40V/2A步进电机驱动IC采用先进的微步驱动技术,助力实现电机高效、低振动、低噪声运行

40V/2A步进电机驱动IC采用先进的微步驱动技术,助力实现电机高效、低振动、低噪声运行

东芝电子元件及存储装置株式会社(简称“东芝”)现已推出新一代步进电机驱动IC“TB67S579FTG”。该产品采用先进的微步驱动技术,为消费和工业应用提供高效、低振动和低噪声的电机运行。TB67S579FTG是一款2相双极型步进电机驱动IC,采用恒流控制法,支持电机输出电压额定40V和电机输出电流额定2.0A[1]

近年来,电池供电的电机驱动设备如标签打印机需要高效率以降低功耗。使用电机进行位置控制的设备,如3D打印机和监控摄像头,也需要减少振动和噪声。为满足这些市场需求,新产品集成先进的微步驱动技术,包含三大关键功能:“第二代主动增益控制(AGC2)”、“自动波形生成系统(AWGS)”、“连续微步进”。

AGC2是一个根据负载调整电机驱动电流来控制步进电机的功能。通常,步进电机在峰值负载条件下以最大电流持续驱动。然而,通过使用此功能,电机可以在低负载条件下以最低必要驱动电流运行。因此,这使电机运行效率高,并降低设备的功耗。

AWGS是一种功能,它能够利用原本用于全步旋转控制的CLK信号[2],以微步模式驱动步进电机。采用此功能后,即使在典型应用场景下(例如,最初以全步模式驱动步进电机以快速产生转矩,再切换为微步驱动模式以降低振动和噪声),亦可实现平滑过渡,无需调整控制信号。此功能可以显著降低微控制器单元(MCU)等控制器件上的处理负载。

与现有的微步驱动方法相比,连续微步驱动可使电机驱动电流更接近正弦波,有助于实现步进电机的低振动、低噪声运行。

新产品采用小型封装VQFN48。此外,通过消除电机输出电流检测所需的外部电阻以及内置电荷泵电容器,能够减少外部元件数量,从而节省安装板上的空间。

东芝将继续开发适合各种应用的产品,力求简化用户设计、减小电路板空间以及提供综合解决方案。

注:
[1]实际电机驱动电流会根据工作环境变化,包括环境温度和电源电压等因素。
[2]CLK信号是一种用于控制步进电机驱动器中电机阶跃运动的定时信号。电机的转速会根据CLK信号的频率变化。

特点

  1. 第二代主动增益控制(AGC2)提升电机驱动效率。
  2. 自动波形生成系统(AWGS)降低MCU及其他控制IC的处理负担。
  3. 连续微步进实现低振动和低噪声运行。

特点说明

1.第二代主动增益控制(AGC2)提升电机驱动效率

图1:主动增益控制(AGC)的控制波形
图1:主动增益控制(AGC)的控制波形

主动增益控制(AGC)是一种在电机运行过程中检测感应电压以确定负载,并根据外部负载自动调整电机驱动电流的功能。当负载较重时,电机驱动电流增加;当负载较轻时,负载会降低。该机制使电机能够以最小所需电流运行,使得比传统方法更高效的电机驱动。

图2:全步运行期间AGC与AGC2电流波形的对比
图2:全步运行期间AGC与AGC2电流波形的对比

第一代AGC在OFF周期(输出电流为0%)检测感应电压,即使在全步运作中也需要短暂的0%间隔。因此,转速相对于预期的电流波形受到限制。第二代AGC2实现了高速旋转[3]同时通过预测0%间隔的时序并相应检测感应电压,保持预期的全步波形。它还配备了一个端子,可以以电压信号的形式监测实际的电机驱动电流。

2. 自动波形生成系统(AWGS)降低MCU及其他控制IC的处理负担

图3:现有微步进控制与AWGS微步进控制的比较
图3:现有微步进控制与AWGS微步进控制的比较

自动波形生成系统(AWGS)是一个功能,使得在与全步控制相同的CLK频率下实现微步进控制。此前,输入CLK频率需与CLK步数成比例增加。通过AWGS,可以在不改变CLK频率的情况下使用微步进控制,从而简化了MCU的控制。

3.连续微步进实现低振动和低噪声运行

图4:微步进控制波形与连续微步进控制波形的比较
图4:微步进控制波形与连续微步进控制波形的比较

连续微步进通过允许IC自动补偿步进CLK并持续调整电机驱动电流,实现更接近正弦波的驱动波形。这有助于进一步减少低速旋转时的振动和噪音[4]

注:
[3]主动增益控制(AGC)的转速根据所使用的具体电机和外部负载的情况而变化。
[4]振动和噪音的程度可能因电机和实际驱动条件而异。

应用

  • 多功能打印机(MFP)
  • 喷墨打印机
  • 标签打印机
  • 3D打印机
  • 监控摄像头
  • 投影仪
  • 缝纫机

 

主要规格

(除非另有规定,Ta=-40至85°C)

器件型号 TB67S579FTG
支持的电机 2相双极型步进电机
绝对最大额定值 电机输出电压
VOUT(V)
Ta=25°C 40
电机输出电流
IOUT(A)
Ta=25°C 2.0
工作范围 电机电源VM(V) 4.5至34
工作温度Topr(°C) -40至85
电气特性
输出晶体管漏极与源极之间的导通电阻(纵向总和)
RON(D-S)(Ω)
IOUT=2.0A,Tj=25°C 典型值 0.6
电流消耗IM1(μA) 输出:开路,休眠模式 最大值 1
接口 时钟(CLK)输入控制
电流检测方法 无外接电阻
电荷泵的电容器 不需要
步进模式 全步到1/32步模式
先进的微步驱动技术 第二代主动增益控制(AGC2)、自动波形生成系统(AWGS)、连续微步进
异常检测功能 过电流检测、过温检测、供电电压欠压检测、失速检测和开路负载检测
封装 名称 P-VQFN48-0707-0.50-006
尺寸(mm) 典型值 7.0×7.0
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