ZHCSLW7B August 2022 – October 2023 DRV8462
PRODUCTION DATA
传统的峰值电流模式控制通过检测 MOSFET 中的瞬时电流来确定驱动和衰减持续时间。因此,电机驱动器会对系统中的瞬时误差做出反应。这些突然的电流变化会导致电机发出可闻噪声。
为了确保步进电机实现无噪声工作,DRV8462 具有静音步进衰减模式。静音步进是一种电压模式 PWM 调节方案,用于消除因 PWM 在静止和低速时切换而产生的噪声。因此,静音步进电机应用非常适合 3D 打印机、医疗设备和工厂自动化等低噪声工作至关重要的应用。
当器件以静音步进衰减模式运行时 -
开路负载故障检测仅在电机处于运动状态时有效,而在电机处于静止状态时无效。
不支持失速检测。
禁用展频功能。
静音步进环路专为低带宽运行而设计,因此在电机中速至高速运行时,衰减模式可以切换回由 DECAY 位编程的其中一个传统电流模式衰减方案。从静音步进转换到其他衰减模式是即时发生的,而从其他衰减模式转换到静音步进则会在电气半个周期的边界处发生。
图 7-19 展示了静音步进衰减模式实施的方框图:
表 7-23 展示了与静音步进衰减模式相关的 SPI 寄存器参数。
参数 |
说明 |
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EN_SS | 当 EN_SS 位为 1b 时,静音步进衰减模式将被启用。在线圈 A 和线圈 B 中的电流分别过零之后,器件开始以静音步进跃运行。将 0b 写入 EN_SS 会禁用静音步进衰减模式,而衰减模式会根据衰减位设置发生变化。 |
SS_PWM_FREQ[1:0] | 表示静音步进衰减模式下的 PWM 频率 (FPWM)。
PWM 频率越高,开关损耗越高。 |
SS_SMPL_SEL[1:0] | 静默步进电流过零采样时间。默认值为 2μs。如果电流波形在过零附近失真,请增加采样时间。
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SS_KP[6:0] | 表示静音步进 PI 控制器的比例增益。范围为 0 至 127,默认值为 0。 |
SS_KI[6:0] | 表示静音步进 PI 控制器的积分增益。范围为 0 至 127,默认值为 0。 |
SS_KP_DIV_SEL[2:0] | KP 的分频器因子。实际 KP = SS_KP/SS_KP_DIV_SEL。
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SS_KI_DIV_SEL[2:0] | KI 的分频器因子。实际 KI = SS_KI/SS_KI_DIV_SEL。
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SS_THR[7:0] | 对器件从静音步进衰减模式转换到由 DECAY 位编程的其他衰减模式的频率进行编程。该频率对应于正弦电流波形的频率。
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要将 SS_THR 阈值转换为指定微步进设置的 STEP 频率 (fSTEP),应使用方程式 15:
其中,usm 对应于微步进数(4、16、256 等)。如果器件以自定义微步进模式运行,则在计算 STEP 频率时将 usm = 256 代入方程式 15。
下方展示了静音步进环路的增益与频率间的关系图:
环路传递函数具有两个极点和一个零点:
一个极点在原点处
一个极点 (fP),由电机线圈电阻和电感产生:
一个零点 (fZ),由 PI 环路产生
应选择比例增益 KP 以实现所需的环路增益。使用以下公式计算 KP 的值 -
如果任何频率小于 UGB,则允许通过。
高于 UGB 的频率(例如 PWM 频率或 STEP 频率)会进行衰减,不会导致电机噪声。
对于 UGB,200Hz 是不错的选择,这样可以衰减可闻范围内的大多数频率。
如果电源电压发生变化,可通过修改 KP 值来更改 UGB。这样一来,便可以在各种工作条件下实现类似的音频噪声抑制。
如果零点选择的频率低于电机极点,则 UGB 将增加,如增益与频率间的关系图所示。
应放置零点以消除电机极点。通过使 fP 和 fZ 相等来实现离散化实施,可使用以下公式来计算 KI。
例如,请考虑以下用例:
VM = 24 V
IFS = 5A
RMOTOR = 0.3Ω
LMOTOR = 0.7mH
UGB = 200Hz
FPWM = 25kHz
在 50RPM 以上时,衰减模式应从静音步进更改为智能调优纹波控制。
使用前面的公式可以得到,KP = 0.18326 且 KI = 0.00314。可以设置以下寄存器值:
SS_KP = 0101111b = 47
SS_KI = 0000001b = 1
SS_KP_DIV_SEL = 011b = 1/256
SS_KI_DIV_SEL = 011b = 1/256
50RPM 对应于 1/256 微步进时约 42.6kpps,相当于正弦电流波形的 42Hz 频率。因此 SS_THR = 00010101b = 21。
图 7-21 展示了电机在静音步进衰减模式下运行时的平滑正弦线圈电流波形。
SS_SMPL_SEL 位会影响过零点附近的电流波形平滑度。2μs 采样时间的默认值适用于大多数电机和应用。如果在过零附近观察到电流波形失真,则采样时间的值可以增加到最大值 5μs。图 7-22 是从静音步进衰减模式转换到采样时间为 5μs 的智能调优纹波控制衰减模式的示例。