雙極步進電機廣泛用于許多應用中，從打印機到工業設備中的移動XY工作臺。通常情況下，電機驅動都采用較廉價的專用步進電機驅動芯片控制，簡單的電流控制方法使電機的電流波形不理想、電機運行精度不高。

現在，通過在步進電機驅動IC內部集成雙向電流采樣，能有效提高電機運行控制精度，同時比傳統解決方案降低了系統成本。

PWM控制和電流衰減模式

大多數的步進電機驅動IC，依靠步進電機繞組的電感特性實現PWM電流調節。通過每個繞組對應的功率MOSFET組成的H橋電路，隨著PWM控制開始，電源電壓被加到電機繞組上，從而產生驅動電流。一旦電流達到設定值，H橋就會切換控制狀態，使得輸出電流衰減。一定固定時間后，一個新的PWM周期又會開始，H橋再次產生線圈電流。

重復這一過程，使繞組電流上升和下降。通過電流采樣和狀態控制，可以調節控制每一段細分的峰值電流值。

在預期的峰值電流達到后，H橋驅動繞組的電流衰減控制方式有兩種：

繞組短路（同時開通低側或高側的MOSFET），電流衰減慢。

H橋反向導通，或允許電流通過MOSFET的體二極管流通，電流衰減快。

這兩種電流衰減方式稱為慢衰減和快衰減（見圖1）。

圖1：H橋工作狀態

傳統峰值電流控制的問題

傳統的步進電機峰值電流控制，通常只檢測通過線圈的峰值電流。當預期的峰值電流達到后，H橋就會切換導通狀態，使得輸出電流衰減（快衰減，慢衰減，或兩者的組合）。

選擇慢衰減，可以得到更小的電流紋波，平均電流能更準確的跟蹤峰值電流。然而，隨著步率增大，慢衰減不能夠及時降低繞組電流，無法保證精確的電流調節。

為了此情況，許多步進電機驅動芯片，在電流幅值增加的時候采用慢衰減模式，在電流幅值減小時使用快衰減或混合衰減（結合快衰減和慢衰減）模式。然而，因為快衰減模式時的電流紋波相對大很多，導致兩種模式下的平均電流值相差很大，導致電機運行不平穩（見圖2）。電流過零時，因為兩種衰減模式的切換，也會有同樣的問題。

圖2：傳統峰值電流控制下的波形

內部電流檢測實現雙向電流采樣

傳統的步進驅動，在每個H橋下管源極和地之間接外部檢測電阻，只測量PWM導通時檢測電阻上的正向電壓。在慢衰減模式下，電流循環通過內部MOSFET，不通過檢測電阻，因此無法測量電流。在快衰減模式下，通過電阻的電流翻轉，產生的是負電壓。對于目前的電源IC工藝，負電壓很難被簡單的采樣處理。

內部電流檢測允許在任何時候監測電流，如PWM導通時間，以及快衰減和慢衰減過程中。雖然它增加了驅動IC的復雜性，但內部電流檢測大大降低了系統成本，因為外部的采樣電阻不需要了，這些電阻非常大且昂貴，價格通常和驅動IC差不多！

MP6500/MP6600步進驅動IC自適應電流控制方案

MPS公司的MP6500系列雙極步進電機驅動芯片，集成內部電流檢測，很好的取代了傳統廉價的峰值電流控制雙極步進電機的驅動IC。不需要外部電流檢測電阻，只需要一個接地的小型、低功耗電阻去設定繞組電流峰值。內部電流檢測依賴于精準的功率管及相關電路的匹配設計，可以保證始終準確采樣繞組電流，從而提高步進電機的運行質量。

通常情況下， MP6500工作在慢衰減模式下。然而，當一個固定關斷時間結束，慢衰減結束后，如果當前繞組電流仍高于預期水平，快衰減模式會被開啟以用來迅速減小驅動電流到所需值。這種混合控制模式，使得驅動電流快速下降到零，同時又保證平均電流盡量接近設定值。

當step跳變時，快衰減就被采用使得當前電流迅速被調整到零，如圖3所示。如果電源電壓高，電感值低，或所需的峰值電流幅值很低，電流很有可能高于設定值。由于blanking time，每個PWM周期都會有一個最小導通時間，此時許多傳統的步進電機驅動器無法控制繞組電流。如果發生這種情況，MP6500會不斷采用快衰退模式來保證繞組電流一直不超過設定值（見圖4）。

圖3：MP6500的自動衰減模式（step跳變時）

圖4：MP6500的自動衰減模式（低電流情況下）

這種自適應衰減模式與只使用慢衰減模式相比，平均電流的變化比較小。由于快速衰減模式只用來控制驅動電流低于設定值，誤差比在整個PWM關斷時間采用快衰減模式要小的多。

這種控制方法的優點是，對于不同的電機和電源電壓，用戶不需要做任何系統調整，衰減模式是完全自動調整的。而傳統的步進電機驅動，對于不同應用，必須調整衰減模式甚至PWM關斷時間，以得到最好的運行質量。

使用了這種電流調節方法，MP6500可以確保整個周期的平均繞組電流都準確穩定（見圖5），明顯改善了電機的運行質量。

圖5：MP6500輸出電流波形