在智能制造、消費電子與精密裝備飛速發(fā)展的今天，步進電機以其“脈沖對應位移”的精準控位特性、無累積誤差的穩(wěn)定性、快速啟停的響應能力，成為定角度、定距離運動場景的核心執(zhí)行元件，而步進電機的性能很大程度由驅(qū)動芯片決定。

作為“控制中樞”，驅(qū)動芯片承擔著脈沖分配、電流調(diào)節(jié)、細分控制等關(guān)鍵功能，其電壓適配范圍、輸出電流能力、細分精度、保護機制直接影響電機的運行精度和噪聲水平。

隨著各領(lǐng)域?qū)?span style="color:rgb(9,181,132);">設(shè)備小型化、高精度、低功耗、高可靠性的要求持續(xù)升級，傳統(tǒng)驅(qū)動方案已難以滿足復雜場景需求，高性能、集成化、智能化的步進電機驅(qū)動芯片，正成為技術(shù)升級的核心突破口，也成為選型時的關(guān)鍵考量因素。

步進電機原理

步進電機通常由交錯排布的兩組線圈繞組和永磁轉(zhuǎn)子組成。當電流通過線圈繞組時，會產(chǎn)生一個磁場，該磁場吸引永磁定子使其旋轉(zhuǎn)，直至與磁場對齊，通過給線圈繞組交替通電產(chǎn)生一個不斷旋轉(zhuǎn)的磁場，就會驅(qū)動轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動。

圖1 步進電機原理示意圖

步進電機驅(qū)動主要技術(shù)特點

微步細分技術(shù)

傳統(tǒng)全步驅(qū)動模式下，步進電機每接收一個脈沖，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個固定的步距角（通常為1.8°），受限于此無法實現(xiàn)更精細的運動與定位精度，而由于轉(zhuǎn)子在步距角之間跳變，電機會產(chǎn)生明顯的震動和噪音。為了克服這些缺點，步進電機驅(qū)動通常采取微步細分技術(shù)，其基本原理是在兩個相鄰繞組之間通過精確控制電流，使兩個繞組產(chǎn)生的合成磁場在一個步距角范圍內(nèi)平滑過渡而非簡單切換。微步細分技術(shù)可以極大提升步進電機控制精度，并顯著降低噪音。

圖2 微步細分技術(shù)示意圖

微步細分程度越高，電流波形越接近平滑正弦波，電機運轉(zhuǎn)越平穩(wěn)，可控制的最小旋轉(zhuǎn)角度越小，控制精度越高。

圖3 不同微步細分模式下電流

電流控制技術(shù)&自適應放電技術(shù)

由于步進電機利用通電繞組產(chǎn)生的磁場來驅(qū)動永磁轉(zhuǎn)子，因此繞組中電流大小直接決定了轉(zhuǎn)子所受到的力矩，進而影響到電機運轉(zhuǎn)。而電機繞組的電感特性導致了繞組電流的上升下降并非瞬間完成，而是存在充-放電的過程，特別是在電流衰減過程中，永磁轉(zhuǎn)子與繞組線圈相對運動帶來的反向電動勢直接影響步進電機的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

圖4 步進電機電流控制模式

僅使用Slow Decay模式，無法抑制反向電動勢，電流波形失真。電機運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)有雜音。

圖5 Slow Decay模式電流

Adaptive Decay模式：電機運轉(zhuǎn)過程中自動檢測電流，當電流符合預期正弦波形時采取Slow Decay；波形失真時，采取Fast Decay迅速矯正電流，有效抑制反向電動勢，電流紋波小，電機運轉(zhuǎn)平滑、安靜、高效。

圖6 Adaptive Decay模式電流

堵轉(zhuǎn)檢測技術(shù)

在步進電機應用中，對堵轉(zhuǎn)異常的實時檢測可以有效預防設(shè)備卡滯，結(jié)構(gòu)應力過載，提前預警故障，減小因硬件損壞導致的維修更換成本，因而具有重要意義。

步進電機驅(qū)動芯片的堵轉(zhuǎn)檢測功能通常使用反向電動勢法。當電機正常運轉(zhuǎn)時繞組會產(chǎn)生反向電動勢（BEMF），繞組電壓由以下公式表示：

可見電機轉(zhuǎn)動時，繞組電壓包含反向電動勢，而當繞組電流iM為0時，繞組電壓即為反向電動勢電壓。而當電機堵轉(zhuǎn)時，定子與繞組無相對運動，因而反向電動勢也為0，根據(jù)此原理可以通過檢測繞組電流為0時的反向電動勢來判斷電機是否堵轉(zhuǎn)。

圖7 電機正常運轉(zhuǎn)波形

圖8 電機堵轉(zhuǎn)波形

艾為步進電機驅(qū)動芯片選型

數(shù)模龍頭艾為電子推出的AW8646QNR是一款支持1/32微步模式的高性能步進電機驅(qū)動芯片，其內(nèi)部集成步進驅(qū)動時序控制邏輯，外部只需輸入方向控制以及單路PWM信號就可控制步進電機，省去麻煩的步進電機驅(qū)動程序設(shè)計。

圖9 AW8646QNR典型框圖

AW8646QNR主要特性：

Dual H橋驅(qū)動：

Output voltage：3~12V

Max Current：1.4A (2A peak)

RDSON：730mΩ HS+LS

Step/DIR 控制接口

Up To 1/32 Micro Stepping

放電模式：

SLOW DECAY/

FAST DECAY/

MIX DECAY/

Adaptive DECAY

輸入IO接口電平：1.8V 邏輯，支持到5.5V

支持OTP/UVP/OCP,OCP啟動時間0.1us

封裝：24-QFN 4*4mm