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[参考译文] DRV8424:全步进电流调节周期不稳定

Guru**** 645850 points
Other Parts Discussed in Thread: DRV8711, DRV8424
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/motor-drivers-group/motor-drivers/f/motor-drivers-forum/1247121/drv8424-unstable-period-of-current-regulation-in-full-step

器件型号:DRV8424
主题中讨论的其他器件:DRV8711

大家好、支持团队。

客户询问我们关于全步进电流调节的不稳定周期的问题。

如下面的波形所示、全步进期间、电流波形失真的事件(电流调节情况恶化?) 大约在相位切换前观察到。
这在 STRC 模式下很明显。
为什么会这样呢?
理论上,我们认为调节不会恶化,因为在 STRC 的一个周期内不应有任何关断限制。

此致、

千兆

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    德克萨斯州达拉斯市

    您是否还能绘制 PWM 曲线并测量此偏移的时间周期?  如果我们能看到输出在做什么、就会有所帮助。

    它是在 EVM 还是客户电路板上?   

    此致、

    瑞安

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    瑞安-桑

    我会让我向客户确认一下。

    这位于客户电路板上。

    此致、

    千兆

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    瑞安-桑

    我从我的客户那里获得了波形数据。

    请参阅随附的文件。

    e2e.ti.com/.../Waveform-data.zip

    此致、

    千兆

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    德克萨斯州达拉斯市

    您提供的波形是 STRC 衰减模式下全步进模式的正常行为。 这是因为 STRC 已切换至慢速衰减、并且电流的衰减速度不够快、无法达到 ITRIP 电平。 这可以在 STDD 衰减模式(动态衰减)下消除、因为这将使用所需的衰减进行电流调节。

    请注意、STRC 模式下的轻微失真不会影响功能、使用时不会出现可靠性问题。 事实上、与干净的方波相比、这可以提供稍高的扭矩输出。 不用担心这一点。 谢谢。   

    此致、Murugavel

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    您好,Murugavel-San

    感谢您的回答。

    我的理解是、数据表中没有 toff 模式的 STRC 周期限制、对吗?
    如果不正确、那么最大 toff 是多少?

    此致、

    千兆

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    嗨、Daisuke-San、

    正确、没有 Toff 周期限制、但实际上 Toff 将成为 ITRIP 和 IVALLEY 之间的时间。  因此、不存在硬性数字限制。   

    按照 7.3.6.5智能调优纹波控制

    当电流电平达到 ITRIP 时、驱动器进入慢速衰减、而不是在 tOFF 时间结束前进入慢速衰减 直至达到 IVALLEY 。 慢速衰减的工作原理类似于模式1、其中两个低侧 MOSFET 都导通、允许电流再循环。 在此模式下 ,tOFF 根据当前级别和运行条件而变化

    此致、

    雅各布

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    您好,Jacob-San

    感谢您的回答。

    关于客户数据、在此步骤结束时、电流调节下降的部分的 Ibvalley 值是否发生变化?
    此外、它似乎是快速衰减、而不是慢速衰减。
    为什么会这样呢?

    此致、

    千兆

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    嗨、Higa:

    关断时间因此是谷值时间取决于绕组中的电流。  

    当电流下降时、这会在两个微步进级别之间的阶跃变化时发生。  引入了快速衰减、以确保电流波形不会失真、并能够利用高速阶跃脉冲"赶上"。 (请参阅 此 E2E 主题)

    该主题还能很好地介绍智能调优纹波控制: DRV8256:如何选择 TOFF 引脚设置

    此致、

    雅各布

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    您好,Jacob-San

    感谢您的答复。

    很遗憾、您的答案无法回答我的问题。
    我想我的问题是错的、所以我再问一次。

    以下是我的客户想要了解的信息。

    ・我想知道为什么电流在同一个阶跃中上升。

    ・在同一个步骤中、Itrip 和 Ivalley 是恒定的(即纹波是恒定的)、对吗? 是不是错了?
    实际波形不会衰减至 Ibvalley。

    ・您说快速衰减仅在阶跃开关计时发生、但快速衰减似乎插入在同一阶跃中。
    当 Itrip 被大幅超出时、器件是否不会进入快速衰减模式?

    这个问题由下图补充。

    此致、

    千兆

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    尊敬的 Daisuke-San:

    我想尝试提供帮助、但我的体验主要基于 DRV8711和仅具有慢速衰减模式的旧驱动器。

    "我想知道为什么电流在同一步长内升高。" 当电流处于微步进模式或全步进波结束时,电流上升发生在绕组中。 此时、该绕组将断开转子、试图停止由另一个绕组中的电流上升(或全步进方向改变)引起的运动。 因此、首先转子由一个绕组(或两个绕组)中的电流变化驱动、然后由一个绕组停止。 具有电流凸点的绕组的工作方式类似于吸收器、电流上升得越多、就越难、其行为更像是弹簧(在慢速衰减期间)。 如果电流是恒定的或下降、则减震器变得更软(振动更少)、但为了保持电流恒定、需要采用快速下降衰减模式。

    现在、为什么需要快速衰减。 正如我之前说过的、遇到电流尖峰的绕组会在此时断开转子(转子的运动方向与该绕组引起的扭矩相反)、因此能量从该绕组流入 h 桥。 为了保持电流恒定或下降、我们需要从该绕组获取能量。 在慢速衰减期间、能量主要损失在绕组和 MOSFET 电阻中、损耗功率等于 i^2 x (Rwinding + 2 x Rdson)。 快速衰减效率要高得多、因为我们额外从 H 桥获取能量、功率等于 I x VM。

    如果是 DRV8424 STRC 模式下的电流调节算法、我想数据表只以某种简化的方式对其进行了解释。

    如果我想限制该凸点、则可以尝试降低电流纹波设置-表7-8、使用其他衰减模式或使用微步进、而不是全/半步进模式。

    以上只是我的观点、虽然我认为能流动可以解释步进电机控制中的很多现象、但我可能会错。

    如果您的客户担心电流凸起导致了一些问题、或许有办法解决这些问题。

    PS。 在微步进模式下电流下降的情况下、试图保持电流恒定的磁场的能量也会发挥作用、它可能是主要的问题、或者只能增加中断现象结果。

    此致、

    格雷戈尔茨

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    嗨、Daisuke-San、

    我与设计团队核实、确认智能调优纹波控制(STRC)仅使用慢速衰减、但如果电流增加到 ITRIP 的特定百分比水平以上、则使用快速衰减。  我相信这正是您在绘制的图中看到的。   

    Grzegorz 在上面进行了很好的详细分析。

    您是否看到过由该器件行为导致的任何实际问题、例如振动或噪声?  客户是否尝试过智能调优动态衰减(STDD)模式?   

    此致、

    雅各布

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    您好 Daisuke-San、

    请允许我进一步补充这一点。 请注意下面的屏幕截图。 这是通过 STRC 和最低纹波设置完成的、这也恰好是 DRV8424中的单一固定设置、即19mA + Itrip 的1%。 通常、STRC 使用慢速衰减尽可能实现电流衰减。 但是、当输出电流上升到高于器件内部设置的 Itrip (固定百分比)的特定阈值以上时、它使用快速衰减、并尝试将上升电流电平降低到 Itrip。 在 STRC 中、toff 是电机反电动势的函数。 当反电动势较高(因为电机旋转得更快)时、TOFF 变得越来越长。 黄色迹线为 OUT1、粉色迹线为 OUT2。 绿色迹线表示 OUTA 相电流。 请注意黄色迹线越来越宽、当反电动势超过特定值时、将不再看到 TOFF。  从该点开始、输出仅变为开启状态、一旦电流超过内部阈值、快速衰减便会生效(请注意、此时显示相反极性导通的粉色迹线)、并开始在更高的阈值即 Itrip + 10%上进行调节。 由于该值高于 Itrip、因此 OUT1始终保持导通。 这会被视为凸起。   

       。  

    当电机在无负载的情况下自由运行时会发生这种情况。 当电机加载时、反电动势的相位角将发生移位、直到在失速之前储备扭矩为零。 在这种情况下、该凸点将不可见、因为 STRC 慢速衰减中的 TOFF 范围将足以调节 Itrip 和 Ibvalley 之间的电流。 请查看以下屏幕截图、了解仍处于 STRC 全步进状态下的电机旋转情况。

    STRC 模式使用此现象来检测失速、方法是将反电动势与电流相位差计算为扭矩计数值。 请参阅此有关失速检测的应用手册、 https://www.ti.com/lit/an/slvaei3/slvaei3.pdf

    凸点不会导致电机在 STRC 模式下运行出现任何问题。 但是、如果客户不想这么做、可以使用 STDD 衰减模式或混合衰减模式之一。 我建议使用 STRC 以实现最低的输出电流纹波。 当电机在足够的负载下运行时、此凸点应最小化或消失。 我希望这些详细信息可以帮助您了解导致此行为的原因。 这是我之前提到过的预期行为。

    此致、Murugavel   

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    大家好、Pelikan-San 和大家

    感谢您的友好解释。

    您的解释对我来说非常困难、但我的理解在下图中表达了。

    我的理解是否正确?

    如果遗漏了、请告诉我。

    此致、

    千兆

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    你好 murugavel-San

    感谢您的友好解释。

    我很了解。

    谢谢。

    此致、

    千兆

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    您好,Jacob-San

    感谢您的解释。

    此致、

    千兆

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    您好!

    顶部(红色)-波形/图。 凸起也可能出现在此处、来自 B 相的再生能量会导致凸起、因为仅使用慢速衰减或没有足够的快速衰减。 红色图表显示的是驱动阶段、而不是慢速衰减。

    底部(蓝色)-波形/图。 该图显示了异步快速衰减。是的、如果 VM 总线未能同时被第二个 H 桥等其他负载加载到足够的负载、则再生会导致 VM 增加。 虚线的电流形状似乎不正确、至少对于之前波形所述的情况是如此。  

    让我们重点关注波形与您之前发送的波形类似的情况。

    我已经在全步进模式下绘制了波形、但我还在半步进模式下绘制了类似的半个周期波形。

    当相位发射电机转子时、仅使用慢速衰减就可以为我们提供良好的电流调节。 如果单独使用慢速衰减或没有足够的快速衰减来断开电机转子(此外、我们还需要经常减小由磁场持续承受的电流)、则会导致发生碰撞或电流下降速度低于预期速度。  

    上述波形仅对您之前描述的情况有效。 改变电机转速、VM 电压、衰减模式、电机负载( Murugavel 之前介绍)可以改变电流凸点形状、位置、完全消失。  

    我之前在尝试描述步进电机侧电流凸起的原因。  

    Murugavel 从驾驶员侧非常好地解释了这一现象。

    PS。 我的当前波形的 B 相似乎偏移了180度。 对于表7.4 (DRV8424)、它只会改变电机方向。

    此致、

    格雷戈尔茨

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    您好!

    我的解释非常具体地针对 STRC 衰减模式。 虽然此模式在大多数情况下具有慢速衰减、但当绕组中的电流超过 Itrip 值的10%时、此模式确实会切换到快速衰减。 DRV8711没有 STRC 衰减模式、仅支持上一代衰减模式。 如果在 DRV8711中选择了慢速衰减、则其行为会有所不同。 原始帖子中显示的凸点非常具体地表现为 STRC 衰减模式、这肯定是由电机的反电动势导致的。 谢谢。

    此致、Murugavel  

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    您好,Pelikan-San Murugavel-San

    感谢您的支持。

    我很了解。

    感谢您的支持!

    此致、

    千兆