A3979

 

 

两相四线步进电机的驱动方法/驱动芯片用法_两相四线步进电机驱动芯片-CSDN博客

 

1. 指示初始状态：

   • 当 A3979 上电、或者收到 RESET 信号、或者从 SLEEP 模式唤醒时，其内部的 translator 会被重置到一个特定的初始状态，这个状态被称为 “Home” 状态。

   • 当 translator 处于这个 Home 状态时，HOME 引脚会被拉低。当 translator 离开这个状态时，HOME 引脚变为高阻态。

2. Home 状态对应的电机位置：

   • 根据数据手册第12页的 表2，Home 状态对应于一个特定的微步位置。

   • 例如，在 1/16 微步模式 下，Home 状态是 第1步，此时：

     • Phase 1 Current = 100%

     • Phase 2 Current = 0%

   • 这对应于一个 45° 的步进角（对于一个1.8°的电机，360° / 200 步 = 1.8°，在16微步下，1步 = 360° / (200 * 16) = 0.1125°，45° / 0.1125° = 第400步，但芯片内部定义其初始状态为45°位置）。

3. 与 RESET 引脚的配合：

   • RESET 引脚是一个 输入 引脚，用于 强制 translator 回到 Home 状态。

   • HOME 引脚是一个 输出 引脚，用于 报告 translator 是否在 Home 状态。

   • 当您拉低 RESET 引脚时，translator 会立即回到 Home 状态，同时 HOME 引脚输出低电平。当您释放 RESET 引脚后，HOME 引脚会保持低电平，直到您发出第一个 STEP 脉冲，translator 离开 Home 状态，HOME 引脚才变为高阻态。

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在实际系统中的应用价值

HOME 引脚的核心价值在于为系统提供一个已知的、可重复的电气参考点。

1. 建立绝对位置参考：

   • 在开环步进电机系统中，电机本身没有绝对位置传感器。系统通过计算发出的步进脉冲数量来估算电机位置（相对位置）。

   • 如果系统因意外断电或堵转而丢失了位置记录，那么之前的相对位置就无效了。

   • 此时，可以通过触发 RESET 信号，强制 A3979 的 translator 回到 Home 状态，并使电机轴转动到对应的 已知电气位置。这样，系统就重新建立了一个绝对位置参考点，可以从这里开始重新计数。

2. 实现归零功能：

   • 在很多精密设备中（如3D打印机、CNC机床），开机或寻址时都需要执行“归零”操作。

   • 您可以设计一个机械限位开关作为“原点开关”。

   • 归零流程可以是：

     1. 控制器发出 RESET 信号，确保 translator 在 Home 状态。

     2. 控制电机向原点方向缓慢移动。

     3. 当电机触发机械原点开关时，控制器立刻停止移动。

     4. 此时，由于电机的电气位置（由 HOME/RESET 保证）和机械位置（由限位开关保证）都是已知的，系统就完成了精确的归零。

3. 同步多个电机：

   • 在一个多轴系统中，可以通过同时给所有 A3979 驱动器发送 RESET 信号，使所有驱动器的 translator 都回到相同的 Home 状态，从而确保所有电机轴的电气起始位置是同步的。

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电气特性

在数据手册第4页的电气特性表中，对 HOME 输出有明确规范：

 

参数	符号	条件	值	单位
HOME 输出高电平	V~HOME(1)~	I~HOME~ = -200 µA	≥ 0.7 × V~DD~	V
HOME 输出低电平	V~HOME(0)~	I~HOME~ = 200 µA	≤ 0.3 × V~DD~	V

• 这意味着 HOME 引脚是一个需要外接上拉电阻的开漏输出。

• 您需要在 HOME 引脚和 V~DD~ 之间连接一个上拉电阻（例如 10kΩ）。

• 当 translator 在 Home 状态时，HOME 引脚被内部晶体管拉低，输出 低电平。

• 当 translator 不在 Home 状态时，内部晶体管关闭，上拉电阻将 HOME 引脚拉到 高电平。

• HOME 是一个状态指示输出，而非控制输入。

• 它的作用是报告驱动器的内部 translator 是否处于预定义的初始位置。

• 它的主要应用是：

  • 为开环步进系统提供 电气绝对位置参考。

  • 实现系统的 寻零和归位 功能。

  • 同步多轴系统的起始位置。

• 使用时必须外接上拉电阻。

简单来说，HOME 引脚就像是一个“起点”信号灯，当这个灯亮起时，就告诉你电机现在正处于一个已知的、确定的电气起点上。 这对于构建可靠的位置控制系统至关重要。

 

1. 快速衰减阶段：当电流达到斩波阈值后，驱动器首先进入快速衰减模式。这个阶段的持续时间 t~FD~ 不是固定的，而是由 PFD 电压和外部 RC 定时元件共同决定的：

   • 公式：t~FD~ = R~T~ × C~T~ × ln(0.6 × V~DD~ / V~PFD~)

   • R~T~, C~T~：连接在 RC1 和 RC2 引脚上的电阻和电容，它们也决定了 PWM 的固定关断时间 t~OFF~。

   • V~PFD~：PFD 引脚的实际电压。

2. 慢速衰减阶段：在快速衰减阶段结束后，驱动器自动切换到慢速衰减模式，并持续到整个固定关断时间 t~OFF~ 结束。

通过调节 V~PFD~，您就间接控制了在混合衰减模式中，快速衰减部分所占的比重。

• V~PFD~ 越低 -> t~FD~ 越长 -> 快速衰减比重越大 -> 电流下降更快，响应更迅速，但可能更不平滑。

• V~PFD~ 越高 -> t~FD~ 越短 -> 快速衰减比重越小 -> 电流下降更平缓，运行更平稳，但响应稍慢。

 

• REF 引脚是电机电流的“总司令”，它设定了电机所能达到的最大电流值。

• 核心公式：I~TRIP(max)~ = V~REF~ / (8 × R~S~)。设计时必须基于此公式计算。

• 关键限制：确保在任何模式下，V~REF~ / 8 ≤ 0.5 V，以保护 SENSE 引脚。在微步进模式下，建议 V~REF~ ≤ 4 V。

• 选型与设计关键：

  1. 根据电机额定电流和所选采样电阻，计算所需的 V~REF~。

  2. 检查计算出的 V~REF~ 是否满足上述限制。

  3. 使用一个 稳定、干净 的电压源来驱动 REF 引脚

     1. 1. • VREG 是一个关键的内部电源输出/节点，专门用于驱动 下桥臂功率管。

           • 它的正常工作完全依赖于一个正确连接的外部 0.22 µF 去耦电容。忘记连接此电容是常见的设计错误。

           • 它受到内部监控，其电压异常会触发 全局输出禁用 保护。

           • 设计关键：严格按照数据手册要求，在 VREG 引脚和地之间放置一个 0.22 µF 的陶瓷电容，并确保布局紧凑。

             • • 详细功能解释

                 要理解 SR 引脚，首先必须理解 PWM 电流控制中的 电流衰减过程 和 同步整流 的概念。

                 1. 电流衰减与续流

                 当 A3979 的 PWM 控制器关闭输出以限制电流时（这个时间段称为“固定关断时间”），电机绕组是一个大电感，电流不会瞬间消失，它需要一条路径来续流。这个续流过程就是“电流衰减”。

                 2. 没有同步整流时（传统方案）

                 在传统的驱动器中，续流电流会通过功率 MOSFET 内部的 体二极管 进行。体二极管虽然能用，但存在两个问题：

                 1. 导通压降高：通常有 0.7V - 1.4V 的压降。

                 2. 反向恢复慢：这会导致开关损耗和噪声。

                 为了改善性能，工程师会在外部并联 肖特基二极管，因为它的导通压降更低、恢复更快。但这增加了成本和电路板空间。

                 3. 同步整流是什么？

                 同步整流是一种更先进的技术。它不是在外部加二极管，而是 在需要续流时，智能地打开相应的另一个功率 MOSFET，利用 MOSFET 极低的 导通电阻 (R~DS(on)~) 来为电流提供通路。

                 优势对比：

                 • 体二极管续流：功耗 P = V~F~ × I （V~F~ 约 1V）

                 • 同步整流续流：功耗 P = I² × R~DS(on)~ （R~DS(on)~ 仅 0.2-0.3Ω）

                 在相同的大电流下，同步整流的功耗要低得多，从而显著降低芯片的发热，提高系统效率。

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                 SR 引脚的控制模式

                 SR 引脚让您可以选择是否使用这个先进的功能：

                  

                 SR 引脚电平	工作模式	功能描述
                 低电平 (L)	激活模式	启用同步整流。这是 默认和推荐 的模式。在此模式下，芯片会自动控制内部的 MOSFET 在续流期间导通，实现高效、低热耗的电流衰减。它还能检测到续流电流降为零的时刻，并自动关闭同步整流，防止电流反向。
                 高电平 (H)	禁用模式	关闭同步整流。在此模式下，续流电流将完全通过功率 MOSFET 的 体二极管 或您 外部并联的肖特基二极管 进行。芯片内部的 MOSFET 在续流期间不会主动导通。

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                 如何选择模式？—— 应用场景分析

                 1. 何时使用 SR = L（启用，推荐）？

                 • 绝大多数应用场景。

                 • 目标：追求 高效率、低发热、紧凑设计。

                 • 优势：

                   • 功耗最低，芯片温升小，可靠性高。

                   • 无需外部肖特基二极管，节省成本和电路板空间。

                   • 内置防反向电流功能，运行更安全。

                 2. 何时使用 SR = H（禁用）？

                 • 特殊或极端应用场景：

                   • 非常高的 PWM 频率：在某些极高频率下，同步整流的控制逻辑可能引入不稳定性，禁用它可以提高鲁棒性。

                   • 需要将热耗散转移到外部：如果您的 A3979 芯片散热设计非常困难，但电路板其他地方有更好的散热条件，您可以禁用同步整流，并在外部并联大功率的肖特基二极管。这样，续流产生的热量就会主要耗散在外部的二极管上，而不是芯片内部。

                   • 调试和故障排查：如果怀疑同步整流功能引起问题（如振荡），可以禁用它以作对比。

                 对于99%的用户， Allegro 的官方建议是直接将 SR 引脚接地（低电平），以享受同步整流带来的所有好处。