精確的定位與流暢的運動兼顧，步進電機驅(qū)動升級

我們在講起工業(yè)機器人的時候，步進電機出現(xiàn)的頻率比起伺服電機會少很多。因為即便不考慮丟步，在絕大部分情況下，相較于伺服電機，步進的轉(zhuǎn)速低，力矩小也會導(dǎo)致末端的額定負(fù)載上不去。不能只看到伺服控制在高速度，高響應(yīng)，高精度這些表現(xiàn)上越來越出色，其實步進電機也有不容小覷的發(fā)展。

越來越多廠商推出一體化閉環(huán)電機，填補開環(huán)的步進電機和高性能伺服電機中間階段的空白。步進電機做閉環(huán)，這是以前不敢想象的。同時如何解決丟步與過沖的問題，也是步進電機驅(qū)控能力的體現(xiàn)?，F(xiàn)在的步進電機，都有了閉環(huán)精確的定位與流暢的運動曲線，這些步進電機背后強大的電機驅(qū)動器又是怎樣的。

STSPIN

無疑ST最典型的電機控制芯片是STM32，視情況加或者不加FPGA/CPLD，適用于單軸控制，這種方案在低成本驅(qū)動器中十分常見。市面上中端主流通用型的比較常見的則是STM32F4+FPGA的異構(gòu)架構(gòu)，適用于單軸或者雙軸方案。但這里我們不說這個已經(jīng)有些老掉牙的驅(qū)動方案，我們看看STSPIN電機控制系列。

STSPIN電機控制IC系列產(chǎn)品以模塊化、可擴展、穩(wěn)健性著稱。能夠為設(shè)計者們提供滿足不同需求和系統(tǒng)架構(gòu)的多種解決方案，最大限度保證了設(shè)計的靈活性。同時為應(yīng)對工廠苛刻的自動化環(huán)境，驅(qū)動內(nèi)都內(nèi)置有完整的保護和診斷方案，保證了可靠性和穩(wěn)定性。

具體到驅(qū)動型號來看，STSPIN220是一個兼顧了精確的定位和流暢的運動曲線的極為出名的步進驅(qū)動。STSPIN220在小型VFQFPN 3 x 3 x 1.0 mm封裝中集成了控制邏輯和低RDS（on）功率級。集成的控制器會利用固定關(guān)斷時間和高達1/256步進的微步進分辨率實現(xiàn)PWM電流控制。

STSPIN220的RDS(on)典型值僅有0.4Ω，最大輸入電流為1.3A，工作電壓1.8至10 V，是業(yè)內(nèi)出名的高達256微步的低電壓驅(qū)動。該器件可強制進入零功耗狀態(tài)，從而可顯著延長電池使用壽命。該器件還能提供過電流保護、過溫保護和短路保護這一整套保護機制。整個器件待機耗電量不足80 nA，既實現(xiàn)了節(jié)能，又延長了電池使用壽命。

運動引擎和SPI的完全集成微步進電機驅(qū)動

這一類步進電機驅(qū)動，集成了SPI、運動引擎和高級電流控制，是功能極為全面的步進驅(qū)動器。這一類步進驅(qū)動，往往沒有STSPIN220系列那種高達256的微步，但在功能覆蓋上更為全面。

我們?nèi)耘f從ST的產(chǎn)品矩陣中來看，L647x系列均是全集成的步進驅(qū)動系列，不同系列除了微步會有差別，功能集成都是類似的。L647X采用了模擬混合信號技術(shù)，作為全集成的解決方案適用于驅(qū)動帶微步進的兩相雙極步進電機。

因為這個系列有獨特的控制系統(tǒng)，L647x實現(xiàn)了1/128步分辨率。數(shù)字控制核心可以生成用戶定義的帶有加速度、減速度、速度或目標(biāo)位置的運動輪廓，并通過專用寄存器集輕松編程。所有命令和數(shù)據(jù)寄存器，包括電流控制值、電流保護跳閘點、死區(qū)時間、PWM頻率等等這些所有命令均通過標(biāo)準(zhǔn)5 Mbit/s SPI發(fā)送。

除了控制系統(tǒng)的獨特，L647x集成了一個RDS（on）DMOS全橋，所有的電源開關(guān)都配備了一個精確的片上電流傳感電路，峰值電流7A，適用于非耗散電流控制和過電流保護。除了過電流保護，熱保護、低母線電壓保護、電機失速保護這些功能也都內(nèi)置在驅(qū)動上，滿足最苛刻的電機控制應(yīng)用的要求。除此之外，這種全集成的步進驅(qū)動還能提供無傳感器的失速檢測。

結(jié)語

總的趨勢來看步進電機是朝著閉環(huán)或者說混合的方向在發(fā)展。這種趨勢會使步進系統(tǒng)逐漸進入高精度要求的電機控制中，大大填補開環(huán)步進和高性能伺服中間斷檔的空缺。