【技术贴】如何让步进电机运转更丝滑？

在智能制造、消费电子与精密装备飞速发展的今天，步进电机以其“脉冲对应位移”的精准控位特性、无累积误差的稳定性、快速启停的响应能力，成为定角度、定距离运动场景的核心执行元件，而步进电机的性能很大程度由驱动芯片决定。

作为“控制中枢”，驱动芯片承担着脉冲分配、电流调节、细分控制等关键功能，其电压适配范围、输出电流能力、细分精度、保护机制直接影响电机的运行精度和噪声水平。

随着各领域对设备小型化、高精度、低功耗、高可靠性的要求持续升级，传统驱动方案已难以满足复杂场景需求，高性能、集成化、智能化的步进电机驱动芯片，正成为技术升级的核心突破口，也成为选型时的关键考量因素。

步进电机原理

步进电机通常由交错排布的两组线圈绕组和永磁转子组成。当电流通过线圈绕组时，会产生一个磁场，该磁场吸引永磁定子使其旋转，直至与磁场对齐，通过给线圈绕组交替通电产生一个不断旋转的磁场，就会驱动转子持续转动。

图1 步进电机原理示意图

步进电机驱动主要技术特点

微步细分技术

传统全步驱动模式下，步进电机每接收一个脉冲，转子旋转一个固定的步距角（通常为1.8°），受限于此无法实现更精细的运动与定位精度，而由于转子在步距角之间跳变，电机会产生明显的震动和噪音。为了克服这些缺点，步进电机驱动通常采取微步细分技术，其基本原理是在两个相邻绕组之间通过精确控制电流，使两个绕组产生的合成磁场在一个步距角范围内平滑过渡而非简单切换。微步细分技术可以极大提升步进电机控制精度，并显著降低噪音。

图2 微步细分技术示意图

微步细分程度越高，电流波形越接近平滑正弦波，电机运转越平稳，可控制的最小旋转角度越小，控制精度越高。

图3 不同微步细分模式下电流

电流控制技术&自适应放电技术

由于步进电机利用通电绕组产生的磁场来驱动永磁转子，因此绕组中电流大小直接决定了转子所受到的力矩，进而影响到电机运转。而电机绕组的电感特性导致了绕组电流的上升下降并非瞬间完成，而是存在充-放电的过程，特别是在电流衰减过程中，永磁转子与绕组线圈相对运动带来的反向电动势直接影响步进电机的平稳运转。

图4 步进电机电流控制模式

仅使用Slow Decay模式，无法抑制反向电动势，电流波形失真。电机运转不平稳有杂音。

图5 Slow Decay模式电流

Adaptive Decay模式：电机运转过程中自动检测电流，当电流符合预期正弦波形时采取Slow Decay；波形失真时，采取Fast Decay迅速矫正电流，有效抑制反向电动势，电流纹波小，电机运转平滑、安静、高效。

图6 Adaptive Decay模式电流

堵转检测技术

在步进电机应用中，对堵转异常的实时检测可以有效预防设备卡滞，结构应力过载，提前预警故障，减小因硬件损坏导致的维修更换成本，因而具有重要意义。

步进电机驱动芯片的堵转检测功能通常使用反向电动势法。当电机正常运转时绕组会产生反向电动势（BEMF），绕组电压由以下公式表示：

可见电机转动时，绕组电压包含反向电动势，而当绕组电流iM为0时，绕组电压即为反向电动势电压。而当电机堵转时，定子与绕组无相对运动，因而反向电动势也为0，根据此原理可以通过检测绕组电流为0时的反向电动势来判断电机是否堵转。

图7 电机正常运转波形

图8 电机堵转波形

艾为步进电机驱动芯片选型

数模龙头艾为电子推出的AW8646QNR是一款支持1/32微步模式的高性能步进电机驱动芯片，其内部集成步进驱动时序控制逻辑，外部只需输入方向控制以及单路PWM信号就可控制步进电机，省去麻烦的步进电机驱动程序设计。

图9 AW8646QNR典型框图

AW8646QNR主要特性：

Dual H桥驱动：

Output voltage：3~12V

Max Current：1.4A (2A peak)

RDSON：730mΩ HS+LS

Step/DIR 控制接口

Up To 1/32 Micro Stepping

放电模式：

SLOW DECAY/

FAST DECAY/

MIX DECAY/

Adaptive DECAY

输入IO接口电平：1.8V 逻辑，支持到5.5V

支持OTP/UVP/OCP,OCP启动时间0.1us

封装：24-QFN 4*4mm