40V/2A 步進電機驅動 IC，搭載先進微步技術，實現高效、低振動與低噪音運行

40V/2A Stepping Motor Driver IC with Advanced Micro-stepping Technology, Enabling High-Efficiency, Low-Vibration, and Low-Noise Motor Operation

東芝電子元件及儲存裝置株式會社（「東芝」）推出了新一代步進馬達驅動 IC「TB67S579FTG」，其具備先進微步技術（Advanced Micro-stepping Technology），可為消費性及工業應用提供高效率、低振動及低噪音的馬達運作 。TB67S579FTG 是一款兩相雙極步進馬達驅動 IC，採用恆流控制方式，支援 40V 的馬達輸出額定電壓及 2.0A l[1]的馬達輸出額定電流 。

近年來，如標籤印表機等電池供電的馬達驅動設備，需要高效率以降低功耗 。而 3D 印表機及監控攝影機等使用馬達進行位置控制的設備，也需要降低振動與噪音 。為了滿足這些市場需求，新產品整合了「先進微步技術 (Advanced Micro-stepping Technology)」，其中包含三大關鍵功能：「第二代主動增益控制 (AGC2)」、「自動波形生成系統 (AWGS)」以及「連續微步 (Continuous Micro-stepping)」

AGC2 是一種根據負載調整馬達驅動電流來控制步進馬達的功能 。通常情況下，步進馬達會在峰值負載條件所需的最高電流下持續驅動 。然而，透過使用此功能，馬達可以在低負載條件下以最低必要的驅動電流運行 。因此，這能實現高效率的馬達運作，並有助於降低設備的功耗 。

AWGS 則是一種能夠利用原本用於「全步 (Full step)」旋轉控制的 CLK 信號[2] ，以「微步 (micro-stepping)」模式驅動步進馬達的功能 。藉由使用此功能，即使在典型的應用場景中（例如：最初以全步模式驅動步進馬達以快速產生轉矩，隨後切換至微步模式以降低振動與噪音），亦可在無需調整控制信號的情況下實現平滑過渡 。其結果是，微控制器 (MCU) 等控制裝置的處理負荷可以顯著減輕 。

連續微步 (Continuous Micro-stepping) 是一種與現有的微步進方法相比，能使馬達驅動電流更接近正弦波的功能。這有助於降低步進馬達的振動與噪音。

 

此新產品採用小型 VQFN48 封裝。此外，由於具備無需外部電阻即可進行馬達輸出電流檢測的功能，以及內建電荷泵（charge pump）電容的設計，可以減少外部元件的使用，進而有助於節省電路板上的安裝空間。

東芝將持續開發適用於廣泛領域的產品，旨在簡化使用者設計、縮減電路板空間，並提供全方位的解決方案。

註:
[1] 實際的馬達驅動電流會根據運行環境而有所不同，包括環境溫度和電源電壓等因素。

[2] CLK 信號是用於控制步進馬達驅動器中馬達步進動作的時序信號。馬達的旋轉速度會根據 CLK 信號的頻率而變化。

特性

  1. 第二代主動增益控制 (AGC2)：提高馬達驅動效率。
  2. 自動波形生成系統 (AWGS)：減輕微控制器 (MCU) 及其他控制 IC 的處理負擔。
  3. 連續微步 (Continuous Micro-stepping)：實現低振動與低噪音運行。

功能說明

1. 第二代主動增益控制 (AGC2) 可提高馬達驅動效率。

Figure 1. Control waveform of Active Gain Control
圖 1：主動增益控制 (AGC) 的控制波形

主動增益控制 (AGC) 是一項在馬達運作期間，透過檢測感應電壓來確定負載，並根據外部負載自動調整馬達驅動電流的功能。當負載較重時，馬達驅動電流會增加；當負載較輕時，電流則會降低。這種機制使馬達能以最小必要電流運行，因此與傳統方法相比，能實現更高效率的馬達驅動。

Figure 2. Comparison of current waveforms between AGC and AGC2 during Full step operation
圖 2：全步運作期間 AGC 與 AGC2 的電流波形比較

第一代 AGC 在 OFF 週期（當輸出電流為 0% 時）檢測感應電壓，這使得即使在全步（Full step）運作中也需要短暫的 0% 間隔。因此，與預期的電流波形相比，其旋轉速度受到了限制。第二代 AGC2 則透過預測 0% 間隔的時序並據此檢測感應電壓，在維持預期全步波形的同時，實現了高速旋轉[3]。此外，它還配備了一個端子，能以電壓信號的形式監測實際的馬達驅動電流。

2.自動波形生成系統 (AWGS) 可減輕微控制器 (MCU) 及其他控制 IC 的處理負擔

Figure 3. Comparison between existing micro-stepping control and micro-stepping control with AWGS
圖 3：現有的微步進控制與具備 AWGS 的微步進控制之比較

自動波形生成系統 (AWGS) 是一項能在與「全步 (Full step)」控制相同的 CLK 頻率下，實現微步進控制的功能。在此之前，輸入的 CLK 頻率必須隨著 CLK 步數（細分倍率）的增加而成比例提高。透過 AWGS，可以在不改變 CLK 頻率的情況下使用微步進控制，進而簡化了來自微控制器 (MCU) 的控制邏輯。

3. 連續微步 (Continuous Micro-stepping) 可實現低振動與低噪音運行。

Figure 4. Comparison between micro-stepping control waveform and Continuous Micro-stepping control waveform
圖 4：微步進控制波形與連續微步進控制波形的比較

連續微步 (Continuous Micro-stepping) 透過讓 IC 自動補償步進 CLK 並持續調整馬達驅動電流，實現了更接近正弦波的驅動波形。這有助於進一步降低低速旋轉時的振動與噪音[4]。

註:

[3] 主動增益控制 (AGC) 運作時的旋轉速度會根據所使用的特定馬達以及外部負載的狀況而有所不同。

[4] 振動與噪音的程度可能會根據馬達以及實際的驅動條件而有所不同。

應用

  • 多功能事務機 (MFP)
  • 噴墨印表機
  • 標籤印表機
  • 3D 印表機
  • 監控攝影機
  • 投影機
  • 縫紉機

主要規格

(除非另有說明，否則 Ta = -40 至 85°C)

產品型號 TB67S579FTG
支援馬達 兩相雙極步進馬達
絕對最大額定值 馬達輸出電壓
VOUT (V)		 Ta=25°C 40
馬達輸出電流
IOUT (A)		 Ta=25°C 2.0
工作範圍 馬達電源電壓 VM (V) 4.5 至 34
工作溫度 Topr (°C) -40 至 85
電氣特性 輸出電晶體汲極至源極導通電阻（上下總和）
RON(D-S) (Ω)		 IOUT=2.0A,
Tj=25°C		 典型值 0.6
電流消耗
IM1 (μA)		 輸出：開路，處於睡眠模式 最大值 1
介面 CLK 輸入控制
電流檢測方式 無需外部電阻
電荷泵電容 不需要（內建)
步進模式 全步至 1/32 步模式
先進微步技術 第二代主動增益控制 (AGC2)、自動波形生成系統 (AWGS)、連續微步
異常檢測功能 過電流檢測、過溫檢測、欠壓鎖定檢測、失速檢測及開路負載檢測
封裝 名稱 P-VQFN48-0707-0.50-006
尺寸 (mm) 典型值 7.0×7.0
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