静音步进电机控制的秘诀
步进电机通过按正确的顺序向电机线圈施加电压来驱动。为了实现所需的电机运行，必须通过电流斩波器或电压斩波器对电流进行适当斩波。在某些应用中，恒定关断时间PWM斩波器仍然是一种常用的有效方法；然而，这些传统的斩波器可能会导致步进电机振动，并发出步进电机特有的嗡嗡声或鸣叫声。在3D打印、台式机制造、会议和监控摄像头、个人医疗设备等不能接受噪音的应用中，这种噪音会影响性能。这也表明电机运行不平稳。
ADI Trinamic™ 技术通过电流斩波器和电压斩波器控制模式实现更平稳、更高效的步进电机功能，可提高效率，并减少或消除步进电机噪声。
什么是斩波模式？
在典型的双极2相步进电机中，两个线圈的每一段端均可接入电机驱动器，并且电机有四根导线。为了控制电流，每相连接到一个MOSFET半桥，该半桥可以将任一端切换到电源电压或接地。如果以某些方式切换MOSFET，则可以在以下模式下控制步进电机电流：ON相，电流从电源流向接地端；快速衰减，电流从接地端流向电源；缓慢衰减，电流再循环。通过两个电机线圈的电流由斩波器控制。
在每个斩波周期中，电机电源电压最初会施加到绕组。这会导致绕组中的电流快速上升（ON相）。控制器通过测量与每个绕组串联的检测电阻两端的电压来监控每个绕组中的电流。当电流超过指定限值时，会在短时间内向绕组的另一端提供电压（快速衰减），以便卸载绕组中的电流。然后，绕组将会缩短，电流通过线圈电阻缓慢循环和卸载（缓慢衰减）。当电流降至指定限值以下时，电压将重新开启，再次为电机载入负荷。
利用正确的斩波器方案可实现具有平滑过零的电流正弦波。这不仅消除了由电机反电动势引起的典型电流波形尖峰；它还能使步进电机在无共振的情况下运行，并提高能效。步进电机等电机的线圈具有一定的电感，这意味着它可以在有限的时间内节省能源。也意味着电机线圈中可以保持一定的电流，而无需输入新的电流。这一特性意味着在驱动步进电机时，可以使用恒定TOFF等经典斩波模式或SpreadCycle™/StealthChop™等高级斩波模式实现节能。
恒定 TOFF 电流斩波器
经典的恒定 TOFF 电流斩波方式可保持相对恒定的电流。通过两个电机相位的电流对产生特定的步进位置。由于现代微步进驱动器实现了这种控制环路，因而无需额外的控制器交互。
但是，这种传统的斩波器方法可能会引起振动，表现为效率低下和不必要的噪声。这是快速衰减和缓慢衰减相位之间的固定关系造成的。由于这种固定关系，虽然可以达到规定的目标电流，但平均电流低于预期目标。示波器将在过零点显示一个平坦电平，此时电机没有扭矩，这会导致摆动和振动。
SpreadCycle PWM斩波器
通过添加迟滞功能，ADI Trinamic SpreadCycle斩波器克服了恒定TOFF斩波器给机械系统带来的问题。SpreadCycle斩波器自动应用慢速衰减和快速衰减之间的拟合关系，从而为相应的周期创建最佳快速衰减。迟滞功能就像是让电流逐渐降低的降落伞，从而使平均电流与目标电流匹配。除了产生理想的电流正弦波外，这种逐周期斩波模式还可以减少电流纹波和扭矩纹波。
即使在高转速条件下，传统电流斩波模式也会因电机反电动势而导致过度变形，而SpreadCycle斩波器仍可保持高效。电机控制技术可在每个斩波周期内测量电流，并自动调整迟滞功能，以优化快速衰减阶段。有关SpreadCycle斩波器和设置参数的更多信息，请参阅应用笔记：SpreadCycle的参数设定。
StealthChop电压斩波
StealthChop电压斩波器可消除由不同步电机线圈斩波器操作、PWM抖动产生的噪声和检测电阻上几毫伏的调节噪声，从而使步进电机完全静音。
电流调节斩波器始终会对逐周期的线圈电流测量做出反应。这会导致两个电机线圈之间产生噪声以及电耦合和磁耦合。耦合会导致产生的电机电流发生微小变化，从而影响电流斩波器。StealthChop斩波器根据PWM占空比调制电流，从而产生与零电流水平直线交叉的理想电流正弦波。恒定的PWM频率可充分减少电流纹波，进而减少定子中可能出现的任何涡流，降低功耗并提高效率。StealthChop斩波器还能消除斩波器频率的变化或频率抖动，从而仅保留命令的变化。因此，在50%PWM占空比时，电流实际上为零。所有这一切的结果是步进电机在静止和中低速时均安静运行。
为了便于集成，StealthChop2斩波器在加电后的第一个运动期间自动学习最佳设置，并在后续运动中进一步优化设置。初始归位序列足以完成这一学习过程。StealthChop和StealthChop2应用的噪声水平比传统电流控制低10 dB。