步進(jìn)電機(jī)的繞組電流、反電動(dòng)勢(shì)和電機(jī)的機(jī)械扭矩負(fù)載之間有著獨(dú)特的關(guān)系，如圖 6-13 所示。對(duì)于給定的繞組電流，當(dāng)電機(jī)負(fù)載接近電機(jī)的扭矩能力時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)將與繞組電流同相。

通過(guò)檢測(cè)電機(jī)電流的上升和下降電流象限之間的反電動(dòng)勢(shì)相移，DRV8434A-Q1 可檢測(cè)到電機(jī)過(guò)載失速情況或線路末端運(yùn)動(dòng)。如果沒(méi)有失速檢測(cè)，驅(qū)動(dòng)器將繼續(xù)流過(guò)障礙物，從而導(dǎo)致發(fā)熱、可聞噪音并損壞系統(tǒng)。

失速檢測(cè)可取代成本高昂的霍爾傳感器。與霍爾傳感器的超時(shí)機(jī)制相比，集成的無(wú)傳感器失速檢測(cè)可在電機(jī)失速時(shí)立即做出響應(yīng)。

圖 6-13 通過(guò)監(jiān)控電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行失速檢測(cè)

失速檢測(cè)算法可通過(guò)監(jiān)控 PWM 關(guān)斷時(shí)間來(lái)比較上升和下降象限之間的反電動(dòng)勢(shì)，并生成一個(gè)由扭矩計(jì)數(shù)表示的值。進(jìn)行比較時(shí)，扭矩計(jì)數(shù)實(shí)際上與電機(jī)電流、環(huán)境溫度和電源電壓無(wú)關(guān)。

對(duì)于輕載電機(jī)，扭矩計(jì)數(shù)將為非零值。當(dāng)電機(jī)接近失速狀態(tài)時(shí)，扭矩計(jì)數(shù)將接近零并可用于檢測(cè)失速狀態(tài)。如果任何時(shí)候扭矩計(jì)數(shù)降到失速閾值以下，器件將檢測(cè)到失速。在失速狀態(tài)下，電機(jī)軸不會(huì)旋轉(zhuǎn)。當(dāng)失速狀態(tài)消失后，電機(jī)又開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。

電機(jī)線圈阻抗較高可能會(huì)導(dǎo)致扭矩計(jì)數(shù)低。DRV8434A-Q1 的 ENABLE 引腳允許按比例調(diào)高低扭矩計(jì)數(shù)值，以便于進(jìn)一步處理。如果 ENABLE 引腳為高阻態(tài)，扭矩計(jì)數(shù)和失速閾值將乘以 8。如果 ENABLE 引腳為邏輯高電平，扭矩計(jì)數(shù)和失速閾值會(huì)保留算法最初計(jì)算的值。

DRV8434A-Q1 的失速檢測(cè)算法可通過(guò)兩個(gè)數(shù)字 IO 和一個(gè)模擬 IO 引腳配置 - STL_MODE、STL_REP 和 TRQ_CNT/STL_TH。

STL_MODE 對(duì)失速檢測(cè)模式進(jìn)行編程。當(dāng)該引腳為邏輯低電平時(shí)，失速閾值由驅(qū)動(dòng)器或外部微控制器 (MCU) 計(jì)算。TRQ_CNT/STL_TH 引腳會(huì)輸出扭矩計(jì)數(shù)模擬電壓。如果 STL_MODE 引腳斷開(kāi)（高阻態(tài)），它會(huì)啟用失速閾值學(xué)習(xí)過(guò)程。如果學(xué)習(xí)成功，TRQ_CNT/STL_TH 引腳會(huì)將失速閾值輸出為模擬電壓。當(dāng) STL_MODE 為邏輯高電平（連接至 DVDD）時(shí)，可通過(guò)在 TRQ_CNT/STL_TH 引腳上應(yīng)用電壓來(lái)設(shè)置失速閾值。TRQ_CNT/STL_TH 引腳可同時(shí)充當(dāng)輸入或輸出，具體取決于工作模式。1nF 電容器必須從 TRQ_CNT/STL_TH 引腳連接至 GND。在 STL_MODE 引腳和 GND 之間連接 330k 電阻會(huì)禁用失速檢測(cè)。此外，如果存在任何故障條件（UVLO、OCP、OL、OTSD 等），將禁用失速檢測(cè)。

STL_REP 為開(kāi)漏輸出。當(dāng) STL_MODE = GND 或 DVDD 時(shí)，如果沒(méi)有任何失速故障，STL_REP 被驅(qū)動(dòng)器拉至低電平；如果檢測(cè)到失速，則變?yōu)楦唠娖?。如?STL_MODE = GND 或 DVDD，并且 STL_REP 引腳從外部被拉至低電平，則會(huì)禁用失速故障報(bào)告，如果檢測(cè)到失速，nFAULT 不會(huì)變?yōu)榈碗娖健Ｔ谑匍撝祵W(xué)習(xí)模式（STL_MODE = 高阻態(tài)）下，如果 STL_REP 從高電平變?yōu)榈碗娖?，即表明成功學(xué)習(xí)失速閾值。必須通過(guò)外部上拉電阻上拉 STL_REP。

以下過(guò)程介紹了失速閾值學(xué)習(xí)操作：

• 開(kāi)始失速閾值學(xué)習(xí)之前，請(qǐng)確保電機(jī)轉(zhuǎn)速已達(dá)到其目標(biāo)值。請(qǐng)勿在電機(jī)轉(zhuǎn)速加快或減慢時(shí)學(xué)習(xí)失速閾值。
• 通過(guò)將 STL_MODE 引腳設(shè)為高阻態(tài)來(lái)啟動(dòng)學(xué)習(xí)。
• 空載運(yùn)行電機(jī)。
• 等待 32 個(gè)電氣周期，讓驅(qū)動(dòng)器了解穩(wěn)定計(jì)數(shù)。
• 讓電機(jī)失速。
• 等待 16 個(gè)電氣周期，讓驅(qū)動(dòng)器了解失速計(jì)數(shù)。
• 如果學(xué)習(xí)成功，STL_REP 將被拉至低電平。
• 失速閾值計(jì)算為穩(wěn)定計(jì)數(shù)和失速計(jì)數(shù)的平均值。
• 學(xué)習(xí)成功后，TRQ_CNT/STL_TH 引腳會(huì)將失速閾值作為模擬電壓輸出，并在內(nèi)部存儲(chǔ)該值以用于扭矩計(jì)數(shù)模式。
• 學(xué)習(xí)成功后，一旦器件通過(guò)更改 STL_MODE 邏輯電平進(jìn)入扭矩計(jì)數(shù)模式或失速閾值模式，STL_REP 就會(huì)變?yōu)楦唠娖?，nFAULT 會(huì)被下拉并且 TRQ_CNT/STL_TH 引腳上的電壓會(huì)復(fù)位。
• 應(yīng)用 nSLEEP 復(fù)位脈沖以拉低 STL_REP 并再次拉高 nFAULT。

有時(shí)，由于電機(jī)運(yùn)行或失速時(shí)扭矩計(jì)數(shù)不穩(wěn)定，失速學(xué)習(xí)過(guò)程可能無(wú)法成功進(jìn)行。例如，當(dāng)電機(jī)具有較高的線圈電阻或以非常高或低的速度運(yùn)行時(shí)，扭矩計(jì)數(shù)可能會(huì)隨時(shí)間變化很大，并且穩(wěn)定計(jì)數(shù)與失速計(jì)數(shù)之間的差異可能很小。在這種情況下，建議不要使用失速學(xué)習(xí)方法。用戶應(yīng)仔細(xì)研究整個(gè)工作條件范圍內(nèi)的穩(wěn)定計(jì)數(shù)和扭矩計(jì)數(shù)，并將閾值設(shè)為介于最小穩(wěn)定計(jì)數(shù)和最大失速計(jì)數(shù)之間的中間值。

當(dāng)電機(jī)最初加速時(shí)，建議將驅(qū)動(dòng)器配置為紐約計(jì)數(shù)模式或失速閾值模式。如果器件在初始加速期間處于學(xué)習(xí)模式，學(xué)習(xí)過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致較低的失速閾值。一旦達(dá)到穩(wěn)態(tài)速度，就可以開(kāi)始學(xué)習(xí)過(guò)程。

表 6-6 展示了可以檢測(cè)失速的所有不同工作模式。

圖 6-14 展示了 DRV8434A-Q1 驅(qū)動(dòng)器的失速檢測(cè)流程圖。

圖 6-14 DRV8434A-Q1 失速檢測(cè)流程圖