汽车自适应前照灯系统(AFS)应用中堵转检测的实现

简介

由于机械结构的限制，自适应前照灯系统(AFS)应用中，步进电机有时可能会堵转。一旦电机堵转，电子控制单元(ECU)将失去前照灯位置的跟踪信息并作出不恰当的反应，滋生极严重的安全问题，所以AFS应用中堵转检测是必不可少的。

通常可以通过电机的反电动势(BEMF)来判断电机堵转与否。BEMF因电机速度、负载及供电电压的不同而变化。传统的步进电机驱动芯片无BEMF输出，但包含内置堵转检测算法。客户仅可以在寄存器里设定固定的堵转认定临界值，这表示在真实道路条件下所有设定值都必须在工作之前“离线”预设，而不能适配真实工作条件。

安森美半导体的NCV70522微步步进电机驱动器透过SLA引脚提供BEMF输出，这表示它能实时进行停转检测计算，并根据不同条件来调节检测等级。

算法说明

由于线圈电流衰减期间的再循环电流相对较大，线圈电压Vcoil就展示出瞬态特性。由于应用软件中并不总是想要瞬态，就可以通过位的设定值来选择两种工作模式。在为高下，SLA引脚显示出完全可视的电压瞬态特性。如果位被清除，那么SLA引脚上仅可视每个线圈电流过零末端的电压样本。由于线圈电压的瞬态特性不再可视，这种模式产生更平常的BEMF输入，用于软件等的后续处理。

为了将采样的BEMF输出电平适应到(0 V至5 V)范围，采样的线圈电压Vcoil可选择被除以2或4。此设定通过SPI位来控制。下图显示了SLA引脚的工作，透明位“PWMsh”及“Icoil=0”是内部信号，与SLAT一起定义线圈电压的采样以及维持瞬间。

此BEMF电压在每个所谓的“线圈电流过零”期间采样。每个线圈在每个电气周期内存在2个零电流位置，因而每个电气周期共有4个过零观察点，故可以测量4次BEMF。如果微步位置位于“线圈电流过零点”，BEMF电压将仅由电机驱动器采样。微步位置可以通过SPI接口来读取。

通过软件，我们可以基于测量的1个电气周期内的4次SLA值来灵活地判断是否堵转。

算法应用

NCV70522是一款微步步进电机驱动器，用于双极型步进电机。这芯片通过I/O引脚及SPI接口连接至外部微控制器。NCV70522输出电流有多种选择。它根据“NXT”输入引脚上的脉冲信号以及方向寄存器[DIRCTRL]或“DIR”输入引脚的状态来转动下一个微步。这器件提供从满步到32微步的细分、由SPI寄存器SM[2:0]来选择的7种步进模式。NCV70522包含SLA的输出，可以用于堵转检测算法及根据电机的BEMF来调节转矩和速度计算。典型应用电路图如图2所示。

当系统上电时候，微控制器就会初始化，NCV70522复位。这些动作完成时，线圈电流及步进模式将被设定。然后电机驱动器将启用。NXT脉冲将被发送实现转动电机。电机转速等于NXT脉冲频率乘以步进细分模式的值。图3是流程图。

示例：在正常状态及堵转状态时检查SLA输出电平，如下所示：

因此，我们可以认为：如果4个“线圈电流过流点”中有2个SLA电平低于1.5 V，那么就处于堵转状态。

简介

与传统步进电机驱动器IC相比，NCV70522包含BEMF输出，能够实时地 准确地反应电机运转情况，非常适合汽车自适应前照灯系统中的应用。堵转检测阈值可以根据电机速度、负载特性及供电电压的不同来调节。