ZHCSXG7 August   2024 DRV8434A-Q1

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特性
  3. 2 应用
  4. 3 说明
  5. 4 引脚配置和功能
    1. 4.1 引脚功能
  6. 5 规格
    1. 5.1 绝对最大额定值
    2. 5.2 ESD 等级
    3. 5.3 建议运行条件
    4. 5.4 热性能信息
    5. 5.5 电气特性
    6. 5.6 STEP 和 DIR 时序要求
      1. 5.6.1 典型特性
  7. 6 详细说明
    1. 6.1 概述
    2. 6.2 功能方框图
    3. 6.3 特性说明
      1. 6.3.1 步进电机驱动器电流额定值
        1. 6.3.1.1 峰值电流额定值
        2. 6.3.1.2 均方根电流额定值
        3. 6.3.1.3 满量程电流额定值
      2. 6.3.2 PWM 电机驱动器
      3. 6.3.3 细分分度器
      4. 6.3.4 通过 MCU DAC 控制 VREF
      5. 6.3.5 电流调节和衰减模式
        1. 6.3.5.1 智能调优纹波控制
        2. 6.3.5.2 消隐时间
      6. 6.3.6 电荷泵
      7. 6.3.7 线性稳压器
      8. 6.3.8 逻辑电平、三电平和四电平引脚图
        1. 6.3.8.1 nFAULT 和 STL_REP 引脚
      9. 6.3.9 保护电路
        1. 6.3.9.1 VM 欠压锁定 (UVLO)
        2. 6.3.9.2 VCP 欠压锁定 (CPUV)
        3. 6.3.9.3 过流保护 (OCP)
        4. 6.3.9.4 失速检测
        5. 6.3.9.5 开路负载检测 (OL)
        6. 6.3.9.6 热关断 (OTSD)
        7.       故障条件汇总
    4. 6.4 器件功能模式
      1. 6.4.1 睡眠模式 (nSLEEP = 0)
      2.      43
      3. 6.4.2 禁用模式（nSLEEP = 1，ENABLE = 0）
      4. 6.4.3 工作模式（nSLEEP = 1，ENABLE = Hi-Z/1）
      5. 6.4.4 nSLEEP 复位脉冲
      6.      功能模式汇总
  8. 7 应用和实施
    1. 7.1 应用信息
    2. 7.2 典型应用
      1. 7.2.1 设计要求
      2. 7.2.2 详细设计过程
        1. 7.2.2.1 步进电机转速
        2. 7.2.2.2 电流调节
        3. 7.2.2.3 衰减模式
        4. 7.2.2.4 应用曲线
        5. 7.2.2.5 热应用
          1. 7.2.2.5.1 功率损耗
          2. 7.2.2.5.2 导通损耗
          3. 7.2.2.5.3 开关损耗
          4. 7.2.2.5.4 由于静态电流造成的功率损耗
          5. 7.2.2.5.5 总功率损耗
          6. 7.2.2.5.6 器件结温估算
  9. 8 电源相关建议
    1. 8.1 大容量电容
  10. 9 布局
    1. 9.1 布局指南
    2. 9.2 布局示例
  11. 10器件和文档支持
    1. 10.1 相关文档
    2. 10.2 接收文档更新通知
    3. 10.3 支持资源
    4. 10.4 商标
    5. 10.5 静电放电警告
    6. 10.6 术语表
  12. 11修订历史记录
  13. 12机械、封装和可订购信息

6.3.9.4 失速检测

步进电机的绕组电流、反电动势和电机的机械扭矩负载之间有着独特的关系，如图 6-13 所示。对于给定的绕组电流，当电机负载接近电机的扭矩能力时，反电动势将与绕组电流同相。

通过检测电机电流的上升和下降电流象限之间的反电动势相移，DRV8434A-Q1 可检测到电机过载失速情况或线路末端运动。如果没有失速检测，驱动器将继续流过障碍物，从而导致发热、可闻噪音并损坏系统。

失速检测可取代成本高昂的霍尔传感器。与霍尔传感器的超时机制相比，集成的无传感器失速检测可在电机失速时立即做出响应。

DRV8434A-Q1 通过监控电机反电动势进行失速检测图 6-13 通过监控电机反电动势进行失速检测

失速检测算法可通过监控 PWM 关断时间来比较上升和下降象限之间的反电动势，并生成一个由扭矩计数表示的值。进行比较时，扭矩计数实际上与电机电流、环境温度和电源电压无关。

对于轻载电机，扭矩计数将为非零值。当电机接近失速状态时，扭矩计数将接近零并可用于检测失速状态。如果任何时候扭矩计数降到失速阈值以下，器件将检测到失速。在失速状态下，电机轴不会旋转。当失速状态消失后，电机又开始旋转。

电机线圈阻抗较高可能会导致扭矩计数低。DRV8434A-Q1 的 ENABLE 引脚允许按比例调高低扭矩计数值，以便于进一步处理。如果 ENABLE 引脚为高阻态，扭矩计数和失速阈值将乘以 8。如果 ENABLE 引脚为逻辑高电平，扭矩计数和失速阈值会保留算法最初计算的值。

DRV8434A-Q1 的失速检测算法可通过两个数字 IO 和一个模拟 IO 引脚配置 - STL_MODE、STL_REP 和 TRQ_CNT/STL_TH。

STL_MODE 对失速检测模式进行编程。当该引脚为逻辑低电平时，失速阈值由驱动器或外部微控制器 (MCU) 计算。TRQ_CNT/STL_TH 引脚会输出扭矩计数模拟电压。如果 STL_MODE 引脚断开（高阻态），它会启用失速阈值学习过程。如果学习成功，TRQ_CNT/STL_TH 引脚会将失速阈值输出为模拟电压。当 STL_MODE 为逻辑高电平（连接至 DVDD）时，可通过在 TRQ_CNT/STL_TH 引脚上应用电压来设置失速阈值。TRQ_CNT/STL_TH 引脚可同时充当输入或输出，具体取决于工作模式。1nF 电容器必须从 TRQ_CNT/STL_TH 引脚连接至 GND。在 STL_MODE 引脚和 GND 之间连接 330k 电阻会禁用失速检测。此外，如果存在任何故障条件（UVLO、OCP、OL、OTSD 等），将禁用失速检测。

STL_REP 为开漏输出。当 STL_MODE = GND 或 DVDD 时，如果没有任何失速故障，STL_REP 被驱动器拉至低电平；如果检测到失速，则变为高电平。如果 STL_MODE = GND 或 DVDD，并且 STL_REP 引脚从外部被拉至低电平，则会禁用失速故障报告，如果检测到失速，nFAULT 不会变为低电平。在失速阈值学习模式（STL_MODE = 高阻态）下，如果 STL_REP 从高电平变为低电平，即表明成功学习失速阈值。必须通过外部上拉电阻上拉 STL_REP。

以下过程介绍了失速阈值学习操作：

  • 开始失速阈值学习之前，请确保电机转速已达到其目标值。请勿在电机转速加快或减慢时学习失速阈值。
  • 通过将 STL_MODE 引脚设为高阻态来启动学习。
  • 空载运行电机。
  • 等待 32 个电气周期，让驱动器了解稳定计数。
  • 让电机失速。
  • 等待 16 个电气周期，让驱动器了解失速计数。
  • 如果学习成功，STL_REP 将被拉至低电平。
  • 失速阈值计算为稳定计数和失速计数的平均值。
  • 学习成功后，TRQ_CNT/STL_TH 引脚会将失速阈值作为模拟电压输出，并在内部存储该值以用于扭矩计数模式。
  • 学习成功后，一旦器件通过更改 STL_MODE 逻辑电平进入扭矩计数模式或失速阈值模式，STL_REP 就会变为高电平，nFAULT 会被下拉并且 TRQ_CNT/STL_TH 引脚上的电压会复位。
  • 应用 nSLEEP 复位脉冲以拉低 STL_REP 并再次拉高 nFAULT。

有时，由于电机运行或失速时扭矩计数不稳定，失速学习过程可能无法成功进行。例如，当电机具有较高的线圈电阻或以非常高或低的速度运行时，扭矩计数可能会随时间变化很大，并且稳定计数与失速计数之间的差异可能很小。在这种情况下，建议不要使用失速学习方法。用户应仔细研究整个工作条件范围内的稳定计数和扭矩计数，并将阈值设为介于最小稳定计数和最大失速计数之间的中间值。

当电机最初加速时，建议将驱动器配置为纽约计数模式或失速阈值模式。如果器件在初始加速期间处于学习模式，学习过程可能会导致较低的失速阈值。一旦达到稳态速度，就可以开始学习过程。

表 6-6 展示了可以检测失速的所有不同工作模式。

表 6-6 失速检测工作模式
工作模式STL_MODETRQ_CNT/STL_THSTL_REPnFAULT说明
扭矩计数模式

GND

扭矩计数电压作为输出输出：高电平：失速故障
输入：低电平：禁用失速报告		如果 STL_REP > 1.6V，nFAULT 会在检测到失速时变为低电平此模式支持两种运行：
1. 独立失速检测模式：驱动器负责失速检测和报告（前面需要带有学习模式）。
2. MCU 辅助失速检测模式：MCU 将 TRQ_CNT/STL_TH 电压作为输入，对任何二阶效应进行补偿，并将其与自己的失速阈值进行比较以检测失速。由于此工作模式是外部的，因此必须禁用器件失速报告。MCU 还可以基于扭矩计数运行算法来控制 VREF。
学习模式高阻态失速阈值电压作为输出输出：高电平：未完成学习
低电平：学习成功		不适用1.扭矩计数学习结果可通过 TRQ_CNT/STL_TH 引脚获得。
2.在这种模式下，电机必须空载旋转至少 32 个电气周期，然后失速至少 16 个电气周期，以便失速检测算法确定内部失速阈值。
失速阈值模式

DVDD

失速阈值电压作为输入输出：高电平：失速故障
输入：低电平：禁用失速报告		如果 STL_REP > 1.6V，nFAULT 会在检测到失速时变为低电平从扭矩计数模式或学习模式记录扭矩计数，并向 TRQ_CNT/STL_TH 引脚应用所需的失速阈值电压。失速阈值电压必须低于从扭矩计数模式记录的扭矩计数。必须在电机正以扭矩计数模式旋转时选择失速阈值模式。

禁用失速检测

330k 至 GND

输出：低电平

电机失速将被忽略，除非 STL_MODE = 0 或 1。

图 6-14 展示了 DRV8434A-Q1 驱动器的失速检测流程图。

DRV8434A-Q1 DRV8434A-Q1 失速检测流程图图 6-14 DRV8434A-Q1 失速检测流程图