圖2：H橋工作狀態(tài)。

由于電機(jī)繞組是感性的，電流的變化率取決于施加的電壓和線圈感值。要步進(jìn)電機(jī)快速運(yùn)行，理想的情況就是是能夠控制驅(qū)動(dòng)電流在很短的時(shí)間內(nèi)變化。不幸的是，電機(jī)運(yùn)動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，其方向與外加電壓相反,反抗電流發(fā)生改變的趨勢(shì)，稱(chēng)為“反電動(dòng)勢(shì)”。 所以電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，此反向電動(dòng)勢(shì)就越大，在它作用下電機(jī)隨速度的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩變小。 為了減輕這些問(wèn)題，要么提高驅(qū)動(dòng)電壓，要么降低電機(jī)繞組電感。 降低電感意味著用更少的匝數(shù)繞組，就需要更高的電流來(lái)達(dá)到相同的磁場(chǎng)強(qiáng)度和扭矩。

傳統(tǒng)峰值電流控制的問(wèn)題

傳統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)峰值電流控制，通常只檢測(cè)通過(guò)線圈的峰值電流。 當(dāng)預(yù)期的峰值電流達(dá)到后，H橋就會(huì)切換導(dǎo)通狀態(tài)，使得輸出電流衰減(快衰減，慢衰減，或兩者的組合)，持續(xù)一定固定時(shí)間，或等一個(gè)PWM周期結(jié)束。電流衰減時(shí)，驅(qū)動(dòng)IC無(wú)法檢測(cè)輸出電流，從而導(dǎo)致一些問(wèn)題。

一般來(lái)說(shuō)，最好是用慢衰減，可以得到更小的電流紋波，平均電流能更準(zhǔn)確的跟蹤峰值電流。 然而，隨著步率增大，慢衰減不能夠及時(shí)降低繞組電流，無(wú)法保證精確的電流調(diào)節(jié)。

為了防止采樣到開(kāi)關(guān)電流尖峰，在每個(gè)PWM周期的開(kāi)始，有一個(gè)非常短的時(shí)間(blanking time)是不采樣繞組電流的，那么此時(shí)的電流就是不受控制的。這會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的電流波形畸變和電機(jī)運(yùn)行的不穩(wěn)定(見(jiàn)圖3)。

圖3：慢衰減模式下的電流畸變。

在正弦波達(dá)到峰值后，電流先開(kāi)始衰減，然后又增加，直到H橋工作在高阻狀態(tài)，電流才繼續(xù)向零衰減。
為了避免這種情況，許多步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，在電流幅值增加的時(shí)候采用慢衰減模式，在電流幅值減小時(shí)使用快衰減或混合衰減(結(jié)合快衰減和慢衰減)模式。 然而，這兩種衰減模式的平均電流是是完全不同的，因?yàn)榭焖p模式時(shí)的電流紋波相對(duì)大很多。 結(jié)果就是，兩種模式下的平均電流值相差很大，導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)(見(jiàn)圖4)。

圖4：傳統(tǒng)峰值電流控制下的波形

如圖4波形所示，峰值電流后一步和前一步的電機(jī)步進(jìn)不一樣，會(huì)導(dǎo)致位置誤差和瞬時(shí)速度的變化。電流過(guò)零時(shí)，因?yàn)閮煞N衰減模式的切換，也會(huì)有同樣的問(wèn)題。

雙向電流采樣

傳統(tǒng)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，在每個(gè)H橋下管源極和地之間接外部檢測(cè)電阻，只測(cè)量PWM導(dǎo)通時(shí)檢測(cè)電阻上的正向電壓。在慢衰減模式下，電流循環(huán)通過(guò)內(nèi)部MOSFET，不通過(guò)檢測(cè)電阻，因此無(wú)法測(cè)量電流。在快衰減模式下，通過(guò)電阻的電流翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的是負(fù)電壓。對(duì)于目前的電源IC工藝，負(fù)電壓很難被簡(jiǎn)單的采樣處理。

如果我們可以監(jiān)控電流衰減時(shí)期的繞組電流，許多步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電流調(diào)節(jié)問(wèn)題就能被解決。但是，如上所說(shuō)通過(guò)外部檢測(cè)電阻很難實(shí)現(xiàn)，更好的選擇是嘗試內(nèi)部電流檢測(cè)。內(nèi)部電流檢測(cè)允許在任何時(shí)候監(jiān)測(cè)電流，如PWM導(dǎo)通時(shí)間，以及快衰減和慢衰減過(guò)程中。 雖然它增加了驅(qū)動(dòng)IC的復(fù)雜性，但內(nèi)部電流檢測(cè)大大降低了系統(tǒng)成本，因?yàn)橥獠康牟蓸与娮璨恍枰恕?這些電阻非常大且昂貴，價(jià)格通常和驅(qū)動(dòng)IC差不多！

MP6500步進(jìn)驅(qū)動(dòng)IC

MP6500雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，集成內(nèi)部電流檢測(cè)，很好的取代了傳統(tǒng)廉價(jià)的峰值電流控制雙極步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)IC。MP6500內(nèi)部電路框圖如圖5所示。