两相双极步进电机的驱动 其2

在上一篇文章“两相双极步进电机的驱动 其1”中，给出了两相双极步进电机的基本驱动电路示例和驱动波形。此次“两相双极步进电机的驱动 其2”篇，将介绍驱动两相双极步进电机过程中电流再生时的Decay：电流衰减。

两相双极步进电机的驱动：什么是Decay？

在驱动步进电机时，需要进行Decay（电流衰减）控制。

Decay是一种在关断对电机的电源供给时使电流衰减的方法，有Slow Decay（慢速衰减）和Fast Decay（快速衰减）两种基本方法。

以下是上一篇中给出的步进电机驱动波形中的一部分。输出电压OUT是PWM信号，因此输出电流是与PWM信号联动ON/OFF的平均电流。由于驱动的是线圈，所以输出电流的波形是锯齿波，而不是PWM电压输出的方波。下图是输出电流的放大波形。

蓝色波形是Slow Decay时的波形，由于衰减的斜率小，故电流衰减速度慢，PWM关断期间的电流衰减也较慢。因此，在导通时达到设定电流值的时间也缩短了。

红色是Fast Decay时的波形，由于斜率较大，因此电流衰减速度快，衰减量也很大，也因此在导通时需要花一些时间才能达到设定的电流值，周期比Slow Decay要慢。

Slow Decay和Fast Decay：方法的差异

可以通过切换电机驱动器输出H桥来选择衰减方法。

图中的线圈表示步进电机的线圈A和线圈B的一个线圈。这里省略了不在H桥四个开关的内部电流路径中的开关。

在Slow Decay（a）中，Q1和Q4处于导通状态。在（b）和（c）中，Q4导通，Q2导通和关断。尽管开关的状态不同，但由于再生电流也会经由寄生二极管流向关断的Q2的MOSFET，因此无论在哪种情况下，电流都以相同的方式流过。再生电流则仅是线圈中蓄积的电流流动。

（D）Fast Decay的（d）处于导通状态，与Slow Decay的状态相同。在（e）中，Q2和Q3导通；在（f）中，所有的MOSFET均关断，再生电流流经导通的Q2和Q3，也会经由寄生二极管流过关断的Q2和Q3，因此在这两种情况下电流都以相同的方式流过。电流会流向电源，但由于电源电压试图使电流沿相反方向流动，所以电流的衰减加快。
可以根据以哪种状态控制关断来区分使用“Slow Decay”和“Fast Decay”。

衰减方法的差异与步进电机驱动的关系

与Fast Decay相比，Slow Decay的电流纹波更小，因此噪声更小。另外，由于平均电流增加，所以可以增加产生的转矩。但其缺点是如果脉冲频率变快，波形会失真，电机无法正常旋转。

相反，Fast Decay在噪声和转矩方面虽然逊色，但对于高速脉冲频率，则比Slow Decay更具优势。

什么是Mix Decay（混合衰减）？

衰减方法基本上是Slow Decay和Fast Decay，不过还有一种将它们结合起来并充分利用两者优点的方法，即Mix Decay。

Mix Decay是以Fast Decay开始衰减，然后是Slow Decay。这使得电流衰减比Slow Decay快，而电流纹波比Fast Decay小。这不仅可以维持大转矩，同时还支持高速脉冲率。某些驱动器IC可以调整Slow和Fast的时间比，可优化电流波形。

以下是不同步数Slow/Mix/Fast Decay时的波形。从波形可以看出，Mix Decay已得到优化。

审核编辑：汤梓红