步進電機的繞組電流、反電動勢和電機的機械扭矩負載之間有著獨特的關(guān)系，如圖 6-13 所示。對于給定的繞組電流，當(dāng)電機負載接近電機的扭矩能力時，反電動勢將與繞組電流同相。

通過檢測電機電流的上升和下降電流象限之間的反電動勢相移，DRV8434A-Q1 可檢測到電機過載失速情況或線路末端運動。如果沒有失速檢測，驅(qū)動器將繼續(xù)流過障礙物，從而導(dǎo)致發(fā)熱、可聞噪音并損壞系統(tǒng)。

失速檢測可取代成本高昂的霍爾傳感器。與霍爾傳感器的超時機制相比，集成的無傳感器失速檢測可在電機失速時立即做出響應(yīng)。

圖 6-13 通過監(jiān)控電機反電動勢進行失速檢測

失速檢測算法可通過監(jiān)控 PWM 關(guān)斷時間來比較上升和下降象限之間的反電動勢，并生成一個由扭矩計數(shù)表示的值。進行比較時，扭矩計數(shù)實際上與電機電流、環(huán)境溫度和電源電壓無關(guān)。

對于輕載電機，扭矩計數(shù)將為非零值。當(dāng)電機接近失速狀態(tài)時，扭矩計數(shù)將接近零并可用于檢測失速狀態(tài)。如果任何時候扭矩計數(shù)降到失速閾值以下，器件將檢測到失速。在失速狀態(tài)下，電機軸不會旋轉(zhuǎn)。當(dāng)失速狀態(tài)消失后，電機又開始旋轉(zhuǎn)。

電機線圈阻抗較高可能會導(dǎo)致扭矩計數(shù)低。DRV8434A-Q1 的 ENABLE 引腳允許按比例調(diào)高低扭矩計數(shù)值，以便于進一步處理。如果 ENABLE 引腳為高阻態(tài)，扭矩計數(shù)和失速閾值將乘以 8。如果 ENABLE 引腳為邏輯高電平，扭矩計數(shù)和失速閾值會保留算法最初計算的值。

DRV8434A-Q1 的失速檢測算法可通過兩個數(shù)字 IO 和一個模擬 IO 引腳配置 - STL_MODE、STL_REP 和 TRQ_CNT/STL_TH。

STL_MODE 對失速檢測模式進行編程。當(dāng)該引腳為邏輯低電平時，失速閾值由驅(qū)動器或外部微控制器 (MCU) 計算。TRQ_CNT/STL_TH 引腳會輸出扭矩計數(shù)模擬電壓。如果 STL_MODE 引腳斷開（高阻態(tài)），它會啟用失速閾值學(xué)習(xí)過程。如果學(xué)習(xí)成功，TRQ_CNT/STL_TH 引腳會將失速閾值輸出為模擬電壓。當(dāng) STL_MODE 為邏輯高電平（連接至 DVDD）時，可通過在 TRQ_CNT/STL_TH 引腳上應(yīng)用電壓來設(shè)置失速閾值。TRQ_CNT/STL_TH 引腳可同時充當(dāng)輸入或輸出，具體取決于工作模式。1nF 電容器必須從 TRQ_CNT/STL_TH 引腳連接至 GND。在 STL_MODE 引腳和 GND 之間連接 330k 電阻會禁用失速檢測。此外，如果存在任何故障條件（UVLO、OCP、OL、OTSD 等），將禁用失速檢測。

STL_REP 為開漏輸出。當(dāng) STL_MODE = GND 或 DVDD 時，如果沒有任何失速故障，STL_REP 被驅(qū)動器拉至低電平；如果檢測到失速，則變?yōu)楦唠娖健Ｈ绻?STL_MODE = GND 或 DVDD，并且 STL_REP 引腳從外部被拉至低電平，則會禁用失速故障報告，如果檢測到失速，nFAULT 不會變?yōu)榈碗娖健Ｔ谑匍撝祵W(xué)習(xí)模式（STL_MODE = 高阻態(tài)）下，如果 STL_REP 從高電平變?yōu)榈碗娖剑幢砻鞒晒W(xué)習(xí)失速閾值。必須通過外部上拉電阻上拉 STL_REP。

以下過程介紹了失速閾值學(xué)習(xí)操作：

• 開始失速閾值學(xué)習(xí)之前，請確保電機轉(zhuǎn)速已達到其目標(biāo)值。請勿在電機轉(zhuǎn)速加快或減慢時學(xué)習(xí)失速閾值。
• 通過將 STL_MODE 引腳設(shè)為高阻態(tài)來啟動學(xué)習(xí)。
• 空載運行電機。
• 等待 32 個電氣周期，讓驅(qū)動器了解穩(wěn)定計數(shù)。
• 讓電機失速。
• 等待 16 個電氣周期，讓驅(qū)動器了解失速計數(shù)。
• 如果學(xué)習(xí)成功，STL_REP 將被拉至低電平。
• 失速閾值計算為穩(wěn)定計數(shù)和失速計數(shù)的平均值。
• 學(xué)習(xí)成功后，TRQ_CNT/STL_TH 引腳會將失速閾值作為模擬電壓輸出，并在內(nèi)部存儲該值以用于扭矩計數(shù)模式。
• 學(xué)習(xí)成功后，一旦器件通過更改 STL_MODE 邏輯電平進入扭矩計數(shù)模式或失速閾值模式，STL_REP 就會變?yōu)楦唠娖剑琻FAULT 會被下拉并且 TRQ_CNT/STL_TH 引腳上的電壓會復(fù)位。
• 應(yīng)用 nSLEEP 復(fù)位脈沖以拉低 STL_REP 并再次拉高 nFAULT。

有時，由于電機運行或失速時扭矩計數(shù)不穩(wěn)定，失速學(xué)習(xí)過程可能無法成功進行。例如，當(dāng)電機具有較高的線圈電阻或以非常高或低的速度運行時，扭矩計數(shù)可能會隨時間變化很大，并且穩(wěn)定計數(shù)與失速計數(shù)之間的差異可能很小。在這種情況下，建議不要使用失速學(xué)習(xí)方法。用戶應(yīng)仔細研究整個工作條件范圍內(nèi)的穩(wěn)定計數(shù)和扭矩計數(shù)，并將閾值設(shè)為介于最小穩(wěn)定計數(shù)和最大失速計數(shù)之間的中間值。

當(dāng)電機最初加速時，建議將驅(qū)動器配置為紐約計數(shù)模式或失速閾值模式。如果器件在初始加速期間處于學(xué)習(xí)模式，學(xué)習(xí)過程可能會導(dǎo)致較低的失速閾值。一旦達到穩(wěn)態(tài)速度，就可以開始學(xué)習(xí)過程。

表 6-6 展示了可以檢測失速的所有不同工作模式。

圖 6-14 展示了 DRV8434A-Q1 驅(qū)動器的失速檢測流程圖。

圖 6-14 DRV8434A-Q1 失速檢測流程圖