導(dǎo)讀：TMC246A是帶傳感延遲檢測、保護(hù)/診斷和SPI接口的高電流微步步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。

　　TMC246A是為2相步進(jìn)電機(jī)控制應(yīng)用的雙全橋驅(qū)動器，能預(yù)知過載的能力使TMC246A成為適宜的渴望需要高穩(wěn)定的驅(qū)動器的選擇，即使在高溫環(huán)境下也允許有1.5A的電流輸出（在105度高溫下輸出大于800毫安）。

　　驅(qū)動器可以用串行SPI（12bit協(xié)議）或模擬、數(shù)字信號來控制，內(nèi)部綜合了短路保護(hù)、超溫保護(hù)、低壓和高壓保護(hù)。為平穩(wěn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)采用混合延遲特性，通過一個電容器或外部時鐘編程PWM振蕩器頻率。電機(jī)電壓供電范圍是7到34V,數(shù)字部分供電電壓是3.3V或5V.

　　內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖及引腳功能

　　TMC246A采用PQFP44封裝，其引腳排列如上圖所示，其應(yīng)用電路及內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示，由DAC數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、PWM控制、電流控制的門激勵、傳感器電流比較儀及橋式電機(jī)驅(qū)動電路、各種保護(hù)電路和控制診斷電路、SPI接口等組成。

　　引腳功能引腳功能

　　VS電機(jī)電壓供電端VT對地短路檢測比較儀，若不用，接VS端

　　VCC模擬、數(shù)字電路3-5.5V供電端GND數(shù)字、功率電路地

　　AGND模擬地（為SRA,SRB,OSC,SLP,INA,INB,SLP提供參考）OSC斷路器的振蕩器電容或外接時鐘輸入

　　INAA相模擬電流控制INBB相模擬電流控制

　　SCK串行SPI的時鐘SDO串行SPI的數(shù)據(jù)輸出（三態(tài)）

　　SDI串行SPI的數(shù)據(jù)輸入CSN串行SPI的片選

　　ENN驅(qū)動器使能端（低電平有效）和過壓關(guān)閉端SPESPI模式使能端，接地不使用SPI功能

　　ANN模擬電流使能端，低電平有效，通過INA、INB來控制SLP斜率控制電阻

　　BL1、BL2數(shù)字式空白時間選擇SRA.SRB橋A/B傳感器電流比較儀電流輸入端

　　OA1、OA2全橋A輸出端081、OB2全橋B輸出端

　　VSA、VSB橋A/B電源供電端BRA.BRB橋A/B外接傳感電阻端

　　上表是TMC246A的引腳功能，由于個別腳與多個引腳是一個功能，因此，給出引腳符號所對應(yīng)的功能，具體哪個腳是哪個符號參照上圖。

　　SPI接口控制

　　SPI數(shù)據(jù)設(shè)置了2極電機(jī)的電流和極性，通過使用連續(xù)的值，描述了一個正弦和余弦波，電機(jī)被微步驅(qū)動。

　　微處理器發(fā)送數(shù)據(jù)到TMC246A微處理器發(fā)送12bit數(shù)據(jù)到TMC246A,先發(fā)送高位，如下表所示。

　　BITName功能備注

　　11MDAA相混合延遲使能為1,混合延遲

　　10CA3A橋電流設(shè)置第3位高位

　　9CA2A橋電流設(shè)置第2位

　　8CA1A橋電流設(shè)置第1位

　　7CAOA橋電流設(shè)置第0位低位

　　6PHAA橋極性為1,電流從OA1到OA2

　　5MDBB相混合延遲使能為1,混合延遲

　　4CB3B橋電流設(shè)置第3位高位

　　3CB2B橋電流設(shè)置第2位

　　2CB1B橋電流設(shè)景第1位

　　1CBOB橋電流設(shè)置第0位低位

　　0PHBB橋極性為1,電流從OB1到OB2

　　電流值用標(biāo)準(zhǔn)4bit通信，CA3至CAO或CB3至CBO從0000到1111,電流值按照每6.7%的增幅變化，為0,為，100%.所有記錄內(nèi)容在電源開機(jī)復(fù)位時清零或通過ENN腳使芯片進(jìn)入到低功耗待機(jī)狀態(tài)消失，所有SPI輸入都有施密特觸發(fā)器功能。

　　TMC246A發(fā)送數(shù)據(jù)到微處理器TMC246A發(fā)送12bit數(shù)據(jù)到微處理器，先發(fā)送高位，如下表所示。微處理器根據(jù)TMC246A發(fā)送回來的12bit數(shù)據(jù)，做信號處理。

　　在SPI模式下通過INA和INB來控制基礎(chǔ)電流在SPI模式下，芯片為每個DAC提供一個外部參考電壓，將ANN接地，使能模擬電流控制，INA和INB的2V輸入電壓給出100%電流的滿刻度，在此情形下，傳感器電流比較儀的負(fù)向電壓由INA和INB輸入電壓和DAC電流設(shè)置（在表2中設(shè)置）決定，有以下的公式：

　　VTRIP,A=0.17 VINAדpercent-age SPI current setting A”    VTRIP,B=0.17 VINBדpercent-age SPI current setting B”    傳感器的電阻RS= VTRIP/lmax,在典型應(yīng)用中RS=0.34V /lmax,（本設(shè)計中已將INA、INB腳接在一起，且用電阻分壓使VINA、VINB約2V），我們選擇傳感器電阻為0 3歐，因此，電機(jī)電流I-max為0.34V/RS=0.34V/0.3=1.13A.

　　硬件電路設(shè)計

　　下圖所示是TMC246A電機(jī)驅(qū)動器的應(yīng)用電路圖，其設(shè)計思路如下。

　　VS是電源供電端（TMC246A的36腳），PCB布線和連接外電源時，接線要盡可能的短和粗，而且在靠近每個電源引腳邊接一個100-470微法的電解電容（或鉭電容）與一個0.01-0.1微法的高頻電容，能起到很好的濾波作用。VSA、VSB（TMC246A的30、4腳）是橋A/B電源供電端，VS通過0Ω保護(hù)電阻加到VSA、VSB上。OA1,OA2,081,082是電機(jī)輸出端口，OA1,OA2,（TMC246A的2、3、7、8和5、6、10、1 1腳）接兩相電機(jī)的一個繞組上，OB1,082（TMC246A的26、27、31、32和23、24、28、29腳）接兩相電機(jī)的另一個繞組上，若電機(jī)運(yùn)動方向不是我們想要的方向的時候，只需對調(diào)OA1,OA2,或OB1,082中的任兩根線就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

　　在電機(jī)輸出引腳和地間分別接4個肖特基二極管以減小熱消耗，給電機(jī)繞組上的反電動勢在斷電時提供回路。BRA,BRB（TMC246A的9、25腳）是輸出電流傳感器電阻連接端口，外接一個0.1 ~0.3Ω的電阻用于電流檢測。該電阻應(yīng)能滿足功率需求，我們設(shè)計使用了0.3Ω/2W的電阻。BRA,BRB經(jīng)100Q電阻，再經(jīng)SRA、SRB（TMC246A的12、22腳）接傳感器電流比較儀。

　　檢測BRA,BRB上的電壓來判斷電機(jī)是否過流，一旦檢測到BRA,BRB上的電壓超過0.61V,PWM周期立即停止，在PWM周期剩下的時間里，橋內(nèi)的所有晶體管都關(guān)閉。錯誤計數(shù)加1,若錯誤計數(shù)達(dá)到3,則橋保持關(guān)閉余下的60個PWM周期，即這正弦波，并將錯誤標(biāo)志讀出有效。在下一輪正弦波，超過63個PWM周期若沒有過流，就取消錯誤標(biāo)志。

　　VT（TMC246A的35腳）是對地短路檢測比較儀端，檢測對地短路或過流。在任何時候只要VS和VT間電壓超過0.15V,在PWM周期剩下的時間里，橋內(nèi)的所有晶體管都關(guān)閉。

　　PWM周期的空白時間由BL1、BL2（TMC246A的21、33腳）決定，空白時間即PWM的死區(qū)時間，為的是防止全橋上、下管直通短路?？瞻讜r間得兼顧低端晶體管的關(guān)閉時間和高端晶體管的打開時間，還有電流建立的時間。因此完整的轉(zhuǎn)換持續(xù)時間不能超過1.5 μ s.BL2、BL1為GND、GND,空白時間為0.6 μ s;BL2、BL1為GND,VCC,空白時間為0.9 μ s:BL2、BL1為VCC、GND,空白時間為1.2μs;BL2、BL1為VCC、VCC,空白時間為1.5 μ s;本設(shè)計中BL2、BL1為VCC、GND,因此選擇PWM周期的空白時間為1.2 μ s.盡可能低的空白時間為微步給出了的結(jié)果。

　　OSC（TMC246A的13腳）是PWM振蕩器頻率設(shè)定端，由外部電容器來設(shè)定。內(nèi)部振蕩器采用28kQ電阻對外部電容器充電/放電。也可以在此腳輸入外部的CMOS電平的方波信號，不要把頻率設(shè)定超過100 kHz,也不能懸空此腳。PWM振蕩器頻率Fosc一1/（40 u sxCosc（n F》，本設(shè)計OSC端外接電容器是1 nF,因此，PWM振蕩器頻率為25 kHz.

　　電機(jī)在鎖定狀態(tài)，為減少電流，微處理器發(fā)出低電平LOCK信號，使Q1導(dǎo)通，INA和INB端原來的2.2k電阻和1k電阻并聯(lián)，電阻變?yōu)?.69K,此時VIN/VINB電壓約為0.9V,則電機(jī)電流|為（0.17*0.9V）/0.3=0.51A,大大降低了功耗。

　　SLPtTMC246A的43腳）是斜率控制電阻端，全橋輸出的輸出電壓斜率可控制，以減少對電力供應(yīng)和汽車線路的噪聲，且減少電路的電磁輻射。它是由在SLP引腳外接一個外部電阻來控制，這個電阻的范圍是0到lOOk.該SLP引腳可直接連接到AGND以獲得快輸出電壓斜率，輸出電壓由15%到85%的時間和斜率控制電阻的關(guān)系如下30ns,2.2kQ;60ns,10kΩ；1 10ns,22kΩ；245ns,51kΩ；460ns,lOOkQ.本設(shè)計斜率控制電阻為22k,因此輸出電壓由15%到85%的時間為110ns.

　　ENN（TMC246A的19腳）是驅(qū)動器使能端，也是過壓保護(hù)端。在禁用條件期間，電路關(guān)閉所有的輸出功率晶體管，并進(jìn)入低電流停機(jī)模式。所有登記內(nèi)容將被清除為“0”,所有狀態(tài)標(biāo)志清除。利用外接分壓電阻給ENN引腳提供一個固定的1/2VCC電壓，則允許簡單的使過壓保護(hù)提高到40V.若VCC使用5V,過壓保護(hù)閾值是26-29V,則可以按下圖所示那樣，將R15設(shè)為100k,R14設(shè)為10k.若VCC使用3.3V,過壓保護(hù)閾值是26-29V,則下圖中，將R15改為160k,R14仍為lOk.若想用微處理器來控制ENN,可以將R14左端接地去掉，改接微處理器，微處理器發(fā)出低電平信號，使能有效，若發(fā)出高電平信號，則使能無效。本設(shè)計始終使能。

　　SPE（TMC246A的20腳）是SPI模式使能端，接VCC,使能SPI功能。

　　軟件設(shè)計

　　在上圖所示TMC246A電機(jī)驅(qū)動器的應(yīng)用電路圖中，SDO （TMC246A的14腳）是串行SPI的數(shù)據(jù)輸出端，SDI（TMC246A的1 5腳）是串行SPI的數(shù)據(jù)輸入端，SCK （TMC246A的16腳）是串行SPI的時鐘端，CSN （TMC246A的18腳）是串行SPI的片選端，低電平有效。這四個引腳和微處理器的10口相連，由微處理器來控制。下圖所示是SPI接口時序。

　　我們使用飛利浦公司的ARM7微處理器LPC2119來控制TMC246A.

　　定義數(shù)組先定義如下2個數(shù)組，上面的數(shù)組完成電機(jī)的正傳，下面的數(shù)組完成電機(jī)的反傳，這兩個數(shù)組都是為了實(shí)現(xiàn)正弦波。

　　SPI總線發(fā)送數(shù)據(jù)下面的函數(shù)是向SPI總線發(fā)送數(shù)據(jù)，函數(shù)名稱：MSPLSendData0,函數(shù)功能：向SPI總線發(fā)送數(shù)據(jù)。入口參數(shù)：data待發(fā)送的數(shù)據(jù)，出口參數(shù)：返回值為讀取的數(shù)據(jù)。

　　電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制  下面的函數(shù)是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制函數(shù)，函數(shù)名稱：step（），函數(shù)功能：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制。入口參數(shù)：dir方向，出口參數(shù)：無。串行SPI的時鐘由微處理器的定時器1來實(shí)現(xiàn)。

　　lo由數(shù)組sinus_tab_l [64]或si-nus_tab_r [64】中某個8bit數(shù)據(jù)先左移6位，再加上數(shù)組中這個數(shù)據(jù)后第16個的8bit數(shù)據(jù)，合并為14bit數(shù)據(jù)，前2bit數(shù)據(jù)不要，后面的12bit數(shù)據(jù)就是我們所需要的。對照表2微處理器發(fā)送12bit數(shù)據(jù)到TMC246A,就知道1個數(shù)組正好是一個完整的正弦波。