步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機,，目前已滲透到包括電腦、通信設(shè)備,、辦公自動化,、工業(yè)自動化、銀行設(shè)備在內(nèi)的多重經(jīng)濟領(lǐng)域且還在不斷深化,。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,，2018年-2023年，中國步進電機制造行業(yè)市場規(guī)模將保持5.1%左右的年均增速,。樂觀估計,，到2023年，行業(yè)市場規(guī)模有望突破180億元,。

　　然而,，隨著IoT和AI技術(shù)的發(fā)展，便攜式智能化產(chǎn)品對步進電機在封裝尺寸,、功耗,、控制精度、噪音,、驅(qū)動響應(yīng)速度等方面的要求與日俱增,。256細(xì)分、80nA睡眠功耗、12V/2A驅(qū)動能力,、TQFN-3×3-16L/MSOP-10甚至更小封裝等等已經(jīng)成為衡量產(chǎn)品性能高低的指標(biāo)性參數(shù),。同時，還要對短路（輸出之間和輸出對地,、對電源之間）,、過熱、過流等建立全方位的安全保護機制,。這一切,，都給步進電機驅(qū)動設(shè)計工程師們提出了相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

　　高達256細(xì)分

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　　眾所周知,，在非超載的情況下,，步進電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),，不受負(fù)載變化的影響。當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度,，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的,。我們可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；也可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,，從而達到調(diào)速的目的,。

　　國內(nèi)外對細(xì)分驅(qū)動技術(shù)的研究十分活躍。目前,，高性能的細(xì)分驅(qū)動電路已經(jīng)可以細(xì)分到上千甚至能做到任意細(xì)分,，經(jīng)過復(fù)雜的計算，便可使細(xì)分后的步距角均勻一致,，大大提高了步進電機的脈沖分辨率,，減小或消除了震蕩、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動,，使步進電機更具有“類伺服”特性,。

　　SGM42622是圣邦微電子極具代表性的一款步進電機驅(qū)動器。采用真256細(xì)分和小型TQFN-3×3-16L綠色封裝,，內(nèi)部集成了邏輯控制和低RDS（ON）功率級電路,，能夠?qū)崿F(xiàn)可調(diào)關(guān)閉時間的PWM電流控制和高達1/256的細(xì)分精度。

　　圖1 SGM42622采用256細(xì)分

　　功耗尺寸之巧

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　　為了讓器件能適用于不同應(yīng)用場景中,，提前預(yù)留出給客戶配置功能的引腳是行業(yè)內(nèi)通行的做法,。以一顆28引腳的傳統(tǒng)步進電機驅(qū)動芯片為例，其芯片本體封裝面積約為9.7×4.4mm2，加上外圍約20多顆各種功能的分立器件,，PCB板面積約為30×40mm2,。假設(shè)器件本身睡眠功耗為10μA，算上外圍器件功耗后,，總功耗將在5mA以上,。盡管各芯片廠商想盡辦法，比如采用腳距更低的封裝或QFN封裝等,，但需要的分立電阻電容并未因此減少,，功耗降低效果依然有限。

　　比如采用MCU運行GPIO模擬I2C功能,。通用I/O控制芯片在開啟后的1ms內(nèi),，利用器件待機（Standby）期間先寫入各個參數(shù)到寄存器，并讀出復(fù)查寫入是否正確,。之后,，MCU再轉(zhuǎn)回通用I/O來控制芯片退出待機模式，并正常工作,，從而降低了MCU的開銷和功耗,。

　　SGM42622的功能強大，客戶可以在芯片待機期間對器件的開關(guān)頻率,、細(xì)分精度,、衰減模式、轉(zhuǎn)矩大小等參數(shù)進行編程設(shè)置,，這也是SGM42622可以如此小巧的秘密所在,。

　　安靜圓滑之美

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　　通常來說，步進電機的電流過零失真會導(dǎo)致步進不夠均勻,、圓滑,，甚至可能導(dǎo)致失步或者可聽見的噪聲。造成這一現(xiàn)象的主要原因是消隱時間（tBLANK）的長短和PWM的總關(guān)斷時間（tOFF）,。也就是說,，消隱時間在小電流的情況下，需要一個較短的時間,，所以采用自適應(yīng)的消隱時間更加合適,；關(guān)斷時間過長，在小電流的情況下,，電流會衰減到零點,，從而導(dǎo)致每一步的平均電流明顯小于目標(biāo)值。

　　而在SGM42622中,，客戶可以通過連接在TOFF引腳和接地之間的外部電阻器對關(guān)斷時間（慢衰減+快衰減）進行靈活設(shè)置,。但為了增加調(diào)節(jié)電路的穩(wěn)定性,，必須與調(diào)節(jié)電阻器并聯(lián)插入一個小的RC系列。

　　圖3 用戶可以對SGM42622的總關(guān)斷時間（tOFF）進行靈活設(shè)置

　　數(shù)據(jù)顯示,，該產(chǎn)品可以驅(qū)動輸出[email protected]（Peak）,，可以驅(qū)動尺寸為57的電機，驅(qū)動能力十分強大,，非常適用于1.8V至12V DC總線,、心電打印機、三維掃描儀,、家庭用快球（Dome）,、手機、平板電腦,、電視機,、攝像頭伸縮機構(gòu)等細(xì)分市場領(lǐng)域。

　　圖4 實際驅(qū)動電機的電流波形圖@3.3V

　　結(jié)語

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　　SGM42622只是圣邦微電子電機驅(qū)動器產(chǎn)品家族中的一員,，原文鏈接展示了更多類型的驅(qū)動器芯片產(chǎn)品,。未來，步進電機可以做到體積更小,、性能更好,、性價比更高，并逐步高集成化,、智能化發(fā)展，實現(xiàn)高精度的控制,。