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ZHCSRF9A December 2022 – October 2023 DRV8461

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

7.3.19.5 失速檢測

使用 SPI 接口運行時，DRV8461 支持失速檢測。

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 7-42 所示。對于空載電機，反電動勢與繞組電流之間呈 90° 異相。對于給定的繞組電流，當電機負載接近電機的最大扭矩能力時，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，DRV8461 可檢測到電機過載失速情況或線路末端運動。

圖 7-42 通過監控電機反電動勢進行失速檢測

失速檢測算法在以下情況下啟用：

該器件編程為使用 SPI 接口運行 (MODE = 1)
衰減模式編程為智能調優紋波控制 (DECAY = 111b)
EN_STL 為 1b
不存在故障條件（UVLO、OCP、OL、OTSD 等）。

該算法可通過監控 PWM 關斷時間來比較上升和下降電流象限之間的反電動勢，并生成一個稱為扭矩計數的參數，該參數由 TRQ_COUNT 寄存器表示。進行比較時，TRQ_COUNT 值在很大程度上與電機電流、環境溫度和電源電壓無關。即使驅動器在全步進模式下運行，也可以檢測電機失速。

TRQ_COUNT 的計算結果是最近四個電氣半個周期的運行平均值。TRQ_COUNT 寄存器每個電氣半個周期更新一次。更新后的 TRQ_COUNT 與 STALL_TH 進行比較，如果檢測到失速情況，則會在電氣半個周期電流過零時報告并鎖存失速故障。

對于輕載電機，TRQ_COUNT 將為非零值。當電機接近失速狀態時，TRQ_COUNT 將接近零并可用于檢測失速狀態。

如果任何時候 TRQ_COUNT 降至失速閾值（由 STALL_TH 寄存器表示）以下，該器件將檢測到失速。
STALL、STL 和 FAULT 位將在 SPI 寄存器中被鎖存為 1b。
STL_REP 位控制失速的報告方式。
- 如果 STL_REP 位為 1b，當檢測到失速時，nFAULT 引腳將被驅動為低電平。
- 如果 STEL_REP 為 0b，則即使檢測到失速，nFAULT 引腳也將保持高電平。

在失速情況下，電機軸不會旋轉。當失速條件消失并且電機轉速從零升至其目標速度時，電機會呈斜坡趨勢增加到目標轉速。當通過 CLR_FLT 位或 nSLEEP 復位脈沖發出清除故障命令后，nFAULT 將被釋放并且故障寄存器將被清除。

電機線圈阻抗較高可能會導致 TRQ_COUNT 低。TRQ_SCALE 位允許按比例調高 TRQ_COUNT 值，以便于進一步處理。

如果最初計算的 TRQ_COUNT 值小于 500，并且 TRQ_SCALE 位為 1b，則 TRQ_COUNT 輸出寄存器將乘以 8。
如果 TRQ_SCALE 位為 0b，TRQ_COUNT 會保留算法最初計算的值。

失速閾值可通過兩種方式設置 –

用戶可以通過觀察 TRQ_COUNT 輸出在所有運行條件下的行為來寫入 STALL_TH 位。
該算法可以使用自動失速學習過程來學習失速閾值，如下所述：
- 開始學習之前，請確保電機已達到其目標速度。請勿在電機轉速加快或減慢時學習失速閾值。
- 通過將 STL_LRN 位設置為 1b 開始學習。
- 空載運行電機。
- 等待 32 個電氣周期，讓驅動器了解穩態計數。
- 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_LRN_OK 位會變為 1b。
- 失速閾值計算為穩定計數和失速計數的平均值，并存儲在 STALL_TH 寄存器中。

下面展示了有關如何設置失速閾值的流程圖。

圖 7-43 失速學習流程圖

有時，由于電機運行或失速時扭矩計數不穩定，自動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，建議不要使用自動失速學習方法。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。

在一種速度下獲得的失速閾值可能不能充分適合其他速度。建議每當電機轉速變化百分比大于 10% 時，均重新獲得失速閾值。

注：

失速檢測算法取決于修改 PWM 關斷時間的反電動勢。反電動勢與電機轉速成正比。為了使失速檢測可靠工作，電機速度應足夠高，以便能夠生成具有足夠振幅的反電動勢。電機線圈電阻越高，實現可靠失速檢測所需的最低速度就越大。
當器件通過切換 EN_OUT 位或 ENABLE 引腳從禁用模式（H 橋高阻態）進入激活模式時；或者當器件通過發出 CLR_FLT 從故障中恢復時，失速檢測故障也可能會被標記。這是因為 TRQ_CNT 達到高于 STL_TH 的值所花費的時間。由于失速故障，nFAULT 可能會保持低電平（如果 STL_REP = 1b)，并且需要另一個 CLR_FLT 來釋放失速故障和 nFAULT 引腳。這可通過以下方式來表示：
- 啟用活動模式后啟用失速檢測（僅在寫入 EN_OUT = 1b 并使 ENABLE = 邏輯高電平后，才能寫入 EN_STALL = 1b）
- 僅在電橋處于激活模式或已發出 CLR_FLT 命令以清除故障條件后才啟動 STEP 脈沖。
如果由于低電源電壓、高線圈電阻或電機高速而導致無法進行電流調節，失速檢測可能無法可靠地工作，因為 TRQ_COUNT 可能不穩定并可能跳至高值?？梢酝ㄟ^查看線圈電流波形來檢查和確認這一點。如果線圈電流具有標準正弦波形，并且正弦波的峰值達到所需的滿量程電流，則失速檢測將可靠地工作。如果由于高速或低電源電壓而導致電流波形為三角形，則失速檢測算法可能無法可靠地運行。
如果 EN_STL = 1b 并且還啟用了自動扭矩，則當檢測到電機失速時，線圈電流會變為 ATQ_TRQ_MAX。
如果 EN_STL = 0b 并且啟用了自動扭矩，則當電機失速時，線圈電流會變為 ATQ_TRQ_MIN。