这次，我将解释步进电机驱动电路设计的一般流程。

步进电机驱动电路设计流程

1. 电机选择

选择电机时，应确保其扭矩和运行速度均在设备所需的扭矩曲线范围内。*1
此外，由于扭矩特性会因控制方式（恒流/恒压）和驱动方式（双极/单极）的不同而有所差异，因此在确定驱动方式和控制方式时，应同时考虑所需功能和成本。*2

有关驱动方式和控制方式的特性，请参阅
“第一部分：步进电机驱动IC基础知识"。


*1推力转换为扭矩。扭矩计算中考虑了安全系数。如果您需要电机选型方面的帮助，请联系我们的销售部门。
*2由于本系列文章主要讨论电机驱动IC，我们将以使用双极恒流或单极恒流驱动IC为例进行讨论。

2. 驱动集成电路选择

电机输出电流

选择能够承受所选电机额定电流的驱动IC。

驱动IC的最大电流是指安装在具有大散热面积的理想电路板上时的值，因此在选择时应假设实际可提供的电流约为其60-70%。

例如，如果IC的最大电流为3A，最好假设实际可提供的电流约为2A。
但是，如果可以使用大面积电路板、实现高效散热或用于短时额定测试，则此假设不适用。

此外，不建议选择最大电流远大于电机电流的驱动IC。
例如，最大电流为3A的IC设计用于处理约1-2A的电流，因此如果电机电流低至0.2A，则误差可能会很大（具体取决于驱动IC），并且可能无法正确控制电机。

电机电源电压

驱动IC的电机电源电压也需要留有足够的余量。

根据电机和电路的不同，如果电机因外力作用而产生功率，则可能施加高于电源电压的电压。因此，建议选择能够承受至少比施加电压高50%的驱动IC。
此外，电机电源电压至少应为电机线圈电阻×电机电流×2。更多详情，请参阅

“第六部分：如何选择与恒流驱动IC配合使用的电机"。

驱动系统、励磁系统

选择与电机驱动方式和励磁方式相匹配的集成电路 (IC)。

步进电机的驱动 IC 通常分为双极恒流 IC 和单极恒流 IC。

此外，大多数驱动 IC 都具有微步控制功能（nW1-2 相励磁）。
如果您有精细分辨率、振动抑制或降低运行噪声的要求，微步控制可能有效。有关微步的更多信息，请参阅

“第 3 部分：驱动 IC 控制方法‘励磁方式’

"。 如果您需要进行双极恒压驱动，可以使用双极恒流 IC 来实现双极恒压驱动。
但是，在恒压驱动时，微步功能将不可用。*3

*3请向驱动 IC 制造商咨询该驱动 IC 是否适用于恒压驱动。

命令输入接口

我们将考虑符合系统控制需求的命令输入接口（时钟/相位/串行等），并选择具有该接口的驱动IC。*4

有关命令输入接口的详细信息，请参阅“第2部分：驱动IC操作命令信号规范"。


*4对于时钟型输入接口，使用我们专用的时钟生成LSI（PCL系列、PCD系列）可以相对轻松地实现精细的时钟控制，例如加/减速控制。

其他功能

不同厂商生产的驱动芯片各有特色，例如高效电流再生、防丢步以及无需电流检测电阻等。选择驱动
芯片时，请根据系统所需功能进行选择。
如果该驱动芯片有配套的评估板，建议在评估板上验证其运行情况。

3. IC常数的选择

电流检测电阻

选择电机电流设定值和附加IC功能的常量。

根据电机电流值和驱动IC的设定电流计算公式选择电流检测电阻的值。
选择时，还必须考虑参考电压范围和检测电阻的功率。
由于驱动IC内部存在差异，各相之间的电流以及参考电压与输出电流之间的关系可能存在约±5%的误差。为了抑制这种误差的扩大，我们建议使用精度为±1%或更低的电阻。

此外，一些新型驱动IC不带检测电阻，您可以选择其中一款。
有关选择电流检测电阻的信息，请参阅“第5部分：使用恒流驱动IC时的电流设定

"。 在确定电流检测电阻值和参考电压值（电阻分压器值）时，我们建议使用Excel等电子表格软件。

参考电压值

电机电流的计算和设定基于施加于驱动IC的参考电压值和电流检测电阻的阻值。*5
参考电压可以通过将电源电压或驱动IC的稳压器输出电压与一个电阻分压产生，也可以使用微控制器的DA输出电压。

通过改变参考电压，可以改变电机电流。因此，如果系统中的电机电流值不固定，可以通过调节参考电压的分压电阻和一个电位器来调节电机电流。或者，也可以在确定电机电流后，为电位器选择一个固定的阻值。有关

参考电压的设定，请参阅“第5部分：使用恒流驱动IC时的电流设定"。

*5一些驱动IC具有固定的参考电压，此时电机电流仅由检测电阻设定。

激发方法

激励方式包括2-2相激励、1-2相激励和微步进（nW1-2相激励），许多驱动IC允许用户选择激励方式。
微步进适用于提高位置分辨率、降低运行噪声或实现平稳旋转的情况。

但是，输入时钟指令需要速度和脉冲数乘以分辨率。
此外，PF型电机的结构限制了其位置分辨率，约为1/8。设置更高的分辨率会导致运动抖动。
为了降低运行噪声并提高平稳性，高于1/8的分辨率是有效的。
有关激励方式的更多信息，请参阅“第三部分：驱动IC控制方法‘激励方式’"。

衰减设置

恒流驱动系统利用衰减控制来高效地回收和利用线圈中存储的能量。
衰减控制旨在提高微步进过程中的电流跟踪性能。
有关衰减控制的更多信息，请参阅“第四部分：衰减控制"。

斩波频率

一些驱动集成电路允许您设置电流控制周期的频率。
这用于减少电流脉动或改变电机发出的声音。
然而，不同电机之间存在差异，有些电机比其他电机产生更明显的噪音，因此调整后的声音质量可能并不适用于所有电机。

驱动IC输出信号

某些驱动集成电路具有在初始激励状态下输出的电角度监测信号，以及在元件过热或过电流时输出的误差信号。
必要时，这些信号会连接到控制器。

其他的

某些驱动芯片具有特殊功能，例如跳频抑制功能。
如果该驱动芯片有配套的评估板，建议使用该评估板验证其功能。

4. 考虑增加电路

命令输入过滤器

当时钟输入信号通过电缆传输时，噪声可能会引入到信号线中。
在这种情况下，可以使用CR滤波器或类似器件对噪声进行滤波，从而提高抗噪性能。

停机期间的散热应对措施

由于步进电机持续消耗电流，即使在停止状态下，电机和驱动器也会产生热量。
如果允许在停止状态下降低扭矩，则可采取控制措施，例如降低控制电流值的参考电压或关闭励磁，以抑制电机和驱动器的发热。
控制时序由控制器指令或脉冲输入时序决定。*6



*6最好在电机振动停止后（例如 50 毫秒）再调整电流值。

5. IC配置考虑因素

根据驱动芯片的数据手册和应用说明，放置各个元件。

散热

许多驱动IC通过电路板散热，如果散热不足，则需要使用散热片和散热鳍片进行散热。安装散热鳍片时，应考虑电路板与周围元件的干扰。此外，电路板的设计应充分利用导热孔等设计，确保热量能够有效地散发到整个电路板上。
驱动IC产生的热量主要来自输出级FET的导通电阻以及电机电流引起的I²×R功耗；电流加倍，产生的热量大约增加四倍。必须确保驱动IC内部的结温不会因发热而超过保证值。根据驱动IC的不同，其结温必须低于120°C。有关
发热的更多信息，请参阅“第七章：电机和驱动器的发热"。

外围组件布局

驱动IC周围的外围元件，特别是电流检测电阻和电源电容，应尽可能靠近IC放置。
在布置电流检测电阻的导线时，应尽量使用短而粗的导线。过长的导线会增加电机电流纹波。

此外，电源电容应包含一个滤波电容和一个噪声抑制陶瓷电容。
将噪声抑制陶瓷电容放置在IC附近可以降低噪声。
对于滤波电容，应使用数据手册推荐范围内的电解电容，并尽可能靠近IC放置。
如果纹波电流较大，使用混合电容可能更有效。

6. 验证

通过对成品电路板进行规格、运行和可靠性测试，确认产品有效性。

电路板/电机过热

我们将测量实际产生的热量，并验证其是否符合规格。
如果发热量过大，我们将审查散热系统和相关规格。有效的解决方案可能是降低电流。

抗噪性测试

我们在电源线和信号线上叠加噪声，以确保不会发生诸如线路错位之类的故障。
有多种噪声抑制措施可供选择，包括检查时钟输入线的滤波器常数、绞合信号线电缆以及插入铁氧体磁芯。

其他的

除了规格和运行验证以及噪声测试外，还会根据需要进行可靠性测试，例如温度测试、振动测试、冲击测试、电压波动测试和加速度测试。

步进电机驱动电路的设计正是遵循这流程。