ROHM步进电机驱动评估板BD63xxxEFV-EVK-001使用指南

在电子工程领域，步进电机的应用十分广泛，而合适的驱动评估板对于电机的稳定运行和性能发挥至关重要。今天我们就来详细了解一下ROHM的BD63xxxEFV-EVK-001评估板。

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一、概述

1.1 特性

这款评估板适用于ROHM的步进电机驱动器BD63715AEFV、BD63725BEFV、BD63525AEFV、BD63511EFV和BD63521EFV。通过给电机驱动器的VCC供电以及为控制信号提供5V电源，就可以驱动电机。还能使用外部开关设置驱动/停止和励磁模式。输入接口采用CLK - IN驱动类型，励磁模式通过内置DAC支持FULL STEP、HALF STEP、QUATER STEP、1/8 STEP、1/16 STEP模式。

Part No.	Max Voltage [V]	Voltage Range (DC) [V]	Max Current (Peak) [A/Phase]	FULL	Half	Quarter	1/8	1/16
BD63715AEFV	36	19 to 28	2.0	￮	￮	￮
BD63725BEFV	36	8 to 28	3.0	￮	￮	￮
BD63525AEFV	36	8 to 28	3.0	￮	￮	￮	￮
BD63511EFV	36	8 to 28	1.5	￮	￮	￮	￮
BD63521EFV	36	8 to 28	2.5	￮	￮	￮	￮

1.2 应用

这些步进电机驱动器的供电电压范围在8V - 28V或9V - 28V，电机驱动电流可达3.0A，励磁模式支持FULL STEP、HALF STEP、QUATER STEP、1/8 STEP、1/16 STEP模式。

1.3 评估板外观

评估板上有多个开关（SW1 - SW7），还有输出端子和电源接口等，如DC Supply for VCC和DC supply for setting to control voltage (5V) 等。

二、产品细节

2.1 驱动器框图

驱动器BD63XXXEFV有多个引脚，每个引脚都有特定的功能。例如，GND为接地端子，OUT1B和OUT1A为H桥输出端子，VCC1和VCC2为电源供应端子等。详细的引脚功能如下表所示：

Pin No.	Pin name	Function	Pin No.	Pin name	Function
1	GND	Ground terminal	15	CLK	electrical angle Clock input terminal for advancing the
2	OUT1B	H bridge output terminal	16	CW_CCW	Motor rotating direction setting
3	RNF1	Connection terminal of resistor for output current detection	17※1	TEST (Used by connecting with GND) terminal	Terminal for testing
4	RNF1S	Input terminal of current detection comparator	18	MODE0	Motor excitation mode setting terminal
5	OUT1A	H bridge output terminal	19	MODE1	Motor excitation mode setting terminal
6	NC	Non connection	20	ENABLE	Output enable terminal
7	VCC1	Power supply terminal	21	NC	Non connection
8	NC	Non connection	22	VCC2	Power supply terminal
9	GND	Ground terminal	23	NC	Non connection
10	CR	Connection terminal of CR for setting chopping frequency	24	OUT2A	H bridge output terminal
11※1	TEST0	NC Non connection Terminal for testing	25	RNF2S	Input terminal of current detection comparator
12	MTH	Current decay mode setting terminal	26	RNF2	output current detection Connection terminal of resistor for
13	VREF	Output current value setting terminal	27	OUT2B	H bridge output terminal
14	PS	Power save terminal	28	NC	Non connection

2.2 评估板原理图

评估板上有多种元件，如步进电机驱动器IC1（BD63715AEFV等型号）、电容C0 - C8、电阻R0、R1等。其中，C0和R0用于设置斩波频率，C1和C2用于电源稳定等。部分元件未安装，如C3 - C8、R16、R17、R20、R21等，可根据需要进行安装。

三、连接与操作

3.1 必要设备

需要主电源（VCC：28V以下的直流电源）、副电源（5V直流电源）、CLK信号振荡器（如微计算机或函数发生器）和步进电机。

3.2 步进电机与设备的连接

1. 将电机连接到CN1的OUT1A、OUT1B、OUT2A、OUT2B端子。
2. 在Vcc和GND端子之间连接主电源，BD63715AEFV的电压设置范围为19V - 28V，其他4种型号为8V - 28V，且保持输出关闭。
3. 在5V和GND端子之间连接主电源，设置为5V电压，保持输出关闭。
4. 通过CN2输入CLK信号、MODE0信号、CW_CCW信号、ENABLE信号和MODE1信号时，将SW6、SW3、SW5和SW2设置为OPEN，TEST端子设置为OPEN。
5. 将振荡器连接到CLK端子，设置振荡器信号电平，低电平低于0.6V，高电平在2.8V - 5.0V之间，根据驱动速度设置任意频率。
6. 将ENABLE端子（SW1）和PS端子（SW7）设置为低电平。
7. 打开直流电源，输入CLK信号（此时电机不会旋转）。
8. 将PS端子（SW7）和ENABLE端子（SW1）设置为高电平（电机开始旋转）。
9. 检查电机旋转情况，协调VREF电压、MTH电压等设置条件，使电机达到最佳驱动状态。

四、功能设置

4.1 ENABLE设置（ENABLE端子）

将SW1（ENABLE端子）切换到“OPEN”，所有输出晶体管强制关闭（电机输出断开）；切换到“Hi”（2.0V < Hi < 5.0V，0.8V > Lo）则使能。该端子通过IC内部100kΩ电阻下拉到GND，评估板配备5V/OPEN开关。当ENABLE = L时，CLK输入被阻断，内部转换器电路的相位推进操作停止，但在ENABLE = L期间切换励磁模式，当ENABLE复位为HI时，新的励磁模式将生效。

4.2 电源节省设置（PS端子）

将SW7（PS端子）切换到“OPEN”，电路进入待机状态，电机输出断开。待机状态下，转换器电路复位，电角度初始化；切换到“Hi”（2.0V < Hi < 5.0V，0.8V > Lo）则使能。该端子通过IC内部100kΩ电阻下拉到GND，评估板配备5V/OPEN开关。从PS = OPEN切换到HI时，恢复到正常状态并使电机输出有效有最大40μs的延迟。

4.3 电机旋转方向设置（CW_CCW端子）

将SW5（CW_CCW端子）切换到“Hi”或“OPEN”，可设置电机旋转方向（2.0V < Hi < 5.0V，0.8V > Lo）。该端子通过IC内部100kΩ电阻下拉到GND，设置的变化在CLK上升沿立即生效。

4.4 电机励磁模式设置（MODE0，MODE1端子）

通过切换SW2（MODE 0端子）和SW3（MODE 1端子）到“Hi”或“OPEN”，可设置电机励磁模式（2.0V < Hi < 5.0V，0.8V > Lo）。该端子通过IC内部100kΩ电阻下拉到GND。不同型号的驱动器在不同MODE0和MODE1组合下的励磁模式如下：

MODE0	MODE1	BD63715AEFV	BD63725BEFV	BD63525AEFV	BD63511EFV	BD63521EFV
L	L	FULL A	FULL B
L	H	HALF A	HALF C
H	L	HALF B		Quarter	1/8
H	H			Quarter	1/16

4.5 CR斩波频率设置（CR端子）

通过连接在CR端子和GND之间的电容（C0）和电阻（R0）设置输出频率。建议连接外部C0（470p - 1500pF）和R0（10k - 200kΩ），评估板连接的C0 = 1000pF，R0 = 39KΩ，斩波频率约为24.5kHz。若该端子开路或外部偏置，无法进行正常的PWM恒流控制，使用PWM恒流控制时，必须同时连接C和R元件。

4.6 电流衰减模式设置（MTH端子）

可根据MTH端子的输入电压选择电流衰减模式（SLOW DECAY / MIX DECAY / FAST DECAY）：	MTH terminal input voltage [V]	Current decay mode
0.0 to 0.3	SLOW DECAY
0.4 to 1.0	MIX DECAY
1.5 to 3.5	FAST DECAY

评估板的输入电压可通过连接在5V - GND之间的电阻（R17，R16）进行5V分压设置，评估板未安装R16、R17，需在确认电机驱动时进行调整。当端子电压不稳定时，应在MTH端子 - GND之间连接电容C34。避免MTH端子开路，否则输入不稳定，PWM操作可能不稳定。若使用电阻分压输入，需考虑最大2μA的流出电流。

4.7 输出电流值设置（VREF端子）及输出电流检测电阻连接端子（RNF1端子，RNF2端子）

VREF端子用于设置输出电流值，输出电流最大值可通过VREF电压（R20，R21，C4）和电流检测电阻（RNF电阻，R1，R2，R7，R8）设置。评估板未安装R20、R21、C4，VREF端子输入电压可通过连接在5V - GND之间的电阻（R20，R21）进行5V分压设置。

不同型号和励磁模式下输出电流的设置公式如下：

• BD63525AEFV、BD63511EFV、BD63521EFV FULL STEP模式： [Output current I_{out} [A]={VREF[V] / 5 ( division ratio inside IC )} × 0.7071 / RNF[Omega]]
• BD63525AEFV、BD63511EFV、BD63521EFV其他模式： [Output current I_{out} [A]={VREF[V] / 5 ( division ratio inside IC )} / RNF[Omega]]

避免VREF端子开路，否则输入电压不稳定，VREF电压升高，设定电流增大，可能导致大电流流动和故障。若VREF端子施加超过3V的电压，输出可能会有大电流流动，触发OCP或TSD保护。若使用电阻分压输入，需考虑最大2μA的流出电流。VREF电压可控制的最小电流由电机线圈的L、R值和PWM驱动的最小导通时间决定。

4.8 电角度推进的时钟输入（CLK端子）

触发信号为CLK的上升沿，每次CLK输入，电角度推进一个单位（2.8V < Hi < 5.0V，0.6V < Lo）。该端子通过IC内部100kΩ电阻下拉到GND。

4.9 电源中平滑电容的设置（C1，C2）

可根据驱动情况改变电源部分的电解电容（C1）和陶瓷电容（C2）的电容值，评估板连接的C1 = 100μF，C2 = 0.1μF。

五、操作说明

5.1 斩波操作

连接到CR端子的外部电容（C0）和电阻（R0）在VCRH和VCRL电平之间反复充电和放电。从VCRL充电到VCRH期间，电流检测比较器的输出被屏蔽，此期间定义为最小导通时间。电压达到VCRH后，CR端子开始放电。在此期间，当输出电流达到电流限制时，IC进入衰减模式。CR继续放电直到达到VCRL，此时IC输出再次打开，电流输出和CR端子同时开始充电。CR充电时间（tONMIN）和放电时间（tDISCHARGE）由外部元件根据以下公式设置，tONMIN和tDISCHARGE之和即为斩波周期tCHOP： [t{ONMIN}[s] fallingdotseq C 0 cdot R' cdot R 0 /left(R'+R 0right) cdot ln [(VCR - 0.4) /(VCR - 1.0)]] [VCR = V cdot R 0 /left(R'+R 0right)] 其中，V为内部稳压器电压5V（典型值），R'为CR端子内部阻抗5kΩ（典型值）。 [t{DISCHARGE }[s] fallingdotseq C 0 cdot ln [(1+alpha) / 0.4]] α可参考相关图表。 [t{CHOP}[s] fallingdotseq t{ONMIN} + t_{DISCHARGE }]

建议在CR端子连接至少10kΩ的电阻（推荐10kΩ - 200kΩ），电容范围为470pF - 1500pF。使用数千pF以上的电容，噪声屏蔽期（tONMIN）会增加，输出电流可能因输出电机线圈的内部L和R组件而超过设定值。同时，应确保斩波周期（tCHOP）不要过长，否则会增加输出纹波，降低平均输出电流和输出旋转效率。需选择最佳值，以最小化电机驱动声音和输出电流波形的失真。

5.2 电流衰减模式

PWM恒流控制可选择电流衰减模式，包括快速衰减和慢速衰减的比例。不同衰减模式的优缺点如下：

• SLOW DECAY：输出电流纹波小，电机线圈间电压小，再生电流缓慢下降，有利于保持电机高转矩。但在HALF STEP、QUARTER STEP、1/8 STEP、1/16 STEP模式下的低电流操作中，由于电机反电动势的影响，电流控制变差，输出电流增加，电流波形无法跟随电流限制的变化，导致失真和电机振动增加。因此，此衰减模式适用于FULL STEP模式或低脉冲率驱动的HALF STEP、QUARTER STEP、1/8 STEP或1/16 STEP模式。
• FAST DECAY：快速衰减比慢速衰减更快地降低再生电流，减少输出电流波形的失真。但输出电流纹波大，通过电机的整体平均电流降低，导致电机转矩下降（可通过增加电流限制值改善，但需考虑额定输出电流），电机内部功率损耗增加，发热更多。若这些问题不影响使用，可用于高脉冲率的HALF STEP、QUARTER STEP、1/8 STEP或1/16 STEP驱动。
• MIX DECAY：该IC允许混合衰减模式，可改善单独使用快速或慢速衰减时出现的问题。在电流衰减期间，在SLOW DECAY和FAST DECAY之间切换可在不增加电流纹波的情况下改善电流控制。通过MTH端子的输入电压可改变SLOW DECAY和FAST DECAY的时间比例，实现任何电机的最佳控制状态。在MIX DECAY模式的斩波周期中，前半部分（t1 - t2）IC以SLOW DECAY模式运行，后半部分（t2 - t3）以FAST DECAY模式运行。若在第一个（t1 - t2）衰减期间输出电流未达到设定电流限制，IC仅以快速衰减模式运行。

六、评估板布局

评估板尺寸为80mm x 80mm x 1.6mm（4层），材料为FR - 4，铜箔厚度为35μm。

七、驱动波形

文档给出了在特定条件下（VCC = 24V，VREF = 0.5V，MTH = 0.5V，CR = 39kΩ/1000pF，RNF = 0.1