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【深度】一种提高步进电机运行质量的电流控制方法_lol外围app

文章出处:英雄联盟比赛竞猜网站 人气:发表时间:2021-10-01 15:37
本文摘要:双极性Q电机的基础知识双极性Q电机包括两绕组,为了使电机运营稳定,大大的给这两个线圈加以相位差90度的正弦波,Q电机就开始旋转一起。一般来说,Q电机不是由仿真线性放大器驱动;而是由PWM电流调节驱动,把线性的正弦波信号转换成了线性的直线段信号。正弦波可被分为多段,随着段数的减少,波形大大相似正弦波。实际应用于中,段数多从4到2048或更加多,大多数Q驱动IC使用4到64段细分。 整步驱动,每一时刻只有一个相连电,两相电流交错和电流方向转换,使得一共产生四个Q电机机械状态。

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双极性Q电机的基础知识双极性Q电机包括两绕组,为了使电机运营稳定,大大的给这两个线圈加以相位差90度的正弦波,Q电机就开始旋转一起。一般来说,Q电机不是由仿真线性放大器驱动;而是由PWM电流调节驱动,把线性的正弦波信号转换成了线性的直线段信号。正弦波可被分为多段,随着段数的减少,波形大大相似正弦波。实际应用于中,段数多从4到2048或更加多,大多数Q驱动IC使用4到64段细分。

整步驱动,每一时刻只有一个相连电,两相电流交错和电流方向转换,使得一共产生四个Q电机机械状态。半步驱动,比整步驱动方式比较简单一些,在同一时刻,有可能两个相都必须被通电,如图1右图,使电机的Q分辨率提升了一倍。细分驱动,电机转子回头一步的角度将不会随着粗分数的减少而增大,电机旋转也更加稳定,例如把一个32段细分序列称作八分之一步驱动模式(闻图1)。

图1:细分驱动的电流波形。电流控制精度的重要性双极性Q电机转子的方位各不相同流经两个线圈绕组的电流的大小。一般来说,自由选择Q电机的主要指标为,精确的机械定位或精准的机械系统速度掌控。

所以绕组电流的精度掌控对Q电机的稳定运营十分最重要。在机械系统中,有两个问题不会造成不精确的电流掌控:?在短距离运营或用Q电机用作定位掌控的情况下,每一细分段电机运营的步数错误,造成错误的定位。

?在高速运行下,系统非线性不会造成短期电机运营速度变化,使得力矩不大位,减少了电机噪声和振动。PWM掌控和电流波动模式(DecayMode)大多数的Q电机驱动IC,依赖Q电机绕组的电感特性构建PWM电流调节。通过每个绕组对应的功率MOSFET构成的H桥电路,随着PWM掌控开始,电源电压被添加电机绕组上,从而产生驱动电流。一旦电流超过设定值,H桥就不会转换掌控状态,使得输入电流波动。

一定相同时间后,一个新的PWM周期又不会开始,H桥再度产生线圈电流。反复这一过程,使绕组电流下降和上升。

通过电流取样和状态掌控,可以调节掌控每一段细分的峰值电流值。在预期的峰值电流超过后,H桥驱动绕组的电流波动掌控方式有两种:?绕组短路(同时通车较低外侧或高侧的MOSFET),电流波动快。

?H桥鼓吹一行合,或容许电流通过MOSFET的体二极管流通,电流波动慢。这两种电流波动方式称作快波动和慢波动(闻图2)。图2:H桥工作状态。

由于电机绕组是感性的,电流的变化率各不相同产生的电压和线圈感值。要Q电机较慢运营,理想的情况就是是需要掌控驱动电流在很短的时间内变化。意外的是,电机运动中不会产生一个电压,其方向与另加电压忽略,镇压电流再次发生转变的趋势,称作“反电动势”。

所以电机扭矩就越慢,此偏移电动势就越大,在它起到下电机随速度的减小而相电流增大,从而造成力矩变大。为了减低这些问题,要么提升驱动电压,要么减少电机绕组电感。

减少电感意味著用较少的匝数绕组,就必须更高的电流来超过完全相同的磁场强度和扭矩。传统峰值电流掌控的问题传统的Q电机峰值电流掌控,一般来说只检测通过线圈的峰值电流。当预期的峰值电流超过后,H桥就不会转换导通状态,使得输入电流波动(慢波动,快波动,或两者的人组),持续一定相同时间,或等一个PWM周期完结。

电流波动时,驱动IC无法检测输入电流,从而造成一些问题。一般来说,最差是用快波动,可以获得更加小的电流纹波,平均值电流能更加精确的追踪峰值电流。

然而,随着步率减小,快波动不需要及时减少绕组电流,无法确保准确的电流调节。为了避免取样到开关电流尖峰,在每个PWM周期的开始,有一个十分较短的时间(blankingtime)是不取样绕组电流的,那么此时的电流就是不不受掌控的。

这不会造成相当严重的电流波形畸变和电机运营的不平稳(闻图3)。图3:快波动模式下的电流畸变。在正弦波超过峰值后,电流再行开始波动,然后又减少,直到H桥工作在高阻状态,电流才之后向零波动。

为了防止这种情况,许多Q电机驱动芯片,在电流幅值减少的时候使用快波动模式,在电流幅值增大时用于慢波动或混合波动(融合慢波动和快波动)模式。然而,这两种波动模式的平均值电流是是几乎有所不同的,因为慢波动模式时的电流纹波比较大很多。结果就是,两种模式下的平均值电流值差距相当大,造成电机运营不稳定(闻图4)。

图4:传统峰值电流掌控下的波形如图4波形右图,峰值电流后一步和前一步的电机Q不一样,不会造成方位误差和瞬时速度的变化。电流过零时,因为两种波动模式的转换,也不会有某种程度的问题。

双向电流取样传统的Q驱动,在每个H桥下管源极和地之间相接外部检测电阻,只测量PWM导通时检测电阻上的相反电压。在快波动模式下,电流循环通过内部MOSFET,不通过检测电阻,因此无法测量电流。

在慢波动模式下,通过电阻的电流旋转,产生的是胜电压。对于目前的电源IC工艺,胜电压很难被非常简单的取样处置。如果我们可以监控电流波动时期的绕组电流,许多Q电机驱动的电流调节问题就能被解决问题。

但是,如上所说通过外部检测电阻很难构建,更佳的自由选择是尝试内部电流检测。内部电流检测容许在任何时候监测电流,如PWM导通时间,以及慢波动和快波动过程中。

虽然它减少了驱动IC的复杂性,但内部电流检测大大降低了系统成本,因为外部的取样电阻不必须了。这些电阻十分大且便宜,价格一般来说和驱动IC差不多!MP6500Q驱动ICMP6500双极性Q电机驱动芯片,构建内部电流检测,很好的代替了传统廉价的峰值电流掌控双近于Q电机的驱动IC。MP6500内部电路框图如图5右图。

图5:MP6500电路框图。MP6500仅次于驱动电流峰值为2.5A(明确各不相同PCB和PCB设计);电源电压范围从4.5V至35V。

反对整步,半步,四分之一步,八分之一步驱动模式。不必须外部电流检测电阻,只必须一个短路的小型、低功耗电阻去原作绕组电流峰值。

内部电流检测依赖精准的功率管及涉及电路的给定设计,可以确保一直精确取样绕组电流,从而提升Q电机的运营质量。一般来说情况下,MP6500工作在快波动模式下。然而,当一个相同变频器时间完结,快波动完结后,如果当前绕组电流仍低于预期水平,慢波动模式不会被打开以用来很快增大驱动电流到所需值。这种混合掌控模式,使得驱动电流较慢上升到零,同时又确保平均值电流尽可能相似设定值。

当step跳变时,慢波动就被使用使得当前电流很快被调整到零,如图6右图。图6:MP6500的自动波动模式(step跳变时)。

如果电源电压低,电感值低,或所需的峰值电流幅值很低,电流很有可能低于设定值。由于blankingtime,每个PWM周期都会有一个大于导通时间,此时许多传统的Q电机驱动器无法控制绕组电流。

如果再次发生这种情况,MP6500不会大大使用慢衰落模式来确保绕组电流仍然不多达设定值(闻图7)。图7:MP6500的自动波动模式(较低电流情况下)。


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