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微步控制步進電機驅(qū)動NSD8381調(diào)試指南

納芯微 ? 來源:納芯微電子 ? 2024-05-29 14:10 ? 次閱讀

本文將結(jié)合具體的案例,針對納芯微全新發(fā)布的微步控制步進電機驅(qū)動NSD8381,在用于步進電機控制的實現(xiàn)流程,以及堵轉(zhuǎn)檢測的實現(xiàn)流程做詳細的介紹,幫助工程師能夠快速構(gòu)建用NSD8381驅(qū)動芯片實現(xiàn)控制步進電機運轉(zhuǎn)和實現(xiàn)堵轉(zhuǎn)檢測的實操能力。

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1

步進電機驅(qū)動芯片NSD8381介

NSD8381是納芯微全新發(fā)布的車規(guī)級高集成式雙相雙極步進電機驅(qū)動器,可廣泛適用于汽車頭燈步進控制(ADB/AFS),HUD位置調(diào)節(jié)電機,熱管理系統(tǒng)閥門中步進電機或BDC電機的驅(qū)動等。

該芯片支持最大1.35A滿量程電流,包括電流斬波調(diào)節(jié),內(nèi)部最高1/32微步轉(zhuǎn)換器和多種衰減模式選擇使步進電機平穩(wěn)運動。NSD8381支持母線欠壓保護(VSUV),過流保護(OCP),溫度報警(OTW/UTW)和過溫保護(OTSD);同時還支持輸出負載的開路診斷和過流保護。此外,NSD8381還集成了堵轉(zhuǎn)檢測功能,可以用于堵轉(zhuǎn)故障輸出。

2

用于步進電機控制配置及測試案例

1)NSD8381的SPI框架結(jié)構(gòu)

1.SDI的輸入幀由24bit構(gòu)成以下的結(jié)構(gòu)

?2bit 操作指令C1/C0,其中 00代表寫操作,01代表讀操作,10代表讀清

?6 bit的寄存器地址

?16bit數(shù)據(jù),其中包含bit 15~bit 1的數(shù)據(jù)和bit 0的奇校驗位

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表1:SPI 輸入幀結(jié)構(gòu)

2.SDO的輸出幀由24bit構(gòu)成以下的結(jié)構(gòu)

?8bit全局狀態(tài)字節(jié),顯示返回的全局狀態(tài),如果有故障和告警,相應(yīng)的bit會反饋故障狀態(tài)

?16bit返回數(shù)據(jù),其中包含bit 15~bit 1的數(shù)據(jù)和bit 0 的奇校驗位

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表2:SPI 輸出幀結(jié)構(gòu)

2)NSD8381步進電機模式工作流程圖

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圖1:步進電機工作流程圖

3)NSD8381步進電機測試硬件組成以及軟件配置

硬件設(shè)備:NSD8381DemoBoard一塊,步進電機,12V直流電源USB轉(zhuǎn)TTL小工具連接到上位機信號發(fā)生器一臺

SPI寄存器配置:

CONFIG_6:0x081013----配置步進電機電流大小(HOLD:50mA; full 571mA)

CONFIG_4:0x060841----配置電流調(diào)制頻率 20k,slew rate 10V/us,filter time 2us,電流slow decay

注意:這里采用默認slew rate ,10v/us, 在應(yīng)用中推薦把 slew rate 調(diào)快, slew rate 調(diào)快之后, dead time 也減小。調(diào)快對芯片在比較大的電流的工作場景下的功耗是有明顯的好處。比如,可以配置CONFIG_4: 0x060A40, ----配置電流調(diào)制頻率 20k,slew rate 70V/us,filter time 2us, 電流slow decay。

CONFIG_1:0x030428----配置CTRLx (默認配置采用步進電機模式)

CONFIG_3:0x058000----使能輸出,設(shè)置微步(1/16微步)

4)NSD8381步進電機測試波形

測試條件:1/16微步,滿量程電流571mA,電流調(diào)制頻率20kHz, 電流調(diào)制 filter time 2us,STEP脈沖 1kHz

1.Slow decay模式測試波形

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圖2:步進電機繞組電流波形

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a. 電流上升decay

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b. 電流下降decay

圖3:步進電機繞組電流波形decay波形

2.Mix decay模式測試波形

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圖4:步進電機繞組電流波形

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a. 電流上升decay

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b. 電流下降decay

圖5:步進電機繞組電流波形decay波形

3.Auto decay模式測試波形

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圖6:步進電機繞組電流波形

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a. 電流上升decay

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b. 電流下降decay

圖7:步進電機繞組電流波形decay波形

對比三組波形,實測現(xiàn)象總結(jié)如下:Slow decay和Auto decay的模式下,其電流上升decay波形比較緩和,正弦波的峰值處毛刺較小,電機運行的聲音比較輕微。Mix decay電流上升decay的波形分成兩段,正弦波的峰值處毛刺較大,電機運行的噪音比較大一些。

在實際應(yīng)用的時候,可以根據(jù)調(diào)試decay模式來獲得合適電機的工作狀態(tài)。

3

用于步進電機控制堵轉(zhuǎn)檢測使用

1)堵轉(zhuǎn)檢測的原理

圖8是步進電機繞組的等效模型。當(dāng)電機正常轉(zhuǎn)動的時候,根據(jù)公式1 可以得到電機繞組兩側(cè)的電壓Vmotor。根據(jù)公式2可得到電機的反電勢BEMF,其中N為線圈的繞組數(shù)量,B代表磁場強度,A是被電機磁場所包圍的面積,w是電機轉(zhuǎn)動的角速度。

由公式1可知,當(dāng)流過電機的電流為零時,電機繞組兩側(cè)的電壓是BEMF,即反電勢電壓。由公式2 可知,反電勢電壓和電機的角速度成正比,當(dāng)電機堵轉(zhuǎn)的時候,速度為零,此時反電勢為理論上也為零。因此,可以利用檢測繞組電流為零時的繞組電壓來檢測反電勢。

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公式1

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公式2

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圖8:步進電機繞組等效模型

2)堵轉(zhuǎn)檢測步驟

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圖9:NSD8381 堵轉(zhuǎn)檢測流程

堵轉(zhuǎn)檢測過程注意點:

1. 如果涉及正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的應(yīng)用,需要在電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)的時候分別執(zhí)行1-6步,記錄高值和低值。設(shè)置CVLLA的值要滿足大于正、反轉(zhuǎn)的堵轉(zhuǎn)值,但是遠小于正、反轉(zhuǎn)正常轉(zhuǎn)動的反電勢值。

2. CV_DELAY設(shè)置:以圖10作為例子,CV_DELAY的時間必須大于圖中的△X。為了確保反電勢的采樣點是在圖中平坦的那一段,即△X后的那一段線圈電流為零的點,采集的值才準確。圖10顯示△X =108us,內(nèi)部PWM的頻率是20kHz(50us),則這個波形的CV_DELAY值需要 大于3,即大于3×50=150us。另外需要注意的是當(dāng)電機轉(zhuǎn)動很快的情況,可以直接設(shè)計CV_DELAY為0,此時ADC的采樣點為零電流結(jié)束點。

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圖10:正常轉(zhuǎn)動時反電勢波形

3. 讀取CVA,CVB,CVC,CVD以及設(shè)計CVLLA和CVLLB的值的時候,設(shè)置的寄存器位為Bit 1到Bit10,在換算電壓值的時候注意需要移一位。

3)步進電機堵轉(zhuǎn)檢測實例

步進電機1:2kHz step頻率,20kHz調(diào)制頻率,正常轉(zhuǎn)動時之間的OUTA1,OUTA2的反電勢為3.2V,如圖11。堵轉(zhuǎn)時OUTA1、OUTA2之間的反電勢為0.2V,如圖12。

寄存器CONFIG_5配置為寄存器0x078E00(CV_DELAY=7),根據(jù)圖11計算為350us,滿足CV_DELAY的延時采樣點。CVLLA配置 為0x0E0014 (0.5V)。當(dāng)電機堵轉(zhuǎn)時,可以檢測到FUNCTION_ERR置位,回讀STA_1,STALL置1。

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圖11:電機1正常轉(zhuǎn)動時OUTA1和OUTA2之間波形

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圖12:電機1堵轉(zhuǎn)時OUTA1、OUTA2波形

步進電機2:1.65kHz step頻率,20kHz調(diào)制頻率,正常轉(zhuǎn)動時OUTA1、OUTA2反電勢為11.5V,如圖13。堵轉(zhuǎn)時OUTA1、OUTA2之間的反電勢為1.9V,如圖14。

寄存器CONFIG_5配置為寄存器0x078001(CV_DELAY=0)在零電流結(jié)束位置采樣。CVLLA配置 為0x0E00DB(2.98V)。當(dāng)電機堵轉(zhuǎn)時,可以檢測到FUNCTION_ERR置位,回讀STA_1,STALL置1。

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圖13:電機2正常轉(zhuǎn)動時OUTA1和OUTA2之間波形

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圖14:電機2正常堵轉(zhuǎn)時OUTA1和OUTA2之間波形


審核編輯:劉清

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
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原文標題:步進電機驅(qū)動NSD8381調(diào)試指南

文章出處:【微信號:納芯微電子,微信公眾號:納芯微電子】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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