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傳統的電流式控制方法是檢測流經繞組的電流，并將反饋信號送到控制芯片，然后由控制芯片決定是增加還是降低繞組電流，以取得所需的電流強度。這種控制方法使電機在寬轉速和寬電源電壓范圍內保持理想的轉矩，非常適用于全步進和半步進電機驅動，而且實現起來非常容易。 閉環控制電路將電流施加到繞組。反電動勢(BEMF)會降低繞組電壓，延長電流達到理想值的時間，因此，反電動勢限制電機轉速。雖然系統無需知道反電動勢值，但是，不重視且不修正這個數值將會導致系統性能降低。 因為電源電壓變化導致峰值電流有時波動幅度很大，所以，直到現在，工程師還是盡量避免使用電壓式控制方法。工程師們還想避免反電動勢隨著電機轉速增加而升高的問題。 在這種情況下，業內出現了能夠補償反電動勢的智能電壓式控制系統。這種驅動方法使電機運轉更順暢，微步分辨率更高，是對高精度定位和低機械噪聲要求嚴格的應用的理想選擇。電壓式控制是一種開環控制：當正弦電壓施加到電機相位時，機電系統將回饋正弦電流。 我們可以用數字方法補償反電動勢和峰流變化。在記住電機的準確特性（電機電感-轉速曲線、反電動勢-轉速曲線、電機電阻）后，計算并施加電壓，以取得理想的電流值。 電壓式控制方法是向電機施加電壓，而不是恒流。施加的電壓值能夠補償并完全消除反電動勢效應，施加電壓的上升速率與因電機轉速增加而導致反電動勢上升的速率相同，保證電流幅度對轉速曲線平坦。在已知所需電流后，就可以確定取得該電流需要施加的準確電壓值。因此，電流是由電壓間接控制，如圖1所示。 圖1：反電動勢(BEMF)補償 電壓式控制還節省了分流電阻，可取得高微步分辨率和極低的轉矩脈動。事實上，意法半導體的L6470取得了多達128步的微步控制。 這款數字電機控制驅動器的核心是一個能夠降低微控制器資源占用率的數字運動引擎(DME)。 數字運動控制引擎是由行為命令控制，例如，絕對位置請求，并按照預設轉速曲線邊界驅動電機運動。全部指令集包括相對位置和絕對位置(達到目標位置)、轉速跟蹤(達到并保持目標轉速)和電機停止順序，還包括機械位置傳感器管理專用命令。圖2所示是前述部分命令。 圖2：行為命令 該控制器通過具有菊花鏈功能的高速SPI總線接口與主微控制器通信。 通過一個串行接口，一個微控制器能夠管理多個控制器，從而控制多臺步進電機，如圖3所示。 圖3：SPI接口菊花鏈拓撲 除反電動勢外，其它需要補償的參數 除反電動勢外，其它需要補償的參數包括相電流、相電阻和電源電壓。 隨著電機變熱，相電阻將會發生變化，從而直接影響相電流。KTHERM設置用于補償這個無用行為的影響。微控制器軟件可監視電機溫度上升，計算KTHERM值，如圖4所示。 圖4：相電阻變化補償 當使用非穩壓電源時，在電源電壓與電機驅動電路之間有大量的紋波電壓，當電源電壓變化時，電機電流也隨之變化。如果電源紋波電壓過大，當電機電流降得太低時，電機有可能會失速，因此，需要補償電源電壓變化的影響，如下圖所示。以L6470為例，芯片內部模數轉換器負責測量電源電壓，數字內核算法負責算出適合的補償系數，并將其應用到PWM占空比，使輸出電壓在電源電壓變化期間保持恒定，如圖5所示。 圖5：電源電壓補償 意法半導體的電流式控制驅動器采用同一個數字運動引擎(DME)方法，為設計人員提供一個完整的數字運動控制產品組合。 意法半導體的L6470和L6472都是采用這些創新技術的電機驅動器，只不過L6470是一款電壓式控制驅動器，而L6472則是一款電流控制式解決方案。 L6470可取得最高128步的控制精度。 圖6：L6470框圖 圖7：L6482框圖 L6480和 L6482分別是獨立的電壓式和電流式控制器，片上沒有集成功率級，配合外接MOSFET或IGBT，可以驅動電流更大的電機，而且這種方法還能取得出色的耗散功率。 此外，意法半導體還推出了新產品PowerSTEP01的樣片，該產品采用系統封裝，集成數字運動控制器(DME)和8個分立功率MOSFET管。 |
