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ZHCSN95A August 2022 – December 2022 DRV8452

PRODUCTION DATA

封裝選項

機械數據 (封裝 | 引腳)

DDW|44
- MPDS309B
PWP|28
- MPDS373B

散熱焊盤機械數據 (封裝 | 引腳)

DDW|44
- PPTD374
PWP|28
- PPTD376

訂購信息

zhcsn95a_oa

7.3.11 靜音步進衰減模式

傳統的峰值電流模式控制通過檢測 MOSFET 中的瞬時電流來確定驅動和衰減持續時間。因此，電機驅動器會對系統中的瞬時誤差做出反應。這些突然的電流變化會導致電機發出可聞噪聲。

為了確保步進電機實現無噪聲工作，DRV8452 具有靜音步進衰減模式。靜音步進是一種電壓模式 PWM 調節方案，用于消除 PWM 在靜止和低速時因切換而產生的噪聲。因此，靜音步進電機應用非常適合 3D 打印機、醫療設備和工廠自動化等低噪聲工作至關重要的應用。

注：

當器件以靜音步進衰減模式運行時 -

開路負載故障檢測僅在電機處于運動狀態時有效，而在電機處于靜止狀態時無效。
不支持失速檢測。
禁用展頻功能。

靜音步進環路專為低帶寬運行而設計，因此在電機中速至高速運行時，衰減模式可以切換回由 DECAY 位編程的其中一個傳統電流模式衰減方案。從靜音步進轉換到其他衰減模式是即時發生的，而從其他衰減模式轉換到靜音步進則會在電氣半個周期的邊界處發生。

圖 7-18 展示了靜音步進衰減模式實施的方框圖：

圖 7-18 靜音步進方框圖

表 7-22 展示了與靜音步進衰減模式相關的 SPI 寄存器參數。

表 7-22 靜音步進參數表

參數	說明
EN_SS	當 EN_SS 位為 1b 時，靜音步進衰減模式將被啟用。在線圈 A 和線圈 B 中的電流分別過零之后，器件開始以靜音步進躍運行。將 0b 寫入 EN_SS 會禁用靜音步進衰減模式，而衰減模式會根據衰減位設置發生變化。
SS_PWM_FREQ[1:0]	表示靜音步進衰減模式下的 PWM 頻率 (F_PWM)。 00b = 25kHz（默認） 01b = 33kHz 10b = 42kHz 11b = 50kHz PWM 頻率越高，開關損耗越高。
SS_SMPL_SEL[1:0]	靜默步進電流過零采樣時間。默認值為 2μs。如果電流波形在過零附近失真，請增加采樣時間。 00b = 2μs（默認） 01b = 3μs 10b = 4μs 11b = 5μs
SS_KP[6:0]	表示靜音步進 PI 控制器的比例增益。范圍為 0 至 127，默認值為 0。
SS_KI[6:0]	表示靜音步進 PI 控制器的積分增益。范圍為 0 至 127，默認值為 0。
SS_KP_DIV_SEL[2:0]	KP 的分頻器因子。實際 KP = SS_KP/SS_KP_DIV_SEL。 000b - SS_KP/32（默認值） 001b - SS_KP/64 010b - SS_KP/128 011b - SS_KP/256 100b - SS_KP/512 101b - SS_KP/16 110b - SS_KP
SS_KI_DIV_SEL[2:0]	KI 的分頻器因子。實際 KI = SS_KI/SS_KI_DIV_SEL。 000b - SS_KI/32（默認值） 001b - SS_KI/64 010b - SS_KI/128 011b - SS_KI/256 100b - SS_KI/512 101b - SS_KI/16 110b - SS_KI
SS_THR[7:0]	對器件從靜音步進衰減模式轉換到由 DECAY 位編程的其他衰減模式的頻率進行編程。該頻率對應于正弦電流波形的頻率。 00000001b = 2Hz 00000010b = 4Hz . . 11111111b = 510Hz（默認值）

要將 SS_THR 閾值轉換為指定微步進設置的 STEP 頻率 (f_STEP)，應使用Equation14：

Equation6. f_STEP = (SS_THR * 1000 * usm)/256

其中，usm 對應于微步進數（4、16、256 等）。如果器件以自定義微步進模式運行，則在計算 STEP 頻率時將 usm = 256 代入Equation14。

下方展示了靜音步進環路的增益與頻率間的關系圖：

圖 7-19 靜音步進增益與頻率間的關系

環路傳遞函數具有兩個極點和一個零點：

一個極點在原點處
一個極點 (f_P)，由電機線圈電阻和電感產生：
Equation7. f_P = R_MOTOR/(2 * π * L_MOTOR)
一個零點 (f_Z)，由 PI 環路產生
Equation8. f_Z = (KI * F_PWM)/(2 * π * KP)

應選擇比例增益 KP 以實現所需的環路增益。請使用以下公式來計算 KP -

Equation9. KP = 10 * π * UGB * L_MOTOR / VM

其中，UGB 是環路的單位帶寬增益積，R_MOTOR 是電機線圈電阻，L_MOTOR 是電機線圈電感，I_FS 是滿量程電流，而 VM 是電源電壓。

如果任何頻率小于 UGB，則允許通過。
高于 UGB 的頻率（例如 PWM 頻率或 STEP 頻率）會進行衰減，不會導致電機噪聲。
對于 UGB，200Hz 是不錯的選擇，這樣可以衰減可聞范圍內的大多數頻率。
如果電源電壓發生變化，可通過修改 KP 值來更改 UGB。這樣一來，便可以在各種工作條件下實現類似的音頻噪聲抑制。
如果零點選擇的頻率低于電機極點，則 UGB 將增加，如增益與頻率間的關系圖所示。

應放置零點以消除電機極點。通過使 f_P 和 f_Z 相等來實現離散化實施，可使用以下公式來計算 KI。

Equation10. KI = KP * R_MOTOR/(F_PWM * L_MOTOR)

例如，請考慮以下用例：

VM = 24 V
I_FS = 5A
R_MOTOR = 0.3Ω
L_MOTOR = 0.7mH
UGB = 200Hz
F_PWM = 25kHz
在 50RPM 以上時，衰減模式應從靜音步進更改為智能調優紋波控制。

使用前面的公式可以得到，KP = 0.18326 且 KI = 0.00314。可以設置以下寄存器值：

SS_KP = 0101111b = 47
SS_KI = 0000001b = 1
SS_KP_DIV_SEL = 011b = 1/256
SS_KI_DIV_SEL = 011b = 1/256
50RPM 對應于 1/256 微步進時約 42.6kpps，相當于正弦電流波形的 42Hz 頻率。因此 SS_THR = 00010101b = 21。

圖 7-20 展示了電機在靜音步進衰減模式下運行時的平滑正弦線圈電流波形。

圖 7-20 靜音步進衰減模式下的線圈電流波形. 從上到下的布線：線圈 A 電流、線圈 B 電流

SS_SMPL_SEL 位會影響過零點附近的電流波形平滑度。2μs 采樣時間的默認值適用于大多數電機和應用。如果在過零附近觀察到電流波形失真，則采樣時間的值可以增加到最大值 5μs。圖 7-21 是從靜音步進衰減模式轉換到采樣時間為 5μs 的智能調優紋波控制衰減模式的示例。

圖 7-21 靜音步進至智能調優轉換. 從上到下的布線：AOUT2、AOUT1、線圈 A 電流、線圈 B 電流、nSCS