高信号电平=睡眠，低信号电平=激活。
3. PIN#17旋转方向-改变电机旋转方向。高= forward，低= reverse。
4. PIN＃19步进电机通过使用此输入旋转一步或每次上升沿旋转1/16步。

设计参数：

• 电机最大电流:1 A/相位
• 电机电压：12 V
• PWM频率:125 kHz

使用电机:NEMA17 42HS40-1206。

一步角	当前/阶段	反抗 /阶段	电感 /阶段	保持扭矩	制动扭矩	转子惯性	质量
度	一个	欧姆	m	公斤*厘米	g *厘米	g *厘米	公斤
1.8	1.2	3．3	3．2	2.8	150	54	0.28

GreenPAK设计

PWM频率和消隐时间

DLY1块用于产生消隐时间和确定PWM频率。

消隐时间信号由DLY1生成，如图所示图6．输出频率为125 kHz (8us)。消隐时间(最小高电平持续时间)为0.8us (PWM周期的10%)。

PWM斩波功能是通过电流比较器信号来斩波PWM占空比。PWM斩波器在消隐时间内忽略电流CMP信号。从电流CMP发出的任何有源信号在消波时间后都会引起PWM占空比斩波，结束当前周期。

在这种情况下，PWM周期等于消隐时间信号的频率，而PWM占空比取决于电流CMP的信号，但不小于消隐时间。

regfile使用

驱动程序有一个16字节的RegFile，它允许创建任意的电流波形。驱动程序有64个Vref值，范围为0.032 V到2.016 V，步长为0.032 V，可用于填充RegFile的16个点。它们用于创建1/4的正弦，如下所示图8．另一个正弦部分是通过在RegFile上下移动和使用H-Bridge逻辑操作创建的，参见图9．可以在信号中写半周期或全周期，但在这种情况下，信号不会如此平滑。

正弦的最大Vref值取决于检测电阻器的值:

V_{ref_max}=我_最大限度*获得_CCMP* R._感觉= 1 a * 8 * 0.11欧姆= 0.88 V

地点:

我_最大限度-每电机相位的最大电流。

获得_CCMP-电流CMP增益。应设置在CCMP区块的GreenPAK设计师。

R_感觉- 电流测量外部电阻的值。

四个信号用于生成两个移位的正弦波。两个信号（“Reg_file_up / down”和反转）用于选择每个正弦波（向上或向下）移动的方向，另一个两个信号（DFF1 OUT和DFF2 OUT）用于选择所生成的SINE的极性波（正面或负面）。

改变旋转方向

旋转的方向取决于什么正弦波滞后。

其中ϕ(A) - ϕ(B) = 90 deg

对应顺时针旋转。

φ（b） - φ（a）= 90°

对应逆时针旋转。

当'旋转方向'输入(GPIO4)电平改变，例如从低到高，正弦电流相位将改变180度(从-90度到90度)，见图10．如果信号由高电平变为低电平，绕组上的正弦电流相位将变为-90度。

电流测量

来自电流检测电阻的信号数字11通过8倍增益连接到Current CMP的正输入。从DAC_PWM的RegFile数据连接到MUX，它将一个Vref值(一个正弦点)切换到电流CMP的负输入。当检测电阻上的电压降在8倍增益后高于RegFile的电流Vref值时，PWM开始切割图13．

步骤/微步模式

有两种模式使用-全步和1/16步(微步)。这允许在正常和精确的旋转模式之间切换，这对相机镜头和其他有用。

在通过完整步骤驾驶步进电机时，步进电机驱动器的输出看起来像一个方形信号并产生粗略的运动，参见图15．一个．当用微步驱动步进电机时，输出看起来像一个正弦信号，移动更平稳图15．b．

图15显示完整步骤操作的时序图，以及每个步骤操作的16个Microsteps。

完整的步骤模式

选择步进模式时，DAC_PWM模块的“保持”信号逻辑高。这不允许在RegFile值之间切换。LUT4_0将信号从“步进”输入转移到DFF0，“步进”输入的每一个上升沿改变DFF0输出电平。DFF0输出连接UP/DOWN信号。看到图16和图17．

A绕组的UP/DOWN信号不被反转，而b绕组的UP/DOWN信号被反转。DFF0输出的上升边切换DFF1, DFF1在HV输出之间切换PWM信号。如果DFF1 OUT为HIGH，则PWM块输出信号连接到HV OUT1。如果DFF1 OUT为LOW，则切换到HV OUT2。绕组中的电流将呈方形，看到了吗图18．绕组B的功能就像绕组A的90度相移。

全步进模式不采用电流调节，当电流大于1.2 A时，OCP保护会在短时间内关断out。当电机转速过低时，就会发生这种情况。

微步模式

如果MicroStep模式处于活动状态，则默认的Regfile地址是15^th取值为DAC_PWM0和0^thDAC_PWM1价值。在“Step”输入上升沿后，DAC_PWM0向上计数，DAC_PWM1向下计数。CNT2计数15个值，以到达DAC_PWM0的RegFile的底部位置和DAC_PWM1的顶部位置。

DFF0在其CLK输入处的每一个上升边都改变正弦输出极性。

DAC_PWM0的RegFile地址更改:

15^th→14^th→13^th→12^th→11^th→... 2^th→1^th→0.^th→1^th→2^th→……

DAC_PWM1的RegFile地址更改:

0^th→1^th→2^th→3^th→13…^th→14^th→15^th→14^th→13^th→……

输出开关像在全阶模式，但1/4的正弦波现在有16个值。绕组中产生的电流呈正弦波形状，如图所示图20．

图20显示了MicroStep模式的时序图。

波形

完整步骤

改变旋转方向

电机在全步进模式开机

微步

改变旋转方向

MicroStep模式下的电机开启

microstep衰减模式

HV OUT的衰减模式可以通过HV OUT CRTL0/HV OUT CRTL1块的“衰减”输入来改变。当这个引脚连接到V_DD=慢衰减模式，当GND =快衰减。“衰减”输入连接到“reg文件上升/下降”信号。当电流增大时用慢衰减，当电流减小时用快衰减。

动态变化的模式

结论

应用笔记描述了如何为双极步进电机控制器配置GreenPak。在该使用情况下，使用每个线圈的电流控制来控制电机旋转。电动机扭矩取决于通过电机线圈的电流，它导致电动机旋转，恒定扭矩。

配置了许多参数。例如，PWM频率，MIN PWM占空比值，控制引脚数和电机电流，可以针对每相多达1A电流的特定电机调节。此外，通过将高压块集成到GreenPak中，还可以使用一个或多个定义的速度等添加逻辑以自动旋转步进电机等。通过将高压块集成到Greenpak中，可以看到设计和布局变得非常紧凑，方便，可重新配置低成本。此外，GreenPak中仍然可用的额外电路允许额外的自定义或集成其他功能。