在本文，我們將為大家?guī)斫獯鹩嘘P(guān)設計步進電機設計中遇到的四個常見問題。步進電機是各類系統(tǒng)不可或缺的構(gòu)成部分，因此其需要集精確定位、出色的速度控制和可重復運動等特點于一體。步進電機被廣泛用于消費類和商用機器中，比如3D打印機、紡織機器、醫(yī)療器材、機器人、舞臺燈光和ATM等系統(tǒng)。

步進電機具有兩個由H橋控制的電流繞組，并以步進角定義的離散步長運動。如果您使用此類電機進行設計，則會遇到一些常見挑戰(zhàn)。其中一些與驅(qū)動相關(guān)，而另一些與系統(tǒng)相關(guān)。本文將回答一些最常見的問題，其中一些問題如圖1所示。

圖 1：步進電機設計時的常見挑戰(zhàn)

Q1:

什么是調(diào)諧？

由什么原因引起，為什么它很重要？

步進電機系統(tǒng)必須連續(xù)驅(qū)動和衰減電流，以便調(diào)節(jié)電流并在每一步保持電機的位置。這會產(chǎn)生電流紋波。設計人員結(jié)合使用快速、慢速和混合衰減模式來控制流經(jīng)電機繞組的電流。選擇最佳衰減模式的過程稱為“調(diào)諧”。 調(diào)諧很重要，因為調(diào)諧不當會引起振動和不必要的可聽噪音，如圖1所示。

良好的調(diào)諧可直接實現(xiàn)平穩(wěn)的運動、減少可聽噪音并提高定位精度。TI的專利智能調(diào)諧技術(shù)是一種衰減方案，可適應不斷變化的工作條件和電機參數(shù)，從而使步進電機的運動更加平穩(wěn)。智能調(diào)諧會逐周期地自動優(yōu)化衰減模式以維持電流調(diào)節(jié)，從而使電機保持平穩(wěn)、安靜運行，且比使用固定衰減模式時的溫度低11°C。智能調(diào)諧還可防止電流調(diào)節(jié)損失，從而最大程度地降低電機噪聲和振動。圖2a、2b和2c所示為未調(diào)諧波形的實例，而圖2d所示為使用智能調(diào)諧的完美調(diào)諧波形。

圖 2：驅(qū)動和衰減狀態(tài)不同

Q2:

是什么導致高可聽噪音？

可以減少系統(tǒng)中的可聽噪音嗎？

步進電機的可聽噪音量取決于電機的類型和運行條件。步進電機發(fā)出的噪聲源可為磁性、機械或電氣噪音。紋波量直接影響系統(tǒng)中的電氣噪聲量。確保最小紋波控制（降低噪聲）的一種方法是使用諸如DRV8426和DRV8424步進電機驅(qū)動中可用的智能調(diào)諧紋波控制，其中關(guān)斷時間（TOFF）基于操作進行調(diào)整以實現(xiàn)目標紋波，如圖3所示。

圖 3：智能調(diào)諧紋波控制

圖4所示為使用智能調(diào)諧紋波控制的可聽噪音性能和使用混合衰減的競爭設備的可聽噪音性能的比較。圖中清楚表明DRV8424的性能提高了10％。

圖 4：使用智能調(diào)諧紋波控制的可聽噪音性能

與競爭對手的設備的可聽噪音性能對比

Q3:

是什么導致電機振動？有沒有辦法減少此類振動并增加運動的平滑度？

產(chǎn)生電流紋波需要通過連續(xù)驅(qū)動和衰減繞組電流來保持電流穩(wěn)定并在每一步保持電動位置。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，使用高比例的慢衰減并提高電機速度會引入較大的反電動勢電壓，從而導致電流調(diào)節(jié)損失、電機振動和過熱。由于步進驅(qū)動使用開環(huán)控制，因此沒有位置參考。此外，較差的通道間電流匹配、較差的電流感應精度和較低的微步頻可能會導致斷續(xù)運動。

DRV8426、DRV8428和DRV8424步進電機驅(qū)動中的智能調(diào)諧技術(shù)可檢測到電流變化，并自動插入更高比例的快衰減以保持電機穩(wěn)定。此外，這些設備還提供1/256微步頻和集成電流感應，具有±5％的精確電流感應精度，可將電機的運動平滑到其預期位置。

Q4:

是否有方法降低物料清單（BOM）成本和系統(tǒng)尺寸？

步進電機驅(qū)動通常需要兩個電流分流感應電阻來監(jiān)視和調(diào)節(jié)電流。這些分流電阻器價格昂貴、增加了BOM成本并需要額外布線。我們的DRV8426、DRV8424、DRV8434步進電機驅(qū)動集成了電流感應功能，無需使用外接、笨重、昂貴的分流電阻器，同時實現(xiàn)±5％的電流精度。圖5將按比例繪制的DRV8424/DRV8426評估模塊（EVM）與競爭產(chǎn)品對比，其中DRV8424/DRV8426 EVM比競爭產(chǎn)品1小75％，后者需要外接電流感應電阻，而DRV8424/DRV8426 EVM比競爭產(chǎn)品2小50％，后者集成電流感應電阻。

圖5：EVM尺寸比較

責任編輯：xj

原文標題：設計步進電機遇到挑戰(zhàn)？幫你解決這四個常見問題！

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