微步步進電機驅動器在AFS應用中堵轉檢測的實現(xiàn) - 全文

　　由于機械結構的限制，自適應前照燈系統(tǒng)（AFS）應用中，步進電機有時可能會堵轉。一旦電機堵轉，電子控制單元（ECU）將失去前照燈位置的跟蹤信息并作出不恰當?shù)姆磻?，滋生極嚴重的安全問題，所以AFS應用中堵轉檢測是必不可少的。

　　通?？梢酝ㄟ^電機的反電動勢（BEMF） 來判斷電機堵轉與否。BEMF因電機速度、負載及供電電壓的不同而變化。傳統(tǒng)的步進電機驅動芯片無BEMF輸出，但包含內置堵轉檢測算法。客戶僅可以在寄存器里設定固定的堵轉認定臨界值，這表示在真實道路條件下所有設定值都必須在工作之前“離線”預設，而不能適配真實工作條件。

　　安森美半導體的NCV70522微步步進電機驅動器透過SLA引腳提供BEMF輸出，這表示它能實時進行停轉檢測計算，并根據(jù)不同條件來調節(jié)檢測等級。

　　算法說明

　　由于線圈電流衰減期間的再循環(huán)電流相對較大，線圈電壓Vcoil就展示出瞬態(tài)特性。由于應用軟件中并不總是想要瞬態(tài)，就可以通過位的設定值來選擇兩種工作模式。在為高下，SLA引腳顯示出完全可視的電壓瞬態(tài)特性。如果位被清除，那么SLA引腳上僅可視每個線圈電流過零末端的電壓樣本。由于線圈電壓的瞬態(tài)特性不再可視，這種模式產(chǎn)生更平常的BEMF輸入，用于軟件等的后續(xù)處理。

　　為了將采樣的BEMF輸出電平適應到（0 V至5 V）范圍，采樣的線圈電壓Vcoil可選擇被除以2或4。此設定通過SPI位來控制。下圖顯示了SLA引腳的工作，透明位“PWMsh”及“Icoil=0”是內部信號，與SLAT一起定義線圈電壓的采樣以及維持瞬間。

　　此 BEMF電壓在每個所謂的“線圈電流過零”期間采樣。每個線圈在每個電氣周期內存在2個零電流位置，因而每個電氣周期共有4個過零觀察點，故可以測量4次 BEMF。如果微步位置位于“線圈電流過零點”，BEMF電壓將僅由電機驅動器采樣。微步位置可以通過SPI接口來讀取。

　　通過軟件，我們可以基于測量的1個電氣周期內的4次SLA值來靈活地判斷是否堵轉。

　　算法應用

　　NCV70522 是一款微步步進電機驅動器，用于雙極型步進電機。這芯片通過I/O引腳及SPI接口連接至外部微控制器。NCV70522輸出電流有多種選擇。它根據(jù) “NXT”輸入引腳上的脈沖信號以及方向寄存器［DIRCTRL］或“DIR”輸入引腳的狀態(tài)來轉動下一個微步。這器件提供從滿步到32微步的細分、由 SPI寄存器SM［2:0］來選擇的7種步進模式。NCV70522包含SLA的輸出，可以用于堵轉檢測算法及根據(jù)電機的BEMF來調節(jié)轉矩和速度計算。典型應用電路圖如圖2所示。

　　當系統(tǒng)上電時候，微控制器就會初始化，NCV70522復位。這些動作完成時，線圈電流及步進模式將被設定。然后電機驅動器將啟用。NXT脈沖將被發(fā)送實現(xiàn)轉動電機。電機轉速等于NXT脈沖頻率乘以步進細分模式的值。圖3是流程圖。

　　示例：在正常狀態(tài)及堵轉狀態(tài)時檢查SLA輸出電平，如下所示：

　　因此，我們可以認為：如果4個“線圈電流過流點”中有2個SLA電平低于1.5 V，那么就處于堵轉狀態(tài)。

　　簡介

　　與傳統(tǒng)步進電機驅動器IC相比，NCV70522包含BEMF輸出，能夠實時地 準確地反應電機運轉情況，非常適合汽車自適應前照燈系統(tǒng)中的應用。堵轉檢測閾值可以根據(jù)電機速度、負載特性及供電電壓的不同來調節(jié)。