ZHCSN20 April 2020 DRV8434A
PRODUCTION DATA
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