步进电机驱动器开发中遇到的问题和解决方法

在开发步进电机驱动器的时候经常遇到以下问题

1. 电机在高速启动或停止时候 烧坏驱动芯片 如何解决？
2. 步进电机在低速时候抖动，如何解决？
3. 步进电机长时间运行 发热严重 如何解决？
4. 步进电机驱动芯片很容易烧坏如何解决？
5. 如何降低步进电机驱动芯片的发热量？
6. 如何在开环情况下检测步进电机的力矩，避免步进电路失步？
7. 在使用TMC2209TMC2208 TMC225时候高速堵转，如何解决？

 ......我们在开发步进电机驱动器的时候可能会碰到很多问题，

作为步进驱动控制行业领导者TRINAMIC在新的产品TMC2240 TMC5240 TMC2210进一步解决了我们所遇到的问题

 2023年初新推出的全新升级的智能步进电机驱动芯片TMC2240在原有产品的基础上加入更新的算法，TMC2240采用更新的数字算法，先进出色的功耗管理能力，以及多种保护功能。满足各种两相步进电机的应用需求。

以上8点是新一代TMC2240 TMC2210 TMC5240升级部分。

• 和上一代TMC2209  TMC2225 TMC2208 TMC2226相比，有以下8部分的功能提升
• 解决热量大问题 ---功率提升，发热量降低

•   新一代TMC2240 供电电压范围4.5-41V 内置MOS 3A MAX,2.1A RMS;低 Rdson (HS+LS)：典型值为 230 mΩ (TA=25C)

• 解决低速抖动噪音--静音斩波Stealthchop切换到高速高动态斩波Spreadcycle切换点没有跳动。通过将0x74寄存器sg_angle_offset=1启动该功能
• 解决过压烧坏芯片问题--新增加OV过压保护引脚，如果外部母线出现过压，该引脚开启消耗掉过高的电压，保护芯片不被损坏。可以在0x52寄存器OTW_OV_VTH中 配置需要开启的最高电压阀值。
• 解决高温损坏芯片问题--TMC2240 5240新增了实时监控内部晶圆温度功能，可以避免由于高温烧坏芯片。可以通过0x51寄存器时刻获取芯片内部温度
• 解决热量大烧坏电机问题--TMC2240 TMC5240新增评估电机线圈温度功能，通过读取0x71 PWM_SCALE可以评估电机线圈温度，避免电机因为发热损坏电机。
• 解决电流波动大问题 --- TMC2240 TMC5240可以通过配置0x0A寄存器配置最大输出电流范围提高电流控制精度，电流精度可以控制在5%以内，而市面上普通驱动器电流精度>10%
• 解决空间太大，干扰大问题---集成了电流检测电阻，节省了外部空间，避免由于外部扰动影响电流控制。
• 解决失步问题--在驱动芯片TMC2240中加入支持外部编码器输入接口，节省上位MCU的硬件资源

• 下面对新一代TRINAMIC驱动芯片TMC2240的详细介绍：

• 芯片功能特点

● 电压范围 4.5… 36V DC

● 低 Rdson (HS+LS)：典型值为 230 mΩ (TA=25C)

● 每个 H 桥的额定电流（典型值为 25C）： • IMAX=5.0A (电桥峰值电流) • IRMS=2.1ARMS (3A正弦波峰值)

● 完全集成的无损电流检测 (ICS)

● 带有 MicroPlyer™ 步进插值的 Step/Dir 接口

● SPI & 单线 UART

● 增量编码器接口

● 最高分辨率每整步 256 微步

● 灵活的微步表和相移以匹配电机

● StealthChop2™静音电机控制

● SpreadCycle™ 高动态电机控制斩波器

● StealthChop 和 SpreadCycle 的无抖动切 换

● StallGuard2™ 和 StallGuard4™ 无传感器电机负载检测

● CoolStep™ 电流控制可节省高达 75% 的能源

● 被动制动和空转模式

● 电机相位和芯片温度测量

● 通用模拟量输入

● 全面保护和诊断

● 过压保护输出

● 紧凑的 5x5 QFN32 封装或 9.7x4.4 TSSOP38

• 应用

● 纺机, 缝纫机, 针织机

● 实验室和工厂自动化

● 3D 打印机、ID 打印机/卡片打印机

● 移液设备，医疗设备

● 办公自动化和纸张处理设备

● POS、赌博机、按摩椅

● ATM、现金回收机、票据盖章机、自动取款机

● CCTV, 安防

● 泵和阀控制

● 定日镜和天线定位