DRV8452DDWR

DRV8452 ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 DRV8452：可实现高效率和无噪声运行的 50V、5A 步进电机驱动器 1 特性 3 说明 • 为您提供的 – 具有 STEP/DIR 引脚的 SPI 或 H/W 接口 – 最高 1/256 的微步进分度器 • 4.5V 至 48V 工作电源电压范围 DRV8452 是一款宽电压、大功率、高性能步进电机驱 动器。该器件支持高达 48V 的电源电压，以及具有 100mΩ HS + LS 导通电阻、能够支持高达 5A 电流的 集成 MOSFET。 – 支持标准 24V 和 36V 电源轨 • 低 RDS(ON)：24V、25°C 时为 100mΩ HS + LS • 每个电桥都具有高电流容量： – DDW 封装：5A 满量程、3.5A 均方根电流 – PWP 封装：4A 满量程、2.8A 均方根电流 • DDW 封装与以下器件引脚对引脚兼容： – DRV8462/61：65V、3A - 10A • PWP 封装与以下器件引脚对引脚兼容： 自动扭矩功能根据负载扭矩调整电流，以此提高效率。 静止省电模式可减少电机保持状态下的功率损耗。静音 步进可在低速和静止状态下实现无噪声运行。采用内部 电流检测，无需再使用检测电阻，从而缩小 PCB 面积 并降低成本。内置分度器支持高达 1/256 微步，自动 微步模式对输入 STEP 信号进行插值，从而减少控制 器的开销。无传感器失速检测消除了系统的末端停止。 该器件支持其他保护和诊断功能，可实现稳健可靠的运 行。 – SPI 接口：DRV8434S：48 V，2.5A – H/W 接口：DRV8424/26：33V、1.5-2.5A • 集成电流检测和调节 – 5% 满量程电流精度 DRV8452 只需极少的调整即可配置这些功能。与外部 FET 驱动器相比，它支持更高的功率密度，PCB 面积 更小。凭借高能效以及精确无噪声运行，DRV8452 成 为高性能步进系统的理想选择。 2 应用 • • • • • • • • • 纺织机、缝纫机 工厂自动化、步进驱动器和机器人 医疗成像、诊断和设备 舞台照明 ATM、点钞机 PLC、DCS 和 PAC 多功能打印机 3D 打印机 户外 IP 摄像头 接口 DRV8452DDWR SPI 或 H/W HTSSOP (44) 14 x 6.1 mm DRV8452SPWPR SPI HTSSOP (28) 9.7 x 4.4 mm DRV8452PWPR H/W HTSSOP (28) 9.7 x 4.4 mm (1) 封装尺寸 如需了解所有可用封装，请参阅数据表末尾的可订购产品附 录。 4.5 to 48 V STEP DIR SPI or H/W nSLEEP ENABLE DRV8452 Auto-torque M 5A Silent step Decay – 无传感器失速检测 VM 欠压锁定 (UVLO) 开路负载检测 (OL) 过流保护 (OCP) 热关断 (OTSD) 故障状态输出 (nFAULT) 分度器零位输出 (nHOME) (1)) 封装( 器件型号 + – – – – – – – 器件信息 Controller • 智能调优和混合衰减调节选项 • 静音步进衰减模式，可在静止和低速时实现静音运 行 • 可实现步进频率插分的自动微步进模式 • 可定制微步进分度器表 • 自动扭矩，可实现基于负载扭矩的电流控制 • 静止省电模式 • 支持 1.8V、3.3V、5.0V 逻辑输入 • 低电流睡眠模式 (3µA) • 单独的逻辑电源电压 (VCC) • 保护和诊断特性 Auto Microstep + – Custom Microstep nHOME Smart tune nFAULT 1/256 µ-step 5A Stall Detection Protection 简化原理图 本文档旨在为方便起见，提供有关 TI 产品中文版本的信息，以确认产品的概要。有关适用的官方英文版本的最新信息，请访问 www.ti.com，其内容始终优先。TI 不保证翻译的准确性和有效性。在实际设计之前，请务必参考最新版本的英文版本。 English Data Sheet: SLOSE84 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 内容 1 特性................................................................................... 1 2 应用................................................................................... 1 3 说明................................................................................... 1 4 修订历史记录..................................................................... 2 5 引脚配置和功能................................................................. 3 6 规格................................................................................... 7 6.1 绝对最大额定值...........................................................7 6.2 ESD 等级.................................................................... 7 6.3 建议的工作条件...........................................................7 6.4 热性能信息.................................................................. 8 6.5 电气特性......................................................................8 6.6 典型特性....................................................................12 7 详细说明.......................................................................... 15 7.1 概述...........................................................................15 7.2 功能方框图................................................................ 16 7.3 特性说明....................................................................18 7.4 编程...........................................................................67 7.5 寄存器映射................................................................ 71 8 应用和实现.......................................................................99 8.1 应用信息....................................................................99 8.2 典型应用....................................................................99 9 散热注意事项................................................................. 104 9.1 散热焊盘..................................................................104 9.2 PCB 材料推荐......................................................... 104 10 电源相关建议............................................................... 105 10.1 大容量电容............................................................ 105 10.2 电源.......................................................................105 11 布局..............................................................................106 11.1 布局指南................................................................106 11.2 布局示例................................................................106 12 器件和文档支持........................................................... 107 12.1 相关文档................................................................107 12.2 接收文档更新通知................................................. 107 12.3 支持资源................................................................107 12.4 商标.......................................................................107 12.5 静电放电警告........................................................ 107 12.6 术语表................................................................... 107 13 机械、封装和可订购信息............................................. 108 4 修订历史记录 注：以前版本的页码可能与当前版本的页码不同 Changes from Revision * (August 2022) to Revision A (December 2022) Page • 将器件状态从“预告信息”更改为“量产数据”................................................................................................ 1 2 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 5 引脚配置和功能 1 44 2 43 3 42 AOUT1 4 41 AOUT1 5 40 AOUT1 6 39 AOUT2 AOUT2 AOUT2 PGNDA VM VM PGNDB BOUT2 BOUT2 BOUT2 BOUT1 7 VCP VM PGNDA BOUT1 BOUT1 PGNDB VM GND 38 37 8 36 9 10 11 Thermal PAD 35 34 12 33 13 32 14 31 15 30 16 29 17 28 18 27 19 26 20 25 21 24 22 23 CPH CPL nSLEEP ENABLE DIR STEP SCLK/M1 SDI/DECAY0 SDO/DECAY1 RSVD/TOFF nSCS/M0 VREF RSVD RSVD RSVD RSVD MODE nHOME nFAULT VCC DVDD GND 图 5-1. DDW 封装（44 引脚 HTSSOP），俯视图 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 3 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 VCP VM PGNDA AOUT1 AOUT1 AOUT2 AOUT2 BOUT2 BOUT2 BOUT1 BOUT1 PGNDB VM GND 1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 Thermal PAD 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 CPH CPL nSLEEP ENABLE DIR STEP SCLK SDI SDO VCC nSCS VREF nFAULT DVDD 图 5-2. 使用 SPI 接口的 PWP 封装（28 引脚 HTSSOP），俯视图 VCP VM PGNDA AOUT1 AOUT1 AOUT2 AOUT2 BOUT2 BOUT2 BOUT1 BOUT1 PGNDB VM GND 1 28 2 27 3 26 4 25 5 24 Thermal PAD 6 23 7 22 8 21 9 20 10 19 11 18 12 17 13 16 14 15 CPH CPL nSLEEP ENABLE DIR STEP M1 DECAY0 DECAY1 TOFF M0 VREF nFAULT DVDD 图 5-3. 使用 H/W 接口的 PWP 封装（28 引脚 HTSSOP），俯视图 表 5-1. 引脚功能 引脚 名称 VCC 4 DDW 25 PWP 类型 说明 SPI 接口 H/W 接口 19 - 电源 内部逻辑块的电源电压。当单独的逻辑电源电压不可用时，将 VCC 引脚连接至 DVDD 引脚。当配置为使用 SPI 接口时， VCC 引脚也用作 SDO 输出的电源引脚。详情请参见节 7.3.16。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 5-1. 引脚功能 (continued) 引脚 PWP 类型 说明 输入 该引脚不与 SPI 接口配合使用。 使用 H/W 接口时，该引脚对 PWM 电流调节的关断时间进行编 程。 名称 DDW RSVD/TOFF 35 VCP 1 1 Power VM 2、11、12、21 2、13 电源 PGNDA 3，10 3 Power 电源接地。连接到系统接地。 PGNDB 13、20 12 电源 电源接地。连接到系统接地。 AOUT1 4、5、6 4、5 输出 绕组 A 输出。连接到电机绕组。 AOUT2 7、8、9 6、7 输出 绕组 A 输出。连接到电机绕组。 BOUT2 14、15、16 8, 9 输出 绕组 B 输出。连接到电机绕组。 BOUT1 17、18、19 10、11 输出 绕组 B 输出。连接到电机绕组。 22、23 14 电源 器件接地。连接到系统接地端。 DVDD 24 15 电源 内部 LDO 输出。将电容为 1μF、额定电压为 6.3V 或 10V 的 X7R 陶瓷电容器连接至 GND。 nFAULT 26 16 漏极开路 故障指示输出。在发生故障时，下拉为逻辑低电平。开漏 nFAULT 需要外部上拉电阻。 GND SPI 接口 H/W 接口 - 19 电荷泵输出。将 X7R 1μF 16V 陶瓷电容器从 VCP 连接至 VM。 电源。连接到电机电源电压，并通过两个 0.01µF 陶瓷电容器和 一个额定电压为 VM 的大容量电容器以旁路方式连接到 PGNDA 和 PGNDB。 nHOME 27 - 漏极开路 当内部分度器处于步进表的初始位置 (45°) 时，下拉为逻辑低电 平。nHOME 引脚每次 360º 电旋转时会输出一个低电平脉冲 （四个全步进）。详情请参见节 7.3.5.1。仅适用于 DDW 封 装。 模式 28 - 输入 MODE 引脚对器件进行编程，以便使用 SPI 或硬件 (H/W) 引脚 接口工作。详情请参见节 7.3.1。 RSVD 29、30、31、32 - - VREF 33 17 输入 用于设置满量程电流的电压基准输入。DVDD 可用于通过电阻 分压器生成 VREF。当配置为使用 SPI 接口时，如果 VREF_INT_EN 位为 1b，则 VREF 引脚可以保持未连接。 nSCS/M0 34 18 输入 使用 SPI 接口时，这个引脚用作串行芯片选择。此引脚上的低 电平有效支持串行接口通信。使用 H/W 接口时，该引脚对微步 进模式进行编程。 SDO/ DECAY1 36 20 推挽/输入 使用 SPI 接口时，此引脚用作串行数据输出。在 SCLK 引脚的 上升沿移出数据。使用 H/W 接口时，该引脚对衰减模式进行编 程。 SDI/DECAY0 37 21 输入 使用 SPI 接口时，此引脚用作串行数据输入。在 SCLK 引脚的 下降沿捕捉数据。使用 H/W 接口时，该引脚对衰减模式进行编 程。 SCLK/M1 38 22 输入 使用 SPI 接口时，此引脚用作串行时钟输入。串行数据会移出 并在此引脚上的相应上升沿和下降沿被捕捉。使用 H/W 接口 时，该引脚对微步进模式进行编程。 STEP 39 23 输入 步进输入。有效边沿会使分度器前进一步。使用 SPI 接口时， STEP 有效边沿可以是上升沿，也可以是上升沿和下降沿。使用 H/W 接口时，STEP 有效边沿始终是上升沿。 DIR 40 24 输入 方向输入。逻辑电平设置步进的方向。 保留。保持未连接。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 5 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 5-1. 引脚功能 (continued) 引脚 名称 6 DDW PWP 类型 说明 SPI 接口 H/W 接口 ENABLE 41 25 输入 逻辑低电平将禁用器件输出；逻辑高电平则会启用。当器件使 用 H/W 接口工作时，ENABLE 引脚还决定 OCP、OL 和 OTSD 故障恢复方法。 nSLEEP 42 26 输入 睡眠模式输入。逻辑高电平用于启用器件；逻辑低电平用于进 入低功耗睡眠模式。窄的 nSLEEP 复位脉冲可清除锁存故障。 CPL 43 27 电源 CPH 44 28 电源 PAD - - - 电荷泵开关节点。在 CPH 到 CPL 之间连接一个额定电压为 VM 的 X7R 0.1μF 陶瓷电容器。 散热焊盘。连接到系统接地端。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 6 规格 6.1 绝对最大额定值 在自然通风条件下的工作温度范围内（除非另有说明）(1) (2) 最小值 最大值 单位 –0.3 50 V 电荷泵电压（VCP、CPH） -0.3 VVM + 5.75 V 电荷泵负开关引脚 (CPL) -0.3 VVM V nSLEEP 引脚电压 (nSLEEP) –0.3 VVM V 内部稳压器电压 (DVDD) –0.3 5.75 V -0.3 5.75 V –0.3 5.75 V 基准输入引脚电压 (VREF) -0.3 5.75 V PGNDx 至 GND 电压 -0.5 0.5 V PGNDx 至 GND 电压，< 1μs -2.5 2.5 V 0 10 mA 连续节点引脚电压（AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2） –1 VVM + 1 V 瞬态 100ns 输出引脚电压（AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2） –3 VVM + 3 V 电源电压 (VM) 外部逻辑电源 (VCC) 控制引脚电压 开漏输出电流（nFAULT，nHOME） 峰值驱动电流（AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2） A 受内部限制 工作环境温度，TA -40 125 °C 工作结温，TJ -40 150 °C 贮存温度，Tstg -65 150 °C 1. 超出“绝对最大额定值”下列出的压力可能会对器件造成永久损坏。这些仅为压力额定值，并不表明器件在这 些额定值下或者任何其它超过建议工作条件所标明的条件下可正常工作。 长时间处于绝对最大额定条件下可 能会影响器件的可靠性。 2. 所有电压值均以网络接地端 GND 为基准。 6.2 ESD 等级 值 人体放电模型 (HBM)，符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-001 标准(1) V(ESD) 静电放电 (1) (2) (2) 充电器件模型 (CDM)，符合 ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 标准 单位 ±2000 转角引脚 ±750 其他引脚 ±500 V JEDEC 文件 JEP155 指出：500V HBM 可实现在标准 ESD 控制流程下安全生产。 JEDEC 文件 JEP157 指出：250V CDM 可实现在标准 ESD 控制流程下安全生产。 6.3 建议的工作条件 在自然通风条件下的工作温度范围内（除非另有说明） VVM VI 可确保正常（直流）运行的电源电压范围 逻辑电平输入电压 最小值 最大值 单位 4.5 48 V 0 5.5 V VVCC VCC 引脚电压 3.05 5.5 V VREF 基准电压 (VREF) 0.05 3.3 V Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 7 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 6.3 建议的工作条件 (continued) 在自然通风条件下的工作温度范围内（除非另有说明） ƒSTEP IFS IFS IRMS IRMS TA TJ 最小值 最大值 单位 0 100 (1) kHz 施加的 STEP 信号 (STEP) 0 采用 DDW 封装的电机满量程电流 (xOUTx) 0 采用 PWP 封装的电机满量程电流 (xOUTx) 0 采用 DDW 封装的电机均方根电流 (xOUTx) 0 采用 PWP 封装的电机均方根电流 (xOUTx) 5 (2) A 4 (2) A 3.5 (2) A 2.8 (2) A 工作环境温度 -40 125 °C 工作结温 -40 150 °C 1. STEP 输入工作频率最高可达 500kHz，但系统带宽受电机负载限制。 2. 必须遵循功率耗散和热限值。 6.4 热性能信息 DDW PWP 单位 结至环境热阻 22.5 24.5 °C/W RθJC(top) 结至外壳（顶部）热阻 9.8 13.5 °C/W RθJB 结至电路板热阻 5.9 5.2 °C/W ψJT 结至顶部的特征参数 0.2 0.2 °C/W ψJB 结至电路板特征参数 5.8 5.1 °C/W 0.9 0.9 °C/W 热指标 RθJA RθJC(bot) 结至外壳（底部）热阻 6.5 电气特性 典型值都是在 TA = 25°C 且 VVM = 24V 条件下的值。除非另有说明，否则所有限值都是在推荐工作条件下的限值。 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 ENABLE = 1，nSLEEP = 1，无电机负 载，VCC = 外部 5V 5 8.5 ENABLE = 1，nSLEEP = 1，无电机负 载，VCC = DVDD 8 12 3 8 单位 电源电压（VM、DVDD） IVM VM 工作电源电流 mA IVMQ VM 睡眠模式电源电流 nSLEEP = 0 tSLEEP 睡眠时间 nSLEEP = 0 至睡眠模式 120 tRESET nSLEEP 复位脉冲 nSLEEP 低电平至清除故障 20 tWAKE 唤醒时间 (1) tON 开通时间 VDVDD 内部稳压器电压 μA μs 40 μs H/W 接口，nSLEEP = 1 至输出转换 0.85 1.2 ms SPI 接口，nSLEEP = 1 至 SPI 就绪 0.15 0.25 ms 1 1.3 ms 5.25 V VM > UVLO 至输出转换 无外部负载，6V < VVM < 48V 4.75 5 无外部负载，VVM = 4.5V 4.2 4.35 V 电荷泵（VCP、CPH、CPL） VVCP f VCP 工作电压 6V < VVM < 48V VVM +5 V 电荷泵开关频率 VVM > UVLO；nSLEEP = 1 357 kHz 内部数字时钟频率 VVM > UVLO；nSLEEP = 1 10 MHz VCP fCLK 8 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 典型值都是在 TA = 25°C 且 VVM = 24V 条件下的值。除非另有说明，否则所有限值都是在推荐工作条件下的限值。 参数 测试条件 最小值 典型值 最大值 单位 0 0.6 V 逻辑电平输入（STEP、DIR、MODE、DECAY1、nSCS、SCLK、SDI、nSLEEP） VIL 输入逻辑低电平电压 VIH 输入逻辑高电平电压（除 DECAY1 外的所有引脚） 1.5 5.5 V VIH_DECAY1 输入逻辑高电平电压（DECAY1 引脚） 2.7 5.5 V VHYS 输入逻辑迟滞（除 nSLEEP 以外 的所有引脚） VHYS_SLEEP nSLEEP 逻辑迟滞 100 mV 300 mV IIL 输入逻辑低电平电流（除 nSCS 外的所有引脚） VIN = 0V -1 1 μA IIL_nSCS nSCS 逻辑低电平电流 nSCS = 0V 8 12 μA IIH 输入逻辑高电平电流（除 nSCS 外的所有引脚，200k 内部下拉电 VIN = DVDD 阻） 50 μA IIH_nSCS nSCS 逻辑高电平电流 0.1 μA 0.6 V 2.2 V 5.5 V nSCS = DVDD 三电平输入（M0、DECAY0、ENABLE） VI1_tri 输入逻辑低电平电压 连接至 GND 0 VI2_tri 输入高阻抗电压 高阻态 1.8 VI3_tri 输入逻辑高电平电压 连接至 DVDD 2.7 IO_tri 输出上拉电流 2 10.5 μA 四电平输入（M1、TOFF） VI1_quad 输入逻辑低电平电压 连接至 GND 0 VI2_quad 输入二级电压 330kΩ ± 5% 至 GND 1 VI3_quad 输入高阻抗电压 高阻态 1.8 VI4_quad 输入逻辑高电平电压 连接至 DVDD 2.7 IO_quad 输出上拉电流 0.6 V 1.25 1.4 V 2 2.2 V 5.5 V 10.5 μA 推挽式输出 (SDO) RPD，SDO 内部下拉电阻 5mA 负载，以 GND 为基准 30 70 Ω RPU，SDO 内部上拉电阻 5mA 负载，以 VCC 为基准 60 110 Ω 2.5 μA 0.35 V 1 μA ISDO (1) SDO 漏电流 VVM > 6V，SDO = VCC 和 0V -2.5 控制输出（nFAULT，nHOME） VOL 输出逻辑低电平电压 IOH 输出逻辑高电平漏电流 IO = 5mA -1 电机驱动器输出（AOUT1、AOUT2、BOUT1、BOUT2） RDS(ONH,DD 高侧 FET 导通电阻， DDW 封装 W) RDS(ONL,DD W) 低侧 FET 导通电阻， DDW 封装 TJ = 25°C、IO = -5A 53 60 mΩ TJ = 125°C、IO = -5A 80 94 mΩ TJ = 150°C、IO = -5A 90 107 mΩ TJ = 25°C、IO = 5A 53 60 mΩ TJ = 125°C、IO = 5A 80 94 mΩ TJ = 150°C、IO = 5A 90 107 mΩ Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 9 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 典型值都是在 TA = 25°C 且 VVM = 24V 条件下的值。除非另有说明，否则所有限值都是在推荐工作条件下的限值。 参数 测试条件 RDS(ONH,PW 高侧 FET 导通电阻， PWP 封装 P) RDS(ONL,PW 低侧 FET 导通电阻， PWP 封装 P) (1) ILEAK 禁用模式下输出到接地的漏电流 tRF 输出上升/下降时间 tD 输出死区时间 最小值 典型值 最大值 单位 TJ = 25°C、IO = -4 A 55 66 mΩ TJ = 125°C、IO = -4 A 83 100 mΩ TJ = 150°C、IO = -4 A 94 116 mΩ TJ = 25°C、IO = 4 A 55 66 mΩ TJ = 125°C、IO = 4 A 83 100 mΩ TJ = 150°C、IO = 4 A 94 116 mΩ 200 μA H 桥处于高阻态，VVM = 48V H/W 接口，IO = 5A，介于 10% 和 90% 之间 140 SPI 接口，SR = 0b，IO = 5A，介于 10% 和 90% 之间 140 SPI 接口，SR = 1b，IO = 5A，介于 10% 和 90% 之间 70 VM = 24V，IO = 5A 300 ns ns PWM 电流控制 (VREF) KV 跨阻增益 VREF = 3.3V IVREF VREF 引脚漏电流 VREF = 3.3V tOFF PWM 关断时间 ΔITRIP_EXT ΔITRIP_INT IO,CH 电流跳变精度，外部 VREF 输入 电流跳变精度，内部 VREF AOUT 和 BOUT 电流匹配 0.625 TOFF = 0 或 TOFF = 00b 9 TOFF = 1 或 TOFF = 01b 19 TOFF = 高阻态或 TOFF = 10b 27 TOFF = 330kΩ 至 GND 或 TOFF = 11b 35 电流调节消隐时间 tDEG 0.695 V/A 20 nA μs 10% 至 20% 满量程电流 -12 12 20% 至 40% 满量程电流 -7.5 7.5 40% 至 100% 满量程电流 -5 5 10% 至 20% 满量程电流 -12 12 20% 至 40% 满量程电流 -8 8 40% 至 100% 满量程电流 -6 5 -2.5 2.5 100% 满量程电流 % % % 1 SPI 接口，TBLANK_TIME = 00b tBLK 0.66 H/W 接口或 SPI 接口，TBLANK_TIME = 01b 1.5 μs SPI 接口，TBLANK_TIME = 10b 2 SPI 接口，TBLANK_TIME = 11b 2.5 0.5 电流调节抗尖峰脉冲时间 μs 保护电路 VMUVLO VM UVLO 锁定 VCCUVLO VCC UVLO 锁定 VUVLO,HYS 欠压迟滞 10 VM 下降 4.1 4.25 4.35 VM 上升 4.2 4.35 4.46 VCC 连接到外部电压，VCC 下降 2.7 2.8 2.9 VCC 连接到外部电压，VCC 上升 2.8 2.9 3.05 上升至下降阈值 Submit Document Feedback 100 V V mV Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 典型值都是在 TA = 25°C 且 VVM = 24V 条件下的值。除非另有说明，否则所有限值都是在推荐工作条件下的限值。 参数 测试条件 VM UVLO 复位 VCPUV 电荷泵欠压 VCP 下降 IOCP 过流保护 流经任何 FET 的电流 过流检测延迟 tRETRY 器件复位，无 SPI 通信 开路负载检测时间 最大值 单位 3.4 V VVM + 2 V 7.6 A H/W 接口 2.2 SPI 接口，TOCP = 0b 1.2 SPI 接口，TOCP = 1b 2.2 μs 4.1 过流重试时间 tOL ms H/W 接口 60 SPI 接口，OL_T = 00b 30 SPI 接口，OL_T = 01b 60 SPI 接口，OL_T = 10b 120 IOL 开路负载电流阈值 TOTW 过热警告 SPI 接口，内核温度 TJ THYS_OTW 过热警告迟滞 SPI 接口，内核温度 TJ TOTSD 热关断 内核温度 TJ THYS_OTSD 热关断迟滞 内核温度 TJ (1) 典型值 VCC = DVDD，SPI 接口，VM 下降， VRST tOCP 最小值 ms 190 135 mA 150 165 °C 20 150 °C 165 180 °C 20 °C 受设计保证 6.5.1 SPI 时序要求 SPI 时序图 最小值 标称值 最大值 1 单位 tREADY SPI 就绪，VM > VRST ms tSCLK SCLK 最小周期 100 ns tSCLKH SCLK 最短高电平时间 50 ns tSCLKL SCLK 最短低电平时间 50 ns tSU_SDI SDI 输入设置时间 20 ns tH_SDI SDI 输入保持时间 30 ns tD_SDO SDO 输出延迟时间，SCLK 高电平至 SDO 有效，CL = 20pF tSU_nSCS nSCS 输入设置时间 50 ns tH_nSCS nSCS 输入保持时间 50 ns tHI_nSCS 低电平有效前的 nSCS 最短高电平时间 tDIS_nSCS nSCS 禁用时间，nSCS 高电平至 SDO 高阻抗 30 2 10 ns µs ns Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 11 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 tHI_nSCS tH_nSCS tSU_nSCS nSCS tSCLK SCLK tSCLKH X SDI tSCLKL X LSB MSB tSU_SDI tH_SDI SDO Z LSB MSB Z tDIS_nSCS tD_SDO 6.5.2 STEP 和 DIR 时序要求 典型限值都是在 TJ = 25°C 和 VVM = 24V 条件下的值。除非另有说明，否则都是在推荐的工作条件下的值。 编号 (1) 最小值 1 ƒSTEP 2 tWH_STEP 3 步进频率 最大值 单位 500(1) kHz 脉冲持续时间，STEP 高电平 970 ns tWL_STEP 脉冲持续时间，STEP 低电平 970 ns 4 tSU_DIR, Mx 设置时间，DIR 或 MODEx 至 STEP 上升 200 ns 5 tH_DIR, Mx 保持时间，DIR 或 Mx 至 STEP 上升 200 ns STEP 输入工作频率最高可达 500kHz，但系统带宽受电机负载限制。 1 2 3 STEP DIR, Mx 4 5 图 6-1. STEP 和 DIR 时序图 6.6 典型特性 5.5 TJ = -40 °C TJ = 27 °C TJ = 125 °C TJ = 150 °C 5 Sleep Mode Current (A) 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 0 5 10 15 20 25 30 VM Supply Voltage (V) 35 40 45 50 图 6-2. 睡眠模式电源电流 12 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 6.6 典型特性 7 TJ = -40 °C TJ = 27 °C TJ = 125 °C TJ = 150 °C 6.75 Operating Supply Current (mA) 6.5 6.25 6 5.75 5.5 5.25 5 4.75 4.5 0 5 10 15 20 25 30 VM Supply Voltage (V) 35 40 45 50 图 6-3. 工作电源电流，VCC = 外部 5V 9.6 TJ = -40 °C TJ = 27 °C TJ = 125 °C TJ = 150 °C 9.4 Operating Supply Current (mA) 9.2 9 8.8 8.6 8.4 8.2 8 7.8 7.6 7.4 0 5 10 15 20 25 30 VM Supply Voltage (V) 35 40 45 50 120 140 160 图 6-4. 工作电源电流，VCC = DVDD 95 High-side MOSFET on resistance (m) 90 VVM = 4.5 V VVM = 24 V VVM = 50 V 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 -40 -20 0 20 40 60 Temperature (°C) 80 100 图 6-5. 高侧 FET 导通电阻 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 13 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 6.6 典型特性 95 Low-side MOSFET on resistance (m) 90 VVM = 4.5 V VVM = 24 V VVM = 50 V 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40 -40 -20 0 20 40 60 Temperature (°C) 80 100 120 140 160 图 6-6. 低侧 FET 导通电阻 14 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7 详细说明 7.1 概述 DRV8452 是一款用于双极步进电机的集成电机驱动器解决方案。该器件集成了两个 N 沟道功率 MOSFET H 桥、 电流检测电阻、电流调节电路以及一个微步进分度器。DRV8452 能够支持 4.5V 至 48V 的宽电源电压。该器件提 供两种封装：44 引脚 HTSSOP (DDW) 封装；和另一个 28 引脚 HTSSOP (PWP) 封装。DDW 封装提供高达 5A 满量程或 3.5A 均方根 (rms) 的输出电流。PWP 封装提供高达 4A 满量程或 2.8A 均方根 (rms) 的输出电流。实际 的满量程和均方根电流取决于环境温度、电源电压和 PCB 热性能设计。为了为系统设计提供可扩展的电压和电流 解决方案，具有 SPI 接口的 PWP 封装与 DRV8434S 引脚对引脚兼容。使用 H/W 接口的 PWP 封装与 DRV8424、DRV8426 和 DRV8434 引脚对引脚兼容。The DDW 封装与 DRV8462 和 DRV8461 引脚对引脚兼 容。 DRV8452 集成自动扭矩功能，可根据负载扭矩调节输出电流，从而降低功率损耗并提高系统效率。SPI 接口提供 多种选项来针对特定电机和系统用例优化自动扭矩算法的性能。在电机受阻或达到移动终点位置停止时，失速检 测功能会检测到电机失速情况并向系统控制器报告。此外，当电机处于保持位置时，静止省电模式会降低功率损 耗。 DRV8452 采用集成电流检测架构，无需再使用两个外部功率检测电阻，从而显著节省布板空间和 BOM 成本，并 减少设计工作量和显著降低功耗。该架构通过使用电流镜方法以及使用内部功率 MOSFET 进行电流检测，消除了 检测电阻中的功率损耗。可以选择在 PGND 引脚和电路板接地端之间连接外部功率检测电阻，以监控电机运行状 况并实现磁场定向控制等闭环算法。通过 VREF 引脚处的电压来调节电流调节设定点。对于 SPI 接口，8 位寄存 器允许控制器调节输出电流，而无需调节 VREF 电压基准；另一个 8 位寄存器允许配置保持电流电平，以减少电 机静止时的功率损耗。 借助 STEP/DIR 引脚接口，可通过外部控制器管理步进电机的方向和步进速率。内部微步进分度器可以执行高精 度微步进，而无需外部控制器来管理绕组电流电平。分度器可实现全步进、半步进以及 1/4、1/8、1/16、1/32、 1/64、1/128 和 1/256 微步进。高微步进有助于显著降低可闻噪声并实现平稳的运动。自动微步进模式将输入步进 频率内插为高分辨率，从而在使用控制器的低频步进输入运行时改善电流调节并降低可闻噪声。定制微步进表允 许根据特定电机的需求调整电流波形。 步进电机驱动器需要通过实现多种类型的衰减模式（如慢速衰减、混合衰减和快速衰减）来再循环绕组电流。 DRV8452 支持智能调优衰减模式。智能调优是一种创新的衰减机制，能够自动调节以实现出色的电流调节性能， 而不受电源电压、电机转速变化和老化效应的影响。智能调优纹波控制使用可变关断时间纹波电流控制方案，以 更大限度地减少电机绕组电流的失真。智能调优动态衰减使用固定关断时间动态快速衰减百分比方案。除了智能 调优衰减模式外，DRV8452 还具有静音步进衰减模式，可在静止和低转速时实现无噪声工作。 该器件为内部数字振荡器和内部电荷泵集成了展频时钟特性。此特性可更大程度减少器件的电磁辐射。系统包括 一个低功耗休眠模式，以允许其在不主动驱动电机时节省功耗。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 15 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.2 功能方框图 DVDD RnHOME VM VCC 0.1 F VM nHOME VCC VM 1 µF Power VCP AOUT1 Indexer Position CPH Charge Pump 0.1
F CPL Current Sense Gate Drivers DVDD Stepper Motor VM DVDD Regulator 1 F AOUT2 STEP DIGITAL CORE Current Sense PGNDA DIR + ENABLE Control Inputs Auto-torque VVREF – Silent step Decay nSLEEP SINE DAC KV Microstepping Indexer MODE = 1 VM Smart tune BOUT1 Automatic Microstepping Customizable Microstepping SDI SPI VCC Current Sense Standstill Power Saving VM Gate Drivers SCLK BOUT2 SDO nSCS Protection Current Sense Stall Detection VVREF – Undervoltage VVREF RREF1 VREF VREF Analog Input Open Load DVDD + Overcurrent VCC PGNDB Fault Output SINE DAC nFAULT RnFAULT KV Overtemperature RREF2 PPAD GND 图 7-1. 具有 SPI 接口的 DRV8452 方框图 16 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 DVDD RnHOME VM VCC 0.1 F VM nHOME VCC VM 1 µF Power VCP AOUT1 Indexer Position CPH Charge Pump 0.1
F CPL Current Sense Gate Drivers DVDD Stepper Motor VM DVDD Regulator 1 F AOUT2 STEP Current Sense PGNDA DIR + VVREF ENABLE – nSLEEP SINE DAC KV Digital Core M0 VM Control Inputs M1 BOUT1 DECAY0 DECAY1 Current Sense TOFF Microstepping Indexer MODE = 0 VM Gate Drivers Smart tune BOUT2 Current Sense PGNDB Protection VVREF – Undervoltage VCC VVREF RREF1 VREF VREF Analog Input Open Load DVDD + Overcurrent Fault Output SINE DAC nFAULT RnFAULT KV Overtemperature RREF2 PPAD GND 图 7-2. 具有 H/W 接口的 DRV8452 方框图 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 17 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.3 特性说明 表 7-1 列出了 DRV8452 的推荐外部组件。 表 7-1. 外部组件 组件 引脚 1 引脚 2 CVM1 VM PGNDA 额定电压为 VM 的 X7R 0.01µF 陶瓷电容器 CVM2 VM PGNDB 额定电压为 VM 的 X7R 0.01µF 陶瓷电容器 CVM3 VM PGNDA 额定电压为 VM 的大容量电容器 CVCP VCP VM X7R 1µF 16V 陶瓷电容器 CSW CPH CPL 额定电压为 VM 的 X7R 0.1µF 陶瓷电容器 CDVDD DVDD GND X7R 1µF 6.3V 陶瓷电容器 CVCC VCC GND X7R 0.1µF 6.3V 陶瓷电容器 RnFAULT DVDD 或 VCC nFAULT 10kΩ 电阻 DVDD 或 VCC nHOME 10kΩ 电阻 RREF1 VREF DVDD 或 VCC RREF2 VREF GND RnHOME（仅适用 于 DDW） 推荐 用于设置斩波电流的电阻。如果 VREF_INT_EN = 1b，则不需要。 7.3.1 运行接口 DRV8452 可以使用硬件 (H/W) 引脚接口或 SPI 接口工作。使用 SPI 接口工作时，该器件支持附加功能和详细诊 断，如表 7-4 所示。 对于 DDW 封装选项，逻辑电平 MODE 引脚在上电时或 nSLEEP 循环后锁存工作接口信息 • 如果此时 MODE 引脚接地，则器件使用 H/W 引脚接口工作。 • 如果此时 MODE 引脚为逻辑高电平，则器件使用 SPI 接口工作。 备注 请勿在上电后或 nSLEEP = 1 后动态更改 MODE 引脚逻辑电平。 五个引脚的功能取决于工作接口，如表 7-2 和表 7-3 所示： 表 7-2. 引脚功能，DDW 封装 引脚编号 H/W 接口 SPI 接口 34 M0 nSCS 35 TOFF 保留 36 DECAY1 SDO 37 DECAY0 SDI 38 M1 SCLK 表 7-3. 引脚功能，PWP 封装 18 引脚编号 DRV8452SPWPR（SPI 接口） DRV8452PWPR（H/W 接口） 18 nSCS M0 19 VCC TOFF 20 SDO DECAY1 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-3. 引脚功能，PWP 封装 (continued) 引脚编号 DRV8452SPWPR（SPI 接口） DRV8452PWPR（H/W 接口） 21 SDI DECAY0 22 SCLK M1 表 7-4 比较了两种工作接口的功能集和诊断功能 表 7-4. 功能集差异 特性 H/W 接口 SPI 接口 智能调优 是 是 最大 1/256 微步进 是 是 VCC 逻辑电源 是 是 nHOME 输出 是 是 nFAULT 输出 是 是 自动微步进 否 是 可定制的微步进 否 是 分度器输出 否 是 内部 3.3V 基准电压 否 是 双 STEP 有效边沿 否 是 静音步进衰减 否 是 自动扭矩 否 是 静止省电 否 是 扩频 否 是 保护特性 VM 和 VCP UVLO 是 是 VCC 上电复位 是 是 过流保护 是 是 开路负载检测 是 是 热关断 是 是 失速检测 否 是 过热警告 否 有 7.3.2 步进电机驱动器电流额定值 步进电机驱动器可以通过以下三种不同的输出电流值表示方式进行分类：峰值、均方根和满量程。 7.3.2.1 峰值电流额定值 步进驱动器中的峰值电流受过流保护关断阈值 IOCP 的限制。通常，IOCP 的最小值指定了步进电机驱动器的峰值电 流额定值。对于 DRV8452，每个电桥的峰值电流额定值为 7.6 A。 7.3.2.2 均方根电流额定值 均方根电流由集成电路的热特性决定。均方根电流是根据典型系统中 RDS(ON)、上升和下降时间、PWM 频率、器 件静态电流和 25°C 温度下的封装热性能计算的。实际的均方根电流可能更高或更低，具体取决于散热和环境温 度。对于采用 DDW 封装的 DRV8452 器件，每个电桥的均方根电流额定值为 3.5A。对于 PWP 封装，每个电桥 的均方根电流额定值为 2.8A。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 19 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.3.2.3 满量程电流额定值 满量程电流描述了微步进时正弦电流波形的顶部。由于正弦波振幅与均方根电流有关，因此满量程电流也由器件 的热特性决定。对于正弦电流波形，满量程电流额定值大约为 √2 × IRMS；对于方波电流波形，该值大约为 IRMS （全步进）。 Full-scale current Output Current RMS current AOUT BOUT Step Input 图 7-3. 满量程和均方根电流 7.3.3 PWM 电机驱动器 DRV8452 具有两个全 H 桥驱动器，用于驱动双极步进电机的两个绕组。 显示了该电路的方框图。 VM AOUT1 Current Sense Microstepping and Current Regulation Logic VM Gate Drivers AOUT2 Current Sense PGNDA 图 7-4. PWM 电机驱动器方框图 7.3.4 微步进分度器 器件中的内置分度器逻辑支持多种不同的步进模式。SPI 寄存器中的 MICROSTEP_MODE 位或 M0 和 M1 引脚用 于配置步进模式，如表 7-5 所示。 20 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-5. 微步进分度器设置 MODE = 1 MODE = 0 MICROSTEP_MODE M0 M1 步进模式 100% 电流的全步进 （两相励磁） 0000b 0 0 0001b 0 330kΩ 至 GND 0010b 1 0 非循环 1/2 步进 0011b 高阻 态 0 1/2 步进 0100b 0 1 1/4 步进 0101b 1 1 1/8 步进 0110b 高阻 态 1 1/16 步进 0111b 0 高阻态 1/32 步进 1000b 高阻 态 330kΩ 至 GND 1/64 步进 1001b 高阻 态 高阻态 1/128 步进 1010b 1 高阻态 1/256 步进 71% 电流的全步进（两 相励磁） 当使用 SPI 接口工作时，该器件还允许通过 SPI 接口更改步进和方向，如表 7-6 所示。四个位专用于此目的： 表 7-6. 通过 SPI 进行 STEP 和 DIR 控制 SPI_DIR SPI_STEP DIR 1b 0b（默认值） 位 驱动器根据 DIR 引脚输入改变方向 方向变化取决于 DIR 位 步进取决于 STEP 引脚输入 步进变化取决于 STEP 位 电机反向运动 电机正向运动 STEP 分度器前进一步。STEP 位会自行清除，并在写入“1”后变为 X “0”。 表 7-7 展示了当 DIR 引脚为逻辑高电平或 DIR 位为“1”时，全步进（71% 电流）、1/2 步进、1/4 步进和 1/8 步 进运行状态的相对电流和步进方向。更高的微步进分辨率也将遵循相同的模式。AOUT 电流是电角的正弦，BOUT 电流是电角的余弦。正电流是指进行驱动时从 xOUT1 引脚流向 xOUT2 引脚的电流。 表 7-7. 相对电流和步进方向 1/8 步进 1/4 步进 1/2 步进 1 1 1 全步进 71% 2 3 2 4 5 3 2 6 7 4 8 9 5 3 10 1 AOUT 电流 （满量程百分比） BOUT 电流 （满量程百分比） 电角（度） 0% 100% 0.00 20% 98% 11.25 38% 92% 22.50 56% 83% 33.75 71% 71% 45.00 83% 56% 56.25 92% 38% 67.50 98% 20% 78.75 100% 0% 90.00 98% -20% 101.25 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 21 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-7. 相对电流和步进方向 (continued) 1/8 步进 1/4 步进 11 6 1/2 步进 全步进 71% 12 13 7 4 2 14 15 8 16 17 9 5 18 19 10 20 21 11 6 3 22 23 12 24 25 13 7 26 27 14 28 29 15 8 4 30 31 16 32 AOUT 电流 （满量程百分比） BOUT 电流 （满量程百分比） 电角（度） 92% -38% 112.50 83% -56% 123.75 71% -71% 135.00 56% -83% 146.25 38% -92% 157.50 20% -98% 168.75 0% -100% 180.00 -20% -98% 191.25 -38% -92% 202.50 -56% -83% 213.75 -71% -71% 225.00 -83% -56% 236.25 -92% -38% 247.50 -98% -20% 258.75 -100% 0% 270.00 -98% 20% 281.25 -92% 38% 292.50 -83% 56% 303.75 -71% 71% 315.00 -56% 83% 326.25 -38% 92% 337.50 -20% 98% 348.75 表 7-8 展示了针对 DIR = 1 情况，具有 100% 满量程电流的全步进运行。这种步进模式比 71% 电流的全步进模式 消耗更多的功率，但在高电机转速下可提供更高的扭矩。 表 7-8. 100% 电流的全步进 全步进 100% 1 AOUT 电流 （满量程百分比） BOUT 电流 （满量程百分比） 电角（度） 100 100 45 2 100 -100 135 3 -100 -100 225 4 -100 100 315 表 7-9 展示了 DIR = 1 情况下的非循环 1/2 步进操作。这种步进模式比循环 1/2 步进运行消耗更多的功率，但在 高电机转速下可提供更高的转矩。 表 7-9. 非循环 1/2 步进电流 非循环 1/2 步进 22 AOUT 电流 （满量程百分比） BOUT 电流 （满量程百分比） 电角（度） 1 0 100 0 2 100 100 45 3 100 0 90 4 100 –100 135 5 0 –100 180 6 –100 –100 225 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-9. 非循环 1/2 步进电流 (continued) 非循环 1/2 步进 AOUT 电流 （满量程百分比） BOUT 电流 （满量程百分比） 电角（度） 7 –100 0 270 8 –100 100 315 当使用 SPI 接口工作时，根据 STEP_EDGE 位，STEP 活动边沿可以是上升沿，也可以是上升沿和下降沿，如表 7-10 所示。当配置为采用 H/W 接口时，STEP 有效边沿仅为上升沿。对于需要以高输入步进速率运行的应用，通 过将两个边沿配置为有效边沿，会将控制器开销减少一半，因为输入步进速率实际上是原来的两倍。 表 7-10. STEP 有效边沿 接口 SPI H/W STEP_EDGE STEP 有效边沿 0b（默认值） 上升沿 1b 上升沿和下降沿 X 上升沿 在 STEP 输入的每个有效边沿，分度器移动到表格中的下一个状态。方向按照 DIR 引脚逻辑高电平进行显示。如 果 DIR 引脚为逻辑低电平，则顺序表相反。在步进时，如果步进模式动态变化，则分度器在 STEP 触发有效边沿 时进入下一个有效状态，以便实现新的步进模式设置。 上电后、退出逻辑欠压锁定后或退出睡眠模式后，分度器会移动到 45° 电角的初始激励状态（初始位置），对应 于两个线圈中满量程电流的 71%。在这种情况下，所有寄存器都会恢复为默认值。 使用 SPI 接口运行时，如果 IDX_RST 位为 1b，它会将分度器电角重置为 45°（如图 7-5 所示），但存储器映射 寄存器的内容不会改变。 从上到下的布线：AOUT2、AOUT1、STEP、线圈 B 电流、线圈 A 电流、nSCS 图 7-5. 分度器复位 如果 STEP 输入频率抖动，器件会对信号进行滤波，以进行失速检测。FRQ_CHG 和 STEP_FRQ_TOL 位对滤波 器设置进行编程，如表 7-11 所示。2% 滤波意味着中心频率周围高达 2% 的抖动将被滤除，以生成一个干净的 STEP 信号，供内部电路检测电机失速。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 23 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-11. STEP 频率滤波 FRQ_CHG 0b（默认值） 1b STEP_FRQ_TOL 滤波 00b 1% 01b（默认值） 2% 10b 4% 11b 6% X 不滤波 7.3.5 分度器输出 DRV8452 具有 INDEX 寄存器，用于向用户指示电机的预期微步电流和位置。 • • • • CUR_A_POS 寄存器和 CUR_A_SIGN 位用于指示分度器表中线圈 A 电流的位置。 CUR_B_POS 寄存器和 CUR_B_SIGN 位用于指示分度器表中线圈 B 电流的位置。 CUR_A 寄存器用于指示预期线圈 A 电流的值，该值为 sin (90° x CUR_A_POS / 255)。 如果相应的符号位为 1b，则电流为正；如果符号位为 0b，则电流为负。 表 7-12 展示了对应于 1/256 微步进的电流波形的 CUR_A_POS 和 CUR_B_POS 寄存器的输出。 表 7-12. 分度器输出表 电流象限 CUR_A_POS CUR_A_SIGN CUR_B CUR_B_SIGN 第一 (0° -> 90°) 0 -> 255 1b 255 -> 0 1b 第二 (90° -> 180°) 255 -> 0 1b 0 -> 255 0b 0b 255 -> 0 0b 0b 0 -> 255 1b 第三 (180° -> 270°) 第四 (270° -> 360°) 0 -> 255 255 -> 0 分度器输出与 nHOME 信号一起允许确定电机在电波内的位置。它们可以与编码器输出进行比较，以检测电机运 动中的差异 - 例如检测失步。 7.3.5.1 nHOME 输出 对于 DDW 封装，当微步进分度器达到初始位置（45° 电角）时，相应地两个线圈中为 71% 的满量程电流，开漏 nHOME 输出会被拉至低电平。在所有其他时间，nHOME 输出将被拉至高电平。如果器件使用 SPI 接口工作，当 分度器达到初始位置时，SPI 寄存器中的 NHOME 位也会变为 0b。 因此，nHome 输出会在每次电旋转时提供一个低电平脉冲，即每四个全步进提供一个脉冲，如图 7-6 所示。因 此，nHOME 低电平脉冲对应于电机每四个全步进的定义位置。通过将 nHOME 与机械原点开关相结合，可实现 更精确的电机归零。 24 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 使用上拉电阻将 nHOME 上拉至 5V、3.3V 或 1.8V 电源。对于 5V 上拉，nHOME 引脚可通过一个电阻连接至 DVDD 引脚。对于 3.3V 或 1.8V 上拉，必须使用一个外部电源。 从上到下的布线：BOUT2、BOUT1、线圈 B 电流、线圈 A 电流、nHOME 图 7-6. nHOME 输出波形 7.3.6 自动微步模式 当 DRV8452 使用 SPI 接口工作时，自动微步进模式会对输入步进脉冲进行插值，以生成对应于更高分辨率微步 进的电流波形。这可在任何步进频率下实现平滑的正弦电流和无噪声工作。 • 如果禁用自动微步进，系统控制器将被迫输出高频 STEP 信号以生成高分辨率微步进电流波形。 • 当启用自动微步进时，可以通过低频 STEP 信号生成平滑的电流波形。 – 这大大减少了控制器开销，有利于 3D 打印机、工厂自动化和医疗等应用。 • 应确保内插频率不会落在步进电机的谐振频带中。 EN_AUTO 位应为 1b 以启用自动微步进模式。 STEP Motor Angle 图 7-7. 自动微步进插值 图 7-7 展示了使用和不使用自动微步进的电机角度增量。如果没有自动微步进（红色曲线图），则电机角度在每 个步进输入有效边沿上都会大幅增加。自动微步进（绿色曲线图）可使电机角度变化更加平滑。 DRV8452 支持插值至 1/32、1/64、1/128 或 1/256 微步进级别，此插值通过 RES_AUTO 位来配置，如表 7-13 所示。插值设置可以动态更改。 表 7-13. 自动微步进插值级别 RES_AUTO 内插 00b（默认值） 1/256 01b 1/128 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 25 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-13. 自动微步进插值级别 (continued) RES_AUTO 内插 10b 1/64 11b 1/32 表 7-14 展示了：通过分别向 EN_AUTO 位写入 1b 和 1b 而实现的线圈电流与半步进模式和自动微步进模式之间 的平滑过渡。请注意，半步进和 1/256 自动微步进模式下的步进频率相同。 表 7-14. 在半步进和自动微步进之间转换 从半步进模式过渡到 1/256 自动微步进模式 从 1/256 自动微步进模式过渡到半步进模式 1 2 3 STEP Motor Angle 图 7-8. STEP 频率变化时的自动微步进 如图 7-8 所示，插值是根据两个前一步进脉冲之间的时间完成的。根据 RES_AUTO 位设置，将之前的间隔时间 内插为相等的分频。 当输入步进频率与之前的间隔（如段"1"中所示）相比降低时，电机保持其位置，直到出现下一个 STEP 有效边 沿。如果 EN_STSL 位为 1b，器件将进入静止省电模式，并且下一个有效边沿不会在 tSTSL_DLY 到期前出现。出 现下一个 STEP 有效边沿时退出静止省电模式。 当步进频率比之前的间隔增加时（如段“2”中所示），当下一个 STEP 有源边沿出现时，电机角度会平滑地自动 校正，并且分度器会移动到与 STEP 输入对应的位置。在段“3”中，电机角度以更快的速率增加，对应于段 “2”的步进频率。 26 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 备注 • 自动微步进模式下的 STEP 输入频率不应介于 10Hz 和 300kHz 之间。 • 要实现低于 10Hz 全步进等效步进频率的自动微步进，请在启用自动微步进之前使用更高分辨率的 微步进设置。 – 例如，全步进模式下的 1Hz 步进频率对应于 1/16 微步进模式下的 16Hz 步进频率。因此，如果 用户希望对全步进 1Hz 步进输入使用自动微步进，可以将 MICROSTEP_MODE 设置为 0110b （1/16 微步进），并使用 RES_AUTO 位实现所需的内插电平。 7.3.7 自定义微步进表 任何步进电机系统的性能和可闻噪声取决于电机和负载产生的扭矩纹波。扭矩纹波由每个微步进的扭矩变化定 义。对于大多数步进电机，标准的正弦微步进分度器足以实现可接受的扭矩纹波和良好的性能。 然而，对于某些电机和负载扭矩组合，改变电流曲线可以减少扭矩纹波，从而降低振动和可闻噪声。正确编程 后，自定义电流波形可确保具有恒定扭矩的等距微步进位置，因此也可实现最佳位置精度。 例如，如果永磁电机的步进角（3.6° 至 18°）比混合动力电机（0.9° 或 1.8°）更大，因此扭矩变化会更加明显。 由于定子齿数较少，因此当转子位于两个定子齿之间时，定子齿与转子之间相互作用的磁通量较少。如果在这些 中间位置增加电流电平，则扭矩纹波将低于默认正弦分度器。 DRV8452 具有一个查找表，用于根据特定电机的要求定制微步进电流曲线。通过向 EN_CUSTOM 位写入 “1”，修改后的电流曲线用于代替默认的正弦曲线。自定义微步进模式下的 STEP 输入频率不应超过 300kHz。 下面描述了插值过程的详细信息： 用户应该以 1/8 微步进设置对与线圈 A 电流的第一象限相对应的电流（TRQ_DAC 的 %）进行编程。 这些电流值存储在 CUSTOM_CURRENT1 到 CUSTOM_CURRENT8 寄存器中。 这些电流值的位置对应于 11.25°、22.5°、33.75°、45°、56.25°、67.5°、78.75° 和 90° 电角。 0° 位置的电流值假定为零。 这九个电流值（包括 0% 满量程电流）会通过分段线性法插值到总共 256 点，以构建完整的电流波形。无论编 程的微步进模式如何，内插波形始终对应于 1/256 微步进。 • 然后，线圈 A 第一个象限的值会被镜像并针对其他三个象限重复，并又针对线圈 B 电流的四个象限进行重 复，以构建完整的电流波形。 • • • • • 表 7-15 展示了一个用户输入示例。 表 7-15. 自定义微步进表值 位置（度） 正弦分度器值 修改值 (CUSTOM_CURRENTx) 0 0 0 11.25 49.7 24 22.5 97.6 56 33.75 141.7 96 45 180.3 152 56.25 212 192 67.5 235.6 224 78.75 250.1 240 90 255 255 图 7-9 展示了线圈 A 在一个完整电角下对应的修改后电流波形，并且与正弦分度器生成的波形进行了比较。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 27 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 300 Sine microstepping indexer Modified current waveform 250 200 150 Coil current 100 50 0 -50 -100 -150 -200 -250 -300 0 30 60 90 120 150 180 210 Electrical angle (degrees) 240 270 300 330 360 图 7-9. 可定制的微步进 7.3.8 电流调节 流经电机绕组的电流由 PWM 电流调节电路进行调节。当 H 桥被启用时，通过绕组的电流以一定的速率上升，该 速率取决于电源电压、绕组电感和存在的反电动势大小。当电流达到电流调节阈值时，电桥会进入衰减模式并持 续一段时间（关断时间），以便减小电流，如图 7-10 所示。关断时间结束后，将重新启用电桥，开始另一个 PWM 循环。 Motor Current ITRIP tBLANK tOFF 图 7-10. 电流斩波波形 PWM 调节电流由比较器设置，该比较器监测与低侧功率 MOSFET 并联的电流检测 MOSFET 两端的电压。当器 件配置为采用 H/W 接口时，电流检测 MOSFET 通过基准电流进行偏置，该基准电流是电流模式正弦加权 DAC 的输出，其满量程基准电流通过 VREF 引脚的电压进行设置。使用 SPI 接口工作时，两个寄存器（TRQ_DAC 和 ISTSL）可以进一步调节基准电流。 使用方程式 1 计算 H/W 接口的满量程调节电流。 IFS (A) = VREF (V)/KV (V/A) (1) 对于 SPI 接口，8 位 TRQ_DAC 寄存器会进一步调节满量程电流，如方程式 1 所示。TRQ_DAC 设置请见表 7-16。 IFS (A) = VREF (V) x TRQ_DAC/KV (V/A) (2) 表 7-16. TRQ_DAC 设置 28 TRQ_DAC 电流标量 11111111b（默认值） 100% 11111110b 99.61% Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-16. TRQ_DAC 设置 (continued) TRQ_DAC 电流标量 11111101b 99.22% 11111100b 98.83% ........ ........ 00000000b 0.39% 当未施加 STEP 脉冲并且电机保持在同一位置时，另一个 8 位寄存器 ISTSL 会对保持电流 (IHOLD) 进行编程。转 换到较低的保持电流值时，会降低电机和驱动器的功率损耗。详细信息，请参阅节 7.3.13。 IHOLD (A) = VREF (V) x ISTSL/KV (V/A) (3) 表 7-17. ISTSL 设置 ISTSL 保持当前值 11111111b 100% 11111110b 99.61% 11111101b 99.22% 11111110b 98.83% ........ ........ 10000000b（默认值） 50.39% ........ ........ 00000000b 0.39% 备注 始终将 ISTSL 设置为低于 TRQ_DAC 值的值。 7.3.8.1 内部基准电压 使用 SPI 接口运行时，DRV8452 支持内部 3.3V 基准电压。可以通过向 VREF_INT_EN 位写入 1b 来启用此内部 基准。在这种情况下，VREF 引脚上的电压将被忽略，VREF 引脚可以保持开路或接地。 满量程电流和保持电流的计算公式为方程式 4 和方程式 4： IFS (A) = 3.3V x TRQ_DAC/KV (V/A) (4) IHOLD (A) = 3.3V x ISTSL/KV (V/A) (5) 使用内部 3.3V 作为基准，可以省去连接到 VREF 引脚的两个电阻，从而节省 BOM 成本。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 29 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-11 展示了 VREF_INT_EN = 1b 且满量程电流为 5A 时的电流调节。 从上到下的布线：AOUT2、线圈 A 电流、AOUT1 图 7-11. 通过内部基准电压进行电流调节 7.3.9 电流调节衰减模式 在 PWM 电流斩波期间，将启用 H 桥以驱动电流流过电机绕组，直至达到斩波电流阈值。图 7-12 的项目 1 展示 了这种情况。 一旦达到斩波电流阈值后，H 桥可在两种不同的状态下运行：快速衰减或慢速衰减。 • 在快速衰减模式下，一旦达到 PWM 斩波电流电平，H 桥便会通过导通对侧的 MOSFET 进行状态逆转，使绕 组电流反向流动。由于绕组电流接近零，因此会禁用该电桥，以防止进一步出现反向流动的电流。图 7-12 的 项目 2 展示了快速衰减模式。 • 在慢速衰减模式下，通过启用 H 桥中的两个低侧 MOSFET 来实现绕组电流的再循环。图 7-12 的项目 3 展示 了这种情况。 VM 1 Forward drive PWM ON PWM OFF 2 Slow decay ITRIP 3 Fast decay (Reverse drive) Slow decay 1 xOUT1 xOUT2 2 3 Fast decay TFAST Mixed decay TBLK TDEG 图 7-12. 衰减模式 30 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 衰减模式通过 DECAY 寄存器或者 DECAY0 和 DECAY1 引脚来选择，如表 7-18 所示。该器件支持动态更改衰减 模式。 表 7-18. 衰减模式设置 SPI 接口 H/W 接口 衰减模式 DECAY DECAY0 DECAY1 000b 高阻态 1 慢速衰减 100b 1 0 混合衰减：快 30% 101b 高阻态 0 混合衰减：快 60% 110b 0 0 智能调优动态衰减 111b（默认值） 0 1 智能调优纹波控制 备注 DECAY 位的其余设置（001b、010b、011b）和（DECAY0 = 1，DECAY1 = 1）设置被保留。 DRV8452 还具有静音步进衰减模式，可在低速和静止状态下实现超静音工作。详细信息，请参阅节 7.3.11。 7.3.9.1 慢速衰减 Increasing Phase Current (A) ITRIP tBLANK tOFF tBLANK tOFF tDRIVE Decreasing Phase Current (A) tDRIVE ITRIP tBLANK tOFF tDRIVE tBLANK tDRIVE tOFF tBLANK tDRIVE 图 7-13. 慢速衰减模式 在慢速衰减期间，H 桥的两个低侧 FET 均处于开启状态，以便实现电流再循环。以下是选择慢速衰减模式时需要 考虑的要点： • 在给定的 tOFF 下，慢速衰减是电流纹波最低的衰减模式。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 31 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 • 但是，在电流步进下降时，慢速衰减需要很长的时间才能稳定至新的 ITRIP 电平，因为此时的电流下降速度非 常慢。 – 如果关断时间结束时的电流高于 ITRIP 电平，则慢速衰减将延长另一个关断时间，依此类推，直到关断时间 结束时的电流低于 ITRIP 电平为止。 • 如果电流保持在相同电平很长时间（STEP 无输入）、目标调节电流电平较低，或在极低的步进速度下，慢速 衰减可能无法正确调节电流，因为电机绕组上的反电动势可能非常小，无法在关断期间对电流进行放电。在这 种状态下，电机电流上升速度会非常快，可能需要极长的关断时间。在某些情况下，这可能会导致电流调节损 耗，因此建议采用更快速的衰减模式。 7.3.9.2 混合衰减 Increasing Phase Current (A) ITRIP tOFF tBLANK tOFF tDRIVE Decreasing Phase Current (A) tDRIVE tBLANK tDRIVE ITRIP tBLANK tFAST tDRIVE tBLANK tOFF tFAST tDRIVE tOFF 图 7-14. 混合衰减模式 混合衰减模式下，tOFF 开始的一段固定时间内为快速衰减（30% 或 60%），然后在 tOFF 的剩余时间内为慢速衰 减。选择混合衰减模式时，应考虑以下几点： • 该模式表现出的纹波比慢速衰减大。 • 在下降电流阶跃时，混合衰减比慢速衰减更快地稳定到新的 ITRIP 电平。 • 如果电流保持在相同电平很长时间（STEP 无输入）或步进速度非常慢，那么当电机绕组上不存在反电动势 时，混合衰减能持续调节电流。。 • 30% 或 60% 固定混合衰减方案会使电流调节中的重复图形通常落在可听频率范围内，从而导致电机运行嘈 杂。 7.3.9.3 智能调优动态衰减 与传统的混合衰减模式相比，智能调优是先进的电流调节方案。智能调优可帮助步进电机驱动器根据下列运行因 素的变化调整衰减方案： • 电机绕组电阻和电感 • 电机老化 32 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn • • • • • ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 电机动态转速和负载 电机电源电压变化 步进上升和下降时的电机反电动势差 步进转换 低电流与高电流 dI/dt DRV8452 支持两种不同的智能调优方案，即智能调优动态衰减和智能调优纹波控制。 Increasing Phase Current (A) ITRIP tBLANK tBLANK tOFF tBLANK tOFF tDRIVE tDRIVE tDRIVE Decreasing Phase Current (A) ITRIP tBLANK tOFF tDRIVE tBLANK tDRIVE tOFF tFAST tBLANK tDRIVE tFAST 图 7-15. 智能调优动态衰减模式 智能调优动态衰减可动态调整总混合衰减时间中快速衰减的百分比。这通过自动确定理想混合衰减设置来消除对 电机衰减调优的需求，从而实现更低纹波和卓越电机性能。 快速衰减百分比经由每个 PWM 周期进行迭代优化。如果电机电流超过目标 ITRIP 电平，则混合衰减模式在下一个 周期变得更加激进（通过增加快速衰减百分比），以防止电流调节损失。如果必须长时间驱动才能达到目标 ITRIP 电平，则衰减模式在下一个周期变得不那么激进（通过降低快速衰减百分比），从而以更少的纹波运行。在步进 下降时，智能调优动态衰减会自动切换到快速衰减，以便快速进入下一步进。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 33 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.3.9.4 智能调优纹波控制 Increasing Phase Current (A) ITRIP IVALLEY tBLANK tBLANK tOFF tBLANK tOFF tDRIVE Decreasing Phase Current (A) tDRIVE tBLANK tOFF tDRIVE tDRIVE ITRIP IVALLEY tBLANK tOFF tBLANK tOFF tBLANK tDRIVE tDRIVE tOFF tDRIVE 图 7-16. 智能调优纹波控制衰减模式 在智能调优纹波控制衰减模式下，PWM 关断时间根据电流电平和运行参数而变化。它通过设置 IVALLEY 电平以及 ITRIP 电平来进行操作。当电流电平达到 ITRIP 时，驱动器不是进入慢速衰减直到 tOFF 时间结束，而是进入慢速衰 减直到达到 IVALLEY。 智能调优纹波控制模式下的纹波电流幅度通过 RC_RIPPLE[1:0] 位或 TOFF 引脚进行编程，如表 7-19 所示。 表 7-19. 电流纹波设置 H/W 接口 SPI 接口 TOFF RC_RIPPLE 0 00b（默认值） 25 mA + ITRIP 的 1% 1 01b 25 mA + ITRIP 的 2% 高阻态 10b 25 mA + ITRIP 的 4% 330kΩ 至 GND 11b 25 mA + ITRIP 的 6% 特定微步进级别下的电流纹波 智能调优纹波控制方案可更严格地调节纹波电流，从而提高电机效率并降低可闻噪声。选择可确保 PWM 频率不 在可闻范围内 (< 20kHz) 的纹波电流设置。 7.3.9.5 PWM 关断时间 TOFF 位或 TOFF 引脚为除智能调优纹波控制和静音步进衰减模式之外的所有衰减模式配置 PWM 关断时间，如 表 7-20 所示。该器件支持动态更改关断时间。 34 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-20. 关断时间设置 SPI 接口 H/W 接口 TOFF TOFF 00b 0 9µs 01b（默认值） 1 19µs 10b 高阻态 27µs 11b 330kΩ 至 GND 35µs 关断时间 7.3.9.6 电流调节消隐时间和抗尖峰脉冲时间 在 H 桥开始驱动阶段后，电流检测比较器将在启用电流检测电路前被忽略一段时间（消隐时间）。消隐时间还设 定了 PWM 的最小驱动时间。 • 当器件使用硬件接口工作时，消隐时间固定为 1.5μs。 • 当器件使用 SPI 接口工作时，消隐时间可以通过 TBLANK_TIME 位编程，如表 7-21 所示，默认值为 1.5μs。 表 7-21. TBLANK_TIME 设置 TBLANK_TIME 消隐时间 00b 1μs 01b（默认值） 1.5μs 10b 2μs 11b 2.5μs 当电流接近 ITRIP 电平时，会增加 0.5μs 的抗尖峰脉冲时间以确保适当的电流调节。 7.3.10 使用外部电阻器进行电流检测 PWM 电流调节基于在 DRV8452 的内部检测电阻上检测到的电压。可以选择在 PGND 引脚和系统接地端之间放 置外部电阻（或与 VM 引脚串联）来检测线圈电流，如图 7-17 所示。DRV8452 具有两个 PGNDA 引脚和两个 PGNDB 引脚，每个 H 桥一对。因此，可以通过在 PGND 引脚和系统接地之间放置检测电阻来单独检测每个步进 电机线圈的电流。所有四个 VM 引脚都在内部短接。因此，如果在 VM 路径中放置一个检测电阻，它将检测两个 H 桥的总电流。 PGND 引脚和系统接地之间连接的外部检测电阻上的压降不应超过 300mV。检测到的线圈电流可经过处理来监测 电机运行状况，或者用来在磁场定向控制环路中生成必要的信号，以提高整体系统效率。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 35 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 VM Controller (Motor Health or FOC) DRV8452 RSENSE OP-AMP 图 7-17. 使用外部电阻器进行电流检测 在慢速衰减期间，没有电流流过检测电阻，因此检测电阻的导通电流小于线圈 RMS 电流。将检测电阻尽可能靠近 相应的 IC 引脚放置。使用对称的检测电阻布局，从而确保实现良好匹配。应使用低电感检测电阻来防止电压尖峰 和振铃。为获得出色性能，检测电阻应当是额定功率足够高的表面贴装电阻。 7.3.11 静音步进衰减模式 传统的峰值电流模式控制通过检测 MOSFET 中的瞬时电流来确定驱动和衰减持续时间。因此，电机驱动器会对系 统中的瞬时误差做出反应。这些突然的电流变化会导致电机发出可闻噪声。 为了确保步进电机实现无噪声工作，DRV8452 具有静音步进衰减模式。静音步进是一种电压模式 PWM 调节方 案，用于消除 PWM 在静止和低速时因切换而产生的噪声。因此，静音步进电机应用非常适合 3D 打印机、医疗设 备和工厂自动化等低噪声工作至关重要的应用。 备注 当器件以静音步进衰减模式运行时 • 开路负载故障检测仅在电机处于运动状态时有效，而在电机处于静止状态时无效。 • 不支持失速检测。 • 禁用展频功能。 静音步进环路专为低带宽运行而设计，因此在电机中速至高速运行时，衰减模式可以切换回由 DECAY 位编程的 其中一个传统电流模式衰减方案。从静音步进转换到其他衰减模式是即时发生的，而从其他衰减模式转换到静音 步进则会在电气半个周期的边界处发生。 图 7-18 展示了静音步进衰减模式实施的方框图： FPWM Indexer PI Controller (KP, KI, KP_DIV_SEL, KI_DIV_SEL) Ramp Generator Current Sense Stepper Driver M Coil Current 图 7-18. 静音步进方框图 36 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-22 展示了与静音步进衰减模式相关的 SPI 寄存器参数。 表 7-22. 静音步进参数表 参数 说明 当 EN_SS 位为 1b 时，静音步进衰减模式将被启用。在线圈 A 和线圈 B 中的电流分别过零之后，器件开始 EN_SS 以静音步进跃运行。将 0b 写入 EN_SS 会禁用静音步进衰减模式，而衰减模式会根据衰减位设置发生变 化。 表示静音步进衰减模式下的 PWM 频率 (FPWM)。 SS_PWM_FREQ[1:0] • 00b = 25kHz（默认） • 01b = 33kHz • 10b = 42kHz • 11b = 50kHz PWM 频率越高，开关损耗越高。 静默步进电流过零采样时间。默认值为 2μs。如果电流波形在过零附近失真，请增加采样时间。 SS_SMPL_SEL[1:0] • 00b = 2μs（默认） • 01b = 3μs • 10b = 4μs • 11b = 5μs SS_KP[6:0] 表示静音步进 PI 控制器的比例增益。范围为 0 至 127，默认值为 0。 SS_KI[6:0] 表示静音步进 PI 控制器的积分增益。范围为 0 至 127，默认值为 0。 KP 的分频器因子。实际 KP = SS_KP/SS_KP_DIV_SEL。 SS_KP_DIV_SEL[2:0] • 000b - SS_KP/32（默认值） • 001b - SS_KP/64 • 010b - SS_KP/128 • 011b - SS_KP/256 • 100b - SS_KP/512 • 101b - SS_KP/16 • 110b - SS_KP KI 的分频器因子。实际 KI = SS_KI/SS_KI_DIV_SEL。 SS_KI_DIV_SEL[2:0] • 000b - SS_KI/32（默认值） • 001b - SS_KI/64 • 010b - SS_KI/128 • 011b - SS_KI/256 • 100b - SS_KI/512 • 101b - SS_KI/16 • 110b - SS_KI 对器件从静音步进衰减模式转换到由 DECAY 位编程的其他衰减模式的频率进行编程。该频率对应于正弦电 流波形的频率。 SS_THR[7:0] • 00000001b = 2Hz • 00000010b = 4Hz • . • . • 11111111b = 510Hz（默认值） 要将 SS_THR 阈值转换为指定微步进设置的 STEP 频率 (fSTEP)，应使用方程式 6： fSTEP = (SS_THR * 1000 * usm)/256 (6) Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 37 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 其中，usm 对应于微步进数（4、16、256 等）。如果器件以自定义微步进模式运行，则在计算 STEP 频率时将 usm = 256 代入方程式 6。 下方展示了静音步进环路的增益与频率间的关系图： Loop Gain (dB) Pole at Origin Motor Pole UGB reduced UGB increased PI Zero Frequency UGB Allowed Frequency Attenuated Frequency 图 7-19. 静音步进增益与频率间的关系 环路传递函数具有两个极点和一个零点： • 一个极点在原点处 • 一个极点 (fP)，由电机线圈电阻和电感产生： fP = RMOTOR/(2 * π * LMOTOR) (7) • 一个零点 (fZ)，由 PI 环路产生 fZ = (KI * FPWM)/(2 * π * KP) (8) 应选择比例增益 KP 以实现所需的环路增益。请使用以下公式来计算 KP KP = 10 * π * UGB * LMOTOR / VM (9) 其中，UGB 是环路的单位带宽增益积，RMOTOR 是电机线圈电阻，LMOTOR 是电机线圈电感，IFS 是满量程电流， 而 VM 是电源电压。 如果任何频率小于 UGB，则允许通过。 高于 UGB 的频率（例如 PWM 频率或 STEP 频率）会进行衰减，不会导致电机噪声。 对于 UGB，200Hz 是不错的选择，这样可以衰减可闻范围内的大多数频率。 如果电源电压发生变化，可通过修改 KP 值来更改 UGB。这样一来，便可以在各种工作条件下实现类似的音频 噪声抑制。 • 如果零点选择的频率低于电机极点，则 UGB 将增加，如增益与频率间的关系图所示。 • • • • 应放置零点以消除电机极点。通过使 fP 和 fZ 相等来实现离散化实施，可使用以下公式来计算 KI。 KI = KP * RMOTOR/(FPWM * LMOTOR) (10) 例如，请考虑以下用例： 38 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn • • • • • • • ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 VM = 24 V IFS = 5A RMOTOR = 0.3Ω LMOTOR = 0.7mH UGB = 200Hz FPWM = 25kHz 在 50RPM 以上时，衰减模式应从静音步进更改为智能调优纹波控制。 使用前面的公式可以得到，KP = 0.18326 且 KI = 0.00314。可以设置以下寄存器值： • • • • • SS_KP = 0101111b = 47 SS_KI = 0000001b = 1 SS_KP_DIV_SEL = 011b = 1/256 SS_KI_DIV_SEL = 011b = 1/256 50RPM 对应于 1/256 微步进时约 42.6kpps，相当于正弦电流波形的 42Hz 频率。因此 SS_THR = 00010101b = 21。 图 7-20 展示了电机在静音步进衰减模式下运行时的平滑正弦线圈电流波形。 从上到下的布线：线圈 A 电流、线圈 B 电流 图 7-20. 静音步进衰减模式下的线圈电流波形 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 39 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 SS_SMPL_SEL 位会影响过零点附近的电流波形平滑度。2μs 采样时间的默认值适用于大多数电机和应用。如果 在过零附近观察到电流波形失真，则采样时间的值可以增加到最大值 5μs。图 7-21 是从静音步进衰减模式转换 到采样时间为 5μs 的智能调优纹波控制衰减模式的示例。 从上到下的布线：AOUT2、AOUT1、线圈 A 电流、线圈 B 电流、nSCS 图 7-21. 静音步进至智能调优转换 7.3.12 自动扭矩动态电流调节 Op
mal Current Output Current Margin Power Loss Maximum Torque Low Motor Current High 对于典型的步进电机驱动器，满量程电流是根据峰值负载扭矩需求设计的。这可确保在需要峰值负载时电机不会 丢失步进。因此，无论负载扭矩如何，电流都保持恒定。因而，当负载扭矩低于峰值负载时，驱动器和电机会以 电阻功率损耗的形式消耗部分输入功率，如图 7-22 所示。 Time 图 7-22. 传统步进电机驱动器的功率损耗 在大多数系统中，只有极少情况下才需要峰值负载扭矩。例如，在 ATM 机中，步进电机可能需要在不到其总运行 时间 15% 的时间内提供峰值负载。不过，由于存在不必要的功率损耗、更大的系统尺寸和更短的组件寿命，典型 的步进驱动器最终会始终向电机提供满量程电流，进而导致系统效率降低。 DRV8452 中实现的自动扭矩算法会根据负载扭矩动态更改输出电流，从而提高系统效率。每当负载扭矩较低时， 输出电流都降低，以此减少电阻损耗；当负载扭矩增加时，输出电流会立即增加，防止电机失步。图 7-23 展示了 40 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 High 此概念。由于自动扭矩功能提高了效率，系统会以较低的温度运行，从而延长了组件的寿命。有了自动扭矩功能 后，设计中还可以使用更便宜、尺寸更小的步进电机。 Motor Current Op
mal Current Output Current Power Saving Low Maximum Torque Time 图 7-23. 通过自动扭矩实现节能 自动扭矩功能通过向 ATQ_EN 位写入 1b 来启用。 7.3.12.1 自动扭矩学习例程 在步进电机系统中，电源提供的总功率将用于满足负载的扭矩要求，并会导致功率损耗，例如电机绕组电阻和驱 动器导通电阻引起的电阻损耗。这是由方程式 11 表示： PoWer delivered by supply = Constant losses +  τ × ω (11) 其中 τ 是负载扭矩，ω 是电机转速。 根据方程式 11，我们可以观察到，当负载转矩增加时，电源提供的功率也会增加。自动转矩算法通过监控电源提 供的功率来获取有关负载转矩的信息。恒定损耗由 ATQ_LRN 参数表示，ATQ_CNT 参数表示支持负载转矩所需 的功率。 对于任何给定电机，ATQ_LRN 与线圈电流成正比。这可通过方程式 12 表示： k×I ATQ_LRN =   V M VM (12) 其中 IM 是电机电流，VVM 是驱动器的电源电压，k 是常数。方程式 12 给出了 ATQ_LRN 与电机电流之间的线性 关系。自动扭矩学习例程在空载时的任意两个电流下学习 ATQ_LRN 值，然后使用此关系在任何其他电流下内插 ATQ_LRN 值。 ATQ_CNT 参数表示支持负载转矩的已提供功率的分量。此关系可以用方程式 13 表示。 k ×τ×ω ATQ_CNT =   1 I FS (13) 其中 k1 是给定工作条件下的常数，IFS 是步进驱动器的满量程电流（正弦电流波形峰值）。 方程式 13 定义了自动扭矩算法的基本工作原理。ATQ_CNT 参数可用于根据在步进电机上施加的负载扭矩来执行 电机线圈电流调节。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 41 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-24 展示了 (ATQ_LRN + ATQ_CNT)，对于额定电流为 2.8A 的混合双极 NEMA 24 步进电机，在 2.5A 满量程 电流下作为负载扭矩的函数进行测量。ATQ_LRN 不随负载转矩变化，而 ATQ_CNT 随负载转矩线性变化。 200 180 (ATQ_LRN + ATQ_CNT) 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Load torque (Nm) 1 1.2 1.4 图 7-24. (ATQ_LRN + ATQ_CNT) 与负载扭矩间的关系 启用自动扭矩算法后，必须运行学习例程来估计 ATQ_LRN 参数。 学习例程使用方程式 12 中所述的 ATQ_LRN 与电机电流之间的线性关系。用户必须选择执行学习的两个电流值， 在电机上施加空载扭矩。这两个电流值由 ATQ_LRN_MIN_CURRENT 和 ATQ_LRN_STEP 寄存器编程。 • 初始电流电平 = ATQ_LRN_MIN_CURRENT x 8 • 最终电流水平 = 初始电流水平 + ATQ_LRN_STEP 这两个电流下的 ATQ_LRN 值保存在 ATQ_LRN_CONST1 和 ATQ_LRN_CONST2 寄存器中。这两个寄存器用于 为应用工作范围内的所有其他电流内插 ATQ_LRN 值。 表 7-23 列出了与自动扭矩学习例程相关的寄存器。 表 7-23. 用于自动扭矩学习例程的寄存器 寄存器名称 ATQ_LRN_MIN_CURRENT[4:0] 说明 表示自动扭矩学习例程的初始电流电平。 表示初始电流电平的增量。它支持四种选项： ATQ_LRN_STEP[1:0] • 00b：ATQ_LRN_STEP = 128 • 01b：ATQ_LRN_STEP = 16 • 10b：ATQ_LRN_STEP = 32 • 11b：ATQ_LRN_STEP = 64 示例：如果 ATQ_LRN_STEP = 10b 且 ATQ_LRN_MIN_CURRENT = 11000b，则： • 初始学习电流电平 = 24*8 = 192 • 最终学习电流电平 = 192 + 32 = 224 学习例程使电流跳转到下一个电平之后，保持一个电流电平的正弦半个周期数量。它支持四种 选项： ATQ_LRN_CYCLE_SELECT[1:0] LRN_START 42 • 00b：8 个半个周期 • 01b：16 个半个周期 • 10b：24 个半个周期 • 11b：32 个半个周期 向该位写入 1b 将启用自动扭矩学习例程。学习完成后，该位自动变为 0b。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-23. 用于自动扭矩学习例程的寄存器 (continued) 寄存器名称 LRN_DONE 说明 学习完成后，该位变为 1b。 ATQ_LRN_CONST1[10:0] 指示初始学习电流电平时的 ATQ_LRN 参数。 ATQ_LRN_CONST2[10:0] 指示最终学习电流电平时的 ATQ_LRN 参数。 VM_SCALE 当该位为 1b 时，自动转矩算法根据电源电压变化自动调整 ATQ_UL、ATQ_LL 和 ATQ_LRN 参数。 在设置学习例程参数时，需要考虑以下几点： • 建议选择介于最大工作电流的 30% 至 50% 之间的初始电流电平。 • 最终电流水平不得超过 255，并且可以在最大工作电流的 80% 和 100% 之间选择。 • 电流波形失真（由于高速或低电源电压）会导致 ATQ_LRN 参数读取不正确。应从观察到波形失真的电流中选 择学习电流电平。 • ATQ_LRN_CYCLE_SELECT 的值较低，可加快学习速度。但是，在易受噪声影响的系统中，较高的 ATQ_LRN_CYCLE_SELECT 会导致更稳定的 ATQ_LRN 参数值。 • 当电机达到稳态速度时，应进行学习。 • 如果电机发生更改或电机速度变化 ±10%，则应重新学习。 为了进行简单总结，应该应用以下命令序列来启用自动学习： • • • • • • • • • 将 1b 写入 ATQ_EN 空载运行电机 对 ATQ_LRN_MIN_CURRENT 进行编程 对 ATQ_LRN_STEP 进行编程 对 ATQ_LRN_CYCLE_SELECT 进行编程 将 1b 写入 ATQ_LRN_START 该算法会以初始电流电平运行电机并保持 ATQ_LRN_CYCLE_SELECT 个电气半个周期 接着，该算法会以最终电流电平运行电机并保持 ATQ_LRN_CYCLE_SELECT 个电气半个周期 学习完成后， – ATQ_LRN_START 位会自动清零至 0b – ATQ_LRN_DONE 位变为 1b • ATQ_LRN_CONST1 和 ATQ_LRN_CONST2 会填充在各自的寄存器中 • 电机电流达到 ATQ_TRQ_MAX 从原型设计测试了解 ATQ_LRN_CONST1 和 ATQ_LRN_CONST2 后，即可用于大规模生产，而无需再次调用学 习例程。大规模生产中应使用以下命令序列： • • • • • • VREF 设置为与原型测试学习期间相同的值 对 ATQ_LRN_MIN_CURRENT 进行编程 对 ATQ_LRN_STEP 进行编程 对 ATQ_LRN_CONST1 进行编程 对 ATQ_LRN_CONST2 进行编程 将 1b 写入 ATQ_EN 图 7-25 显示了自动扭矩学习例程的综合流程图。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 43 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 START 4.5V
VM
48V MODE = 1 Wait tWAKE nSLEEP = 1 EN_OUT = 0 SPI WRITE Ini alize Conguraon Registers SPI WRITE EN_OUT = 1 ATQ_EN = 1 No New Learning Rou
ne SPI WRITE ATQ_CTRL4 = Inial Current ATQ_CTRL15 = Current step, No. of cycles ATQ_CTRL2, 3, 4, 5 = Learn parameter 1, 2 Yes Run Motor with No Load torque SPI WRITE ATQ_CTRL4 = Ini=al0 Current DRVOFF ATQ_CTRL15 = Current Spin Motor with step, ATQ_LRN_CYCLE_SELECT desired DIR, STEP ATQ_LRN_START = 1 Yes Inial Current + Step > 255? No No ATQ_LRN_DONE = 1? ATQ_LRN_START = 0? Yes Use ATQ_LRN_CONST1, 2 for mass producon 图 7-25. 自动扭矩学习流程图 44 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-26. 自动扭矩学习 图 7-26 展 示 了 初 始 电 流 (IFS1) 为 740mA 且 最 终 电 流 ATQ_LEARN_CYCLE_SELECT 对应于 32 个半个周期。 (IFS2) 为 2.2A 时的自动学习过程。 7.3.12.2 电流控制环路 表 7-24 列出了与电流控制相关的寄存器。 表 7-24. 用于电流控制的寄存器 参数 说明 ATQ_UL[7:0] ATQ_LL[7:0] 滞环的上限和下限，其中 ATQ_CNT 通过修改电机电流来控制。 ATQ_TRQ_MIN[7:0] ATQ_TRQ_MAX[7:0] 启用自动扭矩时的可编程最小和最大电流限制。 ATQ_TRQ_DAC[7:0] 当自动扭矩被启用时，输出电机电流的值。ATQ_TRQ_DAC 可以在 ATQ_TRQ_MIN 和 ATQ_TRQ_MAX 之间变化。 CNT_OFLW 如果 ATQ_CNT 大于 ATQ_UL，则 CNT_OFLW 标志变为 1b。 CNT_UFLW 如果 ATQ_CNT 小于 ATQ_LL，则 CNT_UFLW 标志变为 1b。 ATQ_CNT 参数与负载扭矩成正比，与步进驱动器的电流设置成反比。此关系的理想化表示如图 7-27 所示 ATQ_CNT I1 < I2 < I3 < I4 < I5 AMAX I3 ATQ_UL I4 I5 I2 ATQ_LL AMIN I1 Load Torque TMIN T1 T2 TMAX 图 7-27. ATQ_CNT 作为负载转矩的函数 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 45 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 自动扭矩算法通过调制电机电流将 ATQ_CNT 限制在由用户可编程的 ATQ_UL 和 ATQ_LL 参数定义的滞环范围 内，如图 7-27 所示。 • 如果负载扭矩需求增加（T1 到 T2），ATQ_CNT 会超过 ATQ_UL 阈值，作为响应，该算法会通过增加电流 （I3 到 I4）将 ATQ_CNT 带入滞环范围内。 • 当负载扭矩需求下降（从 T2 降至 T1）且 ATQ_CNT 低于 ATQ_LL 时，该算法会降低此电流，使 ATQ_CNT 处 于滞环范围内（I5 到 I4）。 以下方法说明了用户应如何选择电流控制参数的值 • ATQ_TRQ_MIN 是支持施加到电机的最小负载转矩所需的最小电机电流。要查找此参数 – 以最小负载扭矩 (TMIN) 加载电机，并以满量程电流 (IFS) 驱动电机 – 将 ATQ_UL 和 ATQ_LL 设为零，将 KP 设为 1 – 减小电流，直至电机停止 – 记下电机停止运转的电流 (IA) – 设置 ATQ_TRQ_MIN = 1.1 x IA • 要查找 ATQ_TRQ_MAX – 电机电流为 IA 时，用最大负载扭矩 (TMAX) 加载电机。电机将停止运转。 – 开始增大电机电流 – 记下电机停止时的电流 (IB) – 设置 ATQ_TRQ_MAX = 1.1 x IB – 记下 ATQ_CNT (AMAX)，其中电流为 ATQ_TRQ_MAX，负载转矩为 TMAX。 • 对于 ATQ_UL – 将初始值设置为 0.5 x AMAX。 – 应用特定于应用的负载分布（峰值负载和空闲负载）。 • 如果电机失速，请减小 ATQ_UL 的值，直到电机不再失速。 • 如果电机在应用负载分布后没有停止，则可以增加 ATQ_UL，直到电机停止。 – ATQ_UL 的值越高，在峰值负载时可以节省更多功率，但在快速负载瞬态的情况下，电机可能会失速。 – 较低的 ATQ_UL 值会降低峰值负载时的节能效果，但也会降低电机失速和失步的可能性。 • 对于大多数应用程序，ATQ_UL 和 ATQ_LL 之间相差 2 是一个很好的起点。 • 只有在用户设置 ATQ_UL 和 ATQ_LL 后，VM_SCALE 位才应设置为 1b。 下面展示了选择 ATQ_UL、ATQ_LL、ATQ_TRQ_MAX 和 ATQ_TRQ_MIN 参数的流程图。 46 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 START Load motor with minimum load torque SPI WRITE ATQ_TRQ_MIN = ATQ_TRQ_MAX = IFS ATQ_UL = ATQ_LL = 0 KP = 1 Reduce current (ATQ_TRQ_MIN = ATQ_TRQ_MAX) Motor stalled? No Yes Note current as IA Set ATQ_TRQ_MIN = 1.1 * IA Load motor with maximum load torque Increase current (ATQ_TRQ_MIN = ATQ_TRQ_MAX) Motor stalled? Yes No Note current as IB, ATQ_CNT as AMAX Set ATQ_TRQ_MAX = 1.1 * IB Set ATQ_UL = 0.5 * AMAX Load motor with applica
on specic load pro le No Increase ATQ_UL ll motor stalls Motor stalled? Yes Decrease ATQ_UL ll motor is not stalled 图 7-28. 选择 ATQ_TRQ_MIN、ATQ_TRQ_MAX、ATQ_UL、ATQ_LL Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 47 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.3.12.3 PD 控制环路 表 7-25 描述了与 PD 控制环路相关的主要参数： 表 7-25. PD 控制环路的参数 参数 KP[7:0]，KD[3:0] 说明 PD 控制环路的比例和微分增益参数。 ATQ_CNT 参数是 ATQ_AVG 半个周期数的移动平均值。因此，较高的 ATQ_AVG 值会减慢环路对突 然出现的峰值负载需求的响应，但会确保平稳无急冲地过渡到更高的扭矩输出。较低的值会导致环路 立即响应突然的负载需求。 ATQ_AVG[2:0] • 010b - 2 周期平均值 • 100b - 4 周期平均值 • 111b - 8 周期平均值 • 其他值：无均值计算 电气半个周期中的延迟，在此之后，电流会随着 PD 环路而变化。值越小，电流就越能更快地增加， ATQ_FRZ[2:0] 以满足峰值负载需求。此参数的范围是 1 至 7。 001b - 响应速度最快，但环路可能变得不稳定 111b - 响应速度最慢，但环路将保持稳定 如果误差变化小于 ATQ_D_THR，则 KD 对校正没有影响。只有当误差变化大于 ATQ_D_THR 时，Kd ATQ_D_THR[7:0] 才会产生影响。 例如：当 ATQ_D_THR = 10 时， 如果误差变化为 9，则 u(t) = KP * e(t) 如果误差变化为 12，则 u(t) = KP * e(t) + KD * de(t)/dt ATQ_ERROR_TRUNCATE[3:0] 在 PD 环路公式中使用之前从误差中截断的 LSB 位数。高值会减少电流波形中的任何振荡。 PD 控制算法表示为： u(t) = KP * e(t) + KD * de(t)/dt (14) 其中， KP 和 KD = PD 环路常数 u(t) = 控制器的输出 e(t) = 误差信号 • • • • • • 一般来说，增加 KP 会增加控制系统的响应速度。 但是，如果 KP 过大，电流波形将开始振荡。 如果 KP 进一步增大，振荡将增大。系统将变得不稳定，甚至可能在失控的情况下振荡。 增大 KD 的值将导致控制系统对误差项的变化做出更强烈的反应，并将提高控制系统的总体响应速度。 建议使用较小的 KD 值，因为微分响应对噪声非常敏感。 当选择非零 KD 值时，为了提高系统的抗噪性能，应使用较高的 ATQ_D_THR 值。 调整 PD 环路参数的指导原则如下： • • • • • • 48 设置 KP = 1，KD = 0，所有其他 PD 环路参数应为默认值 应用特定于应用的负载分布 如果电机失速，增加 KP、KD，减小 ATQ_D_THR，直到电机停止失速 一旦电机不再失速，请观察恒定负载扭矩下的电流波形 如果电流波形有振荡，请增加 ATQ_FRZ、ATQ_AVG 和 ATQ_ERROR_TRUNCATE 如果 ATQ_FRZ、ATQ_AVG 和 ATQ_ERROR_TRUNCATE 的值超高，则可能会使负载瞬态响应恶化，因此建 议再次检查负载瞬态响应，确保 PD 控制环路稳定。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-29 是选择 PD 控制环路参数的流程图。 START Set KP = 1, KD = 0, all other parameters at default value Motor stalled during load transient? Yes Increase KP, KD, Decrease ATQ_D_THR No Current Stable at Constant Torque? No Increase ATQ_AVG, ATQ_FRZ, ATQ_ERROR_TRUNCATE Yes PD loop con
gured 图 7-29. 选择 PD 控制环路参数 7.3.12.4 通过自动扭矩提高效率 表 7-26 展示了自动扭矩带来的热性能改进。热图像是在以下条件下捕捉的： VM = 24V，1/16 微步进，4A 满量程电流，3000pps 速度，空载，室温环境 表 7-26. 通过自动扭矩提高热性能 热感图像：禁用自动扭矩，IC 温度 = 114.3°C 热感图像：启用自动扭矩，IC 温度 = 37°C Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 49 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-26. 通过自动扭矩提高热性能 (continued) 热感图像：禁用自动扭矩，电机温度 = 65.8°C 热感图像：启用自动扭矩，电机温度 = 28.1°C 自动扭矩带来的 IC 和电机温度降低可提高步进电机系统的长期可靠性。 7.3.13 静止省电模式 当控制器未发送任何步进脉冲且电机保持相同位置时，可将 DRV8452 配置为以静止省电模式工作。当通过向 EN_STSL 位写入 1b 来启用此模式时，可以通过将线圈电流从运行电流降低到保持电流来降低系统的功耗。 在最后一个 STEP 脉冲之后，该器件会等待一段由 TSTSL_DLY 寄存器编程的时间，之后线圈电流会在由 TSTSL_FALL 寄存器编程的时间段内从运行电流斜降至保持电流，如图 7-30 所示。STSL 标志会上升，以指示器 件处于静止省电模式。一旦检测到下一个 STEP 脉冲，线圈电流会立即斜升至运行电流。TSTSL_FALL 和 TSTSL_DLY 的可用选项在表 7-27 中显示。 运行电流由 TRQ_DAC 寄存器编程，保持电流由 ISTSL 寄存器编程，如节 7.3.8 所示。 tSTSL_DLY tSTSL_FALL STEP TRQ_DAC ISTSL 图 7-30. 静止省电模式 表 7-27. 静止下降时间和延迟时间 参数 说明 控制经过 TSTSL_DLY 时间后电流从 TRQ_DAC 降低到 ISTSL 所需的时间。对于每个 TSTSL_FALL， TRQ_DAC 将下降 1b，直到电流达到 ISTSL。总下降时间 = (TRQ_DAC - ISTSL) * 每个电流阶跃的下降时 间。 TSTSL_FALL[3:0] 50 • 0000b：下降时间 = 0 • 0001b：每个电流步进的下降时间 = 1ms • ............ • 0100b：每个电流步进的下降时间 = 4ms（默认值） • ............ • 1111b：每个电流步进的下降时间 = 15ms Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-27. 静止下降时间和延迟时间 (continued) 参数 说明 控制最后一个 STEP 脉冲和激活静止省电模式之间的延迟。 TSTSL_DLY[5:0] • 000000b：被保留 • 000001b：延迟 = 1 x 16ms = 16ms • ............ • 000100b：延迟 = 4 x 16ms = 64ms（默认值） • ............ • 111111b：延迟 = 63 x 16ms = 1.008s 备注 • 如果必须在器件处于静止省电模式时更改 ISTSL，请先将 EN_STSL 位从 1b 更改为 0b 然后再改回 为 1b。 • 启用自动扭矩后，会将 ISTSL 编程到 ATQ_TRQ_MAX 和 ATQ_TRQ_MIN 之间。 7.3.14 电荷泵 集成了一个电荷泵以提供高侧 N 沟道 MOSFET 栅极驱动电压。需要在 VM 和 VCP 引脚之间为电荷泵放置一个电 容作为储能电容。此外，还需要在 CPH 和 CPL 引脚之间放置一个一个陶瓷电容作为飞跨电容。 VM VM 1 μF VCP CPH 0.1 μF VM Charge Pump Control CPL 图 7-31. 电荷泵方框图 7.3.15 线性稳压器 该器件中集成了一个线性稳压器。当 VCC 引脚连接至 DVDD 时，DVDD 稳压器为低侧栅极驱动器和所有内部电 路供电。为确保正常运行，请使用 1μF 陶瓷电容器将 DVDD 引脚旁路至 GND。DVDD 输出的标称值为 5V。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 51 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 VM + – DVDD 5V 1 μF 图 7-32. 线性稳压器方框图 如果数字输入须一直连接高电平，则宜将输入连接至 DVDD 引脚而不是外部稳压器。此方法可在未应用 VM 引脚 或处于睡眠模式时省电：DVDD 稳压器被禁用，电流不会流经输入下拉电阻器。作为参考，逻辑电平输入的典型 下拉电阻为 200kΩ。 请勿将 nSLEEP 引脚连接至 DVDD，否则器件将无法退出睡眠模式。 7.3.16 VCC 电压电源 可将外部电压施加至 VCC 引脚，从而为内部逻辑电路供电。VCC 引脚上的电压应介于 3.05V 和 5.5V 之间，并且 应经过良好调节。当外部电源不可用时，VCC 引脚必须连接到该器件的 DVDD 引脚。 当由 VCC 供电时，内部逻辑块不会消耗 VM 电源轨的功率，从而降低 DRV8452 中的功率损耗。在高电压应用以 及热条件至关重要时，这非常有用。使用 0.1μF 陶瓷电容器将 VCC 引脚旁路至接地。 7.3.17 逻辑电平、三电平和四电平引脚图 图 7-33 展示了 M0、DECAY0 和 ENABLE 引脚的输入结构。 图 7-33. 三电平输入引脚图 图 7-34 显示了 M1 和 TOFF 引脚的输入结构。 52 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-34. 四电平输入引脚图 图 7-35 展示了 STEP、DIR、MODE、SDI、SCLK、DECAY1 和 nSLEEP 引脚的输入结构。 图 7-35. 逻辑电平输入引脚图 下图展示了逻辑电平引脚 nSCS 的输入结构。 图 7-36. nSCS 输入引脚图 7.3.18 展频 展频或频率抖动通过将窄带信号转换为宽带信号，以将能量分散在多个频率上，从而降低 EMI 的影响。图 7-37 说明了随时间操作时钟频率对分散能量有何影响。 在 DRV8452 中，用户可以操作数字电路的内部时钟频率（典型值 10MHz）和电荷泵时钟（典型值 357kHz）来 降低峰值能量，并将能量分散到其他频率及其谐波。此特性与输出压摆率控制相结合，可更大程度地减少器件的 辐射发射，帮助器件通过严格的 EMI 标准。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 53 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 Energy Unmodulated EMI Peak Reduction Modulated fc Frequency 图 7-37. 展频频率调制降低 EMI 当 DRV8452 配置为使用 SPI 接口工作时，可通过 DIS_SSC 位启用或禁用展频。默认情况下，上电后会禁用展 频。向 DIS_SSC 位写入 0b 会启用展频。如果器件以静音步进衰减模式运行，则展频会被禁用。此外，当 DRV8452 配置为使用 GPIO 接口工作时，展频将被禁用。 有许多方法可以实现展频。DRV8452 使用三角模拟调制曲线。图 7-38 和图 7-39 显示了内部数字时钟和电荷泵时 钟围绕其各自中心频率的展频曲线。数字时钟在 9MHz 和 11MHz 之间以 14 个步长等量变化。 请注意，中心频率本身会随工艺和温度的变化而变化，并且除此之外还有展频引起的变化。 DIS_SSC 1b Digital Clock Frequency 0b 1.2 µs x 14 = 16.8 µs 16.8 µs 1.2 µs 11 MHz Triangular Modulation 10 MHz 9 MHz Spread spectrum OFF Spread spectrum ON 图 7-38. 内部数字时钟的三角展频 DIS_SSC 1b Charge Pump Frequency 0b 2.8 µs x 4 = 11.2 µs 11.2 µs 2.8 µs 416 kHz 384 kHz 357 kHz 333 kHz 312 kHz Triangular Modulation Spread spectrum OFF Spread spectrum ON 图 7-39. 电荷泵时钟的三角展频 7.3.19 保护电路 该器件可完全防止电源欠压、电荷泵欠压、输出过流、开路负载和器件过热事件。此外，使用 SPI 接口工作时， 该器件可针对过载或线路末端运动提供失速检测保护。 7.3.19.1 VM 欠压锁定 无论 VM 引脚电压何时降至 UVLO 下降阈值电压以下： 54 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 • 都会禁用所有输出（高阻态） • 电荷泵会被禁用 • nFAULT 被驱动为低电平 当 VM 电压恢复至 UVLO 上升阈值电压以上时，将恢复正常运行（电机驱动器和电荷泵）。 使用 SPI 接口工作时，如果 VM 引脚上的电压降至 UVLO 下降阈值电压以下，但高于 VRST 或 VCC UVLO（如图 7-40 所示）： • 可进行 SPI 通信且器件的数字内核有效 • FAULT 和 UVLO 位被设定为 1b • nFAULT 引脚被驱动为低电平 在这种情况下，如果 VM 电压恢复到 UVLO 上升阈值电压以上： • nFAULT 引脚被释放（被上拉至外部电压） • FAULT 位变为 0b • UVLO 位保持锁存为 1b，直到通过 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲将其清除为止。 VM Voltage VUVLO rising VUVLO falling VRST UVLO reset or VCC UVLO Device Status SPI available Digital Alive Outputs switching CP enabled UVLO, FAULT bits 0b* nFAULT high SPI available Digital Alive Outputs Hi-Z CP disabled UVLO, FAULT bits 1b nFAULT low * FAULT bit will be 0b if no fault is present ** UVLO bit will be 1b till cleared by CLR_FLT or nSLEEP pulse SPI available Digital Alive Outputs switching CP enabled UVLO bit 1b** FAULT bit 0b* nFAULT high Time 图 7-40. 电源电压斜坡曲线 当 VM 引脚上的电压低于 VRST 或 VCC UVLO 时（如图 7-41 所示）： • 不支持 SPI 通信，数字内核关断 • FAULT 和 UVLO 位为 0b • nFAULT 引脚处于高电平 在后续上电时，如果 VM 电压超过 VRST 电压： • 数字内核变为有效 • UVLO 位保持在 0b • FAULT 位设为 1b • nFAULT 引脚被拉至低电平。 • 当 VM 电压超过 VM UVLO 上升阈值时 – FAULT 位变为 0b – UVLO 位保持在 0b – nFAULT 引脚被拉高。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 55 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 VM Voltage VUVLO rising VUVLO falling VRST UVLO reset or VCC UVLO Device Status SPI available Digital Alive Outputs switching CP enabled UVLO, FAULT bits 0b* nFAULT high SPI available Digital Alive Outputs Hi-Z CP disabled UVLO, FAULT bits 1b nFAULT low SPI unavailable Digital Reset Outputs Hi-Z CP disabled UVLO, FAULT bits 0b nFAULT High SPI available Digital Alive Outputs Hi-Z CP disabled UVLO bit 0b FAULT bit 1b nFAULT low SPI available Digital Alive Outputs switching CP enabled UVLO, FAULT bits 0b* nFAULT high Time * FAULT bit will be 0b if no fault is present 图 7-41. 电源电压斜坡曲线 7.3.19.2 VCP 欠压锁定 (CPUV) 无论 VCP 引脚电压何时降至 CPUV 电压以下： • 都会禁用所有输出（高阻态） • nFAULT 引脚被驱动为低电平 • 电荷泵保持有效状态 • 对于 SPI 版本，FAULT 和 CPUV 位被设为 1b VCP 欠压条件消失后，器件将恢复正常运行（电机驱动器运行且释放 nFAULT 引脚）。CPUV 位将保持在 1b， 直到通过 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲将其清除为止。 7.3.19.3 逻辑电源上电复位 (POR) 无论 VCC 引脚电压何时降至 VCCUVLO 阈值以下： • 都会禁用所有输出（高阻态） • 电荷泵会被禁用。 nFAULT 引脚上未报告 VCC UVLO。VCC 欠压情况消失后，电机驱动器将恢复正常运行。 当器件使用 SPI 接口工作时： • 一旦 VCC 超过 UVLO 阈值，NPOR 位就会复位并锁存为 0b。 • NPOR 会保持复位状态，直到通过 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲清零为止。 • 上电后，一旦发出 CLR_FLT 命令，NPOR 就会自动锁存为 1b。 图 7-42 展示了 VCC UVLO 方案。 56 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 48V 4.5V nSLEEP VCC UVLO H-BRIDGE, CHARGE PUMP, DIGITAL ENABLED DISABLED DVDD +V CLR_FLT nFAULT NPOR 图 7-42. 逻辑电源 POR 7.3.19.4 过流保护 (OCP) 任意 MOSFET 上的模拟电流限制电路通过移除栅极驱动来限制通过 MOSFET 的电流。如果该电流限制的持续时 间超过 tOCP，则会检测到过流故障。 • 两个 H 桥中的 MOSFET 都被禁用 • nFAULT 被驱动为低电平 • 电荷泵保持有效状态。 • 使用 SPI 接口工作时： – – – – FAULT 和 OCP 位锁存为 1b 对于 xOUTy 到 VM 短路，相应的 OCP_LSy_x 位会变为 1b 对于 xOUTy 到接地短路，相应的 OCP_HSxy_x 位会变为 1b TOCP 位对过流保护抗尖峰脉冲时间进行编程。 过流保护可在两种不同的模式下运行：锁存关断和自动重试。该器件支持动态更改工作模式。 7.3.19.4.1 锁存关断 要选择锁存关断模式： • 对于 H/W 接口，ENABLE 引脚必须为高阻态 • 对于 SPI 接口，OCP_MODE 位应为 0b 在该模式下，一旦 OCP 条件消除，器件会在应用 CLR_FLT 命令、nSLEEP 复位脉冲或下电上电后恢复正常运 行。 7.3.19.4.2 自动重试 要选择自动重试模式，请进行以下设置： • 对于 H/W 接口，ENABLE 引脚必须为高电平 (> 2.7V) • 对于 SPI 接口，OCP_MODE 位应为 1b 在该模式下，在经过 tRETRY 时间且故障条件消失后，器件将自动恢复正常运行（电机驱动器运行且释放 nFAULT 引脚）。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 57 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.3.19.5 失速检测 使用 SPI 接口工作时，DRV8452 支持失速检测。 步进电机的绕组电流、反电动势和电机的机械扭矩负载之间有着独特的关系，如图 7-43 所示。对于空载电机，反 电动势与绕组电流之间呈 90° 异相。对于给定的绕组电流，当电机负载接近电机的最大扭矩能力时，反电动势将 与绕组电流同相。通过检测电机电流的上升和下降电流象限之间的反电动势相移，DRV8452 可检测到电机过载失 速情况或线路末端运动。 图 7-43. 通过监控电机反电动势进行失速检测 失速检测算法在以下情况下启用： • • • • 该器件编程为使用 SPI 接口运行 (MODE = 1) 衰减模式编程为智能调优纹波控制 (DECAY = 111b) EN_STL 为 1b 不存在故障条件（UVLO、OCP、OL、OTSD 等）。 该算法可通过监控 PWM 关断时间来比较上升和下降电流象限之间的反电动势，并生成一个称为扭矩计数的参 数，该参数由 TRQ_COUNT 寄存器表示。进行比较时，TRQ_COUNT 值在很大程度上与电机电流、环境温度和 电源电压无关。即使驱动器在全步进模式下运行，也可以检测电机失速。 TRQ_COUNT 的计算结果是最近四个电气半个周期的运行平均值。TRQ_COUNT 寄存器每个电气半个周期更新 一次。更新后的 TRQ_COUNT 与 STALL_TH 进行比较，如果检测到失速情况，则会在电气半个周期电流过零时 报告并锁存失速故障。 对于轻载电机，TRQ_COUNT 将为非零值。当电机接近失速状态时，TRQ_COUNT 将接近零并可用于检测失速 状态。 • 如果任何时候 TRQ_COUNT 降至失速阈值（由 STALL_TH 寄存器表示）以下，该器件将检测到失速。 • STALL、STL 和 FAULT 位将在 SPI 寄存器中被锁存为 1b。 • STL_REP 位控制失速的报告方式。 – 如果 STL_REP 位为 1b，当检测到失速时，nFAULT 引脚将被驱动为低电平。 – 如果 STEL_REP 为 0b，则即使检测到失速，nFAULT 引脚也将保持高电平。 在失速情况下，电机轴不会旋转。当失速条件消失并且电机转速从零升至其目标速度时，电机会呈斜坡趋势增加 到目标转速。当通过 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲发出清除故障命令后，nFAULT 将被释放并且故障寄存器 将被清除。 电机线圈阻抗较高可能会导致 TRQ_COUNT 低。TRQ_SCALE 位允许按比例调高 TRQ_COUNT 值，以便于进一 步处理。 58 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 • 如果最初计算的 TRQ_COUNT 值小于 500，并且 TRQ_SCALE 位为 1b，则 TRQ_COUNT 输出寄存器将乘以 8。 • 如果 TRQ_SCALE 位为 0b，TRQ_COUNT 会保留算法最初计算的值。 失速阈值可通过两种方式设置 – • 用户可以通过观察 TRQ_COUNT 输出在所有运行条件下的行为来写入 STALL_TH 位。 • 该算法可以使用自动失速学习过程来学习失速阈值，如下所述： – – – – – – – – 开始学习之前，请确保电机已达到其目标速度。请勿在电机转速加快或减慢时学习失速阈值。 通过将 STL_LRN 位设置为 1b 开始学习。 空载运行电机。 等待 32 个电气周期，让驱动器了解稳态计数。 让电机失速。 等待 16 个电气周期，让驱动器了解失速计数。 如果学习成功，STL_LRN_OK 位会变为 1b。 失速阈值计算为稳定计数和失速计数的平均值，并存储在 STALL_TH 寄存器中。 下面展示了有关如何设置失速阈值的流程图。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 59 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 START 4.5V
VM
48V MODE = 1 Wait tWAKE nSLEEP = 1 EN_OUT = 0 SPI WRITE Inialize Registers AUTOMATIC LEARNING Re-learn SPI_READ CTRL7 and CTRL8 Registers to get TRQ_COUNT while spinning at the desired speed. Start with a STALL_TH of TRQ_COUNT/2 and ne tune for reliable Stall detecon. MANUAL STALL DETECTION SPI WRITE CTRL4 = 0x3C Set Desired VREF SPI WRITE CTRL5, 6 = STALL_TH CTRL4 = 0x1C Set Desired VREF DRVOFF EN_OUT ==10 Spin Motor with desired DIR, STEP EN_OUT DRVOFF = 01 Spin Motor with desired DIR, STEP Stall Motor for > 16 Stall Motor Electrical Cycles NO NO nFAULT = 0? SPI READ DIAG Status 2 nFAULT = 0? YES YES SPI READ Fault status NO STL_LRN_OK = 1? STL = 1? YES, Learn Success Stop Motor Remove Stall Clear Fault NO Other OtherFaults Faults, take Takeac acon on YES, Motor Stalled Stop Motor Stop Motor SPI WRITE Clear Fault CTRL4 = 0xB0 Clear Fault Spin Motor with desired DIR, STEP SPI READ Fault status Clear Fault YES nFAULT = 1? NO EN_OUT = 0 Invesgate Fault Condion NO STL = 1? YES, Motor Stalled Stop Motor Stop Motor SPI WRITE Clear Fault CTRL4 = 0xB0 Clear Fault nFAULT = 1? YES NO EN_OUT = 0 Inves
gate Fault Condi on 图 7-44. 失速学习流程图 60 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 有时，由于电机运行或失速时扭矩计数不稳定，自动失速学习过程可能无法成功进行。例如，当电机具有较高的 线圈电阻或以非常高或低的速度运行时，扭矩计数可能会随时间变化很大，并且稳定计数与失速计数之间的差异 可能很小。在这种情况下，建议不要使用自动失速学习方法。用户应仔细研究整个工作条件范围内的稳定计数和 扭矩计数，并将阈值设为介于最小稳定计数和最大失速计数之间的中间值。 在一种速度下获得的失速阈值可能不能充分适合其他速度。建议每当电机转速变化百分比大于 10% 时，均重新获 得失速阈值。 备注 • 失速检测算法取决于修改 PWM 关断时间的反电动势。反电动势与电机转速成正比。为了使失速检 测可靠工作，电机速度应足够高，以便能够生成具有足够振幅的反电动势。电机线圈电阻越高，实 现可靠失速检测所需的最低速度就越大。 • 当器件通过切换 EN_OUT 位或 ENABLE 引脚从禁用模式（H 桥高阻态）进入激活模式时；或者当 器件通过发出 CLR_FLT 从故障中恢复时，失速检测故障也可能会被标记。这是因为 TRQ_CNT 达 到高于 STL_TH 的值所花费的时间。由于失速故障，nFAULT 可能会保持低电平（如果 STL_REP = 1b)，并且需要另一个 CLR_FLT 来释放失速故障和 nFAULT 引脚。这可通过以下方式来表示： – 启用活动模式后启用失速检测（仅在写入 EN_OUT = 1b 并使 ENABLE = 逻辑高电平后，才能写 入 EN_STALL = 1b） – 仅在电桥处于激活模式或已发出 CLR_FLT 命令以清除故障条件后才启动 STEP 脉冲。 • 如果由于低电源电压、高线圈电阻或电机高速而导致无法进行电流调节，失速检测可能无法可靠地 工作，因为 TRQ_COUNT 可能不稳定并可能跳至高值。可以通过查看线圈电流波形来检查和确认这 一点。如果线圈电流具有标准正弦波形，并且正弦波的峰值达到所需的满量程电流，则失速检测将 可靠地工作。如果由于高速或低电源电压而导致电流波形为三角形，则失速检测算法可能无法可靠 地运行。 • 如果 EN_STL = 1b 并且还启用了自动扭矩，则当检测到电机失速时，线圈电流会变为 ATQ_TRQ_MAX。 • 如果 EN_STL = 0b 并且启用了自动扭矩，则当电机失速时，线圈电流会变为 ATQ_TRQ_MIN。 7.3.19.6 开路负载检测 (OL) 检测到开路负载故障： • 当电机运行时 – 如果线圈电流降至开路负载电流阈值 (IOL) 以下 • 当电机处于保持状态时 – 如果线圈电流降至分度器设置的 ITRIP 电平以下 • 如果上述情况持续时间超过开路负载检测时间 (tOL) 当器件使用 SPI 接口运行时，EN_OL 位必须为 1b 才能启用开路负载检测。 开路负载检测时间 (tOL) 设置如表 7-28 所示： 表 7-28. 开路负载检测时间 接口 OL_T 最大 tOL (ms) H/W 接口 不适用 60 00b 30 01b（默认值） 60 10b 120 SPI 接口 一旦检测到开路负载故障： Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 61 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 • nFAULT 会被拉低。 • 如果器件使用 SPI 接口工作： – OL 和 FAULT 位锁存为 1b – 如果 OL_A 位为 1b，则表明绕组 A 在 AOUT1 和 AOUT2 之间出现开路负载故障。 – BOUT1 和 BOUT2 之间出现开路负载故障会使 OL_B 位变为 1b。 当开路负载条件消失后，具体行为取决于器件是配置为使用 H/W 接口还是 SPI 接口。 当器件配置为使用 H/W 接口并且开路负载条件消失时： • 如果 ENABLE 引脚为逻辑高电平，nFAULT 将立即被释放。 • 如果 ENABLE 引脚为高阻态，则在施加 nSLEEP 复位脉冲后会释放 nFAULT。 当器件配置为使用 SPI 接口且开路负载条件消失时： • 如果 OL_MODE 位为 1b，则立即释放 nFAULT。仅当通过 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲发出清除故障命 令后，故障寄存器中的 OL 位和 DIAG2 寄存器中的 OL_X 位才会被清除。 • 如果 OL_MODE 位为 0b，则在通过 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲发出清除故障命令后，nFAULT 或故障 位会被释放。 当器件下电上电或退出睡眠模式时，该开路负载故障也会清除。 62 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-45 和图 7-46 分别展示了线圈 A 和线圈 B 分别开路时的开路负载检测。开路负载检测时间被选择为最大 60ms，OL_MODE 位为 0b。 从上到下的布线：AOUT2、线圈 A 电流、线圈 B 电流、nFAULT 图 7-45. 线圈 A 开路负载检测 从上到下的布线：AOUT2、线圈 A 电流、线圈 B 电流、nFAULT 图 7-46. 线圈 B 开路负载检测 备注 • 在静音阶跃衰减模式下，仅当电机处于运动状态时才会进行开路负载故障检测。如果电机处于静止 状态，则不支持开路负载检测。 • 检测到开路负载故障时 – 如果 ENABLE 引脚从逻辑高电平动态变为高阻态，则在开路负载条件消失后应用 nSLEEP 复位 脉冲。 – 如果 OL_MODE 从 1b 更改为 0b 或 EN_OL 从 1b 更改为 0b，则在开路负载条件消失后应用清 除故障命令。 • 当器件在启用自动扭矩的情况下工作时，如果检测到开路负载故障，则线圈电流会变为与 TRQ_DAC 相对应的值。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 63 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.3.19.7 过热警告 (OTW) 如果内核温度超过过热警告的跳变点 (TOTW)，则会检测到过热警告。仅当器件使用 SPI 接口运行时，才支持此功 能。 当检测到 OTW 时： • • • • OTW 和 TF 位会被置为 1b 器件不会执行任何其他操作，并且会继续运行。 电荷泵保持有效状态。 如果 TW_REP 位为 1b – 如果发生 OTW，nFAULT 会被拉低 – FAULT 位设为 1b 当内核温度降至低于过热警告的迟滞点 (THYS_OTW) 时，OTW 和 TF 位会自动清除。 7.3.19.8 热关断 (OTSD) 如果内核温度超过热关断限值 (TOTSD)，则会检测到热关断。当检测到热关断时： • 会禁用 H 桥中的所有 MOSFET • nFAULT 被驱动为低电平 • 电荷泵会被禁用 • 使用 SPI 接口工作时 – FAULT、TF 和 OTS 位被设置为 1b 热关断恢复保护可在两种不同的模式下运行：锁存关断和自动重试。该器件支持动态更改恢复模式。 7.3.19.8.1 锁存关断 要选择锁存关断模式： • 如果器件使用 H/W 接口运行，则 ENABLE 引脚应为高阻态 • 如果器件使用 SPI 接口运行，则 OTSD_MODE 应为 0b 在该模式下，结温降至过热阈值限值减去迟滞 (TOTSD – THYS_OTSD) 所得的值以下后，器件会在应用 nSLEEP 复 位脉冲或下电上电后恢复正常运行。 7.3.19.8.2 自动重试 要选择自动重试模式，请进行以下设置： • 对于 H/W 接口，ENABLE 引脚必须为逻辑高电平 (>2.7V) • 对于 SPI 接口，OTSD_MODE 位应为 1b 在该模式下，结温降至过热阈值限值减去迟滞 (TOTSD – THYS_OTSD) 所得的值以下后，器件将恢复正常运行（电 机驱动器运行且释放 nFAULT 线路）。当采用 SPI 接口工作时，TF 和 OTS 位保持锁存为 1b，指示发生热事件， 直到通过 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲发出清除故障命令为止。 7.3.19.9 电源电压检测 内部 ADC 会监控施加到电机驱动器的电源电压，并在 CTRL14 寄存器中的 VM_ADC 位上输出该值。默认值为 01011b，对应于 24V。 该电源电压读数可用于实现控制器过压保护，方法是在电源电压超过预定阈值时禁用电机驱动器。 7.3.19.10 nFAULT 输出 nFAULT 引脚具有开漏输出且应上拉至 5V、3.3V 或 1.8V 电源电压。nFAULT 引脚在上电后将为高电平。当检测 到故障时，nFAULT 引脚将变成逻辑低电平。对于 5V 上拉，nFAULT 引脚可通过一个电阻连接至 DVDD 引脚。 对于 3.3V 或 1.8V 上拉，必须使用一个外部电源。 64 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 Output nFAULT 图 7-47. nFAULT 引脚 7.3.19.11 故障条件汇总 表 7-29. 故障条件汇总 故障 条件 配置 错误报告 H桥 电荷泵 分度器 逻辑 恢复 禁用 禁用 禁用 复位 VM > VUVLO VM 欠压 (UVLO) VM < VUVLO — nFAULT/S PI VCP 欠压 (CPUV) VCP < VCPUV — nFAULT/S PI 禁用 工作 工作 工作 VCP > VCPUV 逻辑电源 POR VCC < VCCUVLO — SPI 禁用 禁用 禁用 复位 VCC > VCCUVLO OCP_MODE = 0b/ ENABLE = 高阻态 nFAULT/S PI 禁用 工作 工作 工作 锁存： CLR_FLT / nSLEEP 复位脉 冲 OCP_MODE = 1b/ ENABLE = 1 nFAULT/S PI 禁用 工作 工作 工作 自动重试： tRETRY OL_MODE = 1b / ENABLE =1 nFAULT/S PI 工作 工作 工作 工作 自动 OL_MODE = 0b / ENABLE = 高阻态 nFAULT/S PI 工作 工作 工作 工作 锁存： CLR_FLT / nSLEEP 复位脉 冲 STL_REP = 0b SPI 工作 工作 工作 工作 过流（OCP） 开路负载 (OL) 失速检测 (STALL) 过热警告 (OTW) 热关断 (OTSD) IOUT > IOCP 检测到空载 电机失速/卡住 TJ > TOTW CLR_FLT / nSLEEP 复位脉 STL_REP = 1b nFAULT/S PI 工作 工作 工作 工作 TW_REP = 1b nFAULT/S PI 工作 工作 工作 工作 TW_REP = 0b SPI 工作 工作 工作 工作 OTSD_MODE = 0b/ ENABLE = 高阻态 nFAULT/S PI 禁用 禁用 工作 工作 锁存： CLR_FLT / nSLEEP 复位脉 冲 OTSD_MODE = 1b/ ENABLE = 1 nFAULT/S PI 禁用 禁用 工作 工作 自动：TJ < TOTSD THYS_OTSD TJ > TOTSD 冲 自动：TJ < TOTW - THYS_OTW 7.3.20 器件功能模式 7.3.20.1 睡眠模式 当 nSLEEP 引脚为低电平时，该器件将进入低功耗睡眠模式。在睡眠模式下，将会禁用所有内部 MOSFET、 DVDD 稳压器、SPI 和电荷泵。必须在 nSLEEP 引脚上的下降沿之后再过去 tSLEEP 时间后，器件才能进入睡眠模 式。如果 nSLEEP 引脚变为高电平，该器件会自动退出睡眠模式。必须在经过 tWAKE 时间之后，器件才能针对输 入做好准备。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 65 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.3.20.2 禁用模式 ENABLE 引脚用于启用或禁用器件中的半桥。当 ENABLE 引脚为低电平时，输出驱动器会禁用（高阻态）。使用 SPI 接口工作时，EN_OUT 位也可用于禁用输出驱动器，如表 7-30 所示。当 EN_OUT 位为 0b 时，输出驱动器 会禁用（高阻态）。 表 7-30. 启用或禁用输出驱动器的条件 nSLEEP ENABLE EN_OUT H桥 0 X X 禁用 1 0 0b 禁用 1 0 1b 禁用 1 1 0b 禁用 1 1 1b 启用 7.3.20.3 工作模式 在以下情况下启用该模式： • nSLEEP 为高电平 • ENABLE 引脚为高阻态或逻辑高电平 • 对于 SPI 接口，EN_OUT = 1b • VM > UVLO 必须在经过 tWAKE 时间之后，器件才能针对输入做好准备。 7.3.20.4 nSLEEP 复位脉冲 锁存故障可通过 nSLEEP 复位脉冲清除。该脉冲的宽度必须在 20µs 至 40µs 之间。如果 nSLEEP 保持低电平的 时间在 40µs 至 120µs 之间，则会清除故障，但器件有可能会关断，也有可能不关断，如图 7-48 所示。该复位脉 冲不影响电荷泵或其他功能块的状态。 nSLEEP 20 µs 120 µs 40 µs All faults cleared, device stays active All faults cleared, device may or may not shutdown Device shuts down (goes into sleep mode, faults cleared by default) 图 7-48. nSLEEP 复位脉冲 7.3.20.5 功能模式汇总 表 7-31. 功能模式汇总 条件 66 睡眠模式 4.5V < VM < 48V 工作 4.5V < VM < 48V 禁用 4.5V < VM < 48V 配置 H桥 DVDD 稳压器 电荷泵 分度器 逻辑 nSLEEP 引脚 = 0 禁用 禁用 禁用 禁用 禁用 工作 工作 工作 工作 工作 禁用 工作 工作 工作 工作 nSLEEP 引脚= 1 ENABLE = 1 且 EN_OUT = 1b nSLEEP 引脚 = 1 ENABLE 引脚 = 0 或 EN_OUT = 0b Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.4 编程 7.4.1 串行外设接口 (SPI) 通信 当配置为使用 SPI 接口工作时，该器件提供全双工、4 线同步通信，用于设置器件配置、工作参数，以及从器件 读取诊断信息。本节介绍了 SPI 协议、命令结构以及控制和状态寄存器。SPI 在目标模式下工作，并且可以通过 以下配置与控制器连接： • 一个目标器件 • 并行连接的多个目标器件 • 串行（菊花链）连接的多个目标器件 7.4.1.1 SPI 格式 串行数据输入 (SDI) 字包含一个 16 位字，即 8 位命令 (A1) 后跟 8 位数据 (D1)。串行数据输出 (SDO) 字包含 8 位状态寄存器，其中带有故障状态指示 (S1)，后跟一个报告字节 (R1)。图 7-49 展示了控制器和 SPI 目标驱动器 之间的数据序列。 nSCS A1 D1 S1 R1 SDI SDO 图 7-49. SPI 格式 - 标准“16 位”帧 有效帧必须满足以下条件： • 当 nSCS 引脚变为低电平和高电平时，SCLK 引脚必须为低电平。 • nSCS 引脚在两帧之间的高电平时间至少应为 500ns。 • 当 nSCS 引脚被拉为高电平时，SCLK 和 SDI 引脚上的任何信号都将被忽略，并且 SDO 引脚处于高阻态 (HiZ)。 • 必须进行完整的 16 个 SCLK 周期，标准帧的事务才有效；或者，对于具有“n”个外设器件的菊花链帧，必须 进行 16 + (n x 16) 个 SCLK 周期，事务才有效。否则，会报告帧错误 (SPI_ERROR)，如果是写入操作，则数 据会被忽略。 • 来自器件的 SDO 上的数据会在 SCLK 的上升沿传播，而 SDI 上的数据会由器件在 SCLK 的下个下降沿捕获。 • 最高有效位 (MSB) 最先移入和移出。 • 对于写命令，寄存器中要写入的现有数据会在 8 位命令数据之后在 SDO 引脚上移出。 SDI 输入数据字长为 16 位，包含以下格式，如表 7-32 所示： • 命令字节（前 8 位） – MSB 位指示帧类型（对于标准帧，位 B15 = 0）。 – MSB 位旁边是 W0，指示读取或写入操作（位 B14，写入 = 0，读取 = 1） – 后跟 6 个地址位，A[5:0]（位 B13 至 B8） • 数据字节（最后 8 位） – 最后 8 位表示数据，D[7:0]（位 B7 至 B0）。对于读取操作，这些位通常设置为空值，而对于写入操作， 这些位包含用于写入所寻址寄存器的数据值。 表 7-32. SDI - 标准帧格式 读/写 地址 数据 B15 B14 B13 B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 0 W0 A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 67 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 SDO 输出数据字长为 16 位，包含以下格式，如表 7-33 所示： • 状态字节（前 8 位） – 2 个 MSB 位被强制为高电平（B15、B14 = 1）。 – 以下 6 位来自故障寄存器（B13 至 B8） • 报告字节（最后 8 位） – 最后 8 位 (B7:B0) 为读取操作要读取的寄存器中的当前数据 (W0 = 1)，或者为写入命令要写入的寄存器中 的现有数据 (W0 = 0)。 表 7-33. SDO 输出数据字格式 状态 报告 B15 B14 B13 B12 B11 B10 B9 B8 B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 1 1 UVLO CPUV OCP STL TF OL D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 7.4.1.2 用于菊花链配置的多个目标器件的 SPI 将多个器件连接到控制器时，可以使用或不使用菊花链。如果要在不使用菊花链的情况下将“n”个器件连接到控 制器，必须针对 nSCS 引脚利用来自控制器的“n”个 GPIO 资源。然而，如果使用菊花链配置，则可利用单条 nSCS 线路来连接多个器件。 图 7-50 展示了三个器件以菊花链形式连接时的拓扑。当多个器件与同一控制器通信时，此配置可节省 GPIO 端 口。 Commander M-SDO SDI1 DRV8452 (1) SDO1 / SDI2 DRV8452 (2) SDO2 / SDI3 DRV8452 (3) SDO3 M-nSCS M-SCLK M-SDI 图 7-50. 在菊花链中连接的三个器件 链中的第一个器件从 MCU 接收数据（如图 7-51 所示），以便进行三器件配置：2 字节标头 (HDRx) 后跟 3 字节 地址 (Ax) 后跟 3 字节数据 (Dx)。 68 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 nSCS HDR1 HDR2 A3 A2 A1 D3 D2 D1 S1 HDR1 HDR2 A3 A2 R1 D3 D2 S2 S1 HDR1 HDR2 A3 R2 R1 D3 S3 S2 S1 HDR1 HDR2 R3 R2 R1 SDI1 SDO1 / SDI2 SDO2 / SDI3 SDO3 All Address bytes reach destination Status response here All Data bytes reach destination Reads executed here Writes executed here 图 7-51. 带有三个器件的 SPI 帧 通过链中传送数据后，MCU 会按图 7-52 中所示的格式接收数据字符串，以便进行三器件配置：3 字节状态 (Sx) 后跟 2 字节标头后跟 3 字节报告 (Rx)。 nSCS HDR1 HDR2 A3 A2 A1 D3 D2 D1 S3 S2 S1 HDR1 HDR2 R3 R2 R1 SDI SDO 图 7-52. 用于三个器件的 SPI 数据序列 标头字节包含链中连接的器件数量信息，以及一个全局清除故障命令，该命令将在芯片选择 (nSCS) 信号的上升沿 清除所有器件的故障寄存器。标头值 N5 到 N0 是 6 位，专用于显示链中的器件数量。每个菊花链连接最多可串行 连接 63 个器件。 HDR2 寄存器的 5 个 LSB 不用考虑位，MCU 可以使用这些位来确定菊花链连接的完整性。对于两个 MSB，标头 字节必须以 1 和 0 开头。 HDR 1 1 0 N5 N4 N3 HDR 2 N2 N1 No. of devices in the chain (up to 26 ± 1= 63) N0 1 0 CLR x 1 = global FAULT clear 0 = GRQ¶W FDUH x x x x 'RQ¶W FDUH 图 7-53. 标头字节 状态字节提供菊花链中每个器件的故障状态寄存器的相关信息，因此 MCU 不必启动读取命令即可从任何特定器件 读取故障状态。这样可以保留用于 MCU 的其他读取命令，并使系统更有效地确定器件中标记的故障条件。对于两 个 MSB，状态字节必须以 1 和 1 开头。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 69 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 1 0 N5 N4 N3 N2 N1 N0 1 0 CLR X X X X X Status Byte (Sx) 1 1 UVLO CPUV OCP STL TF OL Address Byte (Ax) 0 R/W A5 A4 A3 A2 A1 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Header Bytes (HDRx) Data Byte (Dx) 图 7-54. 标头、状态、地址和数据字节的内容 当数据通过器件时，它通过计算接收到的状态字节数后跟第一个标头字节来确定自身在链中的位置。例如，在这 种三器件配置中，链中的器件 2 在接收 HDR1 字节之前先接收两个状态字节，然后再接收 HDR2 字节。 根据两个状态字节，数据可以确定其位于链中的第二个位置。根据 HDR2 字节，数据可以确定链中连接了多少个 器件。这样，数据仅将相关的地址和数据字节加载到其缓冲区中，并绕过其他位。该协议允许在不增加系统延迟 的情况下为链上多达 63 个器件提供更快的通信。 对于单器件连接，地址和数据字节保持不变。图 7-51 中显示的报告字节（R1 到 R3）是所访问的寄存器的内容。 nSCS SCLK SDI X MSB LSB X SDO Z MSB LSB Z Capture Point Propagate Point 图 7-55. SPI 事务 7.4.1.3 用于并行配置的多个目标器件的 SPI 图 7-56 显示了以并行配置连接的三个 DRV8452 器件。 70 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 SDO1 SDI2 SDO2 nSCS SPI SCLK nSCS SPI DRV8452 (3) SDI3 SDO3 SPI nSCS SDI1 DRV8452 (2) SCLK DRV8452 (1) SCLK Microcontroller M-CS1 M-CS2 M-CS3 M-CLK M-SDO M-SDI 图 7-56. 以并行配置连接的三个器件 7.5 寄存器映射 表 7-34 列出了该器件的存储器映射寄存器。表 7-34 中未列出的所有寄存器地址都应视为保留的存储单元，并且 不得修改寄存器内容。 表 7-34. 内存映射 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 类型 地址 FAULT FAULT SPI_ERROR UVLO CPUV OCP STL TF OL R 0x00 DIAG1 OCP_LS2_B OCP_HS2_B OCP_LS1_B OCP_HS1_B OCP_LS2_A OCP_HS2_A OCP_LS1_A OCP_HS1_A R 0x01 DIAG2 STSL OTW OTS STL_LRN_OK STALL LRN_DONE OL_B OL_A R 0x02 DIAG3 RSVD NHOME CNT_OFLW CNT_UFLW RSVD NPOR R 0x03 CTRL1 EN_OUT SR IDX_RST RW 0x04 CTRL2 DIR STEP RW 0x05 CTRL3 CLR_FLT RW 0x06 RW 0x07 RW 0x08 CTRL4 SPI_DIR TOFF [1:0] STL_LRN EN_STL RC_RIPPLE[1:0] DIS_SSC TRQ_SCALE CTRL5 CTRL6 MICROSTEP_MODE [3:0] TOCP OCP_MODE STL_REP STL_FRQ OTSD_MODE OTW_REP STEP_FRQ_TOL[1:0] STALL_TH [7:0] CTRL7 STALL_TH [11:8] TRQ_COUNT [7:0] CTRL8 CTRL9 DECAY [2:0] SPI_STEP LOCK [2:0] TBLANK_TIME[1:0] RSVD RSVD EN_OL OL_MODE TRQ_COUNT[11:8] OL_T[1:0] STEP_EDGE RES_AUTO[1:0] EN_AUTO RW 0x09 R 0x0A R 0x0B RW 0x0C CTRL10 ISTSL[7:0] RW 0x0D CTRL11 TRQ_DAC [7:0] RW 0x0E RW 0x0F RW 0x10 R 0x11 R 0x12 R 0x13 R 0x14 R 0x15 RW 0x16 CTRL12 EN_STSL CTRL13 INDEX1 INDEX2 RSVD TSTSL_DLY[5:0] VREF_INT_EN RSVD CUR_A_POS[7:0] CUR_A_SIGN INDEX3 INDEX4 TSTSL_FALL[3:0] RSVD CUR_B_POS[7:0] CUR_B_SIGN INDEX5 CUSTOM_CTRL1 RSVD CUR_A[1:0] CUR_A[9:2] RSVD EN_CUSTOM Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 71 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-34. 内存映射 (continued) 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 类型 地址 CUSTOM_CTRL2 CUSTOM_CURRENT1[7:0] RW 0x17 CUSTOM_CTRL3 CUSTOM_CURRENT2[7:0] RW 0x18 CUSTOM_CTRL4 CUSTOM_CURRENT3[7:0] RW 0x19 CUSTOM_CTRL5 CUSTOM_CURRENT4[7:0] RW 0x1A CUSTOM_CTRL6 CUSTOM_CURRENT5[7:0] RW 0x1B CUSTOM_CTRL7 CUSTOM_CURRENT6[7:0] RW 0x1C CUSTOM_CTRL8 CUSTOM_CURRENT7[7:0] RW 0x1D CUSTOM_CTRL9 CUSTOM_CURRENT8[7:0] RW 0x1E ATQ_CTRL1 ATQ_CNT[7:0] R 0x1F RW 0x20 RW 0x21 RW 0x22 ATQ_CTRL2 ATQ_CNT[10:8] RSVD ATQ_CTRL3 ATQ_LRN_CONST1[10:8] ATQ_LRN_CONST1[7:0] ATQ_CTRL4 ATQ_LRN_MIN_CURRENT[4:0] ATQ_LRN_CONST2[10:8] ATQ_CTRL5 ATQ_LRN_CONST2[7:0] RW 0x23 ATQ_CTRL6 ATQ_UL[7:0] RW 0x24 ATQ_CTRL7 ATQ_LL[7:0] RW 0x25 ATQ_CTRL8 KP[7:0] RW 0x26 RW 0x27 RW 0x28 ATQ_CTRL9 ATQ_CTRL10 RSVD ATQ_EN KD[3:0] LRN_START ATQ_FRZ[2:0] ATQ_AVG[2:0] ATQ_CTRL11 ATQ_TRQ_MIN[7:0] RW 0x29 ATQ_CTRL12 ATQ_TRQ_MAX[7:0] RW 0x2A ATQ_CTRL13 ATQ_D_THR[7:0] RW 0x2B ATQ_CTRL14 RSVD RW 0x2C RW 0x2D R 0x2E RW 0x2F RW 0x30 RW 0x31 ATQ_CTRL15 ATQ_ERROR_TRUNCATE[3:0] ATQ_LRN_STEP[1:0] ATQ_CTRL16 ATQ_CTRL17 ATQ_TRQ_DAC[7:0] RSVD VM_SCALE RSVD ATQ_CTRL18 SS_CTRL1 ATQ_LRN_CYCLE_SELECT[1:0] RSVD SS_SMPL_SEL[1:0] RSVD SS_PWM_FREQ[1:0] RSVD EN_SS SS_CTRL2 SS_KP[7:0] RW 0x32 SS_CTRL3 SS_KI[7:0] RW 0x33 RW 0x34 RW 0x35 RW 0x3C SS_CTRL4 RSVD SS_KI_DIV_SEL[2:0] SS_CTRL5 RSVD SS_KP_DIV_SEL[2:0] SS_THR[7:0] CTRL 14 VM_ADC[4:0] RSVD 复杂的位访问类型经过编码可适应小型表单元。表 7-35 显示了适用于此部分中访问类型的代码。 表 7-35. 访问类型代码 访问类型 代码 说明 R 读取 W 写入 读取类型 R 写入类型 W 72 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-35. 访问类型代码 (continued) 访问类型 代码 说明 复位或默认值 -n 复位后的值或默认值 7.5.1 状态寄存器 状态寄存器用于报告警告和故障状况。状态寄存器是只读寄存器。 表 7-36 列出了状态寄存器的存储器映射寄存器。表 7-36 中未列出的所有寄存器偏移地址都应视为保留的存储单 元，并且不应修改寄存器内容。 表 7-36. 状态寄存器汇总表 地址 寄存器名称 部分 0x00 故障 查找 0x01 DIAG1 查找 0x02 DIAG2 转到 0x03 DIAG3 转到 7.5.1.1 FAULT（地址 = 0x00）[默认值 = 00h] 图 7-57 中显示了故障状态，表 7-37 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-57. 故障寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 FAULT SPI_ERROR UVLO CPUV OCP STL TF OL R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b 表 7-37. 故障寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 FAULT 读 0b 当器件出现任何故障情况时，FAULT 位为 1b。在正常工作期间，FAULT 位 为 0b。当 FAULT 位为 1b 时，nFAULT 引脚会被下拉。在正常工作期间， nFAULT 引脚会被释放。 6 SPI_ERROR R 0b 指示 SPI 协议错误，例如 SCLK 脉冲多于所需，或者缺少 SCLK，即使 nSCS 为低电平。SPI_ERROR 会在出现故障时变为 1b，并且 nFAULT 引 脚会被驱动为低电平。当协议错误消失时，并且已通过 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲发出清除故障命令后，器件将恢复正常运行。 5 UVLO 读 0b 当该位为 1b 时，表示存在电源欠压锁定故障情况。 4 CPUV R 0b 当该位为 1b 时，表示存在电荷泵欠压故障情况。 3 OCP R 0b 当该位为 1b 时，表示存在过流故障情况 2 STL R 0b 当该位为 1b 时，表示存在电机失速情况。 1 TF R 0b 过热警告 (OTW) 和过热关断 (OTSD) 的逻辑或。当该位为 1b 时，表示出现 0 OL R 0b 过热故障。 当该位为 1b 时，表示存在开路负载故障情况。 7.5.1.2 DIAG1（地址 = 0x01）[默认值 = 00h] 图 7-58 展示了 DIAG1，表 7-38 中对此进行了介绍。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 73 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 只读 返回寄存器映射表 图 7-58. DIAG1 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 OCP_LS2_B OCP_HS2_B OCP_LS1_B OCP_HS1_B OCP_LS2_A OCP_HS2_A OCP_LS1_A OCP_HS1_A R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b 表 7-38. DIAG1 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 OCP_LS2_B R 0b 当该位为 1b 时，表示连接到 BOUT2 的半桥在低侧 FET 上存在过流故障 6 OCP_HS2_B R 0b 当该位为 1b 时，表示连接到 BOUT2 的半桥在高侧 FET 上存在过流故障 5 OCP_LS1_B R 0b 当该位为 1b 时，表示连接到 BOUT1 的半桥在低侧 FET 上存在过流故障 4 OCP_HS1_B R 0b 当该位为 1b 时，表示连接到 BOUT1 的半桥在高侧 FET 上存在过流故障 3 OCP_LS2_A R 0b 当该位为 1b 时，表示连接到 AOUT2 的半桥在低侧 FET 上存在过流故障 2 OCP_HS2_A R 0b 当该位为 1b 时，表示连接到 AOUT2 的半桥在高侧 FET 上存在过流故障 1 OCP_LS1_A R 0b 当该位为 1b 时，表示连接到 AOUT1 的半桥在低侧 FET 上存在过流故障 0 OCP_HS1_A R 0b 当该位为 1b 时，表示连接到 AOUT1 的半桥在高侧 FET 上存在过流故障 7.5.1.3 DIAG2（地址 = 0x02）[默认值 = 00h] 图 7-59 展示了 DIAG2，表 7-39 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-59. DIAG2 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 STSL OTW OTS STL_LRN_OK STALL LRN_DONE OL_B OL_A R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b 表 7-39. DIAG2 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 STSL R 0b 当该位为 1b 时，表示器件正在以静止省电模式运行。 6 OTW R 0b 当该位为 1b 时，表示出现过热警告。 5 OTS R 0b 当该位为 1b 时，表示出现过热关断。 4 STL_LRN_OK R 0b 当该位为 1b 时，表示失速检测学习成功。 3 STALL R 0b 当该位为 1b 时，表示存在电机失速情况。 2 LRN_DONE R 0b 当该位为 1b 时，表示自动扭矩学习成功。 1 OL_B R 0b 当该位为 1b 时，表示 BOUT 线圈中存在开路负载检测。 0 OL_A R 0b 当该位为 1b 时，表示 AOUT 线圈中存在开路负载检测。 7.5.1.4 DIAG3（地址 = 0x03）[默认值 = 00h] 图 7-60 展示了 DIAG3，表 7-40 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 74 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-60. DIAG3 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 RSVD NHOME CNT_OFLW CNT_UFLW RSVD NPOR RSVD R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-0b R-00b 表 7-40. DIAG3 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 RSVD R 0b 保留 6 NHOME R 0b 当该位为 1b 时，表示分度器位于初始位置以外的位置。 5 CNT_OFLW R 0b 当该位为 1b 时，表示 ATQ_CNT 大于 ATQ_UL 4 CNT_UFLW R 0b 当该位为 1b 时，表示 ATQ_CNT 小于 ATQ_LL 3 RSVD R 0b 保留 2 NPOR R 0b • 0b = 表示之前的 VCC UVLO 事件 • 1b = 表示在 VCC UVLO 事件之后，NPOR 位已由 CLR_FLT 或 nSLEEP 复位脉冲输入清零 RSVD 1-0 R 00b 保留 7.5.2 控制寄存器 IC 控制寄存器用于配置器件。控制寄存器支持读写。 表 7-41 列出了控制寄存器的存储器映射寄存器。表 7-41 中未列出的所有寄存器偏移地址都应视为保留的存储单 元，并且不应修改寄存器内容。 表 7-41. 控制寄存器汇总表 地址 寄存器名称 节 0x04 CTRL1 查找 0x05 CTRL2 查找 0x06 CTRL3 查找 0x07 CTRL4 查找 0x08 CTRL5 查找 0x09 CTRL6 查找 0x0A CTRL7 查找 0x0B CTRL8 转到 0x0C CTRL9 转到 0x0D CTRL10 转到 0x0E CTRL11 转到 0x0F CTRL12 查找 0x1A CTRL13 查找 0x3C CTRL14 转到 7.5.2.1 CTRL1（地址 = 0x04）[默认值 = 0Fh] 图 7-61 展示了 CTRL1，表 7-42 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 75 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-61. CTRL1 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 EN_OUT SR IDX_RST TOFF [1:0] DECAY [2:0] R/W-0b R/W-0b R/W-0b R/W-01b R/W-111b 0 表 7-42. CTRL1 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 EN_OUT R/W 0b 0b = 所有输出均禁用 1b = 所有输出均启用 6 SR R/W 0b 0b = 输出上升/下降时间为 140ns 1b = 输出上升/下降时间为 70ns 5 IDX_RST R/W 0b 该位为 1b 时，它会将分度器电角重置为 45°，但存储器映射寄存 器的内容不会改变。 4-3 TOFF [1:0] 2-0 R/W DECAY [2:0] 01b R/W 111b • 00b = 9µs • 01b = 19µs • 10b = 27µs • 11b = 35µs • 000b = 慢速衰减 • 100b = 混合 30% 衰减 • 101b = 混合 60% 衰减 • 110b = 智能调优动态衰减 • 111b = 智能调优纹波控制 • 001b、010b、011b = 被保留 7.5.2.2 CTRL2（地址 = 0x05）[默认值 = 06h] 图 7-62 中显示了 CTRL2，表 7-43 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-62. CTRL2 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 DIR STEP SPI_DIR SPI_STEP MICROSTEP_MODE [3:0] R/W-0b R/W-0b R/W-0b R/W-0b R/W-0110b 0 表 7-43. CTRL2 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 DIR R/W 0b 方向输入。当 SPI_DIR = 1b 时，如果 DIR = 1b，电机将正向运 动；当 DIR = 0b 时，电机将反向运动。 6 STEP R/W 0b 步进输入。SPI_STEP = 1b 时，逻辑值 1b 会使分度器前进一 步。该位会自行清除，并在写入 1b 后自动变为 0b。 5 SPI_DIR R/W 0b 0b = 输出会跟随输入 DIR 引脚来确定步进方向 1b = 输出跟随 SPI 寄存器中的 DIR 位来确定步进方向 4 SPI_STEP R/W 0b 0b = 步进输出会跟随输入 STEP 引脚 1b = 步进输出会跟随 SPI 寄存器中的 STEP 位 76 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-43. CTRL2 控制寄存器字段说明 (continued) 位 字段 类型 默认值 说明 3-0 MICROSTEP_MODE [3:0] R/W 0110b • 0000b = 100% 电流的全步进（两相励磁） • 0001b = 71% 电流的全步进（两相励磁） • 0010b = 非循环 1/2 步进 • 0011b = 1/2 步进 • 0100b = 1/4 步进 • 0101b = 1/8 步进 • 0110b = 1/16 步进 • 0111b = 1/32 步进 • 1000b = 1/64 步进 • 1001b = 1/128 步进 • 1010b = 1/256 步进 • 1011b 至 1111b = 保留 7.5.2.3 CTRL3（地址 = 0x06）[默认值 = 38h] 图 7-63 中显示了 CTRL3，表 7-44 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-63. CTRL3 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 CLR_FLT LOCK [2:0] TOCP OCP_MODE OTSD_MODE OTW_REP R/W-0b R/W-011b R/W-1b R/W-0b R/W-0b R/W-0b 表 7-44. CTRL3 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 CLR_FLT 读/写 0b 将 1b 写入该位，清除所有锁存故障位。写入 1b 后，该位会自动复位为 0b。 LOCK [2:0] R/W 011b 写入 110b 以锁定设置，除了这些位和地址 0x06h 位 7 (CLR_FLT)，忽略后续 6-4 寄存器写入。写入除 110b 之外的任何序列在解锁时都没有任何影响。 向此寄存器写入 011b 以解锁所有寄存器。写入除 011b 之外的任何序列在锁 定时都没有任何影响。 3 TOCP R/W 1b 1b = 过流保护抗尖峰脉冲时间为 2.2μs 0b = 过流保护抗尖峰脉冲时间为 1.2μs 2 OCP_MODE R/W 0b 0b = 过流情况导致锁存故障 1b = 过流情况故障恢复为自动重试 1 OTSD_MODE R/W 0b 0b = 过热情况会导致锁存故障 1b = 过流情况故障恢复为自动重试 0 TW_REP R/W 0b 0b = 不会在 nFAULT 上报告过热或欠温警告 1b = 会在 nFAULT 上报告过热或欠温警告 7.5.2.4 CTRL4（地址 = 0x07）[默认值 = 49h] 图 7-64 展示了 CTRL4 控制，表 7-45 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 77 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-64. CTRL4 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 TBLANK_TIME[1:0] STL_LRN EN_STL STL_REP FRQ_CHG STEP_FREQ_TOL[1:0] R/W-01b R/W-0b R/W-0b R/W-1b R/W-0b R/W-01b 表 7-45. CTRL4 控制寄存器字段说明 位 字段 7-6 TBLANK_TIME[1:0] 读/写 5 类型 STL_LRN R/W 默认值 说明 01b 控制电流检测消隐时间。 0b • 00b = 1μs 消隐时间 • 01b = 1.5μs 消隐时间 • 10b = 2μs 消隐时间 • 11b = 2.5μs 消隐时间 写入 1b 以启用失速检测阈值的自动学习。当失速学习过程完成后，该位会自 动返回到 0b。 4 EN_STL R/W 0b 0b = 禁用失速检测 1b = 启用失速检测 3 STL_REP R/W 1b 2 FRQ_CHG R/W 0b 0b = nFAULT 上未报告检测到失速 1b = nFAULT 上报告失速检测 0b = STEP 输入会根据 STEP_FRQ_TOL 位进行滤波 1b = STEP 输入不进行滤波 1-0 STEP_FRQ_TOL[1: 读/写 0] 01b 对 STEP 输入的滤波器设置进行编程。 • 00b = 1% 滤波 • 01b = 2% 滤波 • 10b = 4% 滤波 • 11b = 6% 滤波 7.5.2.5 CTRL5（地址 = 0x08）[默认值 = 03h] 图 7-65 展示了 CTRL5，表 7-46 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-65. CTRL5 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 STALL_TH [7:0] R/W-00000011b 表 7-46. CTRL5 控制寄存器字段说明 78 位 字段 类型 默认值 7-0 STALL_TH [7:0] R/W 00000011b 失速阈值的低 8 位。 说明 • 000000000000b = 计数为 0 • ..................................................... • 000000000011b = 3 个计数（默认） • ..................................................... • 111111111111b = 计数为 4095 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.5.2.6 CTRL6（地址 = 0x09）[默认值 = 20h] 图 7-66 中显示了 CTRL6，表 7-47 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-66. CTRL6 控制寄存器 7 5 4 RC_RIPPLE[1:0] 6 DIS_SSC TRQ_SCALE 3 2 STALL_TH [11:8] 1 R/W-00b R/W-1b R/W-0b R/W-0000b 0 表 7-47. CTRL6 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-6 RC_RIPPLE[1:0] 读/写 00b 控制智能调优纹波控制衰减模式下的电流纹波。 5 DIS_SSC R/W 1b • 00b = 1% 纹波（默认值） • 01b = 2% 波纹 • 10b = 4% 波纹 • 11b = 6% 波纹 0b = 已启用展频 1b = 已禁用展频 4 TRQ_SCALE R/W 0b STALL_TH [11:8] R/W 0000b 0b = 未应用任何扭矩计数调节 1b = 扭矩计数按系数 8 向上调节 3-0 失速阈值的 4 个 MSB 位。 7.5.2.7 CTRL7（地址 = 0x0A）[默认值 = FFh] 图 7-67 中显示了 CTRL7，表 7-48 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-67. CTRL7 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 TRQ_COUNT[7:0] R-11111111b 表 7-48. CTRL7 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 TRQ_COUNT[7:0] R 11111111b TRQ_COUNT 的 8 个 LSB 位。 000000000000b = 计数为 0 XXXXXXXXXXXXb = 计数为 1 到 4094 111111111111b = 计数为 4095 7.5.2.8 CTRL8（地址 = 0x0B）[默认值 = 0Fh] 图 7-68 中显示了 CTRL8，表 7-49 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-68. CTRL8 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 79 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-68. CTRL8 控制寄存器 (continued) RSVD TRQ_COUNT[11:8] R-0000b R-1111b 表 7-49. CTRL8 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-4 RSVD R 0000b 保留。 3-0 TRQ_COUNT[11:8] R 1111b TRQ_COUNT 的 4 个 MSB 位。 7.5.2.9 CTRL9（地址 = 0x0C）[默认值 = 10h] 图 7-69 中显示了 CTRL9，表 7-50 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-69. CTRL9 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 EN_OL OL_MODE OL_T[1:0] STEP_EDGE RES_AUTO[1:0] EN_AUTO R/W-0b R/W-0b R/W-01b R/W-0b R/W-00b R/W-0b 表 7-50. CTRL9 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 EN_OL 读/写 0b 写入 1b 可启用开路负载检测。该位为 0b 时，开路负载检测会禁 OL_MODE R/W 0b 用。 6 0b = 使用 CLR_FLT 位或 nSLEEP 复位脉冲清除锁存 OL 故障 后，nFAULT 会被释放 1b = OL 故障情况消失后，nFAULT 会被立即释放 5-4 3 2-1 0 OL_T[1:0] 读/写 01b 控制开路负载故障检测时间。 • 00b = 30ms（最大值） • 01b = 60ms（最大值） • 10b = 120ms（最大值） • 11b = 被保留 STEP_EDGE R/W 0b 0b = STEP 输入的有效边沿仅为上升沿 1b = STEP 输入的有效边沿为上升沿和下降沿 RES_AUTO[1:0] R/W 00b 控制自动微步进模式下的微步进分辨率。 EN_AUTO R/W 0b • 00b = 1/256 • 01b = 1/128 • 10b = 1/64 • 11b = 1/32 0b = 禁用自动微步进 1b = 启用自动微步进 7.5.2.10 CTRL10（地址 = 0x0D）[默认值 = 80h] 图 7-70 展示了 CTRL10 控制，表 7-51 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 80 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-70. CTRL10 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 1 0 ISTSL[7:0] R/W-10000000b 表 7-51. CTRL10 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 ISTSL[7:0] R/W 10000000b 决定保持电流。 11111111b = 256/256 x 100% 11111110b = 255/256 x 100% 11111101b = 254/256 x 100% 11111100b = 253/256 x 100% .................... 00000000b = 1/256 x 100% 7.5.2.11 CTRL11（地址 = 0x0E）[默认值 = FFh] 图 7-71 展示了 CTRL11 控制，表 7-52 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-71. CTRL11 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 TRQ_DAC [7:0] R/W-11111111b 表 7-52. CTRL11 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 TRQ_DAC [7:0] R/W 11111111b 决定运行电流。 • 11111111b = 256/256 x 100% • 11111110b = 255/256 x 100% • 11111101b = 254/256 x 100% • 11111100b = 253/256 x 100% • .................... • 00000000b = 1/256 x 100% 7.5.2.12 CTRL12（地址 = 0x0F）[默认值 = 20h] 图 7-72 展示了 CTRL12，表 7-53 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-72. CTRL12 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 EN_STSL TSTSL_FALL[3:0] RSVD R/W-0b R/W-0100b R/W-000b Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 81 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-53. CTRL12 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 EN_STSL R/W 0b 0b = 禁用静止省电模式 1b = 启用静止省电模式 TSTSL_FALL[3:0] R/W 0100b 控制经过 TSTSL_DLY 时间后电流从 TRQ_DAC 降低到 ISTSL 6-3 所需的时间 2-0 R/W RSVD 000b • 0000b：下降时间 = 0 • 0001b：每个电流步进的下降时间 = 1ms • ............ • 0100b：每个电流步进的下降时间 = 4ms • ............ • 1111b：每个电流步进的下降时间 = 15ms 保留 7.5.2.13 CTRL13（地址 = 0x10）[默认值 = 10h] 图 7-73 展示了 CTRL13，表 7-54 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-73. CTRL13 控制寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 TSTSL_DLY[5:0] VREF_INT_EN RSVD R/W-000100b R/W-0b R/W-0b 表 7-54. CTRL13 控制寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-2 TSTSL_DLY[5:0] R/W 000100b 控制最后一个 STEP 脉冲和激活静止省电模式之间的延迟。 1 VREF_INT_EN R/W 0b RSVD R/W 0b • 000000b：被保留 • 000001b：延迟 = 1 x 16ms = 16ms • ............ • 000100b：延迟 = 4 x 16ms = 64ms • ............ • 111111b：延迟 = 63 x 16ms = 1.008s 当该位为 1b 时，器件使用内部 3.3V 基准进行电流调节，并忽略 VREF 引脚上的电压。 0 保留 备注 请勿将 TSTSL_DLY 设置为 000000b。 7.5.3 索引寄存器 分度器寄存器为线圈 A 提供电流值，并为线圈 A 和 B 中的电流提供微步进表中的位置。分度器寄存器为只读。 表 7-55 列出了分度器寄存器的存储器映射寄存器。表 7-55 中未列出的所有寄存器偏移地址都应视为保留的存储 单元，并且不应修改寄存器内容。 82 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-55. 分度器寄存器汇总表 地址 寄存器名称 节 0x11 INDEX1 查找 0x12 INDEX2 查找 0x13 INDEX3 查找 0x14 INDEX4 查找 0x15 INDEX5 转到 7.5.3.1 INDEX1（地址 = 0x11）[默认值 = 80h] 图 7-74 展示了 INDEX1，表 7-56 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-74. INDEX1 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 CUR_A_POS[7:0] R-10000000b 表 7-56. INDEX1 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 7-0 CUR_A_POS[7:0] R 10000000b 指示分度器表中线圈 A 电流的位置。 说明 7.5.3.2 INDEX2（地址 = 0x12）[默认值 = 80h] 图 7-75 展示了 INDEX2，表 7-57 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-75. INDEX2 寄存器 7 6 5 4 3 CUR_A_SIGN RSVD R-1b R-0000000b 2 表 7-57. INDEX2 寄存器字段说明 位 7 字段 类型 默认值 说明 CUR_A_SIGN R 1b 输出 CUR_A_POS 位所示位置处的线圈 A 电流符号。 1b = 线圈 A 电流为正 0b = 线圈 A 电流为负 6-0 RSVD R 0000000b 保留 7.5.3.3 INDEX3（地址 = 0x13）[默认值 = 80h] 图 7-76 展示了 INDEX3，表 7-58 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-76. INDEX3 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 83 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-76. INDEX3 寄存器 (continued) CUR_B_POS[7:0] R-10000000b 表 7-58. INDEX3 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 CUR_B_POS[7:0] R 10000000b 指示分度器表中线圈 B 电流的位置。 7.5.3.4 INDEX4（地址 = 0x14）[默认值 = 82h] 图 7-77 展示了 INDEX4，表 7-59 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-77. INDEX4 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 CUR_B_SIGN RSVD CUR_A[1:0] R-1b R-00000b R-10b 表 7-59. INDEX4 寄存器字段说明 位 7 字段 类型 默认值 说明 CUR_B_SIGN R 1b 输出 CUR_B_POS 位所示位置处的线圈 B 电流符号。 1b = 线圈 B 电流为正 0b = 线圈 B 电流为负 6-2 RSVD R 00000b 保留 1-0 CUR_A[1:0] R 10b 线圈 A 中电流的较低两个 LSB 7.5.3.5 INDEX5（地址 = 0x15）[默认值 = B5h] 图 7-78 展示了 INDEX5，表 7-60 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-78. INDEX5 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 CUR_A[9:2] R-10110101b 表 7-60. INDEX5 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 7-0 CUR_A[9:2] R 10110101b 输出线圈 A 中电流的高 8 位 说明 7.5.4 自定义微步进寄存器 自定义微步进寄存器存储与线圈 A 电流的第一象限相对应的电流值。自定义微步进寄存器支持读写。 表 7-61 列出了自定义微步进寄存器的存储器映射寄存器。表 7-61 中未列出的所有寄存器偏移地址都应视为保留 的存储单元，并且不应修改寄存器内容。 84 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-61. 自定义微步进寄存器汇总表 地址 寄存器名称 节 0x16 CUSTOM_CTRL1 查找 0x17 CUSTOM_CTRL2 查找 0x18 CUSTOM_CTRL3 查找 0x19 CUSTOM_CTRL4 查找 0x1A CUSTOM_CTRL5 查找 0x1B CUSTOM_CTRL6 查找 0x1C CUSTOM_CTRL7 查找 0x1D CUSTOM_CTRL8 查找 0x1E CUSTOM_CTRL9 转到 7.5.4.1 CUSTOM_CTRL1（地址 = 0x16）[默认值 = 00h] 图 7-79 展示了 CUSTOM_CTRL1，表 7-62 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-79. CUSTOM_CTRL1 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 RSVD EN_CUSTOM R/W-0000000b R/W-0b 表 7-62. CUSTOM_CTRL1 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-1 RSVD R/W 0000000b 保留 EN_CUSTOM R/W 0b 0b = 禁用自定义微步进表 0 1b = 启用自定义微步进表 7.5.4.2 CUSTOM_CTRL2（地址 = 0x17）[默认值 = 00h] 图 7-80 展示了 CUSTOM_CTRL2，表 7-63 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-80. CUSTOM_CTRL2 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 CUSTOM_CURRENT1[7:0] R/W-00000000b 表 7-63. CUSTOM_CTRL2 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 7-0 CUSTOM_CURRENT1[7:0] R/W 00000000b 第一象限中位置 1 的当前值 说明 7.5.4.3 CUSTOM_CTRL3（地址 = 0x18）[默认值 = 00h] 图 7-81 展示了 CUSTOM_CTRL3，表 7-64 中对此进行了介绍。 读/写 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 85 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 返回寄存器映射表 图 7-81. CUSTOM_CTRL3 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 1 0 1 0 CUSTOM_CURRENT2[7:0] R/W-00000000b 表 7-64. CUSTOM_CTRL3 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 CUSTOM_CURRENT2[7:0] R/W 00000000b 第一象限中位置 2 的当前值 7.5.4.4 CUSTOM_CTRL4（地址 = 0x19）[默认值 = 00h] 图 7-82 展示了 CUSTOM_CTRL4，表 7-65 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-82. CUSTOM_CTRL4 寄存器 7 6 5 4 3 2 CUSTOM_CURRENT3[7:0] R/W-00000000b 表 7-65. CUSTOM_CTRL4 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 7-0 CUSTOM_CURRENT3[7:0] R/W 00000000b 第一象限中位置 3 的当前值 说明 7.5.4.5 CUSTOM_CTRL5（地址 = 0x1A）[默认值 = 00h] 图 7-83 展示了 CUSTOM_CTRL5，表 7-66 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-83. CUSTOM_CTRL5 寄存器 7 6 5 4 3 2 CUSTOM_CURRENT4[7:0] R/W-00000000b 表 7-66. CUSTOM_CTRL5 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 CUSTOM_CURRENT4[7:0] R/W 00000000b 第一象限中位置 4 的当前值 7.5.4.6 CUSTOM_CTRL6（地址 = 0x1B）[默认值 = 00h] 图 7-84 展示了 CUSTOM_CTRL6，表 7-67 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-84. CUSTOM_CTRL6 寄存器 7 6 5 4 3 2 CUSTOM_CURRENT5[7:0] 86 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-84. CUSTOM_CTRL6 寄存器 (continued) R/W-00000000b 表 7-67. CUSTOM_CTRL6 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 CUSTOM_CURRENT5[7:0] R/W 00000000b 第一象限中位置 5 的当前值 7.5.4.7 CUSTOM_CTRL7（地址 = 0x1C）[默认值 = 00h] 图 7-85 展示了 CUSTOM_CTRL7，表 7-68 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-85. CUSTOM_CTRL7 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 1 0 CUSTOM_CURRENT6[7:0] R/W-00000000b 表 7-68. CUSTOM_CTRL7 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 7-0 CUSTOM_CURRENT6[7:0] R/W 00000000b 第一象限中位置 6 的当前值 说明 7.5.4.8 CUSTOM_CTRL8（地址 = 0x1D）[默认值 = 00h] 图 7-86 展示了 CUSTOM_CTRL8，表 7-69 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-86. CUSTOM_CTRL8 寄存器 7 6 5 4 3 2 CUSTOM_CURRENT7[7:0] R/W-00000000b 表 7-69. CUSTOM_CTRL8 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 CUSTOM_CURRENT7[7:0] R/W 00000000b 第一象限中位置 7 的当前值 7.5.4.9 CUSTOM_CTRL9（地址 = 0x1E）[默认值 = 00h] 图 7-87 展示了 CUSTOM_CTRL9，表 7-70 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-87. CUSTOM_CTRL9 寄存器 7 6 5 4 3 2 CUSTOM_CURRENT8[7:0] R/W-00000000b Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 87 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-70. CUSTOM_CTRL9 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 CUSTOM_CURRENT8[7:0] R/W 00000000b 第一象限中位置 8 的当前值 7.5.5 自动扭矩寄存器 自动扭矩寄存器控制自动扭矩功能。自动扭矩寄存器支持读写。 表 7-71 列出了自动扭矩寄存器的存储器映射寄存器。表 7-71 中未列出的所有寄存器偏移地址都应视为保留的存 储单元，并且不应修改寄存器内容。 表 7-71. 自动扭矩寄存器汇总表 地址 寄存器名称 0x1F ATQ_CTRL1 查找 节 0x20 ATQ_CTRL2 查找 0x21 ATQ_CTRL3 查找 0x22 ATQ_CTRL4 查找 0x23 ATQ_CTRL5 查找 0x24 ATQ_CTRL6 查找 0x25 ATQ_CTRL7 查找 0x26 ATQ_CTRL8 查找 0x27 ATQ_CTRL9 查找 0x28 ATQ_CTRL10 查找 0x29 ATQ_CTRL11 查找 0x2A ATQ_CTRL12 查找 0x2B ATQ_CTRL13 查找 0x2C ATQ_CTRL14 查找 0x2D ATQ_CTRL15 查找 0x2E ATQ_CTRL16 查找 0x2F ATQ_CTRL17 查找 0x30 ATQ_CTRL18 转到 7.5.5.1 ATQ_CTRL1（地址 = 0x1F）[默认值 = 00h] 图 7-88 展示了 ATQ_CTRL1，表 7-72 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-88. ATQ_CTRL1 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 ATQ_CNT[7:0] R-00000000b 表 7-72. ATQ_CTRL1 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 ATQ_CNT[7:0] R 00000000b 只读。指示 ATQ_CNT 输出的 8 个 LSB 位。ATQ_CNT 与机械负 载扭矩成正比。 88 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.5.5.2 ATQ_CTRL2（地址 = 0x20）[默认值 = 00h] 图 7-89 展示了 ATQ_CTRL2，表 7-73 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-89. ATQ_CTRL2 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 ATQ_CNT[10:8] RSVD ATQ_LRN_CONST1[10:8] R/W-000b R/W-00b R/W-000b 0 表 7-73. ATQ_CTRL2 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-5 ATQ_CNT[10:8] 读/写 000b 指示 ATQ_CNT 输出的 3 个 MSB 位 4-3 RSVD R/W 00b 保留 2-0 ATQ_LRN_CONST1[10:8] 读/写 000b 指示初始学习电流电平下 ATQ_LRN 参数的 3 个 MSB 位。 7.5.5.3 ATQ_CTRL3（地址 = 0x21）[默认值 = 00h] 图 7-90 展示了 ATQ_CTRL3，表 7-74 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-90. ATQ_CTRL3 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 ATQ_LRN_CONST1[7:0] R/W-00000000b 表 7-74. ATQ_CTRL3 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 ATQ_LRN_CONST1[7:0] R/W 00000000b 初始学习电流电平下 ATQ_LRN 参数的 8 个 LSB 位。 7.5.5.4 ATQ_CTRL4（地址 = 0x22）[默认值 = 20h] 图 7-91 展示了 ATQ_CTRL4，表 7-75 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-91. ATQ_CTRL4 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 ATQ_LRN_MIN_CURRENT[4:0] ATQ_LRN_CONST2[10:8] R/W-00100b R/W-000b 0 表 7-75. ATQ_CTRL4 寄存器字段说明 位 7-3 字段 类型 默认值 说明 ATQ_LRN_MIN_CURRENT[4:0] R/W 00100b 表示自动扭矩学习的初始电流电平。 初始学习电流 = ATQ_LRN_MIN_CURRENT * 8 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 89 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-75. ATQ_CTRL4 寄存器字段说明 (continued) 位 字段 类型 默认值 说明 2-0 ATQ_LRN_CONST2[10:8] 读/写 000b 最终学习电流电平下 ATQ_LRN 参数的 3 个 MSB 位。 7.5.5.5 ATQ_CTRL5（地址 = 0x23）[默认值 = 00h] 图 7-92 展示了 ATQ_CTRL5，表 7-76 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-92. ATQ_CTRL5 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 ATQ_LRN_CONST2[7:0] R/W-00000000b 表 7-76. ATQ_CTRL5 寄存器字段说明 位 7-0 字段 类型 默认值 ATQ_LRN_CONST2[7:0] R/W 00000000b 最终学习电流电平下 ATQ_LRN 参数的 8 个 LSB 位。 说明 7.5.5.6 ATQ_CTRL6（地址 = 0x24）[默认值 = 00h] 图 7-93 展示了 ATQ_CTRL6，表 7-77 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-93. ATQ_CTRL6 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 ATQ_UL[7:0] R/W-00000000b 表 7-77. ATQ_CTRL6 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 7-0 ATQ_UL[7:0] R/W 00000000b 对自动扭矩滞环的上限进行编程。 说明 7.5.5.7 ATQ_CTRL7（地址 = 0x25）[默认值 = 00h] 图 7-94 展示了 ATQ_CTRL7，表 7-78 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-94. ATQ_CTRL7 寄存器 7 6 5 4 3 2 ATQ_LL[7:0] R/W-00000000b 90 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-78. ATQ_CTRL7 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 ATQ_LL[7:0] R/W 00000000b 对自动扭矩滞环的下限进行编程。 7.5.5.8 ATQ_CTRL8（地址 = 0x26）[默认值 = 00h] 图 7-95 展示了 ATQ_CTRL8，表 7-79 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-95. ATQ_CTRL8 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 KP[7:0] R/W-00000000b 表 7-79. ATQ_CTRL8 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 7-0 KP[7:0] R/W 00000000b 用于调节自动扭矩 PD 控制环路的比例常数。 说明 7.5.5.9 ATQ_CTRL9（地址 = 0x27）[默认值 = 00h] 图 7-96 展示了 ATQ_CTRL9，表 7-80 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-96. ATQ_CTRL9 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 RSVD KD[3:0] R/W-0000b R/W-0000b 0 表 7-80. ATQ_CTRL9 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-4 RSVD R/W 0000b 保留。 3-0 KD[3:0] R/W 0000b 用于调节自动扭矩 PD 控制环路的微分常数。 7.5.5.10 ATQ_CTRL10（地址 = 0x28）[默认值 = 08h] 图 7-97 展示了 ATQ_CTRL10，表 7-81 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-97. ATQ_CTRL10 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 ATQ_EN LRN_START ATQ_FRZ[2:0] ATQ_AVG[2:0] R/W-0b R/W-0b R/W-001b R/W-000b 0 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 91 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-81. ATQ_CTRL10 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 ATQ_EN R/W 0b 0 = 禁用自动扭矩 1 = 启用自动扭矩 6 5-3 LRN_START R/W 0b 向该位写入 1b 将启用自动扭矩学习过程。学习完成后，该位自 动变为 0b。 ATQ_FRZ[2:0] R/W 001b 电气半个周期中的延迟，在此之后，电流会随着 PD 环路而变 化。值越小，电流就越能更快地增加，以满足峰值负载需求。此 参数的范围是 1 至 7。 001b - 响应速度最快，但环路可能变得不稳定 111b - 响应速度最慢，但环路将保持稳定 2-0 ATQ_AVG[2:0] 000b 读/写 ATQ_CNT 参数是 ATQ_AVG 半个周期数的移动平均值。因此， 较高的 ATQ_AVG 值会减慢环路对突然出现的峰值负载需求的响 应，但会确保平稳无急冲地过渡到更高的扭矩输出。较低的值会 导致环路立即响应突然的负载需求。 • 010b - 2 周期平均值 • 100b - 4 周期平均值 • 111b - 8 周期平均值 • 其他值：无均值计算 7.5.5.11 ATQ_CTRL11（地址 = 0x29）[默认值 = 0Ah] 图 7-98 展示了 ATQ_CTRL11，表 7-82 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-98. ATQ_CTRL11 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 1 0 ATQ_TRQ_MIN[7:0] R/W-00001010b 表 7-82. ATQ_CTRL11 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 ATQ_TRQ_MIN[7:0] R/W 00001010b 启用自动扭矩时的最小线圈电流。 7.5.5.12 ATQ_CTRL12（地址 = 0x2A）[默认值 = FFh] 图 7-99 展示了 ATQ_CTRL12，表 7-83 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-99. ATQ_CTRL12 寄存器 7 6 5 4 3 2 ATQ_TRQ_MAX[7:0] R/W-11111111b 表 7-83. ATQ_CTRL12 寄存器字段说明 92 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 ATQ_TRQ_MAX[7:0] R/W 11111111b 启用自动扭矩时的最大线圈电流。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 7.5.5.13 ATQ_CTRL13（地址 = 0x2B）[默认值 = 05h] 图 7-100 展示了 ATQ_CTRL13，表 7-84 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-100. ATQ_CTRL13 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 ATQ_D_THR[7:0] R/W-00000101b 表 7-84. ATQ_CTRL13 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 ATQ_D_THR R/W 00000101b 如果误差变化小于 ATQ_D_THR，则 KD 对校正没有影响。只有 当误差变化大于 ATQ_D_THR 时，Kd 才会产生影响。 例如：当 ATQ_D_THR = 10 时， 如果误差变化为 9，则 u(t) = KP * e(t) 如果误差变化为 12，则 u(t) = KP * e(t) + KD * de(t)/dt 7.5.5.14 ATQ_CTRL14（地址 = 0x2C）[默认值 = 0Fh] 图 7-101 展示了 ATQ_CTRL14，表 7-85 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-101. ATQ_CTRL14 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 2 1 0 RSVD R/W-00001111b 表 7-85. ATQ_CTRL14 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 RSVD R/W 00001111b 保留 7.5.5.15 ATQ_CTRL15（地址 = 0x2D）[默认值 = 00h] 图 7-102 展示了 ATQ_CTRL15，表 7-86 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-102. ATQ_CTRL15 寄存器 7 6 5 4 3 ATQ_ERROR_TRUNCATE[3:0] ATQ_LRN_STEP[1:0] ATQ_LRN_CYCLE_SELECT[1:0] R/W-0000b R/W-00b R/W-00b 表 7-86. ATQ_CTRL15 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-4 ATQ_ERROR_TRUNCATE[3:0] R/W 0000b 在 PD 环路公式中使用之前从误差中截断的 LSB 位数。此选项有 助于消除电流中的噪声。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 93 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 表 7-86. ATQ_CTRL15 寄存器字段说明 (continued) 位 字段 类型 默认值 说明 3-2 ATQ_LRN_STEP[1:0] R/W 00b 表示初始电流电平的增量。它支持四种选项： • 00b：ATQ_LRN_STEP = 128 • 01b：ATQ_LRN_STEP = 16 • 10b：ATQ_LRN_STEP = 32 • 11b：ATQ_LRN_STEP = 64 示例：如果 ATQ_LRN_STEP = 10b 且 ATQ_LRN_MIN_CURRENT = 11000b，则： 1-0 ATQ_LRN_CYCLE_SELECT[1:0] R/W 00b • 初始学习电流电平 = 24*8 = 192 • 最终学习电流电平 = 192 + 32 = 224 学习例程使电流跳转到下一个电平之后，保持一个电流电平的正 弦半个周期数量。它支持四种选项： • 00b：8 个半个周期 • 01b：16 个半个周期 • 10b：24 个半个周期 • 11b：32 个半个周期 7.5.5.16 ATQ_CTRL16（地址 = 0x2E）[默认值 = FFh] 图 7-103 展示了 ATQ_CTRL16，表 7-87 中对此进行了介绍。 只读 返回寄存器映射表 图 7-103. ATQ_CTRL16 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 ATQ_TRQ_DAC[7:0] R-11111111b 表 7-87. ATQ_CTRL16 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 ATQ_TRQ_DAC[7:0] R 11111111b 当自动扭矩被启用时，输出电机电流的值。ATQ_TRQ_DAC 可 以在 ATQ_TRQ_MIN 和 ATQ_TRQ_MAX 之间变化。 备注 禁用自动扭矩时，ATQ_TRQ_DAC 会读取编程到 ATQ_TRQ_MAX 的值。 7.5.5.17 ATQ_CTRL17（地址 = 0x2F）[默认值 = 00h] 图 7-104 展示了 ATQ_CTRL17，表 7-88 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-104. ATQ_CTRL17 寄存器 94 7 6 RSVD VM_SCALE 5 4 3 2 1 0 RSVD Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-104. ATQ_CTRL17 寄存器 (continued) R/W-0b R/W-0b R/W-000000b 表 7-88. ATQ_CTRL17 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 RSVD R/W 0b 保留。 6 VM_SCALE R/W 0b 当该位为 1b 时，如果电源电压发生变化，学习例程将自动修改 学习参数的值。 RSVD R/W 000000b 保留。 5-0 7.5.5.18 ATQ_CTRL18（地址 = 0x30）[默认值 = 00h] 图 7-105 展示了 ATQ_CTRL18，表 7-89 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-105. ATQ_CTRL18 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 RSVD R/W-00000000b 表 7-89. ATQ_CTRL18 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 RSVD R/W 00000000b 保留。 7.5.6 静音步进寄存器 静音步进寄存器控制静音步进衰减模式。静音步进寄存器支持读写。 表 7-90 列出了静音步进寄存器的存储器映射寄存器。表 7-90 中未列出的所有寄存器偏移地址都应视为保留的存 储单元，并且不应修改寄存器内容。 表 7-90. 静音步进寄存器汇总表 地址 寄存器名称 节 0x31 SS_CTRL1 查找 0x32 SS_CTRL2 查找 0x33 SS_CTRL3 查找 0x34 SS_CTRL4 查找 0x35 SS_CTRL5 查找 7.5.6.1 SS_CTRL1（地址 = 0x31）[默认值 = 00h] 图 7-106 展示了 SS_CTRL1，表 7-91 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-106. SS_CTRL1 寄存器 7 6 SS_SMPL_SEL[1:0] 5 4 RSVD 3 2 SS_PWM_FREQ[1:0] 1 0 RSVD EN_SS Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 95 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-106. SS_CTRL1 寄存器 (continued) R/W-00b R/W-00b R/W-00b R/W-0b R/W-0b 表 7-91. SS_CTRL1 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-6 SS_SMPL_SEL[1:0] R/W 00b 静默步进电流过零采样时间。默认值为 2μs。如果电流波形在过 零附近失真，请增加采样时间。 • 00b = 2μs（默认） • 01b = 3μs • 10b = 4μs • 11b = 5μs 5-4 RSVD R/W 00b 保留。 3-2 SS_PWM_FREQ[1:0] R/W 00b 表示静音步进衰减模式下的 PWM 频率 (FPWM)。 • 00b - 25KHz • 01b - 33KHz • 10b - 42KHz • 11b - 50KHz 1 RSVD R/W 0b 保留 0 EN_SS R/W 0b 0b = 禁用静音步进衰减模式 1b = 启用静音步进衰减模式。 7.5.6.2 SS_CTRL2（地址 = 0x32）[默认值 = 00h] 图 7-107 展示了 SS_CTRL2，表 7-92 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-107. SS_CTRL2 寄存器 7 6 5 4 3 RSVD SS_KP[6:0] R/W - 0b R/W-0000000b 2 1 0 表 7-92. SS_CTRL2 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 RSVD R/W 0b 保留。 SS_KP[6:0] R/W 0000000b 表示静音步进 PI 控制器的比例增益。范围为 0 至 127，默认值为 6-0 0。 7.5.6.3 SS_CTRL3（地址 = 0x33）[默认值 = 00h] 图 7-108 展示了 SS_CTRL3，表 7-93 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-108. SS_CTRL3 寄存器 7 6 RSVD 96 5 4 3 2 1 0 SS_KI[6:0] Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-108. SS_CTRL3 寄存器 (continued) R/W-0000000b R/W-0b 表 7-93. SS_CTRL3 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7 RSVD R/W 0b 保留。 SS_KI[6:0] R/W 0000000b 表示静音步进 PI 控制器的积分增益。范围为 0 至 127，默认值为 6-0 0。 7.5.6.4 SS_CTRL4（地址 = 0x34）[默认值 = 00h] 图 7-109 展示了 SS_CTRL4，表 7-94 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 图 7-109. SS_CTRL4 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 RSVD SS_KI_DIV_SEL[2:0] RSVD SS_KP_DIV_SEL[2:0] R/W-0b R/W-000b R/W-0b R/W-000b 0 表 7-94. SS_CTRL4 寄存器字段说明 位 7 6-4 3-1 0 字段 类型 默认值 说明 RSVD R/W 0b 保留 SS_KI_DIV_SEL[2:0] 读/写 000b KI 的分频器因子。实际 KI = SS_KI/SS_KI_DIV_SEL • 000b - SS_KI/32 • 001b - SS_KI/64 • 010b - SS_KI/128 • 011b - SS_KI/256 • 100b - SS_KI/512 • 101b - SS_KI/16 • 110b - SS_KI RSVD R/W 0b 保留 SS_KP_DIV_SEL[2:0] 读/写 000b KP 的分频器因子。实际 KP = SS_KP/SS_KP_DIV_SEL。 • 000b - SS_KP/32 • 001b - SS_KP/64 • 010b - SS_KP/128 • 011b - SS_KP/256 • 100b - SS_KP/512 • 101b - SS_KP/16 • 110b - SS_KP 7.5.6.5 SS_CTRL5（地址 = 0x35）[默认值 = FFh] 图 7-110 展示了 SS_CTRL5，表 7-95 中对此进行了介绍。 读/写 返回寄存器映射表 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 97 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 7-110. SS_CTRL5 寄存器 7 6 5 4 3 2 1 0 SS_THR[7:0] R/W-11111111b 表 7-95. SS_CTRL5 寄存器字段说明 位 字段 类型 默认值 说明 7-0 SS_THR[7:0] R/W 11111111b 对器件从静音步进衰减模式转换到由 DECAY 位编程的其他衰减 模式的频率进行编程。该频率对应于正弦电流波形的频率。 • 00000001b = 2Hz • 00000010b = 4Hz • . • . • 11111111b = 510Hz 备注 请勿将 SS_THR 设置为 00000000b。 98 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 8 应用和实现 备注 以下应用部分中的信息不属于 TI 器件规格的范围，TI 不担保其准确性和完整性。TI 的客 户应负责确定 器件是否适用于其应用。客户应验证并测试其设计，以确保系统功能。 8.1 应用信息 DRV8452 用于控制双极步进电机。 8.2 典型应用 以下设计过程可用于配置 DRV8452。 CPL nSLEEP CPH ENABLE VCP DIR STEP VM SCLK 0.1 F VM 1 F 0.01 F SDI SDO PGNDA – + AOUT1 + Step Motor AOUT2 DRV8452 nSCS VCC BOUT2 – BOUT1 VCC VREF RREF1 10 kΩ 10 kΩ PGNDB VM 0.1 F nHOME nFAULT VM DVDD GND MODE RREF2 1 F + 100 F 0.01
F 图 8-1. 典型应用原理图 8.2.1 设计要求 表 8-1 列出了系统设计的设计输入参数。 表 8-1. 设计参数 设计参数 基准 示例值 电源电压 VM 24V 电机绕组电阻 RL 0.5Ω/相 电机绕组电感 LL 0.4mH/相 电机全步进角 θstep 1.8°/步进 目标微步进级别 nm 1/16 步进 目标电机转速 v 7.5rpm 目标满量程电流 IFS 5A 8.2.2 详细设计过程 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 99 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 8.2.2.1 步进电机转速 配置 DRV8452 时，第一步需要确定所需的电机转速和微步进级别。如果目标应用需要恒定转速，则必须将频率 为 ƒstep 的方波施加到 STEP 引脚。如果目标电机转速过高，则电机不会旋转。请确保电机可以支持目标转速。请 使用方程式 15 计算所需电机转速 (v)、微步进级别 (nm) 和电机全步进角 (θstep) 对应的 ƒstep ¦step VWHSV V v (rpm) u 360 (q / rot) Tstep (q / step) u nm (steps / microstep) u 60 (s / min) (15) θstep 的值载于步进电机数据表中或印于电机上。例如，该应用中的电机需要以 1.8°/步进的步进角旋转，目标是 在 1/16 微步进模式下实现 7.5rpm 的转速。通过使用方程式 15，可以计算出 ƒstep 为 400 Hz。 微步进级别由 M0 和 M1 引脚或 MICROSTEP_MODE 位设置，可以是表 7-5 中列出的任何设置。微步进级别越 高，电机运动越平稳、可闻噪声越低，但需要更高的 ƒstep 才能实现相同的电机转速。 8.2.3 应用性能曲线图 通道 1 = 线圈 A 电流，通道 5 = 线圈 B 电流，通道 6 = AOUT1，通道 7 = AOUT2 图 8-2. 在 400pps、IFS = 5A 时为 1/16 微步进 图 8-3. 25pps 下 IFS = 5A 时的全步进 100 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 图 8-4. 在 100pps、IFS = 5A 时为 1/4 微步进 图 8-5. 在 6400pps、IFS = 5A 时为 1/256 微步进 8.2.4 热应用 该部分介绍了器件的功率损耗计算和结温估算方法。 8.2.4.1 功率损耗 总功率损耗由三个主要部分组成：导通损耗 (PCOND)、开关损耗 (PSW) 和静态电流消耗导致的功率损耗 (PQ)。 8.2.4.2 导通损耗 对于在全桥内连接的电机而言，电流路径为通过一个半桥的高侧 FET 和另一个半桥的低侧 FET。导通损耗 (PCOND) 取决于电机的均方根电流 (IRMS) 以及高侧 (RDS(ONH)) 和低侧 (RDS(ONL)) 的导通电阻（如 所示）方程式 16。 PCOND = 2 x (IRMS)2 x (RDS(ONH) + RDS(ONL)) (16) 表 8-1 中计算了方程式 17 中显示的典型应用的导通损耗。 PCOND = 2 × (IRMS)2 × (RDS(ONH) + RDS(ONL)) = 2 × (5A / √2)2 × (0.1Ω) = 2.5W (17) Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 101 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 备注 这种功率计算在很大程度上取决于器件温度，而器件温度对 FET 的高侧和低侧的导通电阻有很大影 响。为了更准确地计算该值，应考虑器件温度对 FET 导通电阻的影响。 8.2.4.3 开关损耗 由 PWM 开关频率引起的功率损耗取决于输出电压上升/下降时间 (tRF)、电源电压、电机均方根电流和 PWM 开关 频率。每个 H 桥在上升时间和下降时间内的开关损耗计算公式如方程式 18 和方程式 19 所示。 PSW_RISE = 0.5 × VVM × IRMS × tRF × fPWM (18) PSW_FALL = 0.5 x VVM x IRMS x tRF x fPWM (19) DRV8452 具有两个输出上升/下降时间 (tRF) 值：140ns 和 70ns。上升/下降时间越短，开关损耗显然会更小。假 设本例中 tRF = 140ns 且 PWM 频率为 30kHz，在将相应的值代入各种参数后，则每个 H 桥内的开关损耗计算方 式如下 PSW_RISE = 0.5 x 24-V x (5-A / √2) x (140 ns) x 30-kHz = 0.178-W (20) PSW_FALL = 0.5 x 24-V x (5-A / √2) x (100 ns) x 30-kHz = 0.178-W (21) 在计算步进电机驱动器的总开关损耗 (PSW) 时，取上升时间开关损耗 (PSW_RISE) 和下降时间开关损耗 (PSW_FALL) 之和的两倍： PSW = 2 x (PSW_RISE + PSW_FALL) = 2 x (0.178W + 0.178W) = 0.712W (22) 备注 输出上升/下降时间 (tRF) 预计会根据电源电压、温度和器件规格的变化而变化。 开关损耗与 PWM 开关频率成正比。应用中的 PWM 频率将取决于电源电压、电机线圈的电感、反电动 势电压和关断时间或纹波电流（对于智能调优纹波控制衰减模式而言）。 8.2.4.4 由于静态电流造成的功率损耗 当 VCC 引脚连接至外部电压时，静态电流通常为 5mA。由于电源消耗的静态电流造成的功率损耗的计算公式如 下所示： PQ = VVM x IVM (23) 代入相应值，可得： PQ = 24V x 5mA = 0.12W (24) 备注 计算静态功率损耗需要使用典型工作电源电流 (IVM)，该值取决于电源电压、温度和器件规格。 8.2.4.5 总功率损耗 总功率损耗 (PTOT) 是导通损耗、开关损耗和静态功率损耗之和，如方程式 25 所示。 PTOT = PCOND + PSW + PQ = 2.5W + 0.712W + 0.12W = 3.332W (25) 8.2.4.6 器件结温估算 如果已知环境温度 TA 和总功率损耗 (PTOT)，则结温 (TJ) 的计算公式为： 102 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 TJ = TA + (PTOT x RθJA) 在一个符合 JEDEC 标准的 4 层 PCB 中，采用 DDW 封装时的结至环境热阻 (RθJA) 为 22.5°C/W，而采用 PWP 封装时则为 24.5°C/W。 假设环境温度为 25°C，则采用 DDW 封装时的结温计算方式如下 TJ = 25°C + (3.332W x 22.5 °C/W) = 100 °C (26) PWP 封装的结温计算方式如下 TJ = 25°C + (3.332W x 24.5 °C/W) = 106.6 °C (27) 就像节 8.2.4.2 中所说，如需更准确地计算该值，请考虑器件结温对 FET 导通电阻的影响，如节 6.6 所示。 例如， • • • • • • 100°C 结温下的导通电阻与 25°C 下的导通电阻相比，可能会增加 1.3 倍。 导通损耗的初始估算值为 2.5W。 因此，导通损耗的新估算值为 2.5W × 1.3 = 3.25W。 因此，总功率损耗的新估算值将为 4.082W。 采用 DDW 封装时的结温新估算值为 116.8°C。 如进行进一步的迭代，则不太可能显著增加结温估算值。 8.2.4.7 热像图 图 8-6 和图 8-7 展示了 DDW 封装在室温下以 24V、5A、1/16 微步进、6kpps 速度运行时的 DRV8452 EVM 热影 像；启用和未启用自动扭矩。 图 8-6. DDW 封装，自动扭矩被禁用 图 8-7. DDW 封装，启用自动扭矩 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 103 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 9 散热注意事项 9.1 散热焊盘 DDW 和 PWP 封装的散热焊盘安装在器件底部，从而提升器件的散热能力。散热焊盘必须在 PCB 上焊接良好且 覆盖面大，才能提供数据表中指定的功率。有关更多详细信息，请参阅布局指南部分。 9.2 PCB 材料推荐 建议使用 FR-4 玻璃环氧树脂材料，并在顶层和底层采用 2oz (70μm) 铜，从而提升热性能并增加 EMI 裕量（由 于 PCB 布线电感较低）。 104 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 10 电源相关建议 • DRV8452 设计为可在 4.5V 至 48V 的输入电压电源 (VM) 下运行。 • 额定电压为 VM 的 0.01µF 陶瓷电容器必须靠近 DRV8452 的 VM 引脚放置。 • 此外，VM 上必须放置一个大容量电容器。 10.1 大容量电容 配备合适的局部大容量电容是电机驱动系统设计中的一个重要因素。使用更多的大容量电容通常是有益的，但缺 点是增加了成本和物理尺寸。 所需的局部电容数量取决于多种因素，包括： • • • • • • 电机系统所需的最高电流 电源的电容和拉电流的能力 电源和电机系统之间的寄生电感量 可接受的电压纹波 使用的电机类型（有刷直流、无刷直流、步进电机） 电机制动方法 电源和电机驱动系统之间的电感会限制电源的电流变化速率。如果局部大容量电容太小，系统将以电压变化的方 式对电机中的电流不足或过剩电流作出响应。当使用足够多的大容量电容时，电机电压保持稳定，可以快速提供 大电流。 数据表通常会给出建议值，但需要进行系统级测试来确定大小适中的大容量电容。 大容量电容的额定电压应高于工作电压，以便在电机向电源传递能量时提供裕度。 Parasitic Wire Inductance Power Supply Motor Drive System VM + + ± Motor Driver GND Local Bulk Capacitor IC Bypass Capacitor Copyright © 2016, Texas Instruments Incorporated 图 10-1. 带外部电源的电机驱动系统示例设置 10.2 电源 DRV8452 只需单个连接至 VM 引脚的电源电压即可正常运行。 • VM 引脚为 H 桥提供电源。 • 内部稳压器为数字和低压模拟电路提供 5V 电源 (DVDD)。不建议将 DVDD 引脚用作外部电路的电压源。 • 可将可选的外部低压电源连接至 VCC 引脚，从而为内部电路供电。应在靠近 VCC 引脚处放置 0.1µF 去耦电 容器，从而在瞬态期间提供恒定电压。 • 此外，高侧栅极驱动需要的电压电源更高，该电源由内置电荷泵产生。电荷泵需要外部电容器。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 105 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 11 布局 11.1 布局指南 • VM 引脚应使用低 ESR 陶瓷旁路电容器以旁路方式连接至 PGND 引脚，该电容器的推荐电容为 0.01µF 且额 定电压为 VM。这些电容器应尽可能靠近 VM 引脚放置，并通过较宽的布线或接地平面连接至器件 PGND 引 脚。 • 应使用额定电压为 VM 的大容量电容器将 VM 引脚以旁路方式连接至 PGND。该组件可以是电解电容器。 • 必须在 CPL 和 CPH 引脚之间放置一个低 ESR 陶瓷电容器。建议使用一个电容值为 0.1µF、额定电压为 VM 的电容器。将此组件尽可能靠近引脚放置。 • 必须在 VM 和 VCP 引脚之间放置一个低 ESR 陶瓷电容器。建议使用一个电容值为 1µF、额定电压为 16V 的 电容器。将此组件尽可能靠近引脚放置。 • 使用低 ESR 陶瓷电容器将 DVDD 引脚以旁路方式接地。建议使用一个电容值为 1µF、额定电压为 6.3V 的电 容器。将此旁路电容器尽可能靠近引脚放置。 • 使用低 ESR 陶瓷电容器将 VCC 引脚以旁路方式接地。建议使用一个电容值为 0.1µF、额定电压为 6.3 V 的电 容器。将此旁路电容器尽可能靠近引脚放置。 • 通常，必须避免电源引脚和去耦电容器之间的电感。 • 封装的散热焊盘必须连接至系统接地端。 – – – – – 建议为整个系统/电路板使用一个大的不间断单一接地平面。接地平面可设置在 PCB 底层。 为了更大限度地减小阻抗和电感，在通过过孔连接至底层接地平面之前，接地引脚的布线应尽可能短且宽。 建议使用多个过孔来降低阻抗。 尽量清理器件周围的空间（尤其是 PCB 底层），从而改善散热。 连接至散热焊盘的单个或多个内部接地平面也有助于散热并降低热阻。 11.2 布局示例 遵循 DRV8452 EVM 的布局示例。设计文件可以从 DRV8452EVM 产品文件夹中下载。 106 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 12 器件和文档支持 TI 提供大量的开发工具。下面列出了用于评估器件性能、生成代码和开发解决方案的工具和软件。 12.1 相关文档 • • • • • • • • • • 德州仪器 (TI)，使用自动扭矩降低步进电机系统功率损耗 应用报告 德州仪器 (TI)，集成 FET 与外部 FET：电机驱动器性能比较 应用报告 德州仪器 (TI)，如何降低步进电机中的可闻噪声应用报告 德州仪器 (TI)，如何提高电机的运动平滑度和精度应用报告 德州仪器 (TI)，智能调优如何调节步进电机中的电流 应用报告 德州仪器 (TI)，电流再循环和衰减模式应用报告 德州仪器 (TI)，如何使用 DRV8xxx 驱动单极步进电机应用报告 德州仪器 (TI)，了解电机驱动器电流额定值应用报告 德州仪器 (TI)，电机驱动器布局指南应用报告 德州仪器 (TI)，半导体和 IC 封装热指标应用报告 12.2 接收文档更新通知 要接收文档更新通知，请导航至 ti.com 上的器件产品文件夹。点击订阅更新 进行注册，即可每周接收产品信息更 改摘要。有关更改的详细信息，请查看任何已修订文档中包含的修订历史记录。 12.3 支持资源 TI E2E™ 中文支持论坛是工程师的重要参考资料，可直接从专家处获得快速、经过验证的解答和设计帮助。搜索 现有解答或提出自己的问题，获得所需的快速设计帮助。 链接的内容由各个贡献者“按原样”提供。这些内容并不构成 TI 技术规范，并且不一定反映 TI 的观点；请参阅 TI 的使用条款。 12.4 商标 12.5 静电放电警告 静电放电 (ESD) 会损坏这个集成电路。德州仪器 (TI) 建议通过适当的预防措施处理所有集成电路。如果不遵守正确的处理 和安装程序，可能会损坏集成电路。 ESD 的损坏小至导致微小的性能降级，大至整个器件故障。精密的集成电路可能更容易受到损坏，这是因为非常细微的参 数更改都可能会导致器件与其发布的规格不相符。 12.6 术语表 TI 术语表 本术语表列出并解释了术语、首字母缩略词和定义。 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 107 DRV8452 www.ti.com.cn ZHCSN95A – AUGUST 2022 – REVISED DECEMBER 2022 13 机械、封装和可订购信息 下述页面包含机械、封装和订购信息。这些信息是指定器件可用的最新数据。数据如有变更，恕不另行通知，且 不会对此文档进行修订。有关此数据表的浏览器版本，请查阅左侧的导航栏。 108 Submit Document Feedback Copyright © 2023 Texas Instruments Incorporated Product Folder Links: DRV8452 PACKAGE OPTION ADDENDUM www.ti.com 7-Jan-2023 PACKAGING INFORMATION Orderable Device Status (1) Package Type Package Pins Package Drawing Qty Eco Plan (2) Lead finish/ Ball material MSL Peak Temp Op Temp (°C) Device Marking (3) Samples (4/5) (6) DRV8452DDWR ACTIVE HTSSOP DDW 44 2500 RoHS & Green NIPDAU Level-3-260C-168 HR -40 to 125 PDRV8452DDWR ACTIVE HTSSOP DDW 44 2500 TBD Call TI Call TI -40 to 125 DRV8452 (1) The marketing status values are defined as follows: ACTIVE: Product device recommended for new designs. LIFEBUY: TI has announced that the device will be discontinued, and a lifetime-buy period is in effect. NRND: Not recommended for new designs. Device is in production to support existing customers, but TI does not recommend using this part in a new design. PREVIEW: Device has been announced but is not in production. Samples may or may not be available. OBSOLETE: TI has discontinued the production of the device. (2) RoHS: TI defines "RoHS" to mean semiconductor products that are compliant with the current EU RoHS requirements for all 10 RoHS substances, including the requirement that RoHS substance do not exceed 0.1% by weight in homogeneous materials. Where designed to be soldered at high temperatures, "RoHS" products are suitable for use in specified lead-free processes. TI may reference these types of products as "Pb-Free". RoHS Exempt: TI defines "RoHS Exempt" to mean products that contain lead but are compliant with EU RoHS pursuant to a specific EU RoHS exemption. Green: TI defines "Green" to mean the content of Chlorine (Cl) and Bromine (Br) based flame retardants meet JS709B low halogen requirements of