JAJSPK0A December   2022  – October 2023 DRV8461

PRODUCTION DATA  

  1.   1
  2. 1 特長
  3. 2 アプリケーション
  4. 3 概要
  5. 4 改訂履歴
  6. 5 ピン構成および機能
  7. 6 仕様
    1. 6.1 絶対最大定格
    2. 6.2 ESD 定格
    3. 6.3 推奨動作条件
    4. 6.4 熱に関する情報
    5. 6.5 電気的特性
      1. 6.5.1 SPI のタイミング要件
      2. 6.5.2 STEP と DIR のタイミング要件
    6. 6.6 代表的な特性
  8. 7 詳細説明
    1. 7.1 概要
    2. 7.2 機能ブロック図
    3. 7.3 機能説明
      1. 7.3.1  動作インターフェイス
      2. 7.3.2  ステッパ・モーター・ドライバの電流定格
        1. 7.3.2.1 ピーク電流定格
        2. 7.3.2.2 RMS 電流定格
        3. 7.3.2.3 フルスケール電流定格
      3. 7.3.3  PWM モーター・ドライバ
      4. 7.3.4  マイクロステッピング・インデクサ
      5. 7.3.5  インデクサ出力
        1. 7.3.5.1 nHOME 出力
      6. 7.3.6  自動マイクロステッピング・モード
      7. 7.3.7  カスタム・マイクロステッピング表
      8. 7.3.8  電流レギュレーション
        1. 7.3.8.1 内部リファレンス電圧
      9. 7.3.9  静止電力節約モード
      10. 7.3.10 電流レギュレーション減衰モード
        1. 7.3.10.1 低速減衰
        2. 7.3.10.2 混合減衰
        3. 7.3.10.3 スマート・チューン・ダイナミック減衰
        4. 7.3.10.4 スマート・チューン・リップル・コントロール
        5. 7.3.10.5 PWM オフ時間
        6. 7.3.10.6 電流レギュレーション・ブランキング時間とグリッチ除去時間
      11. 7.3.11 外付け抵抗による電流検出
      12. 7.3.12 サイレント・ステップ減衰モード
      13. 7.3.13 自動トルクの動的電流調整
        1. 7.3.13.1 自動トルク学習ルーチン
        2. 7.3.13.2 電流制御ループ
        3. 7.3.13.3 PD 制御ループ
      14. 7.3.14 チャージ・ポンプ
      15. 7.3.15 リニア電圧レギュレータ
      16. 7.3.16 VCC 電圧電源
      17. 7.3.17 ロジック・レベル、トライレベル、クワッドレベルのピン構造図
      18. 7.3.18 スペクトラム拡散
      19. 7.3.19 保護回路
        1. 7.3.19.1  VM 低電圧誤動作防止
        2. 7.3.19.2  VCP 低電圧誤動作防止 (CPUV)
        3. 7.3.19.3  ロジック電源パワーオン・リセット (POR)
        4. 7.3.19.4  過電流保護 (OCP)
          1. 7.3.19.4.1 ラッチ付きシャットダウン
          2. 7.3.19.4.2 自動リトライ
        5. 7.3.19.5  ストール検出
        6. 7.3.19.6  開放負荷検出 (OL)
        7. 7.3.19.7  過熱警告 (OTW)
        8. 7.3.19.8  サーマル・シャットダウン (OTSD)
          1. 7.3.19.8.1 ラッチ付きシャットダウン
          2. 7.3.19.8.2 自動リトライ
        9. 7.3.19.9  電源電圧検出
        10. 7.3.19.10 nFAULT 出力
        11. 7.3.19.11 フォルト条件のまとめ
      20. 7.3.20 デバイスの機能モード
        1. 7.3.20.1 スリープ・モード
        2. 7.3.20.2 ディセーブル・モード
        3. 7.3.20.3 動作モード
        4. 7.3.20.4 nSLEEP リセット・パルス
        5. 7.3.20.5 機能モードのまとめ
    4. 7.4 プログラミング
      1. 7.4.1 シリアル・ペリフェラル・インターフェイス (SPI) 通信
        1. 7.4.1.1 SPI フォーマット
        2. 7.4.1.2 デイジー・チェーン構成における複数のターゲット・デバイスの SPI
        3. 7.4.1.3 並列構成における複数のターゲット・デバイスの SPI
    5. 7.5 レジスタ・マップ
      1. 7.5.1 ステータス・レジスタ
        1. 7.5.1.1 FAULT (アドレス=0x00) [デフォルト=00h]
        2. 7.5.1.2 DIAG1 (アドレス=0x01) [デフォルト=00h]
        3. 7.5.1.3 DIAG2 (アドレス=0x02) [デフォルト=00h]
        4. 7.5.1.4 DIAG3 (アドレス=0x03) [デフォルト=00h]
      2. 7.5.2 制御レジスタ
        1. 7.5.2.1  CTRL1 (アドレス = 0x04) [デフォルト = 0Fh]
        2. 7.5.2.2  CTRL2 (アドレス=0x05) [デフォルト=06h]
        3. 7.5.2.3  CTRL3 (アドレス=0x06) [デフォルト=38h]
        4. 7.5.2.4  CTRL4 (アドレス=0x07) [デフォルト=49h]
        5. 7.5.2.5  CTRL5 (アドレス=0x08) [デフォルト=03h]
        6. 7.5.2.6  CTRL6 (アドレス=0x09) [デフォルト=20h]
        7. 7.5.2.7  CTRL7 (アドレス=0x0A) [デフォルト=FFh]
        8. 7.5.2.8  CTRL8 (アドレス=0x0B) [デフォルト=0Fh]
        9. 7.5.2.9  CTRL9 (アドレス=0x0C) [デフォルト=10h]
        10. 7.5.2.10 CTRL10 (アドレス=0x0D) [デフォルト=80h]
        11. 7.5.2.11 CTRL11 (アドレス=0x0E) [デフォルト=FFh]
        12. 7.5.2.12 CTRL12 (アドレス=0x0F) [デフォルト=20h]
        13. 7.5.2.13 CTRL13 (アドレス=0x10) [デフォルト=10h]
        14. 7.5.2.14 CTRL14 (アドレス = 0x3C) [デフォルト = 58h]
      3. 7.5.3 インデクサ・レジスタ
        1. 7.5.3.1 INDEX1 (アドレス=0x11) [デフォルト=80h]
        2. 7.5.3.2 INDEX2 (アドレス=0x12) [デフォルト=80h]
        3. 7.5.3.3 INDEX3 (アドレス=0x13) [デフォルト=80h]
        4. 7.5.3.4 INDEX4 (アドレス=0x14) [デフォルト=82h]
        5. 7.5.3.5 INDEX5 (アドレス=0x15) [デフォルト=B5h]
      4. 7.5.4 カスタム・マイクロステッピング・レジスタ
        1. 7.5.4.1 CUSTOM_CTRL1 (アドレス=0x16) [デフォルト=00h]
        2. 7.5.4.2 CUSTOM_CTRL2 (アドレス=0x17) [デフォルト=00h]
        3. 7.5.4.3 CUSTOM_CTRL3 (アドレス=0x18) [デフォルト=00h]
        4. 7.5.4.4 CUSTOM_CTRL4 (アドレス=0x19) [デフォルト=00h]
        5. 7.5.4.5 CUSTOM_CTRL5 (アドレス=0x1A) [デフォルト=00h]
        6. 7.5.4.6 CUSTOM_CTRL6 (アドレス=0x1B) [デフォルト=00h]
        7. 7.5.4.7 CUSTOM_CTRL7 (アドレス=0x1C) [デフォルト=00h]
        8. 7.5.4.8 CUSTOM_CTRL8 (アドレス=0x1D) [デフォルト=00h]
        9. 7.5.4.9 CUSTOM_CTRL9 (アドレス=0x1E) [デフォルト=00h]
      5. 7.5.5 自動トルク・レジスタ
        1. 7.5.5.1  ATQ_CTRL1 (アドレス=0x1F) [デフォルト=00h]
        2. 7.5.5.2  ATQ_CTRL2 (アドレス=0x20) [デフォルト=00h]
        3. 7.5.5.3  ATQ_CTRL3 (アドレス=0x21) [デフォルト=00h]
        4. 7.5.5.4  ATQ_CTRL4 (アドレス=0x22) [デフォルト=20h]
        5. 7.5.5.5  ATQ_CTRL5 (アドレス=0x23) [デフォルト=00h]
        6. 7.5.5.6  ATQ_CTRL6 (アドレス=0x24) [デフォルト=00h]
        7. 7.5.5.7  ATQ_CTRL7 (アドレス=0x25) [デフォルト=00h]
        8. 7.5.5.8  ATQ_CTRL8 (アドレス=0x26) [デフォルト=00h]
        9. 7.5.5.9  ATQ_CTRL9 (アドレス=0x27) [デフォルト=00h]
        10. 7.5.5.10 ATQ_CTRL10 (アドレス=0x28) [デフォルト=08h]
        11. 7.5.5.11 ATQ_CTRL11 (アドレス=0x29) [デフォルト=0Ah]
        12. 7.5.5.12 ATQ_CTRL12 (アドレス=0x2A) [デフォルト=FFh]
        13. 7.5.5.13 ATQ_CTRL13 (アドレス=0x2B) [デフォルト=05h]
        14. 7.5.5.14 ATQ_CTRL14 (アドレス=0x2C) [デフォルト=0Fh]
        15. 7.5.5.15 ATQ_CTRL15 (アドレス=0x2D) [デフォルト=00h]
        16. 7.5.5.16 ATQ_CTRL16 (アドレス=0x2E) [デフォルト=FFh]
        17. 7.5.5.17 ATQ_CTRL17 (アドレス=0x2F) [デフォルト=00h]
        18. 7.5.5.18 ATQ_CTRL18 (アドレス=0x30) [デフォルト=00h]
      6. 7.5.6 サイレント・ステップ・レジスタ
        1. 7.5.6.1 SS_CTRL1 (アドレス=0x31) [デフォルト=00h]
        2. 7.5.6.2 SS_CTRL2 (アドレス=0x32) [デフォルト=00h]
        3. 7.5.6.3 SS_CTRL3 (アドレス=0x33) [デフォルト=00h]
        4. 7.5.6.4 SS_CTRL4 (アドレス=0x34) [デフォルト=00h]
        5. 7.5.6.5 SS_CTRL5 (アドレス=0x35) [デフォルト=FFh]
  9. 8 アプリケーションと実装
    1. 8.1 アプリケーション情報
    2. 8.2 代表的なアプリケーション
      1. 8.2.1 設計要件
      2. 8.2.2 詳細な設計手順
        1. 8.2.2.1 ステッピング・モーターの速度
      3. 8.2.3 アプリケーション特性の波形
      4. 8.2.4 熱に関連するアプリケーション
        1. 8.2.4.1 消費電力
        2. 8.2.4.2 導通損失
        3. 8.2.4.3 スイッチング損失
        4. 8.2.4.4 静止時電流による消費電力
        5. 8.2.4.5 全消費電力
        6. 8.2.4.6 デバイスの接合部温度の概算
  10. 9 熱に関する注意事項
    1. 9.1 サーマル・パッド
    2. 9.2 PCB 材料に関する推奨事項
  11. 10電源に関する推奨事項
    1. 10.1 バルク容量
    2. 10.2 電源
  12. 11レイアウト
    1. 11.1 レイアウトのガイドライン
    2. 11.2 レイアウト例
  13. 12デバイスおよびドキュメントのサポート
    1. 12.1 ドキュメントのサポート
      1. 12.1.1 関連資料
    2. 12.2 ドキュメントの更新通知を受け取る方法
    3. 12.3 サポート・リソース
    4. 12.4 商標
    5. 12.5 静電気放電に関する注意事項
    6. 12.6 用語集
  14. 13メカニカル、パッケージ、および注文情報

パッケージ・オプション

メカニカル・データ（パッケージ｜ピン）
サーマルパッド・メカニカル・データ
発注情報

7.3.13.1 自動トルク学習ルーチン

ステッパ・モーター・システムでは、電源から供給される合計電力は負荷のトルク要件を満たすための電力と、モーターの巻線抵抗やドライバのオン抵抗による抵抗損失などの電力損失として消費されます。これは、次の 式 11 によって決定されます。

式 11. Power delivered by supply=Constant losses+ τxω

ここで、τ は負荷トルク、ω はモーター速度です。

式 11 から、負荷トルクが増加すると、電源から供給される電力も増加することがわかります。自動トルク・アルゴリズムは、電源から供給される電力を監視して、負荷トルクに関する情報を取得します。定数損失は、ATQ_LRN パラメータで表され、ATQ_CNT パラメータは負荷トルクをサポートするために必要な電力を表します。

任意のモーターについて、ATQ_LRN はコイル電流に正比例します。これは、式 12 のように表すことができます。

式 12. ATQ_LRN= kxIMVVM

ここで、IM はモーター電流、VVM はドライバへの電源電圧、k は定数です。式 12 は、ATQ_LRN とモーター電流の線形関係を示しています。自動トルク学習ルーチンは、無負荷時における任意の 2 つの電流での ATQ_LRN の値を学習し、この関係を使用して、他の電流における ATQ_LRN の値を補間します。

ATQ_CNT パラメータは、負荷トルクに対応する供給電力の成分を表しています。この関係は 式 13 で表すことができます。

式 13. ATQ_CNT= k1xτxωIFS

ここで、k1 は特定の動作条件における定数で、IFS はステッパ・ドライバのフルスケール電流 (正弦波電流波形のピーク) です。

式 13 は、自動トルク・アルゴリズムの基本的な動作原理を定義しています。ATQ_CNT パラメータを使用すると、ステッパ・モーターに印加される負荷トルクに基づいて、モーター・コイルの電流レギュレーションを実行できます。

図 7-24 に (ATQ_LRN + ATQ_CNT) を示します。これは、2.8A 定格のハイブリッド・バイポーラ NEMA 24 ステッパ・モーターの 2.5A フルスケール電流における負荷トルクの関数として測定されたものです。ATQ_LRN は負荷トルクに応じて変化しませんが、ATQ_CNT は負荷トルクに応じて線形的に変化します。

GUID-20221128-SS0I-LBW9-90VN-7FHZWKDJGHRZ-low.svg図 7-24 (ATQ_LRN + ATQ_CNT) と負荷トルクとの関係

自動トルク・アルゴリズムをイネーブルにした後、学習ルーチンを実行して、ATQ_LRN パラメータを推定する必要があります。

この学習ルーチンは、式 12 で示される ATQ_LRN とモーター電流との線形関係を使用します。ユーザーは、学習を実行する 2 つの電流値を選択する必要があります。ここではモーターに負荷トルクは印加されません。これら 2 つの電流値は、ATQ_LRN_MIN_CURRENT レジスタおよび ATQ_LRN_STEP レジスタによってプログラムされます。

  • 初期電流レベル=ATQ_LRN_MIN_CURRENT x 8

  • 最終電流レベル=初期電流レベル + ATQ_LRN_STEP

これら 2 つの電流の ATQ_LRN 値は、ATQ_LRN_CONST1 レジスタおよび ATQ_LRN_CONST2 レジスタに保存されます。この 2 つのレジスタを使用して、アプリケーションの動作範囲内にある他のすべての電流の ATQ_LRN 値を補間します。

表 7-24 に、自動トルク学習ルーチンに関連するレジスタを示します。

表 7-24 自動トルク学習ルーチンのレジスタ

レジスタ名

概要

ATQ_LRN_MIN_CURRENT[4:0]

自動トルク学習ルーチンの初期電流レベルを表します。

ATQ_LRN_STEP[1:0]

初期電流レベルまでのインクリメントを表します。次の 4 つのオプションをサポートしています。

  • 00b：ATQ_LRN_STEP = 128
  • 01b：ATQ_LRN_STEP = 16
  • 10b：ATQ_LRN_STEP = 32
  • 11b：ATQ_LRN_STEP = 64

例：ATQ_LRN_STEP = 10b かつ ATQ_LRN_MIN_CURRENT = 11000b の場合

  • 初期学習電流レベル=24*8 = 192
  • 最終学習電流レベル=192 + 32 = 224

ATQ_LRN_CYCLE_SELECT[1:0]

学習ルーチンにより電流が他のレベルになった後の、ある電流レベルにおける電気的半周期の数を表します。次の 4 つのオプションをサポートしています。

  • 00b：8 半周期
  • 01b：16 半周期
  • 10b：24 半周期
  • 11b：32 半周期

LRN_START

このビットに 1b を書き込むと、自動トルク学習ルーチンはイネーブルになります。学習が完了すると、このビットは自動的に 0b になります。

LRN_DONE

学習が完了すると、このビットは 1b になります。

ATQ_LRN_CONST1[10:0]

初期学習電流レベルにおける ATQ_LRN パラメータを示します。

ATQ_LRN_CONST2[10:0]

最終学習電流レベルにおける ATQ_LRN パラメータを示します。

VM_SCALE

このビットが 1b のとき、自動トルク・アルゴリズムは電源電圧の変動に応じて、ATQ_UL、ATQ_LL、および ATQ_LRN パラメータを自動的に調整します。

学習ルーチンのパラメータを設定する際に考慮すべき点を以下に挙げます：

  • 初期電流レベルは、最大動作電流の 30%～50% の範囲で選択することを推奨します。

  • 最終電流レベルは 255 を超えないようにする必要があり、最大動作電流の 80%～100% の範囲で選択できます。

  • (高速または低電源電圧による) 電流波形の歪みにより、ATQ_LRN パラメータの読み取り値が不正確になる可能性があります。学習電流レベルは、波形の歪みが観察される位置から離れた電流を選択する必要があります。

  • ATQ_LRN_CYCLE_SELECT の値が小さいと、学習は高速化されます。ただし、ノイズが発生しやすいシステムでは、より大きな ATQ_LRN_CYCLE_SELECT 値を使用することで、ATQ_LRN パラメータ値の安定性が高まります。

  • 学習は、モーターが定常状態の速度に達したときに実施する必要があります。

  • モーターを変更した場合、またはモーター速度が ±10% 変化した場合は、再学習を行う必要があります。

自動学習をイネーブルにする簡単な方法として、次のコマンド・シーケンスを適用する必要があります。

  • ATQ_EN に 1b を書き込みます

  • 負荷なしでモーターを動作させます

  • ATQ_LRN_MIN_CURRENT をプログラムします

  • ATQ_LRN_STEP をプログラムします

  • ATQ_LRN_CYCLE_SELECT をプログラムします

  • ATQ_LRN_START に 1b を書き込みます

  • このアルゴリズムは、電気的半周期の ATQ_LRN_CYCLE_SELECT 数の間、初期電流レベルでモーターを動作させます

  • 次に、アルゴリズムは、電気的半周期の ATQ_LRN_CYCLE_SELECT 数の間、最終電流レベルでモーターを動作させます

  • 学習が完了すると、

    • ATQ_LRN_START ビットは自動的に 0b にクリアされます

    • ATQ_LRN_DONE ビットは 1b になります

  • ATQ_LRN_CONST1 および ATQ_LRN_CONST2 の値は各レジスタに格納されます

  • モーター電流は ATQ_TRQ_MAX になります

ATQ_LRN_CONST1 と ATQ_LRN_CONST2 がプロトタイプ・テストから判明すれば、学習ルーチンを再実行せずにそれらを量産に使用できます。次のコマンド・シーケンスは量産に適用します。

  • VREF をプロトタイプ・テストの学習時と同じ値に設定します

  • ATQ_LRN_MIN_CURRENT をプログラムします

  • ATQ_LRN_STEP をプログラムします

  • ATQ_LRN_CONST1 をプログラムします

  • ATQ_LRN_CONST2 をプログラムします

  • ATQ_EN に 1b を書き込みます

自動トルク学習ルーチンを整理したフローチャートを、図 7-25 に示します。

GUID-20221128-SS0I-7KLQ-3G54-KJWBNPGKNJGJ-low.svg図 7-25 自動トルク学習のフローチャート

GUID-20221117-SS0I-QNDX-MZNF-MJ9ZRCN86GBM-low.png図 7-26 自動トルク学習

図 7-26 は、初期電流 740mA (IFS1) と最終電流 2.2A (IFS2) での自動学習プロセスを示しています。ATQ_LEARN_CYCLE_SELECT は、32 半周期に相当しています。