在步進電機驅動領域，HJ4205 步進電機驅動電路是一款性能出色且功能豐富的產品。它在眾多需要精確控制步進電機的應用場景中發(fā)揮著重要作用。下面將對 HJ4205 步進電機驅動電路進行詳細的介紹。

概述

HJ4205 是一款集成度較高的步進電機驅動電路，它包含一個步進電機控制器和內部 N 溝道 MOSFET，這使得它能夠驅動一個雙極步進電機或者兩個刷式直流電機。該電路支持從全步進到 1/256 步進的多種驅動模式，這種廣泛的步進模式選擇為不同精度要求的應用提供了靈活性。通過采用自適應消隱時間和包括自動混合衰減模式在內的多種不同的電流衰減模式，HJ4205 可實現(xiàn)非常平滑的電機運動過程，有效減少了電機運行時的振動和噪音。電機運動采用標準的 DIR/STEP 控制方法，而器件的運行則通過一個 SPI 串行接口進行控制。通過這個 SPI 串行接口，用戶可以對輸出電流（扭矩）、步進模式、衰減模式和堵轉檢測功能等進行編程設置，大大提高了電路的可配置性和適用性。

電原理圖

HJ4205 步進電機驅動電路的電原理圖展示了其內部各個模塊之間的電氣連接關系，對于理解電路的工作原理和進行故障排查具有重要意義。

圖 1：HJ4205 步進電機驅動電路電原理圖

封裝形式及引出端功能

1. 封裝形式：HJ4205 采用 BOX3220 - 22P 全密封金屬直插封裝（選型 HJ4205），這種封裝形式具有良好的密封性和散熱性能，能夠保護內部電路免受外界環(huán)境的影響，同時確保電路在工作過程中產生的熱量能夠及時散發(fā)出去。以下是其封裝尺寸圖。
   
   圖 2：HJ4205 封裝尺寸圖
2. 引出端功能：引出端功能圖詳細標注了各個引腳的功能和用途，是正確使用 HJ4205 的重要參考。
   
   圖 3：HJ4205 引出端功能圖

絕對最大額定值

絕對最大額定值規(guī)定了 HJ4205 在正常工作時所允許的最大電壓、電流、溫度等參數范圍，超過這些范圍可能會導致電路損壞或性能下降。了解這些參數對于正確設計和使用電路至關重要。

圖 4：HJ4205 絕對最大額定值

電特性

電特性圖表展示了 HJ4205 在不同工作條件下的電氣性能參數，如輸入輸出電壓、電流、功率等。這些參數是評估電路性能和進行電路設計的重要依據。

圖 5：HJ4205 電特性

邏輯時序圖

邏輯時序圖描述了 HJ4205 在不同控制信號作用下的工作時序關系，幫助工程師理解電路的工作過程和信號傳輸規(guī)律，從而進行正確的編程和控制。

圖 6：HJ4205 邏輯時序圖

功能描述

1. 復位：芯片內部設有用于監(jiān)測 VM 引腳電壓的上電復位電路。當 VM 電壓低于 UVLO 電壓時，器件會自動復位。此外，如果將 RESET 引腳置為高電平，所有內部邏輯都將被復位，功率部分也將被禁用，此時包括步進和串行接口的所有輸入都將被忽略。在退出 RESET 態(tài)（將 RESET 引腳置為低電平）時，需要經過大約 1 ms 的時間，芯片才能恢復正常工作。這是因為電路需要一定的時間來完成內部狀態(tài)的初始化和穩(wěn)定。
2. 低功耗模式：將 SLEEPn 引腳置為低電平，可使設備進入低功耗狀態(tài)。在休眠模式下，電機驅動電路被禁用，柵極驅動調節(jié)器和電荷泵也被禁用，所有模擬電路被置于低功率狀態(tài)。不過，設備中的數字電路仍在工作，因此仍然可以通過串行接口訪問設備寄存器。需要注意的是，當 SLEEPn 生效時，RESET 引腳不起作用。在 RESET 生效之前，必須先退出低功耗模式。當退出低功耗模式時，同樣需要經過大約 1ms 的時間才能應用 STEP 輸入，以確保電路穩(wěn)定恢復工作。
3. 直接 PWM 輸入模式：通過在 0x2 寄存器中設置 PWMMODE 位，可以開啟直接 PWM 模式，然后用 PWM_MODESEL 來選擇輸入模式邏輯。在直接 PWM 輸入模式下，AIN1、AIN2、BIN1 和 BIN2 直接控制輸出驅動器的狀態(tài)，這樣可以驅動最多兩個有刷直流電機。根據 PWM_MODESEL 的不同設置，輸入輸出邏輯關系也有所不同，具體如下：
   • 當 PWM_MODESEL = 2’b00 時，xIN1 和 xIN2 為常見的 IN1,IN2 控制邏輯，邏輯如下表：
     | xIN1 | xIN2 | xOUT1 | xOUT2 |
     | --- | --- | --- | --- |
     | 0 | 0 | Z | Z |
     | 0 | 1 | L | H |
     | 1 | 0 | H | L |
     | 1 | 1 | L | L |
   • 當 PWM_MODESEL = 2’b01 時，xIN1 為使能控制 xEN，xIN2 為方向控制 xPH，xIN1 = 0 時，輸出高阻態(tài)，邏輯如下表：
     | xIN1 | xIN2 | xOUT1 | xOUT2 |
     | --- | --- | --- | --- |
     | 0 | 0 | Z | Z |
     | 0 | 1 | Z | Z |
     | 1 | 0 | L | H |
     | 1 | 1 | H | L |
   • 當 PWM_MODESEL = 2’b10 時，xIN1 為使能控制 xEN，xIN2 為方向控制 xPH，xIN1 = 0 時，輸出剎車態(tài)，邏輯如下表：
     | xIN1 | xIN2 | xOUT1 | xOUT2 |
     | --- | --- | --- | --- |
     | 0 | 0 | L | L |
     | 0 | 1 | L | L |
     | 1 | 0 | L | H |
     | 1 | 1 | H | L |
   • 當 PWM_MODESEL = 2’b11 時，xIN1 為使能控制 xEN，xIN2 為方向控制 xPH，邏輯如下表：
     | xIN1 | xIN2 | xOUT1 | xOUT2 |
     | --- | --- | --- | --- |
     | 0 | 0 | Z | Z |
     | 0 | 1 | L | L |
     | 1 | 0 | L | H |
     | 1 | 1 | H | L |

如果在直接 PMW 模式下使用混合或自動混合衰減模式，由于電流變化信息不可用，它們將應用于每個周期。在直接 PWM 模式下，電流控制電路 (Torque) 處于開啟狀態(tài)，仍可用 TORGUE 寄存器縮放電流，也可使用 0x1 寄存器的 ISGAIN 位來設置 ISEN 檢測放大器增益。通過電機繞組的電流由可編程固定關斷時間的 PWM 電流調節(jié)電路進行調節(jié)。當 H 橋被啟用時，繞組電流以一定速率上升，此速率取決于繞組的直流電壓、電感以及反電動勢的大小。一旦電流達到電流斬波閾值，電橋會在固定的時間段內禁用電流，該時間段可通過寫入關寄存器中的 TOFF 位在 500ns 和 128μs 之間進行編程。關閉時間到達后，電橋重新啟用，開始另一個 PWM 周期。斬波電流由比較器設置，比較器將電流檢測電阻器的電壓與參考電壓進行比較，電流檢測電阻器連接到 xISENx 引腳，且其電壓由電流檢測放大器進行放大，電流檢測放大器可在控制寄存器中編程。在 PWM 模式下驅動時，斬波電流計算如下：

圖 7：斬波電流計算公式
滿標度 VREF 設置為 2.75V。其中 TORQUE 是轉矩位的設置，ISGAIN 是 ISENSE 放大器（5x、10x、20x 或 40x）的可編程增益。
4. 微步控制 STEP/DIR 輸入控制模式：HJ4205 中的內置分度器邏輯允許多種不同的步進配置。0x0 寄存器中的 MODE 位用于配置步進細分，邏輯如下：

圖 8：步進細分配置邏輯
下表顯示了整步進到 1/8 步進模式的相對電流和步進方向。更高的微步分辨率遵循相同的模式。AOUT 電流是電氣角度的正弦；BOUT 電流是電氣角度的余弦。復位的狀態(tài)為 45° 位置，此狀態(tài)在上電或使用 RESETn 時進入。

圖 9：整步進到 1/8 步進模式的相對電流和步進方向
在 STEP 輸入的每個上升沿，或每次在向 0x0 寄存器中的 RSTEP 位寫入‘1’后，分度計將進入下一個狀態(tài)。DIR 引腳接高且 RDIR（0x0 地址）置 0，或 DIR 引腳接低且 RDIR 置‘1’，為正轉。DIR 引腳接低且 RDIR 置 0，或 DIR 引腳接高且 RDIR 置‘1’，則反轉。正電流定義為 xOUT1 為正，相對的 xOUT2 為負。如果在步進過程中改變了步進細分，分度計將在下一個步進的上升沿變?yōu)樾录毞值南乱粋€有效狀態(tài)。

典型應用

HJ4205 步進電機驅動電路具有廣泛的典型應用，以下是其典型應用電路和評估板實物圖。