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ZHCSLW7B August 2022 – October 2023 DRV8462

PRODUCTION DATA

封裝選項

機械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)

DDW|44
- MPDS309B
DDV|44
- MPDS169G

散熱焊盤機械數(shù)據(jù) (封裝 | 引腳)

DDW|44
- PPTD374

訂購信息

7.3.13 靜音步進衰減模式

傳統(tǒng)的峰值電流模式控制通過檢測 MOSFET 中的瞬時電流來確定驅(qū)動和衰減持續(xù)時間。因此，電機驅(qū)動器會對系統(tǒng)中的瞬時誤差做出反應。這些突然的電流變化會導致電機發(fā)出可聞噪聲。

為了確保步進電機實現(xiàn)無噪聲工作，DRV8462 具有靜音步進衰減模式。靜音步進是一種電壓模式 PWM 調(diào)節(jié)方案，用于消除因 PWM 在靜止和低速時切換而產(chǎn)生的噪聲。因此，靜音步進電機應用非常適合 3D 打印機、醫(yī)療設備和工廠自動化等低噪聲工作至關重要的應用。

注：

當器件以靜音步進衰減模式運行時 -

開路負載故障檢測僅在電機處于運動狀態(tài)時有效，而在電機處于靜止狀態(tài)時無效。
不支持失速檢測。
禁用展頻功能。

靜音步進環(huán)路專為低帶寬運行而設計，因此在電機中速至高速運行時，衰減模式可以切換回由 DECAY 位編程的其中一個傳統(tǒng)電流模式衰減方案。從靜音步進轉(zhuǎn)換到其他衰減模式是即時發(fā)生的，而從其他衰減模式轉(zhuǎn)換到靜音步進則會在電氣半個周期的邊界處發(fā)生。

圖 7-19 展示了靜音步進衰減模式實施的方框圖：

圖 7-19 靜音步進方框圖

表 7-23 展示了與靜音步進衰減模式相關的 SPI 寄存器參數(shù)。

表 7-23 靜音步進參數(shù)表

參數(shù)	說明
EN_SS	當 EN_SS 位為 1b 時，靜音步進衰減模式將被啟用。在線圈 A 和線圈 B 中的電流分別過零之后，器件開始以靜音步進躍運行。將 0b 寫入 EN_SS 會禁用靜音步進衰減模式，而衰減模式會根據(jù)衰減位設置發(fā)生變化。
SS_PWM_FREQ[1:0]	表示靜音步進衰減模式下的 PWM 頻率 (F_PWM)。 00b = 25kHz（默認） 01b = 33kHz 10b = 42kHz 11b = 50kHz PWM 頻率越高，開關損耗越高。
SS_SMPL_SEL[1:0]	靜默步進電流過零采樣時間。默認值為 2μs。如果電流波形在過零附近失真，請增加采樣時間。 00b = 2μs（默認） 01b = 3μs 10b = 4μs 11b = 5μs
SS_KP[6:0]	表示靜音步進 PI 控制器的比例增益。范圍為 0 至 127，默認值為 0。
SS_KI[6:0]	表示靜音步進 PI 控制器的積分增益。范圍為 0 至 127，默認值為 0。
SS_KP_DIV_SEL[2:0]	KP 的分頻器因子。實際 KP = SS_KP/SS_KP_DIV_SEL。 000b - SS_KP/32（默認值） 001b - SS_KP/64 010b - SS_KP/128 011b - SS_KP/256 100b - SS_KP/512 101b - SS_KP/16 110b - SS_KP
SS_KI_DIV_SEL[2:0]	KI 的分頻器因子。實際 KI = SS_KI/SS_KI_DIV_SEL。 000b - SS_KI/32（默認值） 001b - SS_KI/64 010b - SS_KI/128 011b - SS_KI/256 100b - SS_KI/512 101b - SS_KI/16 110b - SS_KI
SS_THR[7:0]	對器件從靜音步進衰減模式轉(zhuǎn)換到由 DECAY 位編程的其他衰減模式的頻率進行編程。該頻率對應于正弦電流波形的頻率。 00000001b = 2Hz 00000010b = 4Hz . . 11111111b = 510Hz（默認值）

要將 SS_THR 閾值轉(zhuǎn)換為指定微步進設置的 STEP 頻率 (f_STEP)，應使用方程式 15：

方程式 6. f_STEP = (SS_THR * 1000 * usm)/256

其中，usm 對應于微步進數(shù)（4、16、256 等）。如果器件以自定義微步進模式運行，則在計算 STEP 頻率時將 usm = 256 代入方程式 15。

下方展示了靜音步進環(huán)路的增益與頻率間的關系圖：

圖 7-20 靜音步進增益與頻率間的關系

環(huán)路傳遞函數(shù)具有兩個極點和一個零點：

一個極點在原點處
一個極點 (f_P)，由電機線圈電阻和電感產(chǎn)生：
方程式 7. f_P = R_MOTOR/(2 * π * L_MOTOR)
一個零點 (f_Z)，由 PI 環(huán)路產(chǎn)生
方程式 8. f_Z = (KI * F_PWM)/(2 * π * KP)

應選擇比例增益 KP 以實現(xiàn)所需的環(huán)路增益。使用以下公式計算 KP 的值 -

方程式 9. KP = 20 * π * UGB * L_MOTOR/VM - 對于 DDV 封裝

方程式 10. KP = 10 * π * UGB * L_MOTOR/VM - 對于 DDW 封裝

其中，UGB 是環(huán)路的單位增益帶寬，R_MOTOR 是電機線圈電阻，L_MOTOR 是電機線圈電感，I_FS 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。
高于 UGB 的頻率（例如 PWM 頻率或 STEP 頻率）會進行衰減，不會導致電機噪聲。
對于 UGB，200Hz 是不錯的選擇，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，可通過修改 KP 值來更改 UGB。這樣一來，便可以在各種工作條件下實現(xiàn)類似的音頻噪聲抑制。
如果零點選擇的頻率低于電機極點，則 UGB 將增加，如增益與頻率間的關系圖所示。

應放置零點以消除電機極點。通過使 f_P 和 f_Z 相等來實現(xiàn)離散化實施，可使用以下公式來計算 KI。

方程式 11. KI = KP * R_MOTOR/(F_PWM * L_MOTOR)

例如，請考慮以下用例：

VM = 24 V
I_FS = 5A
R_MOTOR = 0.3Ω
L_MOTOR = 0.7mH
UGB = 200Hz
F_PWM = 25kHz
在 50RPM 以上時，衰減模式應從靜音步進更改為智能調(diào)優(yōu)紋波控制。

使用前面的公式可以得到，KP = 0.18326 且 KI = 0.00314?？梢栽O置以下寄存器值：

SS_KP = 0101111b = 47
SS_KI = 0000001b = 1
SS_KP_DIV_SEL = 011b = 1/256
SS_KI_DIV_SEL = 011b = 1/256
50RPM 對應于 1/256 微步進時約 42.6kpps，相當于正弦電流波形的 42Hz 頻率。因此 SS_THR = 00010101b = 21。

圖 7-21 展示了電機在靜音步進衰減模式下運行時的平滑正弦線圈電流波形。

圖 7-21 靜音步進衰減模式下的線圈電流波形. 從上到下的布線：線圈 A 電流、線圈 B 電流

SS_SMPL_SEL 位會影響過零點附近的電流波形平滑度。2μs 采樣時間的默認值適用于大多數(shù)電機和應用。如果在過零附近觀察到電流波形失真，則采樣時間的值可以增加到最大值 5μs。圖 7-22 是從靜音步進衰減模式轉(zhuǎn)換到采樣時間為 5μs 的智能調(diào)優(yōu)紋波控制衰減模式的示例。

圖 7-22 靜音步進至智能調(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