兩相雙極步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)：什么是Decay？

 

在驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)時(shí)，需要進(jìn)行Decay（電流衰減）控制。

 

Decay是一種在關(guān)斷對(duì)電機(jī)的電源供給時(shí)使電流衰減的方法，有Slow Decay（慢速衰減）和Fast Decay（快速衰減）兩種基本方法。

 

以下是上一篇中給出的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)波形中的一部分。輸出電壓OUT是PWM信號(hào)，因此輸出電流是與PWM信號(hào)聯(lián)動(dòng)ON/OFF的平均電流。由于驅(qū)動(dòng)的是線圈，所以輸出電流的波形是鋸齒波，而不是PWM電壓輸出的方波。下圖是輸出電流的放大波形。

 

 

藍(lán)色波形是Slow Decay時(shí)的波形，由于衰減的斜率小，故電流衰減速度慢，PWM關(guān)斷期間的電流衰減也較慢。因此，在導(dǎo)通時(shí)達(dá)到設(shè)定電流值的時(shí)間也縮短了。

 

紅色是Fast Decay時(shí)的波形，由于斜率較大，因此電流衰減速度快，衰減量也很大，也因此在導(dǎo)通時(shí)需要花一些時(shí)間才能達(dá)到設(shè)定的電流值，周期比Slow Decay要慢。

 

Slow Decay和Fast Decay：方法的差異

 

可以通過(guò)切換電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出H橋來(lái)選擇衰減方法。

 

 

圖中的線圈表示步進(jìn)電機(jī)的線圈A和線圈B的一個(gè)線圈。這里省略了不在H橋四個(gè)開(kāi)關(guān)的內(nèi)部電流路徑中的開(kāi)關(guān)。

 

在Slow Decay（a）中，Q1和Q4處于導(dǎo)通狀態(tài)。在（b）和（c）中，Q4導(dǎo)通，Q2導(dǎo)通和關(guān)斷。盡管開(kāi)關(guān)的狀態(tài)不同，但由于再生電流也會(huì)經(jīng)由寄生二極管流向關(guān)斷的Q2的MOSFET，因此無(wú)論在哪種情況下，電流都以相同的方式流過(guò)。再生電流則僅是線圈中蓄積的電流流動(dòng)。

 

（D）Fast Decay的（d）處于導(dǎo)通狀態(tài)，與Slow Decay的狀態(tài)相同。在（e）中，Q2和Q3導(dǎo)通；在（f）中，所有的MOSFET均關(guān)斷，再生電流流經(jīng)導(dǎo)通的Q2和Q3，也會(huì)經(jīng)由寄生二極管流過(guò)關(guān)斷的Q2和Q3，因此在這兩種情況下電流都以相同的方式流過(guò)。電流會(huì)流向電源，但由于電源電壓試圖使電流沿相反方向流動(dòng)，所以電流的衰減加快。

可以根據(jù)以哪種狀態(tài)控制關(guān)斷來(lái)區(qū)分使用“Slow Decay”和“Fast Decay”。

 

衰減方法的差異與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的關(guān)系

 

與Fast Decay相比，Slow Decay的電流紋波更小，因此噪聲更小。另外，由于平均電流增加，所以可以增加產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩。但其缺點(diǎn)是如果脈沖頻率變快，波形會(huì)失真，電機(jī)無(wú)法正常旋轉(zhuǎn)。

 

相反，F(xiàn)ast Decay在噪聲和轉(zhuǎn)矩方面雖然遜色，但對(duì)于高速脈沖頻率，則比Slow Decay更具優(yōu)勢(shì)。

 

什么是Mix Decay（混合衰減）？

 

衰減方法基本上是Slow Decay和Fast Decay，不過(guò)還有一種將它們結(jié)合起來(lái)并充分利用兩者優(yōu)點(diǎn)的方法，即Mix Decay。

 

Mix Decay是以Fast Decay開(kāi)始衰減，然后是Slow Decay。這使得電流衰減比Slow Decay快，而電流紋波比Fast Decay小。這不僅可以維持大轉(zhuǎn)矩，同時(shí)還支持高速脈沖率。某些驅(qū)動(dòng)器IC可以調(diào)整Slow和Fast的時(shí)間比，可優(yōu)化電流波形。

 

 

以下是不同步數(shù)Slow/Mix/Fast Decay時(shí)的波形。從波形可以看出，Mix Decay已得到優(yōu)化。

 

 

關(guān)鍵要點(diǎn):

 

?在兩相雙極步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)中，與Fast Decay相比，Slow Decay的電流紋波更小，因此噪聲更小，平均電流更大，故可以獲得更大的轉(zhuǎn)矩。但是，在高脈沖頻率情況下表現(xiàn)不佳。

?在兩相雙極步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)中，與Slow Decay相反，F(xiàn)ast Decay在噪聲和轉(zhuǎn)矩方面雖然表現(xiàn)遜色，但在高脈沖頻率方面則更具優(yōu)勢(shì)。

?在兩相雙極步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)中，Mix Decay可以結(jié)合Slow Decay和Fast Decay的優(yōu)點(diǎn)來(lái)優(yōu)化波形。

 

 

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