電機堵轉檢測是確保電機控制系統安全、可靠運行的關鍵環節，對于預防電機損壞、提高系統穩定性和滿足行業安全標準都有著重要作用。

本期技術視頻聚焦步進電機的堵轉檢測，解析其重要性、介紹納芯微驅動芯片的堵轉檢測原理，演示NSD8381堵轉檢測流程，同時介紹NSD8381與NSD8389步進電機驅動產品的優勢與特點。

為什么需要對電機進行堵轉檢測

納芯微驅動芯片堵轉檢測的原理

步進電機堵轉檢測流程演示：以NSD8381為例

NSD8381 & NSD8389步進電機驅動產品介紹

01為什么需要對電機進行堵轉檢測

進行電機堵轉檢測的原因主要包括以下幾點：

1. 防止電機損壞，保護電機。

2. 防止大電流損壞驅動器，保護驅動器。

3. 避免引發系統故障，提高系統可靠性。

4. 滿足安全標準：在某些行業標準中，會用于評估電動機的性能和安全要求。

5. 性能評估：可以反映出電機定子、轉子繞組及磁路的合理性和一些質量問題。

6. 診斷和改進，可以作為故障診斷的一部分，幫助識別電機缺陷。

02納芯微驅動芯片堵轉檢測的原理

電機繞組等效模型

納芯微步進電機采用反電勢法進行堵轉檢測，在正常情況下，電機運行時繞組會產生反電動勢（BEMF）。

公式1

公式1表達了電機繞組電壓的計算，由公式1可知，電機轉動時，繞組電壓包含反電勢電壓。當電機電流為零時，繞組兩側電壓即為反電勢電壓。

公式2

（其中：N為繞組的匝數，B代表磁場強度，A是被電機磁場所包圍的面積，ω是電機轉動的角速度）

公式2表達了電機繞組中反電勢的計算。由公式2可知，反電勢電壓和電機的角速度成正比，當電機堵轉時，角速度為零，反電勢也為零，即可以通過檢測電流為零時反電勢變化，來判斷電機是否堵轉。

03步進電機堵轉檢測流程演示：

以NSD8381為例

第一步：配置好寄存器，讓電機正常轉動

硬件配置

上位機界面

硬件配置：

NSD8381 demo板、步進電機、通信串口工具、12V直流電源、示波器、信號發生器、串口發送上位機界面。

SPI寄存器配置：

CONFIG_6: 0x081013 ---配置步進電機電流大小(HOLD:50mA; full 571mA)

CONFIG_4: 0x060841 ---配置電流調制頻率，slew rate等

CONFIG_1: 0x030428 ---配置CTRLx (默認采用步進電機模式)

CONFIG_3: 0x05A901 ---使能輸出，設置微步（1/8微步）

電機轉動演示如以上動圖所示：1.連接上位機和串口，2.給demo板供電，3.提供脈沖信號，4.發送寄存器配置的指令，此時電機轉動起來。

第二步：正常轉動反電勢波形測試

當電機轉動起來后，用示波器測試OUTA1、OUTA2或者OUTB1、OUTB2對地的波形，即測量電機繞組兩端的電壓，記錄此時的反電勢值以及需要設置的CV_DELAY值。

測試點OUTA1和OUTA2

測試波形圖

如波形所示，其中會有一段兩個OUT的電壓均不進行PWM調制的部分，這部分波形代表電機的驅動電流為零，箭頭所指黃色的電壓，即為反電勢電壓。黃色虛線兩端的時間長度，為反電勢被穩定測量到所需要的延時，記為CV-DELAY，如圖測試反電勢為2V，CV_DELAY為350 us。

第三步：堵轉檢測寄存器CONFIG_5 (0x07)參數配置

寄存器映射表

配置CONFIG_5寄存器，需要配置CV_DELAY[4:0]、使能CV_EN、配置CV_STALL_NUM[2:0]。

CV_DELAY[4:0]是線圈BEMF反電勢電壓轉換延時配置位，可配置從1到31的值，對應了從零開始的PWM周期數延時，該延時之后，線圈反電勢電壓開始轉換。步驟二測試的CV_DELAY即為該配置的參考值。如果該值為0，則在零電流結束時，進行電壓采樣，適用于轉速比較快的電機。

CV_STALL_NUM[2:0]是線圈BEMF反電勢電壓堵轉時的轉換數量配置位?？膳渲枚罗D檢測時，線圈反電勢電壓連續轉換的次數，其最小值為1。其中檢測到超出范圍[CVLLA, CUL]，判斷失速檢測。

最后，配置CONFiG_5寄存器為0x8000，在零電流結束時，對線圈電壓進行采樣，反電勢電壓連續轉換次數為1。

第四步：電機正常轉動回讀反電勢值演示

配置好CONFiG_5寄存器后，電機還是正常轉動的狀態，此時通過串口去回讀CVA，CVB，CVC，CVD。記錄此時的CV值，并和示波器測試的反電勢值進行比較。此步驟需要讓CONFIG_5的配置使回讀的CV值盡可能接近示波器測試的反電勢值。如回讀值和測試值存在偏差，需要調整CONFiG_5的CV_DELAY和CV_STALL_NUM。

此時，寄存器CVA，CVB，CVC，CVD返回的值0x008E（最大值），換算過來高值為1.94V，接近實測反電勢2V。

第五步：測試電機堵轉波形

第五步，讓電機堵轉，同步驟二，再次測量OUTA1對地和OUTA2對地的波形。如波形顯示，反電勢電壓顯示0V。

第六步：配置好寄存器，讓電機正常轉動

第六步，此時電機仍是堵轉的狀態。如演示，再次讀取CVA，CVB，CVC和CVD。堵轉情況下回讀的值0x001B（最大值）和0x0000（最小值），換算過來低值為0.35V（最大值）和0V（最小值），和示波器測試基本一致。

第七步：配置CVLLA和CVLLB

根據記錄的“高值”和“低值”配置CVLLA和CVLLB。CVLLA和CVLLB可以選擇這兩個記錄值的中間值，其中CVLLA的值需要比反電勢大，但比CVLLB?。–UVL可以采用默認值）。

由第三步得到“高值”1.94V，由第六步得到“低值”0V，由此設置CVLLA為0x0027 (0.52V)，設置CVLLB為0x0000 (0V)，CVUL可設置0x07FF 默認值(28V)。

第八步：電機堵轉后回讀STA_1寄存器演示

讓電機運轉后發生堵轉，當電機發生堵轉時，同時回讀STA_1寄存器。設置CONFiG_5寄存器，配置CVLLA，電機正常轉動時，回讀01寄存器以及CVA，CVB，CVC，CVD，此時CV返回值在8E附近，狀態寄存器無故障上報。然后堵轉電機，回讀狀態寄存器，此時返回05，報堵轉故障。同時回讀CVA，CVB，CVC，CVD，返回反電勢為0值，說明堵轉檢測成功。

04

NSD8381 & NSD8389

步進電機驅動產品介紹

NSD8381是納芯微車規級高集成式雙相雙極性步進電機驅動，適用于汽車頭燈步進控制、熱管理系統電子膨脹閥驅動、HUD位置調節等應用場景。

該芯片支持最大1.35A滿量程電流，支持16檔電流調節，內部最高32細分，多種衰減模式選擇，同時可支持四個半橋獨立工作。NSD8381支持母線欠壓保護，過流保護，溫度報警和過溫保護；同時還支持輸出負載的開路診斷和過流保護。此外，NSD8381還集成了本文介紹的堵轉檢測功能，可以用于堵轉故障輸出，可以幫助客戶應用于堵轉檢測場合。

NSD8381功能框圖

產品特性

◆寬工作電壓：4.5V ~ 36V（最大值40V）

◆電流高達1.35A，16檔電流調節

◆可編程多種細分模式，最高可達32細分模式

◆四種可編程衰退模式：慢衰退/混合衰退/自動衰退1/自動衰退2模式

◆STEP/DIR/HOLD 三個輸入引腳或 SPI 控制

◆用于高精度位置控制的相位計數器

◆獨立4路半橋控制模式（僅適用于 QFN32）

◆無感堵轉檢測（反電勢過零點檢測）

◆PWM展頻及壓擺率配置

◆24位 SPI 接口

◆超低功耗睡眠模式

◆AEC-Q100認證

全功能的保護和故障輸出

◆SPI 報錯

◆過流保護

◆電荷泵欠壓

◆過溫警告和關斷

◆ON狀態下的開路、短路到 Vbat、短路到 GND 檢測

◆堵轉檢測（支持不自動進入保持模式）

應用場景

◆頭燈位置控制 (ADB/AFS)

◆電子膨脹閥 (EVX)

◆抬頭顯示/駕駛員檢測 (HUD/DMS)

NSD8389是納芯微最新發布的車規級雙相雙極性步進電機驅動，適用于汽車頭燈步進控制、熱管理系統電子膨脹閥驅動、HUD位置調節等應用場景。其優勢是提高了步進電機的電流，支持到1.5A；提高了電機控制的微步數，支持256細分模式，增加更多衰減模式，支持8種decay模式。集成母線欠壓保護，過流保護，過溫保護，負載開路診斷和過流保護等多種保護功能。同時也支持堵轉檢測功能，適用于對步進電機精度要求更高的場合。

NSD8389功能框圖

產品特性

◆寬工作電壓：4.5V ~ 36V（最大值40V）

◆導通電阻和電流：900mΩ；1.5A 全量程

◆可編程最高256細分模式

◆8 種衰退模式：智能調節、慢衰退和混合衰退模式

◆STEP/DIR 輸入和 SPI 可控保持模式

◆用于高精度位置控制的相位計數器

◆可配置的 OPL_FILT 、 TBLANK、DRV_DIS（適用于NSD8389A）

◆無感堵轉檢測（反電勢過零點檢測）

◆可配置的上升速率、死區時間和擴頻

◆支持菊花鏈模式的16位SPI通信

◆超低功耗睡眠模式

◆AEC-Q100認證

全功能的保護和故障輸出

◆VSUV、CPUV

◆OTW、OTSD、UTW 和 TJ 故障

◆每個 HS 和 LS 的過流保護和檢測

◆每個通道的開路檢測

◆堵轉檢測（可配置堵轉hold模式）

◆SPI 錯誤和故障條件指示引腳（nFAULT）

應用場景

◆頭燈位置控制(ADB/AFS)

◆電子膨脹閥 (EVX)

◆抬頭顯示/駕駛員檢測 (HUD/DMS)

◆隱藏式出風口電機

納芯微始終致力于為客戶提供高性能的電機驅動解決方案，無論是在汽車、工業還是消費電子領域，都能夠為用戶帶來更為高效、穩定的產品選擇。

納芯微電子（簡稱納芯微，科創板股票代碼688052）是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司。自2013年成立以來，公司聚焦傳感器、信號鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業、信息通訊及消費電子等領域提供豐富的半導體產品及解決方案。

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