在智能制造、消費電子與精密裝備飛速發(fā)展的今天，步進電機以其“脈沖對應位移”的精準控位特性、無累積誤差的穩(wěn)定性、快速啟停的響應能力，成為定角度、定距離運動場景的核心執(zhí)行元件，而步進電機的性能很大程度由驅動芯片決定。

作為“控制中樞”，驅動芯片承擔著脈沖分配、電流調節(jié)、細分控制等關鍵功能，其電壓適配范圍、輸出電流能力、細分精度、保護機制直接影響電機的運行精度和噪聲水平。

隨著各領域對設備小型化、高精度、低功耗、高可靠性的要求持續(xù)升級，傳統(tǒng)驅動方案已難以滿足復雜場景需求，高性能、集成化、智能化的步進電機驅動芯片，正成為技術升級的核心突破口，也成為選型時的關鍵考量因素。

步進電機原理

步進電機通常由交錯排布的兩組線圈繞組和永磁轉子組成。當電流通過線圈繞組時，會產生一個磁場，該磁場吸引永磁定子使其旋轉，直至與磁場對齊，通過給線圈繞組交替通電產生一個不斷旋轉的磁場，就會驅動轉子持續(xù)轉動。

圖1 步進電機原理示意圖

步進電機驅動主要技術特點

微步細分技術

傳統(tǒng)全步驅動模式下，步進電機每接收一個脈沖，轉子旋轉一個固定的步距角（通常為1.8°），受限于此無法實現更精細的運動與定位精度，而由于轉子在步距角之間跳變，電機會產生明顯的震動和噪音。為了克服這些缺點，步進電機驅動通常采取微步細分技術，其基本原理是在兩個相鄰繞組之間通過精確控制電流，使兩個繞組產生的合成磁場在一個步距角范圍內平滑過渡而非簡單切換。微步細分技術可以極大提升步進電機控制精度，并顯著降低噪音。

圖2 微步細分技術示意圖

微步細分程度越高，電流波形越接近平滑正弦波，電機運轉越平穩(wěn)，可控制的最小旋轉角度越小，控制精度越高。

圖3 不同微步細分模式下電流

電流控制技術&自適應放電技術

由于步進電機利用通電繞組產生的磁場來驅動永磁轉子，因此繞組中電流大小直接決定了轉子所受到的力矩，進而影響到電機運轉。而電機繞組的電感特性導致了繞組電流的上升下降并非瞬間完成，而是存在充-放電的過程，特別是在電流衰減過程中，永磁轉子與繞組線圈相對運動帶來的反向電動勢直接影響步進電機的平穩(wěn)運轉。

圖4 步進電機電流控制模式

僅使用Slow Decay模式，無法抑制反向電動勢，電流波形失真。電機運轉不平穩(wěn)有雜音。

圖5 Slow Decay模式電流

Adaptive Decay模式：電機運轉過程中自動檢測電流，當電流符合預期正弦波形時采取Slow Decay；波形失真時，采取Fast Decay迅速矯正電流，有效抑制反向電動勢，電流紋波小，電機運轉平滑、安靜、高效。

圖6 Adaptive Decay模式電流

堵轉檢測技術

在步進電機應用中，對堵轉異常的實時檢測可以有效預防設備卡滯，結構應力過載，提前預警故障，減小因硬件損壞導致的維修更換成本，因而具有重要意義。

步進電機驅動芯片的堵轉檢測功能通常使用反向電動勢法。當電機正常運轉時繞組會產生反向電動勢（BEMF），繞組電壓由以下公式表示：

可見電機轉動時，繞組電壓包含反向電動勢，而當繞組電流iM為0時，繞組電壓即為反向電動勢電壓。而當電機堵轉時，定子與繞組無相對運動，因而反向電動勢也為0，根據此原理可以通過檢測繞組電流為0時的反向電動勢來判斷電機是否堵轉。

圖7 電機正常運轉波形

圖8 電機堵轉波形

艾為步進電機驅動芯片選型

數模龍頭艾為電子推出的AW8646QNR是一款支持1/32微步模式的高性能步進電機驅動芯片，其內部集成步進驅動時序控制邏輯，外部只需輸入方向控制以及單路PWM信號就可控制步進電機，省去麻煩的步進電機驅動程序設計。

圖9 AW8646QNR典型框圖

AW8646QNR主要特性：

Dual H橋驅動：

Output voltage：3~12V

Max Current：1.4A (2A peak)

RDSON：730mΩ HS+LS

Step/DIR 控制接口

Up To 1/32 Micro Stepping

放電模式：

SLOW DECAY/

FAST DECAY/

MIX DECAY/

Adaptive DECAY

輸入IO接口電平：1.8V 邏輯，支持到5.5V

支持OTP/UVP/OCP,OCP啟動時間0.1us

封裝：24-QFN 4*4mm