新的步进电机控制器/驱动器优化步进电机系统设计

电压控制式微步进

通常情况下，步进电机驱动电路是电流式控制设计，电流控制器监测并控制绕组电流强度。这种结构让设计人员能够在宽转速范围内保持所需的转矩，而且电源电压波动很小。这种设计非常适合全步和半步驱动器，而且也易于实现。很多设计人员避免在微步进驱动器中使用电压控制方式，因为电源电压变化导致峰流有很大变化，而且，随着转速提高，电机的反电动势（EMF ）也会增强。不过，利用数字控制技术可以修正这些不利因素。

为实现这种电压控制式驱动电路，需要利用一个PWM计数器/定时器电路来控制输出脉宽，以数字方式设置输出占空比。L6470通过在电机绕组上施加电压来控制相电流。虽然不能直接控制相电流的幅度，但是，相电流与相电压的大小、负载、转矩、电机电学特性和转速密切相关。有效输出电压与电机电源电压和KVAL系数的积成正比。KVAL的取值范围是电源电压的0%到100%。在微步进驱动器中，这个最大值再乘以调制指数，可产生所选步数的正弦波。峰值电压由下面的公式得出：

VOUT = VS ⋅KVAL

KVAL值由下面的公式得出：

KVAL = (Ipk x R)/Vs

其中:

Ipk = 所需的峰流

Vs = 典型电源电压

R = 电机绕组电阻

该器件的寄存器支持加速度、减速度、恒速运转和保持位置等不同的 KVAL设置，在运动曲线每个部分轻松实现不同的转矩设置。

BEMF补偿

如果在整个转速范围内始终向电机供给相同的峰值电压，随着电机转速增加，电流强度会逐渐降低，因为电机的反电动势BEMF会显著降低施加到线圈上的电压。图4左边的波形描述了没有采用BEMF补偿技术的电机工作状况。从图中不难看出，随着电机转速增加，BEM以线性方式提高，因为线圈上的电压是实际施加的相电压与BEMF电压的差值，所以电流将会降低。

图 4:有BEMF补偿电路和无BEMF补偿电路的相电流

为修正BEMF增加对电流的影响，该产品在KVAL系数中增加一个修正BEMF的因数。本质上，就是在 KVAL初始设置值中增加一个修正值，以抵消BEMF的影响。由于BEMF直接与转速成正比，因此这个修正值因数是一个斜率，根据这个斜率和电流转速来计算实时修正值。该产品提供不同的修正值：第一个值是一个标准值，适用于电机从零转速开始加速运转，直到相交转速参数INT_SPEED设置的最高速度为止。在相交速度之上，可以用两个附加的斜率调整标准斜率，一个用于恒速运转和加速度，另一个则用于减速运转。当 BEMF修正值设置适当时，峰值电流在电机全程转速范围内保持恒定，如图4所示。图6描述了当一个电机加速运转时的实际电流波形。

图5: BEMF修正曲线