Brian Kostecka 和 Michael Jackson

本博客討論了步進(jìn)電機(jī)噪聲的兩個(gè)主要因素 - 振動(dòng)和電流紋波 - 以及克服它們的傳統(tǒng)方法。然后，本文考慮了ADI公司的Trinamic團(tuán)隊(duì)所做的其他改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)控?cái)z像頭運(yùn)行所需的更平滑、更安靜的步進(jìn)電機(jī)性能。

克服問(wèn)題1 - 振動(dòng)

根據(jù)設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)通過(guò)固定數(shù)量的機(jī)械步進(jìn) - 通常每轉(zhuǎn)200個(gè)完整步 - 對(duì)應(yīng)于每步1.8度。傳統(tǒng)上，它們使用“全步進(jìn)”控制，其中定子相線圈通電以產(chǎn)生磁場(chǎng)，將轉(zhuǎn)子推向下一個(gè)完整步進(jìn)。然而，當(dāng)在步驟之間轉(zhuǎn)換時(shí)，轉(zhuǎn)子不受任何形式的控制，這會(huì)導(dǎo)致抖動(dòng)轉(zhuǎn)移到電機(jī)外殼中，從而導(dǎo)致機(jī)械振動(dòng)，產(chǎn)生可聞噪聲。

微步 - 全步之間的一種受控運(yùn)動(dòng)形式 - 是解決振動(dòng)引起的噪聲 問(wèn)題的 第一階段。 這涉及讓電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生精確的控制電流，以將轉(zhuǎn)子移動(dòng)到每個(gè)完整步驟之間的n個(gè)中間位置。最常見(jiàn)的方法是 每整步使用 16 微步，即 1/16 微步。 雖然這減少了振動(dòng)，但并不能 完全消除振動(dòng)。 為了進(jìn)一步改進(jìn)這一點(diǎn)，ADI公司的Trinamic團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種分辨率更高的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具有1/256微秒的TEPS。這導(dǎo)致整個(gè)步驟之間的移動(dòng)異常 平穩(wěn)，大大降低了振動(dòng)水平，從而降低了產(chǎn)生的噪音水平 。 圖 2 顯示了提高分辨率的增量?jī)?yōu)勢(shì)。在i個(gè)全步控制下，驅(qū)動(dòng)電流 變化迅速， 導(dǎo)致目標(biāo)值附近的振蕩離子。 隨著 微步s數(shù)量的 增加，振蕩開(kāi)始減少，電流波形更接近所需的 理想正弦形狀為了順利移動(dòng)。

圖 2：比較不同步進(jìn)分辨率的電機(jī)電流

克服問(wèn)題2 – 電流紋波

基于微步進(jìn)的優(yōu)勢(shì)，第二階段努力使電機(jī)控制電流盡可能正弦。傳統(tǒng)的電流模式方法允許電機(jī)驅(qū)動(dòng)器監(jiān)視和調(diào)整電流，并改變MOSFET開(kāi)關(guān)頻率。不幸的是，不斷改變開(kāi)關(guān)是必要的，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)幾乎總是產(chǎn)生幾毫伏的測(cè)量噪聲，但這會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生可聽(tīng)噪聲的不良副作用。

ADI公司的Trinamic團(tuán)隊(duì)通過(guò)開(kāi)發(fā)一種稱為StealthChop的電壓（而不是電流）控制方法解決了這個(gè)問(wèn)題，該方法執(zhí)行控制電壓的脈寬調(diào)制（PWM）。使用固定頻率可防止因改變開(kāi)關(guān)頻率而引起的可聞噪聲。圖3比較了使用電流控制與隱形斬波的電機(jī)線圈電壓。使用StealthChop，電機(jī)控制電壓中沒(méi)有可見(jiàn)的頻率抖動(dòng)。

圖 3：比較用于 StealthChop 的電機(jī)線圈電壓（左）與使用電流模式方法（右）

此外，除了減少可聽(tīng)見(jiàn)的噪音外，StealthChop 還產(chǎn)生具有更平滑輪廓的正弦波，從而提供了進(jìn)一步減少振動(dòng)的額外優(yōu)勢(shì)。對(duì)于有效的 PTZ 監(jiān)控?cái)z像機(jī)，使用 1/256 微步的 StealthChop 是實(shí)現(xiàn)低噪音和低振動(dòng)的最佳方法。

審核編輯：郭婷