ZHCSRF9A December 2022 – October 2023 DRV8461
PRODUCTION DATA
- 1
- 1 特性
- 2 應(yīng)用
- 3 說(shuō)明
- 4 修訂歷史記錄
- 5 引腳配置和功能
- 6 規(guī)格
-
7 詳細(xì)說(shuō)明
- 7.1 概述
- 7.2 功能方框圖
- 7.3
特性說(shuō)明
- 7.3.1 運(yùn)行接口
- 7.3.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電流額定值
- 7.3.3 PWM 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
- 7.3.4 微步進(jìn)分度器
- 7.3.5 分度器輸出
- 7.3.6 自動(dòng)微步模式
- 7.3.7 自定義微步進(jìn)表
- 7.3.8 電流調(diào)節(jié)
- 7.3.9 靜止省電模式
- 7.3.10 電流調(diào)節(jié)衰減模式
- 7.3.11 使用外部電阻器進(jìn)行電流檢測(cè)
- 7.3.12 靜音步進(jìn)衰減模式
- 7.3.13 自動(dòng)扭矩動(dòng)態(tài)電流調(diào)節(jié)
- 7.3.14 電荷泵
- 7.3.15 線性穩(wěn)壓器
- 7.3.16 VCC 電壓電源
- 7.3.17 邏輯電平、三電平和四電平引腳圖
- 7.3.18 展頻
- 7.3.19 保護(hù)電路
- 7.3.20 器件功能模式
- 7.4 編程
- 7.5
寄存器映射
- 7.5.1 狀態(tài)寄存器
- 7.5.2
控制寄存器
- 7.5.2.1 CTRL1（地址 = 0x04）[默認(rèn)值 = 0Fh]
- 7.5.2.2 CTRL2（地址 = 0x05）[默認(rèn)值 = 06h]
- 7.5.2.3 CTRL3（地址 = 0x06）[默認(rèn)值 = 38h]
- 7.5.2.4 CTRL4（地址 = 0x07）[默認(rèn)值 = 49h]
- 7.5.2.5 CTRL5（地址 = 0x08）[默認(rèn)值 = 03h]
- 7.5.2.6 CTRL6（地址 = 0x09）[默認(rèn)值 = 20h]
- 7.5.2.7 CTRL7（地址 = 0x0A）[默認(rèn)值 = FFh]
- 7.5.2.8 CTRL8（地址 = 0x0B）[默認(rèn)值 = 0Fh]
- 7.5.2.9 CTRL9（地址 = 0x0C）[默認(rèn)值 = 10h]
- 7.5.2.10 CTRL10（地址 = 0x0D）[默認(rèn)值 = 80h]
- 7.5.2.11 CTRL11（地址 = 0x0E）[默認(rèn)值 = FFh]
- 7.5.2.12 CTRL12（地址 = 0x0F）[默認(rèn)值 = 20h]
- 7.5.2.13 CTRL13（地址 = 0x10）[默認(rèn)值 = 10h]
- 7.5.2.14 CTRL14（地址 = 0x3C）[默認(rèn)值 = 58h]
- 7.5.3 索引寄存器
- 7.5.4
自定義微步進(jìn)寄存器
- 7.5.4.1 CUSTOM_CTRL1（地址 = 0x16）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.4.2 CUSTOM_CTRL2（地址 = 0x17）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.4.3 CUSTOM_CTRL3（地址 = 0x18）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.4.4 CUSTOM_CTRL4（地址 = 0x19）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.4.5 CUSTOM_CTRL5（地址 = 0x1A）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.4.6 CUSTOM_CTRL6（地址 = 0x1B）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.4.7 CUSTOM_CTRL7（地址 = 0x1C）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.4.8 CUSTOM_CTRL8（地址 = 0x1D）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.4.9 CUSTOM_CTRL9（地址 = 0x1E）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5
自動(dòng)扭矩寄存器
- 7.5.5.1 ATQ_CTRL1（地址 = 0x1F）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.2 ATQ_CTRL2（地址 = 0x20）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.3 ATQ_CTRL3（地址 = 0x21）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.4 ATQ_CTRL4（地址 = 0x22）[默認(rèn)值 = 20h]
- 7.5.5.5 ATQ_CTRL5（地址 = 0x23）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.6 ATQ_CTRL6（地址 = 0x24）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.7 ATQ_CTRL7（地址 = 0x25）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.8 ATQ_CTRL8（地址 = 0x26）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.9 ATQ_CTRL9（地址 = 0x27）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.10 ATQ_CTRL10（地址 = 0x28）[默認(rèn)值 = 08h]
- 7.5.5.11 ATQ_CTRL11（地址 = 0x29）[默認(rèn)值 = 0Ah]
- 7.5.5.12 ATQ_CTRL12（地址 = 0x2A）[默認(rèn)值 = FFh]
- 7.5.5.13 ATQ_CTRL13（地址 = 0x2B）[默認(rèn)值 = 05h]
- 7.5.5.14 ATQ_CTRL14（地址 = 0x2C）[默認(rèn)值 = 0Fh]
- 7.5.5.15 ATQ_CTRL15（地址 = 0x2D）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.16 ATQ_CTRL16（地址 = 0x2E）[默認(rèn)值 = FFh]
- 7.5.5.17 ATQ_CTRL17（地址 = 0x2F）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.5.18 ATQ_CTRL18（地址 = 0x30）[默認(rèn)值 = 00h]
- 7.5.6 靜音步進(jìn)寄存器
- 8 應(yīng)用和實(shí)施
- 9 散熱注意事項(xiàng)
- 10電源相關(guān)建議
- 11布局
- 12器件和文檔支持
- 13機(jī)械、封裝和可訂購(gòu)信息
封裝選項(xiàng)
機(jī)械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)
散熱焊盤機(jī)械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)
訂購(gòu)信息
7.3.12 靜音步進(jìn)衰減模式
傳統(tǒng)的峰值電流模式控制通過(guò)檢測(cè) MOSFET 中的瞬時(shí)電流來(lái)確定驅(qū)動(dòng)和衰減持續(xù)時(shí)間。因此，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器會(huì)對(duì)系統(tǒng)中的瞬時(shí)誤差做出反應(yīng)。這些突然的電流變化會(huì)導(dǎo)致電機(jī)發(fā)出可聞噪聲。
為了確保步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)無(wú)噪聲工作，DRV8461 具有靜音步進(jìn)衰減模式。靜音步進(jìn)是一種電壓模式 PWM 調(diào)節(jié)方案，用于消除因 PWM 在靜止和低速時(shí)切換而產(chǎn)生的噪聲。因此，靜音步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用非常適合 3D 打印機(jī)、醫(yī)療設(shè)備和工廠自動(dòng)化等低噪聲工作至關(guān)重要的應(yīng)用。
當(dāng)器件以靜音步進(jìn)衰減模式運(yùn)行時(shí) -
- 開(kāi)路負(fù)載故障檢測(cè)僅在電機(jī)處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)有效，而在電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)無(wú)效。
- 不支持失速檢測(cè)。
- 禁用展頻功能。
靜音步進(jìn)環(huán)路專為低帶寬運(yùn)行而設(shè)計(jì)，因此在電機(jī)中速至高速運(yùn)行時(shí)，衰減模式可以切換回由 DECAY 位編程的其中一個(gè)傳統(tǒng)電流模式衰減方案。從靜音步進(jìn)轉(zhuǎn)換到其他衰減模式是即時(shí)發(fā)生的，而從其他衰減模式轉(zhuǎn)換到靜音步進(jìn)則會(huì)在電氣半個(gè)周期的邊界處發(fā)生。
圖 7-18 展示了靜音步進(jìn)衰減模式實(shí)施的方框圖：
圖 7-18 靜音步進(jìn)方框圖表 7-23 展示了與靜音步進(jìn)衰減模式相關(guān)的 SPI 寄存器參數(shù)。
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參數(shù) |
說(shuō)明 |
|---|---|
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EN_SS |
當(dāng) EN_SS 為 1b 時(shí)，靜音步進(jìn)衰減模式將被啟用。在線圈 A 和線圈 B 中的電流分別過(guò)零之后，器件開(kāi)始以靜音步進(jìn)躍運(yùn)行。將 0b 寫入 EN_SS 會(huì)禁用靜音步進(jìn)衰減模式，而衰減模式會(huì)根據(jù)衰減位設(shè)置發(fā)生變化。 |
|
SS_PWM_FREQ[1:0] |
表示靜音步進(jìn)衰減模式下的 PWM 頻率 (FPWM)。
PWM 頻率越高，開(kāi)關(guān)損耗越高。 |
| SS_SMPL_SEL[1:0] | 靜默步進(jìn)電流過(guò)零采樣時(shí)間。默認(rèn)值為 2μs。如果電流波形在過(guò)零附近失真，請(qǐng)?jiān)黾硬蓸訒r(shí)間。
|
|
SS_KP[6:0] |
表示靜音步進(jìn) PI 控制器的比例增益。范圍為 0 至 127，默認(rèn)值為 0。 |
|
SS_KI[6:0] |
表示靜音步進(jìn) PI 控制器的積分增益。范圍為 0 至 127，默認(rèn)值為 0。 |
|
SS_KP_DIV_SEL[2:0] |
KP 的分頻器因子。實(shí)際 KP = SS_KP/SS_KP_DIV_SEL。
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|
SS_KI_DIV_SEL[2:0] |
KI 的分頻器因子。實(shí)際 KI = SS_KI/SS_KI_DIV_SEL。
|
|
SS_THR[7:0] |
對(duì)器件從靜音步進(jìn)衰減模式轉(zhuǎn)換到由 DECAY 位編程的其他衰減模式的頻率進(jìn)行編程。該頻率對(duì)應(yīng)于正弦電流波形的頻率。
|
要將 SS_THR 閾值轉(zhuǎn)換為指定微步進(jìn)設(shè)置的 STEP 頻率 (fSTEP)，應(yīng)使用方程式 14：
其中，usm 對(duì)應(yīng)于微步進(jìn)數(shù)（4、16、256 等）。如果器件以自定義微步進(jìn)模式運(yùn)行，則在計(jì)算 STEP 頻率時(shí)將 usm = 256 代入方程式 14。
下方展示了靜音步進(jìn)環(huán)路的增益與頻率間的關(guān)系圖：
圖 7-19 靜音步進(jìn)增益與頻率間的關(guān)系環(huán)路傳遞函數(shù)具有兩個(gè)極點(diǎn)和一個(gè)零點(diǎn)：
- 一個(gè)極點(diǎn)在原點(diǎn)處
- 一個(gè)極點(diǎn) (fP)，由電機(jī)線圈電阻和電感產(chǎn)生：方程式 7. fP = RMOTOR/(2 * π * LMOTOR)
- 一個(gè)零點(diǎn) (fZ)，由 PI 環(huán)路產(chǎn)生方程式 8. fZ = (KI * FPWM)/(2 * π * KP)
應(yīng)選擇比例增益 KP 以實(shí)現(xiàn)所需的環(huán)路增益。請(qǐng)使用以下公式來(lái)計(jì)算 KP -
其中，UGB 是環(huán)路的單位增益帶寬，RMOTOR 是電機(jī)線圈電阻，LMOTOR 是電機(jī)線圈電感，IFS 是滿量程電流，而 VM 是電源電壓。
- 如果任何頻率小于 UGB，則允許通過(guò)。
- 高于 UGB 的頻率（例如 PWM 頻率或 STEP 頻率）會(huì)進(jìn)行衰減，不會(huì)導(dǎo)致電機(jī)噪聲。
- 對(duì)于 UGB，200Hz 是不錯(cuò)的選擇，這樣可以衰減可聞范圍內(nèi)的大多數(shù)頻率。
- 如果電源電壓發(fā)生變化，可通過(guò)修改 KP 值來(lái)更改 UGB。這樣一來(lái)，便可以在各種工作條件下實(shí)現(xiàn)類似的音頻噪聲抑制。
- 如果零點(diǎn)選擇的頻率低于電機(jī)極點(diǎn)，則 UGB 將增加，如增益與頻率間的關(guān)系圖所示。
應(yīng)放置零點(diǎn)以消除電機(jī)極點(diǎn)。通過(guò)使 fP 和 fZ 相等來(lái)實(shí)現(xiàn)離散化實(shí)施，可使用以下公式來(lái)計(jì)算 KI。
例如，請(qǐng)考慮以下用例：
- VM = 24 V
- IFS = 3 A
- RMOTOR = 0.9Ω
- LMOTOR = 1.2mH
- UGB = 200Hz
- FPWM = 25kHz
- 在 50RPM 以上時(shí)，衰減模式應(yīng)從靜音步進(jìn)更改為智能調(diào)優(yōu)紋波控制。
使用前面的公式可以得到，KP = 0.1885 且 KI = 0.00566。可以設(shè)置以下寄存器值：
- SS_KP = 0110000b = 48
- SS_KI = 0000011b = 3
- SS_KP_DIV_SEL = 011b = 1/256
- SS_KI_DIV_SEL = 100b = 1/512
- 50RPM 對(duì)應(yīng)于 1/256 微步進(jìn)時(shí)約 42.6kpps，相當(dāng)于正弦電流波形的 42Hz 頻率。因此 SS_THR = 00010101b = 21。
以下示波器截圖展示了電機(jī)在靜音步進(jìn)衰減模式下運(yùn)行時(shí)的平滑正弦線圈電流波形。
圖 7-20 靜音步進(jìn)衰減模式下的線圈電流波形SS_SMPL_SEL 位會(huì)影響過(guò)零點(diǎn)附近的電流波形平滑度。2μs 采樣時(shí)間的默認(rèn)值適用于大多數(shù)電機(jī)和應(yīng)用。如果在過(guò)零附近觀察到電流波形失真，則采樣時(shí)間的值可以增加到最大值 5μs。以下示波器截圖顯示了從靜音步進(jìn)衰減模式轉(zhuǎn)換到采樣時(shí)間為 5μs 的智能調(diào)優(yōu)紋波控制衰減模式的示例。
圖 7-21 靜音步進(jìn)至智能調(diào)優(yōu)轉(zhuǎn)換. 從上到下的布線：AOUT2、AOUT1、線圈 A 電流、線圈 B 電流、nSCS