步進電機在基于計算機和微控制器的位置控制應用中很流行，例如機器人技術，工業自動化，CNC機器，3D打印機和攝像機控制。由于其內部結構簡單且連接線數量有限，因此步進電動機看上去看似簡單。在網上常能看到，甚至還有很多關于如何使用老式L293D驅動器IC和Arduino控制步進電機的教程，但是對于嚴肅的應用，一切都取決于電機驅動器的質量和功能。

常用的步進電機驅動器類型

可拔插驅動模塊

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如果您從事涉及步進電機的愛好項目，或者正在構建3D打印機，則可能熟悉可拔插驅動模塊。它們由一個帶有步進電機驅動器IC的小型PCB和排針連接器組成，可將模塊插入較大的電路板。

可拔插驅動模塊種類很多，可從多家半導體制造商的驅動器IC中進行選擇。一些高端的則是圍繞Trinamic步進驅動器IC構建的所謂SilentStepSticks，其中TMC2100和TMC2130是最受歡迎的。

這些SilentStepSticks是3D打印應用程序的理想選擇，尤其是在長時間的打印作業中。使用較不高級的驅動程序時，步進電機的噪音可能很快會令人煩惱。SilentStepSticks不僅可使打印機安靜運行，而且還有助于獲得更好，更平滑和更一致的打印結果。

除了標準的Enable，Step和Dir信號之外，基于TMC2130和TMC5160的還具有SPI接口，該接口可用于調整和配置多個驅動器參數。現代3D打印軟件比如Marlin支持這些驅動程序，甚至可以在打印過程中通過SPI接口自動調整電機驅動器，以達到最佳效果。

盡管可拔插驅動模塊很小并且易于更換，但它們也有許多缺點。由于尺寸非常小，大多數驅動器IC都使用集成MOSFET，即使在頂部沒有散熱片的情況下，容易過熱。在像CNC這樣要求更高的應用中，這主要是一個問題。

此外，可拔插驅動模塊不提供電動機電源和控制信號之間的電氣隔離，從而使其不適用于復雜的運動控制系統。

工業步進電機驅動器

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工業驅動器通常用于廣泛的應用，并且大多位于帶有接線盒的外殼中，該接線盒用于連接電源，電動機導線和控制信號。通常，外殼也會用作內部電子設備的散熱器。一些驅動器外殼甚至適合直接安裝在步進電機的背面。通常使用DIP開關完成主要驅動器參數（如微步距和電動機電流）的配置。更高級的驅動程序還提供用于配置和調整電動機參數的串行端口或USB接口。

工業驅動器傾向于具有光耦合器輸入，從而為控制信號（使能，步進和Dir信號）提供電隔離。一些驅動程序使用ModBus（甚至CAN總線）來控制電動機的位置，速度和方向。

概括地說，有兩種驅動程序類型可用：開環和閉環。后者使用旋轉編碼器將電機軸位置反饋給驅動。如果電動機在某些負載條件下失步，則可以提供更高的精度和補償。如果需要驅動多個步進電機，也可以選擇多軸電機驅動器。

Trinamic TMC2160電機驅動器IC
我們的“金剛狼”數控龍門機器人（在第1部分和第2 部分中發布）基于Eding CNC的CNC310控制板。由于CNC310板需要外部步進電機驅動器，因此我們考慮使用基于Trinamic IC的驅動器。這將使CNC龍門機器人能夠安靜地運行，這在將機器用作SMT組件的拾取和放置機器時尤其重要。

最初，我們使用TMC2100和TMC2130 SilentStepSticks進行了一些快速測試，但這些測試無法完成任務，并且會迅速過熱。取而代之的是，我們研究了全新的TMC2160，它使用外部MOSFET，并設計用于耗電較大的應用（圖1）。

可以使用TMC2160轉接板，但是不幸的是，僅通過SPI可以配置電動機驅動器參數，而CNC310板不支持該功能。此外，控制信號與電動機電源之間也沒有電隔離。

最后，我們設計了自己的基于TMC2160的驅動器，該IC以獨立模式運行，并具有用于控制信號的光耦合器輸入。這允許使用DIP開關設置電動機驅動器參數。

大多數現代的步進電機驅動器（如TMC2160）都是所謂的斬波器驅動器，它們可以快速接通和斷開相對較高的電壓（通常是額定電動機電壓的八倍，以達到最佳效果）。該技術允許控制每相的平均電流。大多數斬波驅動器在20–50kHz范圍內使用斬波頻率。由于斬波頻率高于可聽范圍，因此噪聲水平保持較低。在恒定的固定斬波頻率下，通過改變輸出脈沖的脈沖寬度來控制平均輸出電流，這種技術稱為脈沖寬度調制（PWM）。

除了經典的恒定停機時間斬波器外，TMC2160還具有兩種復雜的SpreadCycle和StealthChop2斬波器模式，可確保無噪音運行，并具有最高效率和最佳電機轉矩。

StealthChop2是基于電壓斬波器的原理。它特別保證了電動機在靜止和慢速運行時均保持安靜，但滾珠軸承會產生噪音。與其他電壓模式斬波器不同，stealthChop2不需要任何配置。在加電后的第一個動作期間，它會自動學習最佳設置，并在隨后的動作中進一步優化設置。初始歸位序列足以進行學習。StealthChop2通過立即對電動機速度的變化做出反應，從而實現了較高的電動機動態性能。

SpreadCycle是高級逐周期斬波器模式。它在廣泛的速度和負載范圍內提供平穩的運行和良好的共振阻尼。SpreadCycle斬波器方案可自動集成并調整快速衰減周期，以確保平滑的過零性能，并在低振動下實現高動態和最高峰值速度。

TMC2160的其他進步包括MicroPlyer階躍插值，用于中頻諧振的諧振阻尼，DcStep負載相關的速度控制，StallGuard高精度無傳感器電動機負載檢測以及CoolStep電流控制，可節省多達75％的能量。有關更多信息，請參考TMC2160產品頁面和數據手冊。

下面為電路圖：

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的TMC2160电机驱动器的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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