前言

在“萬物互聯(lián)”的智能物聯(lián)網(wǎng)時代，便攜電子設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)終端及電池供電系統(tǒng)正加速滲透生活與工業(yè)場景，市場物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對步進(jìn)驅(qū)動方案的“低功耗長續(xù)航、小尺寸易集成、高性能智能化”三大核心訴求日益凸顯。同時根據(jù)步進(jìn)驅(qū)動行業(yè)市場分析報告指出，2024年中國步進(jìn)驅(qū)動市場規(guī)模已達(dá)數(shù)十億元人民幣，且預(yù)計到2030年全球步進(jìn)驅(qū)動市場容量將繼續(xù)保持穩(wěn)定增長。在電池供電物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備領(lǐng)域，市場上對低電壓、高性能、小尺寸的步進(jìn)驅(qū)動IC需求將上漲。而由Trinamic推出的TMC2300：靜音不“耗電”，小巧有“力量”，為電池供電物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供理想運(yùn)動控制解決方案。

一產(chǎn)品概述

TMC2300是一款專為兩相步進(jìn)電機(jī)設(shè)計的低電壓驅(qū)動芯片，使用單個鋰離子電池或雙AA電池就能驅(qū)動，專為電池供電的便攜式設(shè)備和對空間要求嚴(yán)苛的應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計。芯片集成Trinamic先進(jìn)的StealthChop2技術(shù)確保無噪音步進(jìn)操作，CoolStep提高了最高效率，并提供了最佳扭矩，降低電機(jī)功耗和發(fā)熱。內(nèi)置電荷泵的集成功率mosfet，即使在低電源電壓下也能實現(xiàn)一流的RDSon（低通導(dǎo)電阻），處理電機(jī)電流高達(dá)1.2A RMS，加上極小的待機(jī)電流（＜50nA），這保證了電池的長壽命。集成多重保護(hù)和診斷功能支持電機(jī)穩(wěn)健可靠的運(yùn)行。具備步進(jìn)/方向接口和一個簡單易用的單線UART接口。同時Trinamic提供完善的開發(fā)與評估支持，能夠縮短產(chǎn)品設(shè)計周期，助力加速產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程。

TMC2300引腳圖

二核心特性解析

（一）StealthChop2靜音斬波模式：StealthChop是一種基于電壓模式PWM（脈寬調(diào)制）的靜音驅(qū)動技術(shù)，通過調(diào)節(jié)施加到電機(jī)線圈上的有效電壓來驅(qū)動電機(jī)電流，從而實現(xiàn)靜音操作。該技術(shù)能夠保證電機(jī)在靜止和緩慢運(yùn)動時絕對安靜（除了軸承產(chǎn)生的噪音），與其他電壓模式斬波器不同，StealthChop2不需要任何配置——它會在開機(jī)后的第一個動作中自動學(xué)習(xí)最佳設(shè)置，并在隨后的動作中進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)置。StealthChop2允許快速響應(yīng)電機(jī)速度變化，從而支持高動態(tài)運(yùn)動控制。相比初代StealthChop，響應(yīng)速度提升30%，支持動態(tài)調(diào)整PWM頻率（23.4kHz~58.5kHz四檔可選），平衡電流紋波與開關(guān)損耗，適配低電感電機(jī)（如NEMA11微型電機(jī)）。

（二）StallGuard4無傳感器的精準(zhǔn)負(fù)載檢測技術(shù)：該技術(shù)專為StealthChop模式優(yōu)化，能夠通過實時監(jiān)測電機(jī)線圈中的電流變化來評估電機(jī)負(fù)載情況（通過監(jiān)測電機(jī)線圈電流變化，實時輸出負(fù)載值（SG_RESULT）——值越高表示負(fù)載越低（負(fù)載角越?。?，值越低表示負(fù)載越高，當(dāng)負(fù)載角接近90°（電機(jī)最節(jié)能點(diǎn)）時，SG_RESULT達(dá)到臨界閾值），在每個全步周期更新測量值，確保負(fù)載變化響應(yīng)及時。該技術(shù)無需額外的編碼器或物理限位開關(guān)，就能實現(xiàn)傳感器less歸位，實時檢測電機(jī)失速（堵轉(zhuǎn)）并測量機(jī)械負(fù)載。節(jié)省了成本和空間，提高了系統(tǒng)的可靠性。

（三）智能能效管理：CoolStep（負(fù)載自適應(yīng)電流控制）技術(shù)，能基于StallGuard4的精準(zhǔn)負(fù)載測量技術(shù)，通過實時監(jiān)測電機(jī)負(fù)載情況，自動調(diào)整電機(jī)電流以達(dá)到最佳能效——當(dāng)檢測電機(jī)負(fù)載增加時，自動提升電機(jī)電流以應(yīng)對高負(fù)載；當(dāng)檢測電機(jī)負(fù)載減少時，自動減少電流以降低功耗和發(fā)熱。該技術(shù)通過比較StallGuard4測量值與預(yù)設(shè)的閾值來調(diào)整電機(jī)電流，確保電機(jī)在負(fù)載變化時始終保持高效運(yùn)行，最高可節(jié)省90%的能耗，顯著延長電池壽命，并降低電機(jī)運(yùn)行溫度。且TMC2300具備極低待機(jī)功耗，在空閑狀態(tài)下，TMC2300的待機(jī)電流消耗典型值低于50nA，這對于需要長期待機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備意義重大。

（四）靈活的控制接口與精確運(yùn)動控制：TMC2300支持傳統(tǒng)的STEP/DIR（步進(jìn)/方向）脈沖接口，方便快速集成；也提供單線UART接口，支持通過UART配置VACTUAL寄存器實現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行（無需STEP/DIR信號），動態(tài)調(diào)速范圍達(dá)10倍，適配簡單往復(fù)運(yùn)動場景（如智能閥門）。TMC2300支持最高256微步/整步，集成MicroPlyer微步插值器，當(dāng)輸入8/16/32/64微步時，內(nèi)部自動插值至256微步，無需更換控制器即可提升運(yùn)動平滑度和精度，減少電機(jī)共振。

TMC2300框圖

三多重保護(hù)與診斷機(jī)制“保駕護(hù)航”

全面的保護(hù)與診斷機(jī)制確保電機(jī)和驅(qū)動器的安全運(yùn)行，保障了終端便攜設(shè)備能夠在多種復(fù)雜的環(huán)境狀況下正常運(yùn)行。

（一）電氣保護(hù)：多層級故障防護(hù)

過溫保護(hù)，內(nèi)置兩級溫度傳感器，用于檢測芯片溫度，120℃觸發(fā)預(yù)預(yù)警（otpw標(biāo)志），143/150/157℃可選關(guān)斷（ot標(biāo)志），關(guān)斷后需冷卻至120℃以下恢復(fù)。

短路保護(hù)，TMC2300能夠檢測并防止電機(jī)線圈與電源或地之間的短路，檢測到短路后，驅(qū)動器將三次重試確認(rèn)，避免誤判，隨后關(guān)閉對應(yīng)橋臂并設(shè)置相應(yīng)的故障標(biāo)志。短路保護(hù)包括低側(cè)短路保護(hù)和高側(cè)短路保護(hù)。

欠壓保護(hù)，包括VS和VIO欠壓檢測，當(dāng)供電電壓低于設(shè)定的閾值時，TMC2300將關(guān)閉驅(qū)動器，以防止在低電壓下運(yùn)行可能導(dǎo)致的損壞。

過流保護(hù)，TMC2300能夠檢測并限制過大的電機(jī)電流，以防止電機(jī)和驅(qū)動器過熱，當(dāng)檢測到過流時，驅(qū)動器將自動降低電流或關(guān)閉。

（二）機(jī)械診斷：全場景狀態(tài)監(jiān)測

開路與負(fù)載檢測，TMC2300能夠檢測電機(jī)線圈的開路情況，當(dāng)檢測到開路時，相應(yīng)的故障標(biāo)準(zhǔn)將被設(shè)置；StallGuard4傳感器能夠檢測電機(jī)負(fù)載情況，并用于防止電機(jī)失步和過載，當(dāng)電機(jī)負(fù)載超過設(shè)定閾值時，StallGuard4將觸發(fā)故障標(biāo)志。

診斷輸出（DIAG），TMC2300的DIAG引腳可以配置為輸出各種故障信號，如短路、過溫、欠壓等。通過監(jiān)測DIAG引腳的狀態(tài)，可以實時了解驅(qū)動器的運(yùn)行狀態(tài)和故障情況。

內(nèi)部狀態(tài)寄存器，TMC2300提供多個內(nèi)部狀態(tài)寄存器，提供詳細(xì)的驅(qū)動器狀態(tài)標(biāo)志，用于記錄各種事件。通過讀取這些標(biāo)志，用戶可以實時監(jiān)控驅(qū)動器的運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。

TMC2300集成了多重全面的保護(hù)與故障檢測功能，為電機(jī)和驅(qū)動器的安全運(yùn)行進(jìn)行“保駕護(hù)航”，提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

四

典型應(yīng)用場景

TMC2300特別適合使用電池驅(qū)動的小型便攜式設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。QFN20-（3×3mm）緊湊型封裝，超小尺寸，非常適合小型移動設(shè)備中極度受限的空間要求；1.8V至11V DC的寬工作電壓范圍，意味著TMC2300可直接使用單個鋰電池或兩節(jié)AA電池就能驅(qū)動，電源設(shè)計靈活。集成的StealthChop2斬波算法實現(xiàn)設(shè)備無聲運(yùn)行；MicroPlyer插值至256微步提升精度；StallGuard4實現(xiàn)堵轉(zhuǎn)檢測；SpreadCycle（高速模式）抑制共振?？臻e狀態(tài)下，待機(jī)電流消耗＜50nA，搭配CoolStep電流自適應(yīng)控制技術(shù)，最高節(jié)能90%，極大延長電池壽命和續(xù)航時間。TMC2300在極小的體積內(nèi)，集成了高性能、超低功耗和靜音模式，能很好滿足電池驅(qū)動設(shè)備對空間、電池續(xù)航和用戶體驗的嚴(yán)苛要求，使其非常適合物聯(lián)網(wǎng)和電池供電的小型便攜設(shè)備，如POS機(jī)，打印機(jī)，玩具，辦公和家庭自動化，包括智能恒溫散熱器閥門，微型醫(yī)療設(shè)備等等。

五

市場競爭力分析

在低電壓步進(jìn)驅(qū)動器市場，TMC2300同樣面臨著來自其它解決方案的壓力。但TMC2300能憑借超低的待機(jī)功耗（50nA對比微安級）和先進(jìn)的靜音技術(shù)（StealthChop2），超小尺寸（QNF-20封裝3×3mm）高集成度從市場中脫穎而出，且TMC2300具備寬電壓的適配范圍和寬工作溫度，使其在電池供電中和實際應(yīng)用中更具優(yōu)勢。

例如，國外產(chǎn)品DRV8834標(biāo)稱電壓范圍為2.5V-10.8V，工作溫度范圍為-40℃~85℃，待機(jī)功耗為微安級。而另一款同類型產(chǎn)品SGM42622B是一款低電壓、雙H橋步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器芯片，電機(jī)電源電壓范圍1.8V至12V，雖然SGM42622B在工作電壓范圍上具備微小的優(yōu)勢，但TMC2300內(nèi)置了StallGuard4和CoolStep等專利控制算法，提供了智能的能效管理（SGM42622B待機(jī)電流＜80nA，TMC2300＜50nA）和運(yùn)動控制能力。

TMC2300憑借其多項差異化優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中表現(xiàn)亮眼，其提供的性能優(yōu)勢和節(jié)能效果能為產(chǎn)品帶來更好的設(shè)計，對于需要長電池壽命和高性能的應(yīng)用，TMC2300提供了極具價值的解決方案。

六結(jié)語

TMC2300是一款超低功耗、超小尺寸的單芯片步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，專為電池供電的便攜式設(shè)備和對空間要求苛刻的應(yīng)用而優(yōu)化設(shè)計。對于任何追求靜音、高效、小巧、智能的電池供電步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用，TMC2300都是一個非常理想的選擇。