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我们的A3977驱动器波形图与温升数据 1of3 (使用 Mach2 软件驱动)

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出0入0汤圆

发表于 2009-6-30 22:44:22 | 显示全部楼层 |阅读模式
先描述一下这次实验得出的结论:

1. 半流的效果很好。步进电机长时间静止并且锁定时,温度只上升8度。
2. 在我们的额定工作条件下,该步进电机不失步,并且有一定的驱动能力最大转速在350转左右。
3. 考虑到一些因素,保守的最大工作转速为300转。长时间工作步进电机温度是55度。如果安装在机架上散热更良好,估计步进电机会在50度以下。
4. 我们的丝杆间距是2mm. 可以推算出我们的雕刻机每分钟可靠的最大运行速度是600mm/min,即每秒10mm.
5. 与我之前的想法有些不同,mach2的输出波形,并不一定有助于降低步进电机的温升与提高可靠最高运行速度。
   明天我会使用 Agilent 33220A 信号发生器重复这个实验,得出比较数据。



测试工具:
     TEK TDS1012B-SC Two Channel Digital Oscilloscope 100Mhz 1GS/s
     UNIT UT372 USB Rang 10rpm-99999rpm Counter
     Agilent 33220A 20MHZ/Function Arbitray Waveform Generator
     UNIT UT301A IR Thermomter
     FLUKE 15B Digital Multimeter

测试条件:
   1. windows xp + Mach 2
   2. A3977驱动器设置电流1.2A,8细分。(电阻RW上的电压调整为步进电机转动时1.92V,即步进电机的工作电流1.2A. )
   3. 驱动器供电电压实测是:29.25V
   4. 环境温度32.5摄氏度

测试内容包括(波形与温升):   
   1. 电机半流锁死
   2. 50 RPM
   3. 100 RPM
   4. 200 RPM
   5. 300 RPM
   6. 350 RPM

温升小结:   (每个数据测试30分钟),环境温度是32度左右。以下为30分钟后的测试数据。

(转  速)    静止半流锁紧      50RPM       100RPM      200RPM        300RPM       350PRM
-----------------------------------------------------------------------------------------
(摄氏度)    40.5              67.5        67.2         68.2          55.1         47.3

   注:电机单独放在桌面上,没有连接散热片及任何的金属件。无风吹,自然散热条件。
      真正使用时,步进电机安装在铝合金部件上,散热条件更好,温度会更低一些。


电路图与测试点:
   CH1: 0.2欧2W电阻上的波形
   CH2: 脉冲输入的波形。



(原文件名:1.jpg)


(原文件名:2.jpg)

驱动器实物图: 更多的图片请点击此处.


(实物图)





电机半流锁死

测试时间:30分钟
电机表面温度:从32.6度,上升到40.5度。

半流锁定 (原文件名:SNAG-0001.jpg)


半流锁定 (原文件名:SNAG-0002.jpg)




50 RPM

测试时间:30分钟
电机表面温度:从32.6度,上升到67.5度。


50 RPM/S (原文件名:SNAG-0003.jpg)


50 RPM/S (原文件名:SNAG-0004.jpg)


50 RPM/S (原文件名:SNAG-0005.jpg)



100 RPM

测试时间:30分钟
电机表面温度:从32.6度,上升到67.2度。


100 RPM (原文件名:SNAG-0006.jpg)


100 RPM (原文件名:SNAG-0007.jpg)


100 RPM (原文件名:SNAG-0008.jpg)




200 RPM

测试时间:30分钟
电机表面温度:从32.1度,上升到68.2度。


200 RPM (原文件名:SNAG-0008.jpg)


200 RPM (原文件名:SNAG-0009.jpg)


200 RPM (原文件名:SNAG-0010.jpg)





300 RPM

测试时间:30分钟
电机表面温度:从31.8度,上升到55.1度。


300 RPM (原文件名:SNAG-0011.jpg)


300 RPM (原文件名:SNAG-0012.jpg)


300 RPM (原文件名:SNAG-0013.jpg)



350 RPM

测试时间:30分钟
电机表面温度:从32.0度,上升到47.3度。


350 RPM (原文件名:SNAG-0014.jpg)


350 RPM (原文件名:SNAG-0015.jpg)


350 RPM (原文件名:SNAG-0016.jpg)

阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!

如果想吃一顿饺子,就得从冰箱里取出肉,剁馅儿,倒面粉、揉面、醒面,擀成皮儿,下锅……
一整个繁琐流程,就是为了出锅时那一嘴滚烫流油的热饺子。

如果这个过程,禁不住饿,零食下肚了,饺子出锅时也就不香了……《非诚勿扰3》
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-6-30 22:45:41 | 显示全部楼层
之前提供的一份数据,出了点技术差错: 测试的变压器的抽头,竟然是有错误的。导致A3977的供电电压只有不到10V。 但这个错误却带来一个意外的收获:大幅降低A3977的供电电压, 步进电机的驱动能力虽然降低,但幅度不算非常大。 而且在200转时,竟然一点温升也没有。 测试时发现200转时也是有一定的驱动能力的。

不过要性能好,当然还是要30V供电。 以上的是正常的供电测试数据。

出0入0汤圆

发表于 2009-6-30 22:53:09 | 显示全部楼层
好,技术贴,先留个名再详细看

出0入0汤圆

发表于 2009-6-30 22:54:06 | 显示全部楼层
等着看热闹,呵呵

出0入0汤圆

发表于 2009-6-30 23:34:43 | 显示全部楼层
好贴!
留名。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 08:21:20 | 显示全部楼层
发现自己看不懂上述波形,看来对A3977根本没吃透。
尤其是对混合衰减模式。
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-1 08:23:05 | 显示全部楼层
【6楼】 elder60 60岁老头
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我一会将雷赛的波形也测出来对比一下吧。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 08:24:53 | 显示全部楼层
谢谢。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 08:26:09 | 显示全部楼层
学习了
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-1 10:47:19 | 显示全部楼层
雷赛M535驱动器波形图与温升数据 测试2of3 (使用 Mach2 软件驱动)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 11:17:12 | 显示全部楼层
果然电压不够:)难怪昨天的波形那么尖
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-1 11:23:44 | 显示全部楼层
【11楼】 shinehjx
果然电压不够:)难怪昨天的波形那么尖  
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我重新检验了昨天输入电压只有8.2V。  不过昨天的数据也有价值:原来降低输入电压,可以获得有一定的驱动能力,并且电机冰冷不发热的效果 :)

昨天的数据迟些我会重新整理出来,供有兴趣的网友参考。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 12:24:36 | 显示全部楼层
阿莫,刚看了两款驱动器的波形,有个地方好像有些问题,两个驱动器设定的电流接近,但是感流电阻的波形上看,电流相差很大,不知是什么原因?采用的电机是一样的么?
(原文件名:ourdev_457224.jpg)


(原文件名:ourdev_457320.jpg)
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-1 12:28:08 | 显示全部楼层
【13楼】 sas123123  
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两款驱动器的线路与设计是不同的。

雷赛的电阻你看一下是多大?

注意,它是两个并联的。即真正的电阻仍要减半。


(原文件名:a04.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 12:38:23 | 显示全部楼层
两个帖子都说,自己都要说乱了,看了这个电阻更晕了,10欧,我都不信自己的脑袋了,因为另一个帖子也写了0.2欧2w电阻,我就按照这个算的,看来是白着急了,阿莫安心测试吧,等着好消息。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 12:41:29 | 显示全部楼层
阿莫把Vpfd选为0.5VDD。
器件工作在快衰减模式的时间tFD为:tFD=RtCt*ln(0.6Vdd/Vpfd)=0.182*Toff
时间是否太短,不利于衰减?

另外,电机半流锁死时,可以把Vpfd选为0.6VDD以上,不允许快衰减发生,多少可以降点功耗。
说实在话,A3977确实不能说是个“聪明的IC”。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 13:05:50 | 显示全部楼层
看阿莫测这个,也跟在学习了。顺便测试了一下手头一个42电机驱动板。上个图,芯片是打磨的,我估计是51+NJU29610+NJM3773,32细分。图的上半部分是在Rsense两边测的,下半部分是在马达的一phase里串了个0.2欧的电阻,测量了电阻两边的电压。工具是直接ADC到电脑里的,凑合着看。



(原文件名:Untitled-3.jpg)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 13:12:39 | 显示全部楼层
学习的过程中看到这篇文章,看了之后有些收获,更好的理解了A3977这个片子。Bob Christie 这个人就是Allegro的工程师。

http://europe.elecdesign.com/Articles/ArticleID/11436/11436.html

Stepping Into The Future
Bob Christie examines the EasyStepper concept for driving bipolar stepper motors using an integrated step and direction translator interface.

Bob Christie
Bob Christie is with Allegro MicroSystems Europe.

ED Online ID #11436
November 2005

A built-in translator makes devices incorporating EasyStepper very easy to use. The user has simply to input one pulse on the device's "step" input and the motor will take one microstep. There are no phase sequence tables, high-frequency control lines ,or complex interfaces to program. This simple, two-input interface is ideal for applications involving multiple motors.

Most microstepping motor drivers require control lines for digital-to-analogue converters (DACs) to set the reference for the pulse-width-modulated (PWM) current regulator and phase inputs for current polarity control. In more sophisticated drivers, there are also inputs required for the PWM current-control mode to operate in slow-, fast-, or mixed-decay modes. Thus, up to eight to 12 inputs might be involved, all of which are typically supplied by the system microprocessor. The EasyStepper concept solves this problem by combining a simple two-line step and direction interface and an efficient DMOS output in a single integrated circuit (Figs. 1 and 2). For each transition in the step input, the driver sequences one microstep.

These new ICs also include circuitry that automatically sets the current-decay mode between slow and mixed-decay PWM operation. This eliminates the need to provide additional control lines and will result in reduced audible noise.

The DMOS outputs are n-channel devices with low onresistance rated at ±2.5A and 35V, which means that they will satisfy high-end applications requiring low power dissipation. DMOS outputs also have the ability to implement synchronous rectification by turning on the appropriate output DMOS device during the current decay period and effectively shorting out the body diodes with the low on-resistance driver. This results in lower power dissipation and eliminates the need for external Schottky diodes in most applications.

MICROSTEPPING TRANSLATOR
EasyStepper is based on the translator circuit, which can be seen on the left-hand side of Figure 1. This circuit converts the step and direction inputs into the control signals required to sequence the current in each of the two H-bridge outputs for full, half, quarter, and eighth-step microstepping operation of a bipolar stepper motor.

At power-up or reset, the translator sets the DACs and phase current polarity to the initial "home" state conditions, and sets the current regulator for both phases to mixed-decay mode. When a step command signal (logic "low" to "high" transition of the step input) occurs, the translator automatically sequences the DACs to the next level and current polarity. For the reverse operation, the direction input is set to logic "high" and the translator reverses the sequence. The DAC outputs are used by the PWM current regulator to set the trip point of the current output of each phase. The microstep resolution is set by inputs MS1 and MS2.

INTERNAL PWM CURRENT CONTROL
Each H-bridge is controlled by a fixed "off" time PWM current-control circuit which limits the load current to a desired value (ITRIP). Initially, a diagonal pair of source and sink DMOS outputs are enabled, and current flows through the motor winding and the current-sense resistor (RS) as shown in Fig 3. When the voltage across RS equals the DAC output voltage, the current-sense comparator resets the PWM latch, which turns off the source drivers (slow-decay mode) or both the source and sink drivers. The current then recirculates. During this recirculation, the current decreases until the fixed "off" time expires.

(原文件名:Figure_03.jpg)

The maximum value of current limiting is set by the selection of the current-sense resistor and the voltage at the reference input. The DAC output reduces the reference output voltage to the current-sense comparator in precise steps which are dependent ITRIP. The internal PWM current-control circuitry uses a one-shot circuit to control the time the drivers remain off.

In addition to setting the fixed "off" time of the PWM control circuit, the external capacitor sets the comparator blanking time. This function blanks the output of the current-sense comparator when the outputs are switched by the internal current-control circuitry. The comparator output is blanked to prevent false overcurrent detections caused by reverserecovery currents in the clamp diodes, as well as switching transients related to the capacitance of the load. This blanking feature eliminates the need for a low-pass filter between the current-sense resistor and the current-sense comparator that is required on most PWM current regulators.

MIXED-DECAY OPERATION
Automatic mixed decay-operation optimises the current chopping mode in order to achieve the best sinusoidal current waveform for microstepping. Slow decay has the advantage of minimum current ripple. However, when microstepping at higher step rates, slow-decay chopping may fail to properly regulate current on the falling slope of the sine wave when current is decreasing. This is a result of motor back EMF overriding the voltage applied to the motor, forcing the current to increase during the decay period. Fast decay solves the current-regulation problem of slow decay. With almost the full supply across the motor winding, it has the ability to get the current out of the winding quickly. The disadvantage of fast decay is increased current ripple, which in turn causes increased motor heating.

When the current reaches ITRIP, the device will go into fastdecay mode until the voltage on the RC terminal decays to the voltage on the PFD terminal. After this fast-decay portion, the device will switch to slow-decay mode for the remainder of the fixed "off" time period.

Although mixed decay improves microstepping performance, it will still have higher current ripple than slow decay. The best solution is to use a slow decay on the increasing slope of the sine wave and mixed decay on the falling slope of the sine-wave output, which the EasyStepper devices do automatically. When a step-command signal occurs on the step input, the translator automatically sequences the DACs to the next level. If the new DAC output level is lower than the previous level, the decay mode for that H-bridge will be set by the voltage level on the PFD input. If the new DAC level is equal to or higher than the previous level, the decay mode for that Hbridge will be slow decay.

SYNCHRONOUS RECTIFICATION
When a PWM "off" cycle is triggered—by a bridge disable command or an internal fixed "off" time cycle—load current will recirculate according to the decay mode selected by the control logic. Synchronous rectification will turn on the appropriate DMOS devices during the current decay and effectively short out the body diodes with the low 'on' resistance driver (Fig. 4). In fast-decay synchronous rectification mode, the voltage across RS is monitored to prevent reverse conduction. Just before the recirculation current reaches zero, all of the DMOS devices are turned off, and current flows through the body diodes. In a typical stepper-motor application, the motor-driver IC is in current-decay (recirculation) mode for a higher percentage of the PWM cycle compared to the on time. This means that most of the power dissipation is a result of the forward-voltage drop of the internal body diode of the power DMOS. The reduction in power dissipation resulting from the use of synchronous rectification can eliminate the need for external Schottky diodes in most steppermotor applications.

LOGIC CONTROL
In EasyStepper devices, a "sleep" input is used. This disables much of the internal circuitry, including the output DMOS device, regulator, and charge pump. A logic "low" will put the device into sleep mode, while a logic "high" will allow normal operation and will start up the device in the "home" position. The total current consumption in sleep mode (including logic and the motor supply current) is less than 40mA.

The "enable" and "reset" inputs turn the DMOS outputs on or off. The translator inputs are independent of the "enable" input state, so that the outputs can be disabled, stepped to a defined microstep state, and then re-enabled in this position. The "reset" input resets the translator to the home state.

The "home" output is a logic output indicator of the initial state of the translator. At power-up, the translator is reset to the home state. The home output-current level is common to all four microstepping levels. It can be used as a control input to indicate that the microstepping resolution is able to be changed at this step without causing a current (and, therefore, torque) disturbance to the motor.

PROTECTION CIRCUITRY
The EasyStepper design has an undervoltage lockout circuit that protects the IC from potential shoot-through currents when the motor supply voltage is applied before the logic supply voltage. All outputs are disabled until the logic supply voltage is above 2.7V. Thermal protection circuitry turns off all of the power outputs if the junction temperature exceeds 165°C. Normal operation is resumed when the junction temperature has decreased by about 15°C.

Microstepping-motor-driver ICs using the EasyStepper integrated step and direction translator interface offer several features that result in benefits for the application. When this simple interface is combined with low power dissipation, high-current outputs, and efficient mixed-mode current control, the result is a high-performance and cost-effective solution for the next generation of stepper-motor drivers.

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 14:06:40 | 显示全部楼层
留着看

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 21:35:57 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2009-7-1 23:54:42 | 显示全部楼层
第一次发的时候很多人评论,这次怎么都没声啦?我说几句,先声明一下我不是专家,更不是来捣乱的,呵呵。我有跟【16楼】 elder60 60岁老头 一样的疑问:是不是应该把Vpfd设的小一点,这样在高频驱动的时候才能更快的衰减?下面手册上的话,
(原文件名:Untitled-1.gif)
从现在用的RC来算PWM的off time大约是50us,Vpfd是0.5VDD,这样Fast decay 大约是10us,剩下40us为slow decay。从波形来看,低速的时候表现完美,高速的时候正弦的下降相严重失真。

这是我的观点,不对的地方,欢迎指正,共同学习。

积分:942
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来自:上海 浦东 名人苑附近
阿莫把Vpfd选为0.5VDD。
器件工作在快衰减模式的时间tFD为:tFD=RtCt*ln(0.6Vdd/Vpfd)=0.182*Toff
时间是否太短,不利于衰减?
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-1 23:59:49 | 显示全部楼层
【21楼】 plank  
【16楼】 elder60 60岁老头
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谢谢两位的意见。
请继续讨论。并提出你们的建议,如何设置参数,最好是重新计算出新的RC值,以便我们测试与改良。

另外:半流锁定,能否改成如4分之一电流锁定? 虽然现在的温度升得不高,不过作为专题研究也不错。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 06:15:20 | 显示全部楼层
在细分并高速的情况下,A3977和雷赛M535驱动器均发生电流跟不上STEP指令的情况,有的要差8步中的1,2步。
这一般不影响使用,速度降低后,它自动会跟上的。但有一个前提:处在“移动”状态,而不是“加工”状态。
  看一张图:

(原文件名:■从‘300RPM波形’分析A3977内部电路1.JPG)
  也就是说,如果要“高速加工”,那可真要“好好研究”了。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 08:21:41 | 显示全部楼层
60几度还是很高啊,手已经不能碰了。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 09:25:14 | 显示全部楼层
也认为高速的情况下应该100%快衰减,锁定的时候换为慢衰减以减小高频噪音

还有另一个疑问:输入脉冲间隔不是均等的,是否PC并口性能的固有问题?
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-2 09:32:27 | 显示全部楼层
【24楼】 marvel
60几度还是很高啊,手已经不能碰了。  
--------------------------
1. 加工的过程中,电机一般会走走停停,温度会低些。
2. 此次测试,电机是单独的。真正使用时会固定的铝合金机架上,相当于一块较大散热片,温度会降低一些。
3. 这个水平已经很不错。相比之下,雷赛的M535的温度更好。

【23楼】 elder60 60岁老头
-------------
能研究一下雷赛的,是否也有这个问题?

另:我今天会用Agilent 33220 A 信号发生器再测一次,避免输入波形的延时。应该更清楚的看到问题所在。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 10:14:55 | 显示全部楼层
【23楼】 elder60 60岁老头
-------------
能研究一下雷赛的,是否也有这个问题?
---------------------------------------
一个样。

200,300RPM时,发热小是和“电流上不去(1A左右)”有关。
另外,阿莫能看看电源好不好吗?
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-2 10:21:15 | 显示全部楼层
好。我迟些的测试,使用上海衡浮的开关电源。24V的。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 10:29:24 | 显示全部楼层
上传个Allegro公司的技术文档。

(原文件名:wa.gif)

点击此处下载 ourdev_457651.pdf(文件大小:179K) (原文件名:stp01-2.pdf)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 10:31:07 | 显示全部楼层
阿莫可以看一下这个帖子:http://www.electro-tech-online.com/robotics-chat/23416-allegro-a3977-idle-noise-help.html

几个波兰人在讨论调试A3977的体会,我觉得有几条可以借鉴一下。

呵呵,修正一下,上面的不是波兰人,几个帖子一块看,搞混了。
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-2 10:38:08 | 显示全部楼层
谢谢。有空一定细读。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 11:00:30 | 显示全部楼层
我记得当初步进电机的参数是:
保持转矩=0.558NM=6kg.cm
额定电流=2.5A
相电感=2.2mh
相电阻= 1 Ohm
电机重量 = 0.46kg

现在呢?

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 21:30:15 | 显示全部楼层
to 23楼,

我觉得可能不是电源的原因。分析如下:八细分的时候第二步的电流是最大值的19.51%(3977手册),在这里暂时叫做I2;初始电流上升的最大斜率(见drive.pdf第一页)是K=V/L(V 3977 charger pump出来的电压,肯定远高于VBB(30v),L是马达的相电感). 从这两个的比值可以算出一个输入脉冲最短的时间间隔(I2/K), 这样就可以知道在现有的条件下在完美波形的前提下可以接受的最大脉冲频率,由于计算的时候用的是初始电流斜率,所以实际的频率应该比这个小(一半?)。

上面计算用到了V,这个是未知的,只能测量。在A3977中

Charge Pump. (CP1 and CP2). The charge pump is
used to generate a gate supply greater than VBB to drive
the source-side DMOS gates. A 0.22 μF ceramic capacitor
should be connected between CP1 and CP2 for pumping
purposes. A 0.22 μF ceramic capacitor is required between
VCP and VBB to act as a reservoir to operate the high-side
DMOS devices.

这两个电容都是官方值,不知道改了会有什么效果(烧片子?)。

作为验证,可以驱动一个电感小的马达,估计高频也可以获得完美波形。



点击此处下载 ourdev_457839.pdf(文件大小:262K) (原文件名:drive.pdf)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-2 23:06:25 | 显示全部楼层
没弄懂你要改什么?
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-2 23:15:07 | 显示全部楼层
我在用信号发生器测试了。。。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 00:17:05 | 显示全部楼层
说说我的经历——
    今年初,我也曾调试A3977。电路无非是按照手册,与网站电路差不多。只是Vpfd也是可调的,便于优化慢、快速衰减所占时间的比例。开始也只有示波器,无法直接观测电机线圈的电流,很不方便。后来还是买了个电流探头,观测起来方便多了。
    用电流探头,可以看到与手册上一样的电流波形。以8细分为例,有以下结论:
    1、对于一个既定的系统(选定了电压及电机参数),随着电机转速的升高,电流波形由类正弦波逐渐变为近三角波。原因在于电机反电动势的效应。
    2、提高供电电压有助于改善波形的劣化。但阻挡不了在更高的转速上,波形开始背离类正弦波,变为三角波。
    3、选用大电流、小电感、小电阻的步进电机,与提高供电电压有相似的效应。
    4、在电流波形仍是类正弦波的前提下,示波器监视下调节Vpfd的大小,可以明显改善电流波形,从而降低噪声。但当电流波形开始背离类正弦波时,细分的积极意义开始减弱:相电流减小、失真,每一微步不再均匀,力矩也迅速减小。这可以解释为什么高速运行时电机发热反而减小,同时失步危险增加。
    5、同期也测试了几种市面上买到的商品化的“带壳的”细分驱动器。都不理想,表现为:即使是在低速运转时,电流波形也会背离类正弦波。一种是在过零时有突变,另一种是在电流的下降沿有畸变。相对而言,在8细分时,A3977表现的最优秀。
    6、由于a3977细分数仍太小,不能满足我们产品应用中的需求,不得已,只好自行开发驱动器。高电压(48V),512细分;配以大电流、小电感的电机,完全满足了我们应用中的特殊需求。用电流探头测到的波形,看起来是一个完美的没有畸变的正弦波。
    7、雕刻机使用A3977的驱动,很可以了。因为:Windows并非一个实时的操作系统,它提供的步进脉冲原本就是不均匀的。更多的细分,更严格的微步,配合Windows并不均匀的脉冲,已经没有意义。从这一点看,Windows+mach+并口 的模式,很难满足高精度要求的系统。这正是一个好的独立的CNC控制系统的优势之一;开发独立的CNC控制系统,也是电工们可以发挥的舞台。

     方便的时候,我再上图。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 07:42:03 | 显示全部楼层
向LS请教一个问题:
电流细分和角度细分的差异大致是多少?
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-5 07:55:09 | 显示全部楼层
谢谢【36楼】 epm240  的资料。 我对你的电流探头很感兴趣。那个型号?我也试试。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 10:03:57 | 显示全部楼层
elder60:
    请教谈不上。我接触这个没多久。感觉一位教授用犀利的目光盯住我,只好硬着头皮回答。
    电流细分只涉及电路部分,只是这个系统的局部。对电工而言相对容易。
    角度细分则涉及电路部分及机械部分,是这个系统的全部(最终结果)。难度在于:不光电流要符合理论计算值(正弦波),电机转子的总体精度(主要是齿的精度)、电机定子部分线圈的一致性,都是决定性的因素。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 10:11:43 | 显示全部楼层
【38楼】 armok 阿莫
我对你的电流探头很感兴趣。那个型号?我也试试。

抱歉,这个探头购自一位朋友,是试验品。他试图开发廉价的东东。半卖半送性质的。但是说了,不要发到网上。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 10:12:14 | 显示全部楼层
一般的步进电机机械部分并不能有很好的正弦表现

【39楼】 epm240
积分:2
派别:
等级:------
来自:
elder60:
    角度细分则涉及电路部分及机械部分,是这个系统的全部(最终结果)。难度在于:不光电流要符合理论计算值(正弦波),电机转子的总体精度(主要是齿的精度)、电机定子部分线圈的一致性,都是决定性的因素。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 10:14:48 | 显示全部楼层
我是这样测的,马达的一相上串了一个0.2的电阻,然后测这个电阻的分压(17楼的下图)。
【36楼】 epm240
积分:3
派别:
等级:------
来自:
说说我的经历——
    今年初,我也曾调试A3977。电路无非是按照手册,与网站电路差不多。只是Vpfd也是可调的,便于优化慢、快速衰减所占时间的比例。开始也只有示波器,无法直接观测电机线圈的电流,很不方便。后来还是买了个电流探头,观测起来方便多了。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 10:36:33 | 显示全部楼层
【39楼】 epm240
我只是一个退休的工程师而已。去年下半年开始想学学电机。目前还是“空对空”。
不过,我想,在步进电机上追求细分度,如同音响爱好着追求电压保_真度一样。它们不是最终目的。
步进电机追求的是“位置保_真度”,音响追求的是““声音保_真度”。
这个奋斗目标还是要搞清楚的。
以上是我的一点体会。

你在【36楼】描述的“经历”对我很有帮助。

另外,很可能电流细分和位置细分,并不始终是一致的。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 10:47:00 | 显示全部楼层
样品还没拿到,全一快递准备顽抗到底了。

昨天搭了个简单的调试平台:

步进电机(42电机)+旋转编码器(128脉冲每圈),
24V3A开关电源,
脉冲驱动和旋转编码器输出采集由一个DSP实时处理器负责。

具体项目:先测试一下在我这个平台下电机最大的空载不失步频率,然后测一下感流电阻的波形和马达的电流;第二步把感流电阻换成无感电阻,看一下表现(电阻已经订了,明天到);看看能否优化3977的参数。

目标:减小高速驱动下正弦波形的失真,同时也照顾一下驱动电流的噪音。

漏了一点,还要测一下最大不失步启动速度(空载)。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 11:09:04 | 显示全部楼层
频率不高,要求不是极高的情况下,用一个分流电阻+电压探头来测量是毫无问题的
没有必要购买价格动辄过W的电流探头(通常电流探头都是30A或更大的,没小的)
测量几A的,分流电阻可以了,注意保证获得的分压在数百mV内,因为示波器测量微弱电压的噪声是很大的

用联机并口之类的方式控制CNC的性能有限,必须脱机或者使用专用运动控制卡(其实也是脱机了,这类卡有PCI和PIC-E两种接口,内有自己的CPU,RAM的,但价格不是一般的贵,上W的很普遍)才能有保证

3977的驱动性能属于中等,不要对它期望过大

一家之言,欢迎指正
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-5 11:22:44 | 显示全部楼层
【45楼】 lysoft
频率不高,要求不是极高的情况下,用一个分流电阻+电压探头来测量是毫无问题的
---------------------
我楼主位的图片,测试的就是0.2欧上面的电阻的电压。

它反映的应该就是电机的电流啊。为何会有这么大的差别?

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 11:31:23 | 显示全部楼层
46楼,它反映的应该就是电机的电流啊

阿莫理解错了。不过我相信阿莫只要花几分钟看一下33楼文档的最后两页就知道了

------------
最后一页就行了
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-5 11:39:08 | 显示全部楼层
【47楼】 plank
阿莫理解错了。不过我相信阿莫只要花几分钟看一下33楼文档的最后两页就知道了
----------------------
谢谢。 看来我也要串只电阻测它上面的电压波形试试 :)

你收到样品后,做个测试,大家探讨一下。 看看我们的阻容用得对得对。 反正改起来也很容易。

注:接口我们是使用雷赛M535的标准。 你只需要输入频率就行, 缺省已经使能。方向是正向中。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 11:50:31 | 显示全部楼层
1.8A*0.2=0.36V,这是基本满足测量要求的
就是示波器尽量不要使用<100mV档位

另外,分压电阻最好选择无感电阻,而且在电路中的放置位置也是很重要的
应该把分压电阻放置在尽可能接近电路的地端的位置上
这样可以避免由分压电阻产生的干扰导致测量误差

不知道老莫做过电流较大的开关电源的测试没有呢?
这种电路上的采样电阻通常是10mohm或更小,要是使用示波器测量上面的脉动电压,波形可是丰富啊
而且整个线路板的地也会同时存在微弱的,由开关管产生的脉动电压
即便是同一块地,不同位置测量也有有所差异
而且高频开关电源会产生一定的趋肤效应,布板面积要宽才会改善情况

另外,示波器的各个通道不是隔离地的,看图,好像你测量了隔离两边的情况
Ch1和Ch2是共地的哦,按照图示,一个在光耦前,一个在后,不妥啊

至于MOTOR测试,俺还没板子和电机,也没此类经验,解析不了咯
目前仅能臆测
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-5 11:55:14 | 显示全部楼层
【49楼】 lysoft
另外,示波器的各个通道不是隔离地的,看图,好像你测量了隔离两边的情况
Ch1和Ch2是共地的哦,按照图示,一个在光耦前,一个在后,不妥啊
-------------------------
我KAO, 我还以为是隔离的啊。

看来要测量光偶后面的波形,而不是输入隔离前的波形了。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 12:00:14 | 显示全部楼层
原来老莫范了低级错误了-_#!

隔离示波器是另类,比较少见,它们指标也不高的

重要的是,没注意共地问题会导致测量悲剧,例如烧坏被测试设备或示波器自己

注意Ch1和Ch2..ChN即使共地,也不要只是接一个地就Ok,这会导致测试结果的过冲失真,应该同时都就近接地

出0入0汤圆

发表于 2009-7-5 12:04:23 | 显示全部楼层
49 楼,另外,分流电阻最好选择无感电阻,而且在电路中的放置位置也是很重要的

正解!所以我打算感流电阻换成无感的,驱动性能因该会有提升。PS,你上面帖子里说“分流电阻”,似乎应该是“分压”吧,呵呵,小问题,瑕不掩瑜。

出0入618汤圆

发表于 2009-7-6 01:23:53 | 显示全部楼层
【50楼】 armok 阿莫
我KAO, 我还以为是隔离的啊。
--------------------------------
晕倒,光耦两端的地不是隔离的?
示波器2ch的地分别接在了一个地的两个点上?

一般示波器的地不隔离的,这个一定要切记,不然真会有生命危险的,例如打算去测开关电源的热端和冷端……
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-6 02:08:29 | 显示全部楼层
【53楼】 gzhuli 咕唧霖
-------------------------
我是这样连接示波器的,你帮忙分析一下,为何之前你与老头会在波形上看到串入了其它信号?


(原文件名:CH1CH2.jpg)

出0入618汤圆

发表于 2009-7-6 03:08:59 | 显示全部楼层
图中这样连是没问题的,只要J1-5和A3977那边的GND没连接,就没问题。

保险起见不接CH2单独测一次某一RPM下的CH1波形对比一下,就知道了。

我对A3977的波形比较有疑问的是红框那块,17楼plank的图和雷赛的图都没有发现这么明显的负脉冲。

(原文件名:ourdev_457194.jpg)
我初步估计是A3977的同步整流的关系吧,如果是这个原因,那么我们的A3977波形并没有太大问题,高速波形不漂亮是电机原因,不是驱动器问题。
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-6 03:11:30 | 显示全部楼层
谢谢。睡啦。。。明天全面测试ZLG的LA1232.

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 09:10:48 | 显示全部楼层
【55楼】 gzhuli 咕唧霖

红色那块是混合衰减或快速衰减模式时电机的反电动势流向电源的波形,不一定是同步整流,但同步整流也是这种波形,同步整流在这里主要起到降低驱动器发热的作用

(原文件名:电机续流的过程图.JPG)
从最右边的图中可以看出流过Rsense的电流是反向的,也就是55楼所说的红色那块,如果同步整流禁止,这时电流是通过MOS的寄生二极管回路,如果同步整流使能,这时左下臂的MOS导通以减小MOS DS两端的压降降低发热。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 09:45:15 | 显示全部楼层
楼上的“电机续流的过程图”可是A3977的?哪个文件中的?
我一直以为A3977的慢衰减是在两个下臂进行的呢?
楼上的观点和【55楼】 gzhuli 咕唧霖的观点,我都是同意的。在本驱动器中,同步整流是被允许的。

A3977的设计思路是:
只要预期电流是下降的,是混合衰减模式,那就在Vpfd规定的时间内,反接线圈,把电感的能量反送到电源中。
是否用“同步整流”,由用户决定(SR脚)。
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出0入0汤圆

 楼主| 发表于 2009-7-6 09:47:39 | 显示全部楼层
中间的那一张,如何形成回路?

其它2两好理解。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 10:05:39 | 显示全部楼层
那就是所谓的“续流”,本质是“电感中电流的不可突变性”,也可理解为电感能量的释放。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 10:57:06 | 显示全部楼层
60楼】 elder60 60岁老头
那就是所谓的“续流”,本质是“电感中电流的不可突变性”,也可理解为电感能量的释放。
-----------------------------
正解。也可理解为反电动势的释放。至于慢衰减、快衰减是通过不同的释放路径,达到慢速释放和快速释放的目的。


图片是本站摘录下来的,它分开说明比较好理解,A3977里没这图片,可以参考A3955的数据手册,原理是相同的。

再贴A3955里的图,将其上色和标上驱动逻辑以便于分析

(原文件名:电机电流衰减图.GIF)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 11:05:49 | 显示全部楼层
还是老话,感性负载的电流及电压情况是非常复杂的

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 11:16:39 | 显示全部楼层
【58楼】 elder60 60岁老头
我一直以为A3977的慢衰减是在两个下臂进行的呢?
---------------------------------------------
慢衰减可由上臂或下臂实现,A3977是由哪臂实现我也没研究,猜测是下臂实现居多。贴的图只是为说明"红框"中的波形由来。


A3977的设计思路是:
只要预期电流是下降的,是混合衰减模式,那就在Vpfd规定的时间内,反接线圈,把电感的能量反送到电源中。
是否用“同步整流”,由用户决定(SR脚)。
---------------------------------------------
同意。但"反接线圈"的说法不妥当。反接是变成换相了。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 11:21:48 | 显示全部楼层
我贴了半天的资料就是想讲57楼的那三个状态,原来大家压根就没有留意啊。呵呵,再贴一次,3977除了数据手册还有一个应用手册,就是29楼的那个PDF文档。红框里是快速衰减导致的,就是57楼的图三,我觉得是正常的。理论上这个负的跟正的(红框上面的那个)那个是对称的,阿莫的图里告诉情况下也是对称的。我觉得现在波形的变形主要跟电机的电感有关系,上升相的可能是主要问题,这个极限上升速度就是V/L,电感越大越是升不上去;至于下降相,可以通过增加快速衰减的比例来加快衰减速度,当然啦,这样做的代价就是相电流的噪音增减,也可能会增加电机工作时候的声音噪音。理论上换无感电阻可以提高性能,但是我不明白的是阿莫之前测试的无感居然比现在用的这个感流电阻效果还差(难道这个无感的电阻反而电感更大?)。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 11:34:29 | 显示全部楼层
昨天测试一下我搭的平台(我自己的驱动板不是a3977的),低速的时候电机抖动会引起传感器误差(我现在只采了一个输出通道,所以不能判断抖动),高速表现很好。脉冲10K到50K,32细分对应速度是93.75RPM 到 468375RPM。但是300转左右不能直接高速启动。波形跟我17楼贴出来基本一致,高速下没有看到明显变形。今天估计能拿到阿莫的驱动板。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 12:21:25 | 显示全部楼层
我贴了半天的资料就是想讲57楼的那三个状态,原来大家压根就没有留意啊。
--------------------------------------------------------------------
不是这样的,去年就看了。
请注意礼貌。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-6 13:11:13 | 显示全部楼层
【57楼】 shinehjx,仔细看了下,中间的图有点儿问题:3977的slow decay 应该是下面两个mosfet导通。

出0入618汤圆

发表于 2009-7-7 02:27:42 | 显示全部楼层
【57楼】 shinehjx
【64楼】 plank

这些图都看过。

我说“估计是A3977的同步整流的关系”,是针对A3977波形中红框部分说的,意思是:
A3977的同步整流,使得线圈反电动势通过Rsense释放,因此在Rsense有比较高的反向电流脉冲。
如果不开启同步整流,一般是如61楼的图那样外接二极管到地,反向电流只有少量分流到MOS的寄生二极管流经Rsense,造成雷赛波形中的微小反向脉冲。
如果是61楼的图那样用普通三极管驱动,Rsense上就完全没有反向脉冲了。

写完一堆东西才发现自己一句话含了这么多意思的,当时脑子里是想的是上面这些,呵呵,是不是我说得太精简了?

出0入618汤圆

发表于 2009-7-7 02:34:17 | 显示全部楼层
另外,猜测一下:fast decay对稳压电源的要求极高,甚至会干扰垃圾开关电源的正常工作。
不过阿莫用的是工频变压器无稳压电源,问题不大。

出0入0汤圆

发表于 2009-7-7 07:23:04 | 显示全部楼层
【68楼】 gzhuli 咕唧霖
关键在有无外接的下臂续流二极管。
雷赛驱动器的电路不清楚。贴一下IM200S的应用电路。

(原文件名:IM2000S的应用电路.JPG)

点击此处下载 ourdev_459054.pdf(文件大小:144K) (原文件名:IM2000S .pdf)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-7 08:28:38 | 显示全部楼层
【68楼】 gzhuli 咕唧霖
完全是这样,我还没考虑过外接二极管的情况呢,呵呵。

【70楼】 elder60 60岁老头
从照片看雷赛M535有外接二极管
http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=1908163&bbs_page_no=1&search_mode=1&search_text=%C0%D7%C8%FC&bbs_id=1027

出0入0汤圆

发表于 2009-7-7 21:22:12 | 显示全部楼层
我上面测得的那个无反向脉冲的驱动器的原理图:跟上面那个3955是一样的


(原文件名:3773.gif)

出0入0汤圆

发表于 2009-7-7 21:27:46 | 显示全部楼层
3977手册上再三强调电源上那个>47uF的电解电容。
【69楼】 gzhuli 咕唧霖
积分:993
派别:
等级:------
来自:GZ
另外,猜测一下:fast decay对稳压电源的要求极高,甚至会干扰垃圾开关电源的正常工作。

出0入0汤圆

发表于 2009-9-27 11:10:56 | 显示全部楼层
留个记号,回头细看。。

出0入0汤圆

发表于 2010-5-11 13:30:14 | 显示全部楼层
强贴留名
刚开始搞步进电机,还插不上话

出0入0汤圆

发表于 2010-5-12 13:37:22 | 显示全部楼层
最近为这个烦着呢,学习了!!

出0入0汤圆

发表于 2010-5-17 19:06:55 | 显示全部楼层
mark!!

出0入0汤圆

发表于 2010-6-1 17:41:36 | 显示全部楼层
mark一下,感觉在丝杠传动中,丝杠具有自锁特性,半流功能是否必须?
因为可以通过ENABLE管脚关断MOS,一来降低静止时功率,还能消除静止时的噪音

出0入0汤圆

发表于 2010-6-2 22:13:51 | 显示全部楼层
看不太懂,谢谢学一下

出0入0汤圆

发表于 2010-6-23 22:16:40 | 显示全部楼层
菜鸟问个很菜的问题:
如果使用IR2104驱动H桥是不是就不能做同步续流了?

出0入0汤圆

发表于 2010-7-20 11:05:22 | 显示全部楼层
拆了好几个品牌的驱动器,发现4个IR2104的/SD引脚都是连在一起由外部光耦EN直按控制,这样应该属于慢衰减吧,

出0入0汤圆

发表于 2011-1-6 00:39:46 | 显示全部楼层
MARK

出0入0汤圆

发表于 2011-3-6 13:01:42 | 显示全部楼层
忍不住要赞一个  阿莫 不愧中国机电DIY第一高手!

出0入0汤圆

发表于 2011-3-15 14:35:04 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-4-7 10:55:44 | 显示全部楼层
学习~

出0入0汤圆

发表于 2011-5-27 11:38:09 | 显示全部楼层
不错,欲善其事必先利齐齐

出0入0汤圆

发表于 2011-8-6 23:27:10 | 显示全部楼层
mark

出0入0汤圆

发表于 2011-9-20 23:43:42 | 显示全部楼层
顶一下。

出0入0汤圆

发表于 2012-2-18 16:56:37 | 显示全部楼层
mark,慢慢看

出0入0汤圆

发表于 2012-2-19 00:03:31 | 显示全部楼层
不懂,   但是正在入手3977的驱动.

出0入0汤圆

发表于 2012-10-24 21:22:26 | 显示全部楼层
epm240 发表于 2009-7-5 10:11
【38楼】 armok 阿莫
我对你的电流探头很感兴趣。那个型号?我也试试。

你好!可以请教你几个问题吗?关于6560的电流设定问题,那个电流设定多少A是指线圈上面的什么电流呢?

出0入0汤圆

发表于 2012-10-25 01:14:19 来自手机 | 显示全部楼层
xiaowu191 发表于 2010-5-11 13:30
强贴留名
刚开始搞步进电机,还插不上话

两年半过去了,对于步进的见解不妨来说说吧。

出0入0汤圆

发表于 2013-10-18 11:25:28 | 显示全部楼层
正在研究a3977的各种特性,随着理解的深入,愈发觉得之前对a3977的偏见是多么的幼稚和不成熟,同时也深深觉得之前引起我偏见的那些电路肯定还有极大的提升空间

出0入0汤圆

发表于 2013-10-18 14:26:25 | 显示全部楼层
elder60 发表于 2009-7-1 12:41
阿莫把Vpfd选为0.5VDD。
器件工作在快衰减模式的时间tFD为:tFD=RtCt*ln(0.6Vdd/Vpfd)=0.182*Toff
时间 ...

我觉得情况可能相反   快衰减时间太长了   8细分从慢衰减到过渡到混合衰减有3处电压最高值,前2处(A区)是慢衰减情况令人满意,后一处(B区)是混合衰减就立马出问题,而这仅仅是增加了一点快衰减  所以我建议降低快衰减的占比

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发表于 2013-10-18 14:39:38 | 显示全部楼层
myxiaonia 发表于 2013-10-18 14:26
我觉得情况可能相反   快衰减时间太长了   8细分从慢衰减到过渡到混合衰减有3处电压最高值,前2处(A区) ...


从这张半流锁定图中 也可以看到存在电流反向的问题   结合上一回复  可知此图截取的应该是混合衰减区域 即电压绝对值下降区  这是不是同样说明快衰减太多了  结合之后有人建议说锁定时用慢衰减,动作时用混合衰减的做法  是否说明做好快衰减的时间长短 就完全可以保证锁定时也不会出现反向电流

当然  在高速运转时可能快衰减就得增加时间了   需要在某个高速值下作出折中

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出0入0汤圆

发表于 2013-10-18 15:59:39 | 显示全部楼层
elder60 发表于 2009-7-2 11:00
我记得当初步进电机的参数是:
保持转矩=0.558NM=6kg.cm
额定电流=2.5A

相电感2.2mH,电压30V,最大电压上升率大约1.4A/ms,而8细分200rpm时候,如果电流能够正确上升,需要2.5*.7=1.75a/ms,出现上升不行是必然的

出0入0汤圆

发表于 2013-10-21 09:06:46 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2009-7-6 03:08
图中这样连是没问题的,只要J1-5和A3977那边的GND没连接,就没问题。

保险起见不接CH2单独测一次某一RPM下 ...

摘录a3977应用文档对同步整流解释的这段话,只要是快衰减就会出现电流反向(负脉冲)
至于波形图不相同,估计正如37楼所说  epm240    只是Vpfd也是可调的
其他驱动器带了动态的衰减模式  而amo的是固定衰减模式

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出0入618汤圆

发表于 2013-10-21 10:10:41 | 显示全部楼层
myxiaonia 发表于 2013-10-21 09:06
摘录a3977应用文档对同步整流解释的这段话,只要是快衰减就会出现电流反向(负脉冲)
至于波形图不相同, ...

时间太久了,有点接不上,不太明白你想说什么。
不过我看你是有一个概念混淆了:你楼上贴的图是采样电阻上的电流反向,而手册中说的是线圈电流反向。

出0入0汤圆

发表于 2013-10-21 11:58:46 | 显示全部楼层
gzhuli 发表于 2013-10-21 10:10
时间太久了,有点接不上,不太明白你想说什么。
不过我看你是有一个概念混淆了:你楼上贴的图是采样电阻 ...

我正在理解你们好几年前对3977的讨论  你说的对 我之前确实理解错了  所有才有这个回复  膜拜古大师  

出0入0汤圆

发表于 2015-4-28 14:07:25 | 显示全部楼层
MARK        
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