關(guān)鍵字： ASSP  步進(jìn)電機(jī)  控制 

隨著電機(jī)及其應(yīng)用的演進(jìn)，需要用來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路也在得到不斷的演進(jìn)。特別是，汽車(chē)電子設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)了分布式的處理策略，其中，他們向電機(jī)的周邊電路注入了日益增加的智能。這種控制方案自身也在滲入更多的通用領(lǐng)域，使得典型的電機(jī)/驅(qū)動(dòng)組合更類(lèi)似于一個(gè)機(jī)電分系統(tǒng)，而不再僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的執(zhí)行器。

如今，設(shè)計(jì)師在構(gòu)建一個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的架構(gòu)時(shí)有3個(gè)基本選擇。傳統(tǒng)的方案是采用一個(gè)通用的微處理器或DSP，配之于模擬驅(qū)動(dòng)電路和基于傳感器的反饋回路。但是，日益增加的成本、上市時(shí)間和復(fù)雜度等方面的壓力，使得工程師正在轉(zhuǎn)入使用專為電機(jī)控制設(shè)計(jì)的應(yīng)用特定產(chǎn)品(ASSP)。這樣的方案本身有兩類(lèi)：即單芯片或雙芯片解決方案。

盡管傳統(tǒng)的微處理器方案正在逐步被ASSP所取代，為了理解這類(lèi)設(shè)計(jì)中的典型的設(shè)計(jì)約束和需求，首先還是應(yīng)該了解一下這類(lèi)方案的基礎(chǔ)架構(gòu)。這種情況中，其程序代碼通常存在閃存中的內(nèi)核控制器提供一個(gè)PWM信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。模擬電路對(duì)該信號(hào)進(jìn)行放大來(lái)驅(qū)動(dòng)功率級(jí)，而功率級(jí)則驅(qū)動(dòng)電機(jī)繞組。

為了計(jì)算出正確的PWM輸出，微控制器需要從外部獲取所需的大量信息。特別是，它需要對(duì)電機(jī)定位進(jìn)行反饋。該功能通常由一個(gè)霍爾傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該傳感器不僅提供定位信息，還傳感電機(jī)轉(zhuǎn)子的停頓和死鎖(阻塞)。在非常簡(jiǎn)單的情況下，可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的端環(huán)路定位開(kāi)關(guān)來(lái)代替霍爾傳感器。另外一種方法是使用光學(xué)位置編碼，或者是使用一個(gè)安裝在電機(jī)軸上的阻性電位器。

除了定位數(shù)據(jù)外，控制器還需要有關(guān)電機(jī)電流方面的信息。這一信息是經(jīng)過(guò)一個(gè)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相串聯(lián)的一只電阻傳感出來(lái)的，提取出來(lái)的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)QDC變換后作為控制器自身的輸入。ASSP方案將絕大部分上述功能集成到了一個(gè)或兩個(gè)器件中，在處理過(guò)程中用的是無(wú)傳感控制方案。像AMIS-30624(圖1)這類(lèi)的控制器/驅(qū)動(dòng)器一體的解決方案，提供了最高的集成度，它將控制器、速度、位置電流、故障診斷和功率級(jí)全部集成到一個(gè)芯片中。盡管這樣的全集成解決方案提供了最小的系統(tǒng)體積和最低的建構(gòu)成本，但為了其他功能，許多工程師還是喜歡選其作為中間級(jí)，而將內(nèi)核控制器保留在一個(gè)像AMIS-30522(圖2)這樣的智能驅(qū)動(dòng)器芯片上。

圖1：集控制器和驅(qū)動(dòng)器于一體的解決方案。

圖2：將內(nèi)核控制器保留在AMIS-3052這類(lèi)的智能驅(qū)動(dòng)器芯片上。

采用這種雙芯片方案的動(dòng)機(jī)是兩方面的。其一是，某些應(yīng)用需要比單芯片所能提供的更大的驅(qū)動(dòng)電流。不過(guò)更多的情況是，設(shè)計(jì)師選用雙芯片解決方案的原因是為了更大可能地發(fā)揮其現(xiàn)有IP的價(jià)值。他們或許已經(jīng)利用更喜歡使用的標(biāo)準(zhǔn)微控制器或DSP，開(kāi)發(fā)出了高級(jí)的專用軟件。這是非常自然的事情，他們希望復(fù)用或者改善已有的資源。

上述的智能集成電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片是為下類(lèi)用戶設(shè)計(jì)的。應(yīng)用中只需微控制器提供一個(gè)下一步微步進(jìn)指令作為輸入，并提供電機(jī)繞組所需的PWM信號(hào)。BOM清單大大地減少了，微控制器的載荷也減到了最小，甚至利用一個(gè)微控制器都可以控制多個(gè)電機(jī)。

采用一片上述的集成驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)具體需要，使主控制器功能變得非常簡(jiǎn)單或非常復(fù)雜。驅(qū)動(dòng)器可以直接實(shí)現(xiàn)微步進(jìn)，減小了噪音和因諧振產(chǎn)生的步進(jìn)損耗，同時(shí)改進(jìn)了低速時(shí)的力矩。由于集成了電流轉(zhuǎn)換表并整合了一個(gè)用于可靠的電流控制的專用PWM算法，進(jìn)而使處理負(fù)荷從主控制器上進(jìn)一步卸載。

通過(guò)I/O和一個(gè)簡(jiǎn)單的SPI連接，可以對(duì)許多參數(shù)進(jìn)行控制，包括電流幅度，步進(jìn)模式，PWM頻率，EMC斜率控制，以及睡眠模式。該驅(qū)動(dòng)器還可以用來(lái)為控制器提供(也是通過(guò)SPI)所需要的有關(guān)速度、位置、繞組電流以及像開(kāi)路、短路或過(guò)熱這類(lèi)的故障診斷相關(guān)的所有信息。但就像已經(jīng)看到的一樣，進(jìn)一步集成是可能的。例如在AMIS-30624中，集成了智能驅(qū)動(dòng)器的所有功能，其中還加入了一個(gè)可編程的狀態(tài)機(jī)，該狀態(tài)機(jī)將目標(biāo)位置轉(zhuǎn)換成按規(guī)定的加速度，速度或減速到達(dá)某位置所需的(微)步進(jìn)序列。目標(biāo)位置和其他高級(jí)信息有遠(yuǎn)程主機(jī)下達(dá)，通過(guò)I2C或LIN.這類(lèi)的總線接口進(jìn)行通信。這樣的架構(gòu)由一個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)，即能夠很好地按比例調(diào)節(jié)多個(gè)軸向的運(yùn)動(dòng)：硬件和軟件可以按模塊方式擴(kuò)展，而總線通信本來(lái)就可以升級(jí)。