术语和定义

参考

对于相关的文件和软件，请访问：

https://www.dialog-seminile.com/configurable-mixed-signal.。

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作者：Petro Zhuk

介绍

步进电机是无刷直流电动机，可将每一股速度分成多个相同的步骤。然后可以命令电动机的位置以在这些步骤之一移动和保持，而没有任何用于反馈的位置传感器（开环控制器），只要电动机就扭矩和速度小心地尺寸。

典型的步进电机可用于三种模式：完整的步骤，半踩踏和微步进。MicroStep模式允许将转子旋转在较小的角度上，而不是完整的步骤模式，并使转动更平滑。SLG47105 IC支持所有这些模式。

步进电机可根据绕组的类型分为两类 - 双极和单极道的行动。

单极步进电机有一个绕组，每个阶段都有中心敲击。每个绕组接通磁场的每个方向接通。因为在这种布置中，磁极可以在不切换电流方向的情况下反转，所以可以为每个绕组制造换向电路。通常，给出一个相，每个绕组的中心抽头是常见的，每相的三个引线和六个引线对于典型的两相电动机。这些两相共长通常在内部连接，因此电机仅有五个外部引线。

双极步进电机每相有绕组。为了倒置磁极，需要颠倒绕组中的电流。因此，控制电路必须更复杂。每相有两个引线，没有是常见的。

建设与运营原则

在本申请中，注意为双极步进电机示出了SLG47105使用的示例。由于电流流过整个线圈，因此双极电动机具有比单极电机壳体更大的扭矩。简而言之，SLG47105用作步进电机的驱动器。MCU控制驱动程序。在这个设计示例中，驱动程序有两种模式：完整步骤和1/16步。

内部设计结构可分为几个部分：

• 步骤/微步块控制步骤和微步模式。在步骤模式下，“步骤”输入上的一个脉冲对应于步进电机的一步。在MicroStep模式16上的“步骤”输入上的脉冲对应于步进电机的一步，因此该模式中的一个步骤分为16个MicroSteps，可以提高旋转精度;
• 在SLG47105内，“消隐时间”块确定PWM频率和高水平PWM的最小时间。
• 当前CMPS，DAC_PWMS，REGFILE和PWM斩波器在外部电阻的帮助下控制两个绕组中的电流，并设置正弦电流波形。Regfile包含16个DAC_PWM周期值，该值对应于正弦波的¼。DAC_PWM块从Regfile中选择值，并将此值设置为当前的CMP参考。当电流大于所需值时，PWM斩波器将切换输出电压以降低输出电流。
• 引脚逻辑和HV GPO切换当前正弦极性和旋转方向（取决于“旋转方向”输入引脚状态）。

主框图显示在图2。

典型的应用电路仅需要两个外部电阻，用于电流检测，参见图3.。

该设计有四个电机控制输入：

1. PIN＃2步骤/微秒模式 - 选择步进电机操作模式。高信号电平=全步操作，低信号电平= 1/16步进操作。
2. PIN＃14睡眠 - 禁用驱动程序。高信号电平=睡眠，低信号电平=活动模式。
3. 引脚＃17旋转方向 - 改变电机旋转方向。高=前进，低=反向。
4. PIN＃19步进电机通过使用此输入旋转一步或每次上升沿旋转1/16步。

设计参数：

• 电机最大电流：1 A /阶段
• 电机电压：12 V
• PWM频率：125 kHz

二手电机：NEMA17 42HS40-1206。

一步角	当前/阶段	反抗 /阶段	电感 /阶段	保持扭矩	制动扭矩	转子惯性	大量的
de	一种	欧姆	m	kg * cm.	G * cm.	G * cm.	公斤
1.8	1.2	3.3	3.2	2.8	150.	54.	0.28

GreenPak设计

PWM频率和消隐时间

DLY1块用于消隐时间生成和确定PWM频率。

消隐时间信号由DLY1生成，如图所示图6.。输出频率为125 kHz（8U）。消隐时间（最小高级持续时间）为0.8US（占PWM时期的10％）。

PWM斩波器功能用于通过电流比较信号切换PWM占空比。PWM斩波器在消隐时间期间忽略电流CMP信号。消隐时间后电流CMP的任何活动信号都​​会导致PWM占空比斩波当前周期。

在这种用例中，PWM周期等于消隐时间信号频率，并且PWM占空比取决于来自当前CMP的信号，但不小于消隐时间。

regfile使用

驱动程序具有16字节的Regfile，允许创建任意电流波形。驱动器具有64个VREF值，范围为0.032 V至2.016 V，具有0.032 V步，可用于填充16点Regfile。它们用于创建1/4的正弦，如图所示图8.。通过使用H-Bridge逻辑通过Regfile移动RegFile来创建另一个正弦部分，参见图9.。可以在信号中写半周期或全周期，但在这种情况下，信号不会如此平滑。

SINE的MAX VREF值取决于检测电阻值：

V._{ref_max.}= I._最大限度* 获得_CCMP.* R._感觉= 1 a * 8 * 0.11欧姆= 0.88 V

在哪里：

一世_最大限度- 每个电机阶段的最大电流。

获得_CCMP.- 当前CMP的增益。应在CCMP块中的GreenPak设计器中设置。

R._感觉- 电流测量外部电阻的值。

四个信号用于生成两个移位的正弦波。两个信号（“Reg_file_up / down”和反转）用于选择每个正弦波（向上或向下）移动的方向，另一个两个信号（DFF1 OUT和DFF2 OUT）用于选择所生成的SINE的极性波（正面或负面）。

改变旋转方向

旋转方向取决于正弦波滞后。

φ（a） - φ（b）= 90°

对应于顺时针旋转。

φ（b） - φ（a）= 90°

对应于逆时针旋转。

当“旋转方向”输入（GPIO4）电平改变时，例如从低到高电平，正弦电流阶段将以180度（从-90到90度到90度）更改，请参阅图10.。如果信号从高电平变为低电平，则绕组上的正弦电流阶段将被改变为-90度。

电流测量

来自电流检测电阻的信号数字11.通过8x增益连接到电流CMP的正输入。来自DAC_PWM的REGFILE数据连接到MUX，其将VREF值（一个正弦值）的一个交换为当前CMP的负输入。当8倍增益后的感测电阻上的电压降高于RegFile的当前VREF值时，PWM开始切割，见图13.。

步骤/微步模式

使用了两种模式 - 完整步骤和1/16步（Microstep）。这允许在正常和精确的旋转模式之间切换，这对于相机镜头和其他方式。

在通过完整步骤驾驶步进电机时，步进电机驱动器的输出看起来像一个方形信号并产生粗略的运动，参见图15.。一种。当用MicroStep驱动步进电机时，输出看起来像一个正弦信号并更平稳地移动，看图15.。B.。

图15.显示完整步骤操作的时序图，以及每个步骤操作的16个Microsteps。

完整的步骤模式

选择步进模式时，DAC_PWM块的“保持”信号为逻辑高。这不允许在Regfile值之间切换。LUT4_0将信号从“步骤”输入到DFF0，并且在“步骤”输入处的每个上升沿都会改变DFF0 OUT级别。DFF0输出连接到上/下信号。看图16.和图17.。

向上/向下信号倒置用于绕组A，并倒置用于绕组B. DFF0输出上的上升沿切换DFF1，从而在HV输出之间切换PWM信号。如果DFF1 OUT很高，则PWM块输出信号连接到HV OUT1。如果DFF1出低，则为HV OUT2。绕组中的电流将具有正方形，参见图18.。绕组B仅用90度相移绕组。

在完整的步骤模式下，不使用电流调节，当电流高于1.2A时，OCP保护将在短时间内关闭OUT。当电机转速太慢时，会发生这种情况。

MicroStep模式

如果MicroStep模式处于活动状态，则默认的Regfile地址是15^TH.DAC_PWM0和0的值^TH.DAC_PWM1的值。在“步骤”输入处上升沿后，DAC_PWM0计数，DAC_PWM1计数。CNT2计数15值以达到Regfile的底部位置，对于DAC_PWM0，以及DAC_PWM1的顶部位置。

DFF0在其CLK输入端改变每个上升沿的正弦输出极性。

Regfile地址对DAC_PWM0的更改：

15.^TH.→14^TH.→13.^TH.→12.^TH.→11^TH.→... 2^TH.→1^TH.→0.^TH.→1^TH.→2^TH.→......

Regfile地址对DAC_PWM1的改变：

0.^TH.→1^TH.→2^TH.→3^TH.→...... 13.^TH.→14^TH.→15^TH.→14^TH.→13.^TH.→......

输出在完整的步骤模式下交换，但现在的一个正弦波的1/4具有16个值。绕组中的产生电流具有正弦波形状，如图所示图20.。

图20.显示了MicroStep模式的时序图。

波形

完整的步骤

改变旋转方向

全步骤模式电机开启

microstep.

改变旋转方向

MicroStep模式下的电机开启

microstep衰减模式

HV OUTS的衰减模式可以通过“衰变”输入HV OUT CRTL0 / HV OUT CRTL1块进行更改。当该引脚连接到V._DD.=慢速衰减模式，何时到GND =快速衰减。“衰减”输入连接到“REG文件上/下”信号。当电流增加而不是使用缓慢衰减时，减少 - 快速衰减。

动态更改模式

结论

应用笔记描述了如何为双极步进电机控制器配置GreenPak。在该使用情况下，使用每个线圈的电流控制来控制电机旋转。电动机扭矩取决于通过电机线圈的电流，它导致电动机旋转，恒定扭矩。

配置了许多参数。例如，PWM频率，MIN PWM占空比值，控制引脚数和电机电流，可以针对每相多达1A电流的特定电机调节。此外，通过将高压块集成到GreenPak中，还可以使用一个或多个定义的速度等添加逻辑以自动旋转步进电机等。通过将高压块集成到Greenpak中，可以看到设计和布局变得非常紧凑，方便，可重新配置低成本。此外，GreenPak中仍然可用的额外电路允许额外的自定义或集成其他功能。