欢迎观看本视频, 了解通过PowerStep01来解决步进电机设计中的挑战。让我们从PowerStep01概述开始。首先,我们将回顾PowerStep01应用和基本控制原理,然后将会介绍PowerStep01的关键差异,如数字运动引擎、电压模式控制、电流模式控制、读转检测,使用PowerStep01的高级电流模式控制以及系统级封装的集成,此后,我们将浏览现有的评估板。PowerStep01是ST先进的步进电机驱动器,具有一些不同的特性。PowerStep01有两个内置的H桥。有了这两个H桥,我们就能由拓扑驱动一个双向步进电机以及一或两个有刷直流电机。如果需要双向控制,则一个有刷直流电机需要一个H桥。步进电机应用将会是ST PowerStep01的特性和附加值的最大受益者。典型的PowerStep01应用包括一个功率范围为50瓦至250瓦的电机。它可用于家庭自动化ATM和自动受火机、工业应用、打印机、机器人以及医疗设备。现在,让我们来看一下步进电机驱动器的优势和架构。双击步进电机使用向移电流驱动向位,实现了精确的角度定位,即使在停机时也可提供飞铃扭举,从而使目标位置保持不变。从举行向位电流波形到正弦波,这一被称为微步进的技术实现了更精确的定位。步进电机的微步进技术基于将两个向位关系为90度的正弦电流,施加于电机向位。我们将一个正弦波施加到一个向位,一个余弦波施加到另一个向位后,就可以使定子磁场在任何可能的位置和方向上对齐。标准电流模式控制拓扑的减化矿图如图所示,流过桥的电流可被分流电阻感应并转化为电压。感应电压与参考电压比较,此比较器的输出控制功率级的逻辑和驱动器也有其他技术能感应流过H桥的电流。例如,可使用所谓的FujiMos将流过H桥的电流镜像或缩小。FujiMos与H桥Fat并连,它仅用于电流感应。回到步进电机细分。在这里,我们会解释步进电机驱动器工作的基本原理。数模转换器为比较器生成电压参考。当然,它只是近视为正显波。实际上,我们会一步步达到各个电流等级。换句话说,H桥中的电流被转换为电压,与电压参考比较。PowerStep01高达128细分,微步的数目是可编程的。红色的线表示电机线圈有能量时的打开时间。蓝色的线表示关断时间。它意味着线圈电流衰减时的时间。PowerStep01有四个关键特点。第一个关键差异点是数字运动引擎。第二个是创新的电压模式控制。第三个是高级电流模式控制。最后一个是超强的功率集成。数字运动引擎是前三个差异点的核心。最后一个是成为系统级封装的封装技术。我们会在演示最后讨论系统级封装技术。数字运动引擎令使用更小的微控制器或更轻架构的微控制器成为可能。电机控制由高级命令提供。这些定位或速度曲线指令是通过SPI总线从微控制器发送的。复杂的紫程序已经内置于电机驱动器中,无需在微控制器上运行复杂的紫程序。我们在以下内容中有更详细说明。为了着重说明,我们新行PowerStep01方法的减化性,我们将首先为您显示更复杂应用的一个典型拓铺。您可以看到,这需要很多不同的元件,即三个步击电机、系统微控制器、三个专用的微控制器和电机驱动器。系统微控制器控制三个专用微控制器,每个微控制器单独驱动一个专用的步击驱动器。必须为专用微控制器开发复杂的紫程序,此外,它的PCB布局比数字运动引擎解决方案更复杂。我们为您演示一个使用了PowerStep01的系统。可以看到,它减化了很多。这不仅体现在系统构价的角度,也体现在PCB布局的角度。我们不再需要专用的微控制器来执行速度曲线和定位计算。这得益于数字运动引擎,所有高级命令都已经内置于PowerStep01中。同时,PowerStep01的新型架构有更低的材料清单、更简单的PCB布局,以及单个微控制器,能同时驱动更多器件。微控制器和PowerStep01之间的通信由SPI总线处理。那数字运动引擎是如何工作的呢?微控制器通过SPI总线将高级命令发送至数字运动引擎,然后PowerStep01生成运动。自由运动指令以为以运速运动。定位指令会将电机运动到指定位置。PowerStep01生成所有运动,负责Hq的所有控制信号。数字运动引擎欠入了完全可编程的速度曲线边界。指令有运速、绝对位置、相对位置、步进时钟模式、加速、减速、最大速度和最小速度。这里有高级命令的势力。Move指令能在选择的方向执行N步运动,只有电机停止时才能执行该命令。GoTo命令使用最短路径到达目标位置,只有电机停止或以衡定速度运行时才能执行此命令。GoToDio命令是在选定方向上移动电机使其达到目标位置,只有在电机停止或以衡定速度运行时才能再次执行此命令。电压模式控制是PowerStep01及其数字运动引擎的第二个关键差异,它是一个创新的驱动技术,能达到非常平滑的运动,最佳的位置精度和静音运行。我们来说一说电压模式控制方案。电压模式基于步进电机的线性模型,如果将电压正弦波应用于步进电机向位,则产生的电流也是正弦曲线。现在,可能每个人都会对一个问题感兴趣,哪个更好?电流模式与电压模式我该选择哪个?在电流模式控制中,快速的电流改变会导致机械震动。此外,由于参考量化和采样,电流模式会试图遵循非理想曲线,这会转化为噪声和抖动运动。峰值电流受控的结果为平均电流值与目标不同,这会导致不精确的定位。由于平滑的电流顺态,所以电压模式方案降低了机械震动,与峰值电流控制方案相比,平均电流受控,定位非常精确,实现真正的微步进,开关频率为常量,扭曲波动是受控的。现在,让我们来考虑一下电压模式控制的缺点,以及PowerStep01如何解决它们。第一点,反向电动式会严重影响电压与电流的关系。PowerStep01具有有效而灵活的反向电动式补偿系统。其次,让祖师家的电压受电源电压波动的干扰,PowerStep01通过集成的五味魔术转换器做供电电压补偿。第三,相位电阻随温度而变化。PowerStep01能通过技存器使用补偿更改相位电阻。您可能知道,没有反向电动式补偿,相位中的静电压将会快速下降至零,因此会没有电流,点击将零扭曲并堵转。得意于反向电动式补偿,电流得以稳定,扭曲能保持横定。不仅电机运动不是均匀的,此行为会导致机械共振。当发生这种情况时,反向电动式补偿电压不再是正弦曲线,这会导致控制算法出问题,可使用几种策略来避免电机共振。例如,我们会对电机施加机械负载,以此用负载改变系统的共振,另一技术为增加电机速度,因为共振速度范围有限,通过利用电机惯性和较高的加速度值系统可以避免共振。电压模式控制允许我们使用无传感器堵转检测,它如何工作?因为在电压模式控制中,我们能控制施加于向位的电压,所以现在我们能监控向位电流。在正常工作期间,向位电流的幅度低于堵转检测法指,我们还监控反向电动式补偿电压幅度,若电机堵转会发生什么?在堵转情况下,向位电流中的幅度会立刻显著增加,高于施速检测法指,反向电动式补偿变为0,这两个因素表示电机堵转。让我们来看一下电压模式与电流模式控制的各自优势。在电压模式中,PowerStep01有真一百二十八微布,这在低速时有优越的平滑性。它允许无传感器堵转检测,无需分流电阻。另一方面,电流模式在高速时对扭曲有更好的控制,对震动相对不敏感。现在,让我们来展示数字运动引擎如何在传统的电流模式控制中引入创新的驱动技术和优势。首先,我们将说明自适应衰减,其次是预测式电流控制,以及这些高级控制技术如何做到低波纹和震动降低无声运动最佳的平滑性以及更精确的定位。同样,这也是通过我们高级电机驱动器中使用的数字运动引擎做到的。预测式电流控制和自适应衰减为ST专利。衰减原理为一个简单的公式V等于L乘以DI比DT。电压越高,电感中能量减少的越快,这就是快速衰减。慢衰减定义为电压越低,电感中能量减少的越慢。让我们来更详细的看一下峰值电流控制。分流电组只为了说明目的,因为在电流模式下PowerStep01采用非耗散电流检测和PWM技术来实现两项电流的反馈控制。上电时,项电流根据电机的电气特性沿着给定方向上升及绿色曲线达到峰值电流水平。由采样电组上的参考电压电瓶指示时,启动阶段结束,执行衰减。向电流仅在H桥的上桥壁开关或下桥壁开关中循环,只使用桥壁MOSFET内组放电来降低电流。在慢衰减期间,电流波纹比快衰减时更慢,这会达到更低的噪声和更低的功率耗散。慢衰减的特点是有时降低笔不足。在固定关闭时间的衰减阶段之后,电流会在打开时间再次上升,电流峰值会再次感应到下一阶段将为快衰减。在快衰减期间,电流方向不变,但电压方向反向,这可更有效地进行控制,但代价是更高的电流波纹,更高的噪声和功耗。为了准确控制目标电流曲线,控制算法必须采用高效适当的衰减模式测量。电流控制算法包括连续选择正确衰减,并设置其实际持续时间。PowerStep01中的电流控制使通过预测是电流控制实现的。稍后,我们会讨论这一算法。传统的电流模式控制方法,基于通过过电流检测感应峰值电流,这会导致电机定位上的误差,开关频率也会变化。另一方面,ST预测是电流控制,能预测额外的打开时间,以确保达到红点线的平均电流,这能实现更加精确的电机定位,令开关频率受控,额外的打开时间是逐周期估计的。PowerStep01能自主决定最佳衰减模式并应用最佳算法,在通常或稳定的条件下,会尽量应用慢衰减与确保控制的稳定性。快速衰减只有在必要或保证控制稳定性时使用。混合衰减,慢速和快速衰减相结合,在准稳定条件下使用。这一策略,能维护独立的工作,使波纹受到控制,总造声降低,确保系统稳定。PowerStep01的第四个关键差异是,由先进的系统级封装技术带来的高功率密度。左侧是两个全Hq脱铺的驱动器加8个外部FAT典型架构。使用多导封装容纳两个完整全球的控制器和8个外部FAT。它们集成于单个14毫米×11毫米QFN封装,最大厚度为1毫米。因此,它可实现67%版面积的降低,达到最佳的性能,减少所用材料,并解决PCB布局问题。右侧是一些功率系统级封装底部裸露焊盘的详细信息。它显示了全Hq书出电源电压和接地焊盘。此脱铺能带来最佳的热性能。在左侧,PowerStep01应用源理图为极大减化,仅需要几个外部元件。总结下,PowerStep01旗舰的主要特性。工作电压为7.5V-85V之间,双全桥RDS-OM为16毫欧,最大输出有效电流为10安培。PowerStep01具有可调的输出转换速率和可编程的速度曲线。它在电压模式控制时有高达128C分,具有无传感器赌转检测和集成的稳压器。PowerStep01可通过SPI接口控制,它具有低静态待机电流、可编程的非耗散过电流保护以及过温保护。可通过显示的网页来订购评估版。第一个是EVL PowerStep01该评估版的相关技术文档、应用笔记、完整原理图和软件都可在www.st.com上获取。该评估版需要连接所提及的接口版。还有一款PowerStep01的Nucleo评估版XNucleo IHM03A1,它与Nucleo和Arduino版兼容,可通过使用STM32Cuber按键非常方便的开始使用它。与XNucleo IHM03A1有关的所有必备信息和文档都可以在www.st.com上获取。感谢您观看本PowerStep01的介绍视频。希望介绍的内容有帮助,能使您满意。谢谢。