ZHCSN20 April 2020 DRV8434A
PRODUCTION DATA
- 1 特性
- 2 應用
- 3 說明
- 4 修訂歷史記錄
- 5 引腳配置和功能
- 6 規格
- 7 詳細說明
- 8 應用和實施
- 9 電源相關建議
- 10布局
- 11器件和文檔支持
- 12機械、封裝和可訂購信息
封裝選項
機械數據 (封裝 | 引腳)
散熱焊盤機械數據 (封裝 | 引腳)
- RGE|24
訂購信息
7.3.9.4 失速檢測
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系，如圖 7-13 所示。對于給定的繞組電流，當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 可以檢測電機過載失速情況或線路末端運動。如果沒有失速檢測，驅動器將繼續流過障礙物，從而導致發熱、可聞噪音并損壞系統。
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。
圖 7-13 通過監控電機反電動勢進行失速檢測失速檢測算法可通過監控 PWM 關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表示的值。進行比較時，扭矩計數實際上與電機電流、環境溫度和電源電壓無關。
對于輕載電機，扭矩計數將為非零值。當電機接近失速狀態時，扭矩計數將接近零并可用于檢測失速狀態。如果任何時候扭矩計數降到失速閾值以下，器件將檢測到失速。在失速情況下，電機軸不會旋轉。當失速情況消失后，電機又開始旋轉。
電機線圈阻抗較高可能會導致扭矩計數低。DRV8434A 的 ENABLE 引腳允許按比例調高低扭矩計數值，以便于進一步處理。如果 ENABLE 引腳為高阻態，扭矩計數和失速閾值將乘以 8。如果 ENABLE 引腳為邏輯高電平，扭矩計數和失速閾值會保留算法最初計算的值。
DRV8434A 的失速檢測算法可通過兩個數字 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。當該引腳為邏輯低電平時，失速閾值由驅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模擬電壓。如果 STL_MODE 引腳斷開（高阻態），它會啟用失速閾值學習過程。如果學習成功，TRQ_CNT/STL_TH 引腳會將失速閾值輸出為模擬電壓。當 STL_MODE 為邏輯高電平（連接至 DVDD）時，可通過在 TRQ_CNT/STL_TH 引腳上應用電壓來設置失速閾值。TRQ_CNT/STL_TH 引腳可同時充當輸入或輸出，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 STL_MODE = GND 或 DVDD 時，如果沒有任何失速故障，STL_REP 被驅動器拉至低電平；如果檢測到失速，則變為高電平。如果 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 不會變為低電平。在失速閾值學習模式（STL_MODE = 高阻態）下，如果 STL_REP 從高電平變為低電平，即表明成功學習失速閾值。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習操作：
開始失速閾值學習之前，請確保電機速度已達到其目標值。請勿在電機速度加快或減慢時學習失速閾值。
通過將 STL_MODE 引腳設為高阻態來啟動學習。
空載運行電機。
等待 32 個電氣周期，讓驅動器了解穩定計數。
讓電機失速。
等待 16 個電氣周期，讓驅動器了解失速計數。
如果學習成功，STL_REP 將被拉至低電平。
失速閾值計算為穩定計數和失速計數的平均值。
學習成功后，TRQ_CNT/STL_TH 引腳會將失速閾值作為模擬電壓輸出，并在內部存儲該值以用于扭矩計數模式。
學習成功后，一旦器件通過更改 STL_MODE 邏輯電平進入扭矩計數模式或失速閾值模式，STL_REP 就會變為高電平，nFAULT 會被下拉并且 TRQ_CNT/STL_TH 引腳上的電壓會復位。
應用 nSLEEP 復位脈沖以拉低 STL_REP 并再次拉高 nFAULT。
有時，由于電機運行或失速時扭矩計數不穩定，失速學習過程可能無法成功進行。例如，當電機具有較高的線圈電阻或以非常高或低的速度運行時，扭矩計數可能會隨時間變化很大，并且穩定計數與失速計數之間的差異可能很小。在這種情況下，建議不要使用失速學習方法。用戶應仔細研究整個工作條件范圍內的穩定計數和扭矩計數，并將閾值設為介于最小穩定計數和最大失速計數之間的中間值。
當電機最初加速時，建議將驅動器配置為紐約計數模式或失速閾值模式。如果器件在初始加速期間處于學習模式，學習過程可能會導致較低的失速閾值。一旦達到穩態速度，就可以開始學習過程。
表 7-6顯示了可以檢測失速的所有不同工作模式。
| 工作模式 | STL_MODE | TRQ_CNT/STL_TH | STL_REP | nFAULT | 說明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 扭矩計數模式 |
GND |
扭矩計數電壓作為輸出 | 輸出：高電平：失速故障 輸入：低電平：禁用失速報告 |
如果 STL_REP > 1.6V，nFAULT 會在檢測到失速時變為低電平 | 此模式支持兩種操作： 1.獨立失速檢測模式：驅動器負責失速檢測和報告（前面需要帶有學習模式）。 2.MCU 輔助失速檢測模式：MCU 將 TRQ_CNT/STL_TH 電壓作為輸入，對任何二階效應進行補償，并將其與自己的失速閾值進行比較以檢測失速。由于此工作模式是外部的，因此必須禁用器件失速報告。MCU 還可以基于扭矩計數運行算法來控制 VREF。 |
| 學習模式 | 高阻態 | 失速閾值電壓作為輸出 | 輸出：高電平：未完成學習 低電平：學習成功 |
不適用 | 1.扭矩計數學習結果可通過 TRQ_CNT/STL_TH 引腳獲得。 2.在這種模式下，電機必須空載旋轉至少 32 個電氣周期，然后失速至少 16 個電氣周期，以便失速檢測算法確定內部失速閾值。 |
| 失速閾值模式 |
DVDD |
失速閾值電壓作為輸入 | 輸出：高電平：失速故障 輸入：低電平：禁用失速報告 |
如果 STL_REP > 1.6V，nFAULT 會在檢測到失速時變為低電平 | 從扭矩計數模式或學習模式記錄扭矩計數，并向 TRQ_CNT/STL_TH 引腳應用所需的失速閾值電壓。失速閾值電壓必須低于從扭矩計數模式記錄的扭矩計數。必須在電機正以扭矩計數模式旋轉時選擇失速閾值模式。 |
|
禁用失速檢測 |
330k 至 GND |
輸出：低電平 |
電機失速將被忽略，除非 STL_MODE = 0 或 1。 |
圖 7-14 顯示了 DRV8434A 驅動器的失速檢測流程圖。
圖 7-14 DRV8434A 失速檢測流程圖