纳芯微推出“Cube N教室”系列，该系列聚焦纳芯微的嵌入式电机驱动SoC 产品系列。探索其多元运用，与大家共同玩转奇妙的“产品魔方”。
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随着当代汽车电子技能的快速发展，步进电机作为一种精确且可靠的实行元件，在汽车电子系统中的运用日益广泛。为了实现车载步进电机运用的精确掌握，纳芯微推出了集成LIN和MOSFET功率级的单芯片车用小电机驱动SoC——NSUC1610，可以帮助客户实现安全可靠的车载电机掌握。
本文将结合步进电机的构造与驱动方法，重点先容基于NSUC1610的步进电机掌握事理及其实际运用，并为大家供应了相应的demo演示。
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以下是为大家准备的详细的笔墨解读~
步进电机构造及其驱动方法
与人们熟知的大部分电机一样，步进电机的构造也是由定子和转子组成。转子由轴承、铁芯、磁钢等构成。转子铁芯带有齿轮，是步进电机单部步距的行程；定子是由铁芯、定子绕组和支撑构造构成。
步进电机构造
根据绕组办法，步进电机紧张分为两大类：一类是单极性步进电机，它是由带中央抽头（公共线）的单绕组组成，其电流均由1、2、3、4四根线的相线流入中央抽头公共线，因此电流方向是单向的。另一类是双极性步进电机，由没有中央抽头的绕组构成，其电流方向是双向的。
步进电机的分类
单极性步进全步运转示意图
单极性步进电机和双极性步进电机的驱动办法不尽相同，上图中单极性步进电机的A、B、C、D分别是两相四线，5为抽头的公共线。在驱动电机全步运行时，步骤如下
1
第一步
A相通电，B、C、D相不通电，A相产生磁场，且磁极是S极，吸引转子的N极；
2
第二步
A、B相全部通电且电流相同，产生相同的磁极，两个S极磁场矢量合成，吸引转子向A、B相之间旋转；
3
第三步
B相通电，A相断电，B相产生磁场，且磁极是S极，吸引转子的N极；
4
第四步
B、C相通电且电流相等产生相同的磁性，两个S极磁场矢量合成，即可吸引转子向BC相之间旋转。
依次类推五六七八步，使全体步进电机旋转起来。
双极性步进全步运转示意图
双极性步进电机的驱动是直接驱动A+、A-、B+、B-两相四根线来实现运转的。步骤如下
1
第一步
A相通电，B相不通电，A相产生磁场且A+磁极是S极，A-磁极是N极，吸引转子的N极至A+，S极至A-；
2
第二步
A、B相全部通电且电流相同，产生相同的磁极，两个S极的N极磁场矢量合成，吸引转子N极向A+、B+相之间旋转；
3
第三步
B相通电，A相断电，B相产生磁场且磁极是S极，吸引转子的N极至B+；
3
第四步
B相通电，A相断电且电流相等，产生相同磁性，两个S极磁场矢量合成，吸引转子N极，向B+、A-相之间旋转。
依此类推五六七八步，全体步进电机便旋转起来。
基于NSUC1610的步进电机掌握
纳芯微NSUC1610采取数字恒流掌握技能，由PWM 100%掌握每个周期的电流输出，实现对输出电流的精确调节。这意味着，在输出电流未达到设定电流值之前，PWM输出on，一旦达到设定电流值便输出off；如果在输出off之后的输出电流低于设定值，就会不才一个周期重新输出高电平，连续增加输出电流，以便在PWM输出off时使电流及时衰减至设定值。
硬件电流掌握
NSUC1610的电流掌握采取三种衰减办法，以适应不同类型和需求的步进电机。第一种是慢衰减（slow decay）办法，打开电流输出时，上桥臂输出PWM波，下桥臂输出常高；关闭电流时，关闭上桥臂，下桥臂保持常高，通过MOSFET的体二极管实现泄放。这种办法是将电流的电能转化为热能，但泄放能力有限。
异步慢衰减
第二种是快衰减（fast decay）办法，打开电流输出时，高下桥臂均输出PWM波；关闭电流输出时，通过打开反向的高下桥臂，直接将能量泄放至电源充电，此时泄放能力较大。
同步快速衰减
第三种是稠浊衰减（mix decay）办法，它结合了前两种办法，一段韶光采取慢衰减办法，一段韶光采取快衰减办法，并调控两者的韶光比例。
至于详细采取哪一种衰减办法来衰减电流，须要根据电机的电感参数及电机的转速等合理选择。
稠浊衰减
在采取NSUC1610驱动双极性步进电机时，只需将电机的A+、A-、B+、B-四根线直接与MOUT0、MOUT1、MOUT2、MOUT3相连，VSS、ISNS管脚直接接地，外围电路只需加一些必要的电容、电阻及二极管等被动元件，即可实现用单芯片掌握双极性步进电机，同时还可以实现与LIN主机的通信，大大地提高系统的集成度和可靠性。
基于NSUC1610的步进电机图
从步进电机的驱动事理来看，通过给电机的两相通上互换电流即可使电机旋转。实际上，这是比较粗糙的步进电机掌握办法，这种掌握办法产生的电流突变点较多，转距不恒定，旋转也就不太平顺。
为了让电机较为平顺丝滑地旋转，常日采取微步驱动办法。微步驱动办法不同于全步驱动办法，它是在8步全步中去掉了4步，插入了中间点临界电流，即0电流。通过不断类推，不断插入中间电流，即可减小电流突变，细化电机的电流变革，使之靠近正弦，从而实现微步。微步的目标是产生A、B相位差90°的正弦电流。
微步事理
NSUC1610利用数字恒流掌握实现了微步正弦电流掌握，详细实现事理是采取比较器恒流掌握。方法是在正端接入一个桥臂电流采样旗子暗记，负端接入一个DAC输出电压旗子暗记，在每一个微步掌握期间触发固定的DAC输出。
如果桥臂电流旗子暗记大于DAC，则打开相应的桥臂输出；如果桥臂电流小于DAC值，则关闭相应的桥臂输出，这样即可实现每一个微步期间的闭环恒流掌握。在全体步进区间中，根据正弦公式改变DAC输出，即可实现电流旗子暗记的正弦输出，从而实现步进电机的微步掌握。
步进电机微步电流掌握
在电机旋转过程中，会涌现一定概率的堵转而导致电机失落步。为了检测电机是否涌现堵转失落步，可以通过丈量电机的反电动势来剖断。由于电机的反电动势与其转速成正比，因此须要为丈量到的反电动势设定一个合理的阈值，小于设定阈值即可认为电机涌现了失落步。
在全体电流掌握区间，电机的反电动势大部分是不可丈量的。只有当电流为0，桥臂没有导通驱动电机时，丈量的两个桥臂电压才是真实反电动势。
步进电机失落速检测
电机的启动和停滞时速率为0，如果直接满速启动或停滞，那么电机的启停就会很溘然，涌现不平顺。为了实现较为平缓的速率掌握，可以采取梯形加减速的办法实现位置掌握。由于速率掌握的曲线是梯形，位移曲线便是S型。从图中可以看到，电流波形在加速减速阶段较为稀疏，而在匀速阶段较为密集。一样平常步进电机停滞前，会有一段大的稳定电流，旨在防止电机转到目标位置时涌现过冲；接着进入hold状态，利用一个小的hold电流可使扭矩保持不变。
步进电机位置掌握
更高效智能的车载步进电机掌握
通过采取数字恒流掌握技能，NSUC1610实现了对步进电机电流的精确调节，以适应不同类型和需求的步进电机。NSUC1610还支持微步驱动办法，使步进电机的旋转更加平顺丝滑。
