A4988是带转换器和过电流保护的DMOS微步进驱动器

特点和优点

▪ 低Rds（开）输出

▪ 自动电流衰减模式检测/选择

▪ 混合和慢电流衰减模式

▪ 低功耗同步整流

▪ 内紫外线照射

▪ 交叉电流保护

▪ 3.3和5V兼容逻辑电源

▪ 热关机电路

▪ 对地短路保护

▪ 短路负载保护

▪ 五种可选阶跃模式：全阶、1/2阶、1/4阶、1/8阶和1/16阶

说明

A4988是一个完整的微步进电机驱动器，内置翻译，便于操作。它设计用于在全、半、四、八和十六阶模式下操作双极步进电机，输出驱动容量高达35V和±2A。A4988包括一个固定关闭时间的电流调节器具有在慢衰减或混合衰减模式下工作的能力。

翻译是A4988易于实现的关键。只需在步进输入端输入一个脉冲就可以驱动马达一个微步。没有相序表、高频控制线或复杂的编程接口。A4988接口非常适合复杂微处理器不可用或负担过重的应用。

在步进操作期间，A4988中的斩波控制自动选择电流衰减模式：慢速或混合。在混合衰变模式下，该器件在固定关闭时间的一部分先设置为快速衰变，然后在剩余关闭时间设置为慢速衰变。混合衰减电流控制可降低电机噪声，提高步进精度，降低功耗。

提供内部同步整流控制电路，以改善在脉宽调制操作期间的功耗。内部电路保护包括：滞后热关机、欠压锁定（UVLO）和交叉电流保护。不需要特殊的通电顺序。

A4988采用5 mm×5 mm的表面贴装QFN封装（ET），标称总封装高度为0.90 mm，并采用外露衬垫以增强散热。它是无铅（铅）的（后缀-T），与100%哑光镀锡引线框架。

功能框图

功能描述

设备操作。A4988是一个完整的微步进电机驱动器，带有一个内置的转换器，操作简单，控制线最少。它被设计成在全阶、半阶、四阶、八阶和十六阶模式下操作双极步进电机。两个输出全桥和所有N通道DMOS场效应晶体管采用固定关断时间的PWM（pulse width modulated）控制电路进行调节。在每个步骤中，每个全桥的电流由其外部电流感应电阻器（RS1和RS2）的值、参考电压（VREF）设置，以及其DAC的输出电压（而DAC又由转换器的输出控制）。

在通电或复位时，转换器将数模转换器和相电流极性设置为初始初始状态（如图9至13所示），并将电流调节器设置为两个相的混合衰减模式。当阶跃输入上出现阶跃指令信号时，转换器自动将DAC排序到下一级和当前极性。（当前电平序列见表2）微步分辨率由MSx输入的组合效应设置，如表1所示。

步进时，如果DAC的新输出电平低于其以前的输出电平，则活动全桥的衰减模式设置为混合。如果dac的新输出电平高于或等于其先前的电平，则活动全桥的衰减模式设置为慢速。这种自动电流衰减选择通过减少由电机反电动势引起的电流波形失真来改善微步进性能。

微步选择（MSx）。微步分辨率由逻辑输入MSx上的电压设置，如表1所示。MS1和MS3引脚具有100 kΩ下拉电阻，MS2引脚具有50 kΩ下拉电阻。当更改步进模式时，更改在下一步上升边缘之前不会生效。

如果在没有转换器复位的情况下改变了步进模式，并且必须保持绝对位置，则必须在两种步进模式共用的步进位置改变步进模式，以便避免遗漏步骤。当设备断电或由于TSD或过电流事件而复位时，转换器被设置为初始位置，默认情况下，该位置与所有阶跃模式相同。

混合衰变操作。电桥在混合衰减模式下工作，在通电和复位时，在正常运行期间，根据ROSC配置和步骤顺序，如图9至13所示。在混合衰减模式下，当达到触发点时，A4988最初进入快速衰减间隔，持续31.25%的关闭时间tOFF。在那之后，它会切换到慢衰减的剩余时间。下一页将显示此功能的时序图。

通常，只有当绕组中的电流从较高值变为较低值（由转换器的状态决定）时，混合衰减才是必要的。对于大多数负载，自动选择混合衰减是方便的，因为它可以在电流上升时最小化波纹，并在电流下降时防止漏步。对于某些需要在极低速度下微步进的应用，绕组中缺少反电动势会导致电流在负载中迅速增加，从而导致漏步。如图2所示。通过将ROSC引脚拉到地上，混合衰减被设置为100%的激活时间，对于上升和下降电流，并防止遗漏步骤，如图3所示。如果这不是问题，建议使用自动选择的混合衰减，因为它将产生减少的纹波电流。有关详细信息，请参阅固定下班时间部分。

小电流微步进。适用于最小开启时间防止输出电流在低电流阶跃下调节至编程电流水平的应用。为了防止这种情况，可以将该装置设置为在电流波形的上升和下降部分上以混合衰减模式工作。此功能通过将ROSC引脚对地短路来实现。

在此状态下，关闭时间在内部设置为30微秒。

重新设置输入（“R”或“E”或“S”或“E”或“T”）。“R”、“E”、“S”、“E”、“T”输入将转换器设置为预定义的初始状态（如图9至13所示），并关闭所有FET输出。在将“R”“E”“S”“E”“T”输入设置为“高”之前，将忽略所有步骤输入。

步骤输入（步骤）。步进输入上的一个从低到高的转换使翻译器按顺序排列，并使马达前进一个增量。转换器控制DACs和direc的输入-各绕组电流的变化。增量的大小由MSx输入的组合状态决定。

方向输入（DIR）。这决定了马达的旋转方向。对该输入的更改在下一步上升边缘之前不会生效。

内部脉宽调制电流控制。每座桥都是con-由一个固定的关闭时间的PWM电流控制电路控制，它将负载电流限制在一个期望值ITRIP。最初，一对对角的源和汇场效应管输出被启用，电流流过电机绕组和电流感应电阻RSx。当通过RSx的电压等于DAC输出电压时，电流感应比较器重置PWM锁存器。然后，锁存器关闭相应的源驱动程序并启动固定关闭时间衰减模式通过选择RSx和VREF引脚的电压来设置最大限流值。跨导函数由电流限制的最大值itrimax（A）近似，该值由：

其中RS是感测电阻器（Ω）的电阻，V REF是参考引脚（V）上的输入电压。

DAC输出以精确的步骤将VREF输出减少到电流感应比较器，使得：

（每个步骤的%itrimpax见表2。）

不超过SENSE1和SENSE2引脚的最大额定值（0.5 V）至关重要。

固定的休息时间。内部的脉冲宽度调制电流控制电路使用一个一次性电路来控制DMOS FET保持关闭的持续时间。关闭时间tOFF由ROSC终端决定。ROSC终端有三种设置：

▪ 与VDD相关的ROSC-关闭时间在内部设置为30微秒；衰减模式是自动混合的，除非在完整步骤中衰减模式设置为慢速。

▪ ROSC与接地时间直接相关，内部设置为30微秒；电流衰减设置为混合，所有阶跃模式均为增大和减小电流。

▪ ROSC通过一个电阻到接地的时间由以下公式确定；衰减模式对于所有阶跃模式都是自动混合的，除了设置为慢速的全阶跃模式。

空白。当内部电流控制电路切换输出时，此功能将使电流感应比较器的输出为空白。比较器输出被屏蔽，以防止由于钳位二极管的反向恢复电流和与负载电容相关的开关瞬态而导致的假过电流检测。空白时间tBLANK（微秒）约为：

短路负载和对地短路保护。

如果电机导线一起短路，或者其中一条导线对地短路，驾驶员将通过感应过电流事件和禁用短路的驾驶员来保护自己，从而保护装置不受伤害。在对地短路的情况下，设备将保持禁用（锁定）状态，直到S‘‘L‘‘E‘‘E‘‘P’输入变高或VDD电源断开。图4显示了对地短路过电流事件。

当两个输出端短接在一起时，电流路径通过感测电阻器。在消隐时间（≈1μs）到期后，由于存在过电流情况，感测电阻器电压超过其跳闸值。这导致驾驶员进入固定的休息时间周期。固定关闭时间到期后，驱动程序将再次打开并重复该过程。在这种情况下，驱动器完全免受过电流事件的影响，但短路是重复的，其周期等于驱动器的固定关闭时间。这种情况如图5所示。

在短路负载事件期间，由于混合衰减特性实现的方向变化，通常会观察到如图3所示的正负电流尖峰。如图6所示。在这两种情况下，过电流电路保护驱动器并防止损坏设备。

充油泵（CP1和CP2）。

使用充油泵产生大于VBB的栅极电源以驱动源侧FET栅极。CP1和CP2之间应连接一个0.1μF陶瓷电容器。此外，VCP和VBB之间需要一个0.1μF的陶瓷电容器，作为操作高边FET栅极的储能器。

根据EIA（电子工业联盟）规范，电容器值应为2级电介质最大值±15%，或公差R。

该内部产生的电压用于操作槽侧FET输出。VREG端子的标称输出电压为7 V。VREG引脚必须用0.22μF陶瓷电容器与接地分离。VREG由内部监控。在故障情况下，A4988的FET输出被禁用。

根据EIA（电子工业联盟）规范，电容器值应为2级电介质最大值±15%，或公差R。

启用输入（。“E”“N”“A”“B”“L”“E”此输入打开或关闭所有场效应晶体管输出。当设置为逻辑高时，输出被禁用。当设置为逻辑低时，内部控制根据需要启用输出。转换器输入STEP、DIR和MSx，以及内部排序逻辑，都保持活动状态，独立于“E”“N”“A”“B”“L”“E”输入状态。

关闭。在出现故障、过热（TJ过高）或欠压（VCP上）的情况下，A4988的FET输出将被禁用，直到故障条件消除。通电时，UVLO（欠压锁定）电路禁用FET输出，并将转换器重置为初始状态。

睡眠模式( “S”“L”“E”“E”“P”。为了在电机不使用时将功耗降至最低，该输入会禁用包括输出FET、电流调节器和电荷泵在内的大部分内部电路。S’’L’’E’’E’’P’’管脚逻辑低，A4988进入休眠模式。逻辑高允许正常操作和启动（此时A4988驱动电机至初始微步位置）。当从睡眠模式出现时，为了使电荷泵稳定，在发出阶跃指令之前提供1毫秒的延迟。

混合衰变操作。电桥在混合衰减模式下工作，取决于步进顺序，如图9至13所示。当到达触发点时，A4988最初进入31.25%的关闭时间（tOFF）的快速衰减间隔。在那之后，它会切换到慢衰减的剩余时间。此功能的时序图如图7所示。

同步整流。当一个脉冲宽度调制关闭周期

由内部固定关闭时间周期触发，负载电流根据控制逻辑选择的衰减模式循环。这种同步整流特性在电流衰减期间打开适当的FET，并有效地使低FET Rds（on）的体二极管短路。这大大降低了功耗，并且可以在许多应用中消除对外部肖特基二极管的需要。当负载电流接近零（0A）时，同步整流关闭，防止负载电流反转。

应用程序布局

布局. 印刷电路板应使用重型接地平面。为了获得最佳的电气和热性能，A4988必须直接焊接到电路板上。插脚3和18在内部熔合，这为增强散热提供了途径。这些引脚应直接焊接到PCB上的外露表面，该表面与热通孔相连，用于将热量传递到PCB的其他层。

为了最小化地面反弹和偏移问题的影响，重要的是要有一个低阻抗的单点接地，称为星形接地，非常靠近设备。通过将焊盘和A4988正下方的接地平面连接起来，该区域成为星形接地点的理想位置。低阻抗接地将防止在高电流运行期间接地反弹，并确保输入端子处的电源电压保持稳定。

两个输入电容器应并联放置，并尽可能靠近设备电源引脚。陶瓷电容器（CIN1）应该比大容量电容器（CIN2）更靠近管脚。这是必要的，因为陶瓷电容器将负责输送高频电流元件。感测电阻器RSx的接地阻抗应非常低，因为它们必须携带大电流，同时支持通过电流感测比较器进行非常精确的电压测量。长的接地轨迹将导致额外的电压降，对比较器精确测量绕组电流的能力产生不利影响。SENSEx管脚与RSx电阻之间的距离非常短，与器件下方的星形接地之间的距离非常大，阻抗很低。如果可能，检测电路上不应存在其他部件。

ET封装，28针QFN，带外露热垫