两全其美

新的步进电机控制技术实现像BLDC一样的性能而无缺陷

数百万小型电子设备内置电机驱动机制,每天在世界各地被使用,基于步进电机实现低成本运动,易于控制,无需复杂的微处理器驱动器。这些设备包括多功能办公室打印机/扫描仪、销售点终端、缝纫机和众多工业应用。

在许多情况下,步进电机最适用于各种必须符合的要求,尽管它不是完美或理想的方案。电机的噪声可分散注意力,特别是在工业场景中,大量电机在相同区域同时运行。此外,驱动器即使在低转速也消耗功率,这往往与生态设计目标相矛盾,可影响手持应用的电池使用时间。而且,低总能效会导致高散热,有时需要设计散热风扇到产品中。这增加了成本、复杂度和电力需求,还降低系统可靠性。

可替代的电机类型,如无刷直流(BLDC)电机,可克服步进电机这些众所周知的缺点。它们极高能效,采用优化的电机控制,由于自由步态(step-free)运动,控制更平滑和更安静,从而消耗更少的功率和产生更少的热量。

另一方面,在采用BLDC时,整体系统成本往往更高。部分原因是由于控制BLDC必须在一个微控制器内运行更复杂的算法。而且,从步进电机改为BLDC需要对机械子系统进行大量的重新设计,还需要开发控制软件。这些需求可显著增加项目成本和上市时间。最后,当设计完成后,团队必须花时间收集长期可靠性数据。

一个新的方案

更好的方案是,步进电机驱动可像BLDC一样,具有低噪声,但无需大量的重新设计或昂贵的控制元件。这样,设计人员可设计出更安静、更环保、无需散热风扇和更可靠的下一代设备。

在两个关键领域改进步进电机控制器可使现有机制提供像BLDC一样的性能,使产品设计人员有机会实现他们的目标。这两个领域是电机驱动电流的调整和步进脉冲产生的方法。

安森美半导体的LC898240电流控制器提供了根据电机负载变化自动优化驱动器恒流设置的一种方案。这使步进电机能高效驱动,类似于BLDC的运动,同时最大限度地减少噪声和能耗。电机负载通过监测在如图1所示的电机绕组里的BEMF波形测定。

LC898240作为配套器件连接到传统的电机驱动器,以扩展步进电机控制功能。通过负载相关的绕组电流的调节,除了支持高能效电机驱动,还能独立产生电机步进脉冲,从而实现无微处理器的运行。该特性通过片上EEPROM实施,片上EEPROM用于存储9个不同的用户可选的440步脉冲波形,提供了适用于各种不同应用的脉冲序列的选择。

该IC还可编译来自微处理器的输入控制信号,因此作为微处理器控制驱动中的接口转换器。图2显示了存储于LC898240 EEPROM中的配置文件如何用于电机驱动IC。

配套芯片,或单芯片

LC898240可使用现有的各种等级的电机驱动IC,提供灵活性以根据电机驱动IC能力,以各种不同的电机驱动电流将像BLDC一样的运动优势带到步进电机驱动。配套IC的功能还被集成到一个单芯片驱动IC LV8702V中,能通过内部BEMF波形监测适应电机负载,就像LC898240在工作。图3说明了单芯片高能效步进电机驱动器的机会。

结论

步进电机是有吸引力的驱动机制方案,用于成本敏感的应用,如办公设备、交易设备和某些工业设备。为满足市场需求,以有吸引力、经济的价格实现更佳性能和可用性,电机控制策略的两个关键方面得以增强,从而提供高能效,减少热量产生,更安静和更流畅的运行。

这可采用增添电流控制和产生基于查找的脉冲来实现,通过分立或集成的驱动电路实施,并提供灵活性以支援微处理器控制或无微处理器的运行,实现最佳系统性能、成本和方案尺寸。

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