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

zhongsuozhouzhi，bujinmadanenggouzaikaihuantiaojianxiajinxingdianliubianxiangdetongshi
，hainengduisuduheweizhishishijingquedekongzhi。yinci，zaitandaodianziqudongdejianbianxingshi，bujinmadajuyouwuyulunbideyoushi。lingwai，tongxuduoyouyixieyoushua 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。

但(dan)是(shi)，步(bu)進(jin)馬(ma)達(da)也(ye)存(cun)在(zai)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)弊(bi)端(duan)。最(zui)大(da)的(de)問(wen)題(ti)便(bian)是(shi)共(gong)振(zhen)。這(zhe)是(shi)步(bu)進(jin)馬(ma)達(da)的(de)一(yi)種(zhong)特(te)性(xing)，即(ji)指(zhi)定(ding)某(mou)個(ge)步(bu)長(chang)後(hou)
，轉(zhuan)子(zi)就(jiu)位(wei)時(shi)，便(bian)會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)定(ding)的(de)振(zhen)蕩(dang)。如(ru)果(guo)要(yao)實(shi)現(xian)開(kai)環(huan)運(yun)行(xing)，則(ze)出(chu)現(xian)這(zhe)種(zhong)現(xian)象(xiang)的(de)原(yuan)因(yin)是(shi)使(shi)用(yong)了(le)過(guo)多(duo)的(de)電(dian)流(liu)。如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)剛(gang)剛(gang)好(hao)
，則(ze)每(mei)一(yi)步(bu)都(dou)會(hui)落(luo)在(zai)正(zheng)確(que)的(de)位(wei)置(zhi)上(shang)，不(bu)會(hui)有(you)任(ren)何(he)振(zhen)蕩(dang)出(chu)現(xian)。

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。

xianzai，henrongyijisuanchuwomenmadadeweibujinjibie。jiangquanbudianliuqiangdufenchengbagegengxiaodedianliuliangjihou
，madaraozushouzhiyubageweibujindu。huanjuhuashuo，womenjiang1.8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) 保bao護hu電dian路lu很hen可ke能neng會hui生sheng效xiao。因yin此ci
，對dui於yu一yi個ge精jing心xin設she計ji的de係xi統tong而er言yan

，必bi須xu要yao考kao慮lv如ru何he將jiang這zhe種zhong熱re量liang驅qu散san到dao周zhou圍wei環huan境jing中zhong，以yi便bian盡jin可ke能neng地di讓rang芯xin片pian保bao持chi冷leng卻que。

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
，PCB組zu件jian便bian成cheng為wei器qi件jian的de散san熱re器qi和he散san熱re通tong路lu。如ru果guo設she計ji正zheng確que，這zhe種zhong通tong路lu應ying該gai足zu以yi驅qu散san芯xin片pian的de熱re，並bing將jiang溫wen度du剛gang好hao維wei持chi在zai熱re關guan斷duan觸chu發fa點dian以yi下xia。一yi種zhong正zheng確que設she計ji的dePCB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)。