我們?cè)谥v起工業(yè)機(jī)器人的時(shí)候，步進(jìn)電機(jī)出現(xiàn)的頻率比起伺服電機(jī)會(huì)少很多。因?yàn)榧幢悴豢紤]丟步，在絕大部分情況下，相較于伺服電機(jī)，步進(jìn)的轉(zhuǎn)速低，力矩小也會(huì)導(dǎo)致末端的額定負(fù)載上不去。不能只看到伺服控制在高速度，高響應(yīng)，高精度這些表現(xiàn)上越來(lái)越出色，其實(shí)步進(jìn)電機(jī)也有不容小覷的發(fā)展。

越來(lái)越多廠商推出一體化閉環(huán)電機(jī)，填補(bǔ)開(kāi)環(huán)的步進(jìn)電機(jī)和高性能伺服電機(jī)中間階段的空白。步進(jìn)電機(jī)做閉環(huán)，這是以前不敢想象的。同時(shí)如何解決丟步與過(guò)沖的問(wèn)題，也是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)控能力的體現(xiàn)。現(xiàn)在的步進(jìn)電機(jī)，都有了閉環(huán)精確的定位與流暢的運(yùn)動(dòng)曲線，這些步進(jìn)電機(jī)背后強(qiáng)大的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器又是怎樣的。

STSPIN

無(wú)疑ST最典型的電機(jī)控制芯片是STM32，視情況加或者不加FPGA/CPLD，適用于單軸控制，這種方案在低成本驅(qū)動(dòng)器中十分常見(jiàn)。市面上中端主流通用型的比較常見(jiàn)的則是STM32F4+FPGA的異構(gòu)架構(gòu)，適用于單軸或者雙軸方案。但這里我們不說(shuō)這個(gè)已經(jīng)有些老掉牙的驅(qū)動(dòng)方案，我們看看STSPIN電機(jī)控制系列。

STSPIN電機(jī)控制IC系列產(chǎn)品以模塊化、可擴(kuò)展、穩(wěn)健性著稱(chēng)。能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)者們提供滿足不同需求和系統(tǒng)架構(gòu)的多種解決方案，最大限度保證了設(shè)計(jì)的靈活性。同時(shí)為應(yīng)對(duì)工廠苛刻的自動(dòng)化環(huán)境，驅(qū)動(dòng)內(nèi)都內(nèi)置有完整的保護(hù)和診斷方案，保證了可靠性和穩(wěn)定性。

具體到驅(qū)動(dòng)型號(hào)來(lái)看，STSPIN220是一個(gè)兼顧了精確的定位和流暢的運(yùn)動(dòng)曲線的極為出名的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)。STSPIN220在小型VFQFPN 3 x 3 x 1.0 mm封裝中集成了控制邏輯和低RDS（on）功率級(jí)。集成的控制器會(huì)利用固定關(guān)斷時(shí)間和高達(dá)1/256步進(jìn)的微步進(jìn)分辨率實(shí)現(xiàn)PWM電流控制。

STSPIN220的RDS(on)典型值僅有0.4Ω，最大輸入電流為1.3A，工作電壓1.8至10 V，是業(yè)內(nèi)出名的高達(dá)256微步的低電壓驅(qū)動(dòng)。該器件可強(qiáng)制進(jìn)入零功耗狀態(tài)，從而可顯著延長(zhǎng)電池使用壽命。該器件還能提供過(guò)電流保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)和短路保護(hù)這一整套保護(hù)機(jī)制。整個(gè)器件待機(jī)耗電量不足80 nA，既實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，又延長(zhǎng)了電池使用壽命。

運(yùn)動(dòng)引擎和SPI的完全集成微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

這一類(lèi)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，集成了SPI、運(yùn)動(dòng)引擎和高級(jí)電流控制，是功能極為全面的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。這一類(lèi)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)，往往沒(méi)有STSPIN220系列那種高達(dá)256的微步，但在功能覆蓋上更為全面。

我們?nèi)耘f從ST的產(chǎn)品矩陣中來(lái)看，L647x系列均是全集成的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系列，不同系列除了微步會(huì)有差別，功能集成都是類(lèi)似的。L647X采用了模擬混合信號(hào)技術(shù)，作為全集成的解決方案適用于驅(qū)動(dòng)帶微步進(jìn)的兩相雙極步進(jìn)電機(jī)。

因?yàn)檫@個(gè)系列有獨(dú)特的控制系統(tǒng)，L647x實(shí)現(xiàn)了1/128步分辨率。數(shù)字控制核心可以生成用戶定義的帶有加速度、減速度、速度或目標(biāo)位置的運(yùn)動(dòng)輪廓，并通過(guò)專(zhuān)用寄存器集輕松編程。所有命令和數(shù)據(jù)寄存器，包括電流控制值、電流保護(hù)跳閘點(diǎn)、死區(qū)時(shí)間、PWM頻率等等這些所有命令均通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)5 Mbit/s SPI發(fā)送。

除了控制系統(tǒng)的獨(dú)特，L647x集成了一個(gè)RDS（on）DMOS全橋，所有的電源開(kāi)關(guān)都配備了一個(gè)精確的片上電流傳感電路，峰值電流7A，適用于非耗散電流控制和過(guò)電流保護(hù)。除了過(guò)電流保護(hù)，熱保護(hù)、低母線電壓保護(hù)、電機(jī)失速保護(hù)這些功能也都內(nèi)置在驅(qū)動(dòng)上，滿足最苛刻的電機(jī)控制應(yīng)用的要求。除此之外，這種全集成的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)還能提供無(wú)傳感器的失速檢測(cè)。

結(jié)語(yǔ)

總的趨勢(shì)來(lái)看步進(jìn)電機(jī)是朝著閉環(huán)或者說(shuō)混合的方向在發(fā)展。這種趨勢(shì)會(huì)使步進(jìn)系統(tǒng)逐漸進(jìn)入高精度要求的電機(jī)控制中，大大填補(bǔ)開(kāi)環(huán)步進(jìn)和高性能伺服中間斷檔的空缺。