如何简化步进电机系统设计

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。

图6: 有BEMF修正功能的相电流。

电源和相电阻修正

电机的电源电压和相电阻是另外两个影响相电流的主要因素。因为控制器采用电压控制方式，对输出占空比进行控制，所以这两个要素之中任何一个发生变化，都会影响相电流。

当电机没有稳压电源时，在从电源到电机驱动电路的电压上会出现大量的脉动电压。随着电源电压变化，电机电流也会波动。如果电源上的脉动电压很大，当电机电流变得太小时，电机很可能会停止运转。该控制器内置一个电源电压修正电路，如图7所示。在这个电路内，内部模数转换器负责测定电源电压，然后由在数字内核实现的修正算法计算修正因数，将其施加到PWM占空比内，使输出电压值在整个电源电压变化范围内保持恒定。

图7: 电源修正。

随着电机发热，相阻变化也会直接影响相电流。KTHERM设置用于修正电机内部发热导致的相阻变化。驱动器控制器的软件可以监测或估计电机温度的升高状况，设置KTHERM值，修正因为温度升高而引起的电机相阻的变化。例如，可以使用一个简单的算法测定在运转间隔时电机停止运转时的相阻，根据测量结果调整KTHERM值。

结论

L6470实现的功能让设计人员可以实现电压控制式微步进驱动器，修正过去需要采用电流控制式驱动器才能解决的典型的系统问题。从总体上看，系统控制变得更加顺畅，没有电流控制式驱动器的常见限制性问题。使用数字化电压控制式PWM方法，可以轻松实现每步最多128微步进 的微步进驱动器。电压控制式解决方案的正弦波曲线更加精确，位置解析率高于电流控制式方法，电压控制式操作可大幅降低系统谐振。此外，该器件实现的数字运动引擎能够大幅降低系统微控制器的负荷，在多电机应用环境中，无需另设一个专用微控制器。