ステッピング・モータでは、モータの巻線電流、逆起電力、機械的トルク負荷の間に明確な関係があります (図 7-13 を参照)。与えられた巻線電流に対して、モータの負荷がモータの最大トルク能力に近づくと、逆起電力は巻線電流に対して位相が変化します。

DRV8434A は、モータ電流の立ち上がり電流象限と立ち下がり電流象限の間の逆起電力の位相の変化を検出することで、モータの過負荷ストール条件またはエンドオブライン・トラベルを検出できます。ストール検出機能を使わない場合、ドライバは障害物があっても駆動し続け、熱、可聴ノイズ、システムの損傷を引き起こすことがあります。

ストール検出機能は、高価なホール・センサを置き換えることができます。ホール・センサによるタイムアウト方式と比較して、内蔵センサレス・ストール検出機能を使うとモータ・ストール時に高速な応答が得られます。

図 7-13 モータの逆起電力の監視によるストール検出

このストール検出アルゴリズムは、PWM オフ時間を監視することで立ち上がり電流象限と立ち下がり電流象限の逆起電力を比較し、トルク・カウントで表される値を生成します。この比較は、トルク・カウントがモータ電流、周囲温度、電源電圧に事実上依存しないような方法で行われます。

モータの負荷が軽い場合、トルク・カウントはゼロ以外の値になります。モータがストール条件に近づくにつれてトルク・カウントはゼロに近づくため、トルク・カウントを使ってストール条件を検出できます。トルク・カウントがストール・スレッショルドを少しでも下回ると、本デバイスはストールを検出します。ストール条件では、モータのシャフトは回転しません。ストール条件が解消すると、モータは再び回転を開始します。

モータのコイルの抵抗が大きいと、トルク・カウントが小さくなる場合があります。DRV8434A の ENABLE ピンを使うと、小さいトルク・カウント値を拡大し、その後の処理を簡単にできます。ENABLE ピンをハイ・インピーダンスにすると、トルク・カウントとストール・スレッショルドは 8 倍されます。ENABLE ピンを論理 High にすると、トルク・カウントとストール・スレッショルドはアルゴリズムによる当初の計算値を維持します。

DRV8434A のストール検出アルゴリズムは、2 本のデジタル I/O ピンと 1 本のアナログ I/O ピン (STL_MODE、STL_REP、TRQ_CNT/STL_TH) で設定されます。

STL_MODE はストール検出モードを設定します。このピンが論理 Low の場合、ストール・スレッショルドは本ドライバまたは外部マイクロコントローラ (MCU) によって計算されます。TRQ_CNT/STL_TH ピンはトルク・カウントをアナログ電圧として出力します。STL_MODE ピンが開放 (ハイ・インピーダンス) の場合、ストール・スレッショルド学習プロセスが有効になります。学習が成功した場合、TRQ_CNT/STL_TH ピンはストール・スレッショルドをアナログ電圧として出力します。STL_MODE が論理 High (DVDD に接続) の場合、ストール・スレッショルドは TRQ_CNT/STL_TH ピンに電圧を印加することで設定されます。TRQ_CNT/STL_TH ピンは、動作モードに応じて入力としても出力としても動作できます。TRQ_CNT/STL_TH ピンと GND の間に 1nF のコンデンサを接続する必要があります。STL_MODE ピンと GND の間に 330kΩ の抵抗を接続すると、ストール検出が無効になります。また、何らかのフォルト条件 (例：UVLO、OCP、OL、OTSD) が存在する場合、ストール検出は無効になります。

STL_REP はオープンドレイン出力です。STL_MODE = GND または DVDD の場合、STL_REP はストール・フォルトがなければ本ドライバによって Low にプルされ、ストールが検出されると High になります。STL_MODE = GND または DVDD、かつ STL_REP ピンが外部から Low にプルされている場合、ストール・フォルト通知は無効になり、ストールが検出されても nFAULT は Low になりません。ストール・スレッショルド学習モード (STL_MODE = ハイ・インピーダンス) では、STL_REP が High から Low に遷移した場合、それはストール・スレッショルドの学習が成功したことを示します。STL_REP は、外付けプルアップ抵抗でプルアップする必要があります。

次の手順では、ストール・スレッショルドの学習動作について説明します。

• ストール・スレッショルド学習の前に、モータ速度が目標値に達していることを確認します。モータ速度が上昇または下降中はストール・スレッショルド学習を行わないでください。

• STL_MODE ピンをハイ・インピーダンスにして学習を開始します。

• 無負荷の状態でモータを動作させます。

• 本ドライバが定常カウントを学習するように 32 電気的サイクルの間待機します。

• モータをストールさせます。

• 本ドライバがストール・カウントを学習するように 16 電気的サイクルの間待機します。

• 学習が成功すると、STL_REP が Low にプルされます。

• ストール・スレッショルドは、定常カウントとストール・カウントの平均として計算されます。

• 学習が成功すると、TRQ_CNT/STL_TH ピンはストール・スレッショルドをアナログ電圧として出力し、トルク・カウント・モードで使用するためにその値を内部に保存します。

• 学習が成功した後、STL_MODE の論理レベルを変更することで本デバイスがトルク・カウント・モードまたはストール・スレッショルド・モードに移行すると、STL_REP は High に遷移し、nFAULT はプルダウンされ、TRQ_CNT/STL_TH ピンの電圧はリセットされます。

• STL_REP をプルダウンさせ、nFAULT を再びプルアップさせるには、nSLEEP リセット・パルスを印加します。

モータ作動中または停止中のトルク・カウントが不安定なために、ストール学習プロセスが失敗する場合があります。例として、モータのコイルの抵抗が大きい場合、モータが非常に高速または低速で動作している場合、トルク・カウントが時間と共に大きく変化する場合、定常カウントとストール・カウントの差が小さい場合が挙げられます。このような場合、ストール学習手法を使用しないことを推奨します。代わりに、動作条件の範囲全体にわたって定常カウントとトルク・カウントを慎重に検討し、定常カウントの最小値とストール・カウントの最大値の中間にスレッショルドを設定します。

モータが最初に回転速度を増加させる際は、本ドライバをトルク・カウント・モードとストール・スレッショルド・モードのどちらかに設定することを推奨します。初期ランプ・アップ中にデバイスが学習モードに入っている場合、より小さいストール・スレッショルド値が学習されることがあります。定常状態の速度に達すると、学習プロセスを開始できます。

表 7-6 に、ストールを検出できる各種動作モードを示します。

図 7-14 に、DRV8434A ドライバによるストール検出のフローチャートを示します。

図 7-14 DRV8434A によるストール検出のフローチャート