在步进电机驱动领域，HJ4205 步进电机驱动电路是一款性能出色且功能丰富的产品。它在众多需要精确控制步进电机的应用场景中发挥着重要作用。下面将对 HJ4205 步进电机驱动电路进行详细的介绍。

概述

HJ4205 是一款集成度较高的步进电机驱动电路，它包含一个步进电机控制器和内部 N 沟道 MOSFET，这使得它能够驱动一个双极步进电机或者两个刷式直流电机。该电路支持从全步进到 1/256 步进的多种驱动模式，这种广泛的步进模式选择为不同精度要求的应用提供了灵活性。通过采用自适应消隐时间和包括自动混合衰减模式在内的多种不同的电流衰减模式，HJ4205 可实现非常平滑的电机运动过程，有效减少了电机运行时的振动和噪音。电机运动采用标准的 DIR/STEP 控制方法，而器件的运行则通过一个 SPI 串行接口进行控制。通过这个 SPI 串行接口，用户可以对输出电流（扭矩）、步进模式、衰减模式和堵转检测功能等进行编程设置，大大提高了电路的可配置性和适用性。

电原理图

HJ4205 步进电机驱动电路的电原理图展示了其内部各个模块之间的电气连接关系，对于理解电路的工作原理和进行故障排查具有重要意义。

图 1：HJ4205 步进电机驱动电路电原理图

封装形式及引出端功能

1. 封装形式：HJ4205 采用 BOX3220 - 22P 全密封金属直插封装（选型 HJ4205），这种封装形式具有良好的密封性和散热性能，能够保护内部电路免受外界环境的影响，同时确保电路在工作过程中产生的热量能够及时散发出去。以下是其封装尺寸图。
   
   图 2：HJ4205 封装尺寸图
2. 引出端功能：引出端功能图详细标注了各个引脚的功能和用途，是正确使用 HJ4205 的重要参考。
   
   图 3：HJ4205 引出端功能图

绝对最大额定值

绝对最大额定值规定了 HJ4205 在正常工作时所允许的最大电压、电流、温度等参数范围，超过这些范围可能会导致电路损坏或性能下降。了解这些参数对于正确设计和使用电路至关重要。

图 4：HJ4205 绝对最大额定值

电特性

电特性图表展示了 HJ4205 在不同工作条件下的电气性能参数，如输入输出电压、电流、功率等。这些参数是评估电路性能和进行电路设计的重要依据。

图 5：HJ4205 电特性

逻辑时序图

逻辑时序图描述了 HJ4205 在不同控制信号作用下的工作时序关系，帮助工程师理解电路的工作过程和信号传输规律，从而进行正确的编程和控制。

图 6：HJ4205 逻辑时序图

功能描述

1. 复位：芯片内部设有用于监测 VM 引脚电压的上电复位电路。当 VM 电压低于 UVLO 电压时，器件会自动复位。此外，如果将 RESET 引脚置为高电平，所有内部逻辑都将被复位，功率部分也将被禁用，此时包括步进和串行接口的所有输入都将被忽略。在退出 RESET 态（将 RESET 引脚置为低电平）时，需要经过大约 1 ms 的时间，芯片才能恢复正常工作。这是因为电路需要一定的时间来完成内部状态的初始化和稳定。
2. 低功耗模式：将 SLEEPn 引脚置为低电平，可使设备进入低功耗状态。在休眠模式下，电机驱动电路被禁用，栅极驱动调节器和电荷泵也被禁用，所有模拟电路被置于低功率状态。不过，设备中的数字电路仍在工作，因此仍然可以通过串行接口访问设备寄存器。需要注意的是，当 SLEEPn 生效时，RESET 引脚不起作用。在 RESET 生效之前，必须先退出低功耗模式。当退出低功耗模式时，同样需要经过大约 1ms 的时间才能应用 STEP 输入，以确保电路稳定恢复工作。
3. 直接 PWM 输入模式：通过在 0x2 寄存器中设置 PWMMODE 位，可以开启直接 PWM 模式，然后用 PWM_MODESEL 来选择输入模式逻辑。在直接 PWM 输入模式下，AIN1、AIN2、BIN1 和 BIN2 直接控制输出的状态，这样可以驱动最多两个有刷直流电机。根据 PWM_MODESEL 的不同设置，输入输出逻辑关系也有所不同，具体如下：
   • 当 PWM_MODESEL = 2’b00 时，xIN1 和 xIN2 为常见的 IN1,IN2 控制逻辑，逻辑如下表：
     | xIN1 | xIN2 | xOUT1 | xOUT2 |
     | --- | --- | --- | --- |
     | 0 | 0 | Z | Z |
     | 0 | 1 | L | H |
     | 1 | 0 | H | L |
     | 1 | 1 | L | L |
   • 当 PWM_MODESEL = 2’b01 时，xIN1 为使能控制 xEN，xIN2 为方向控制 xPH，xIN1 = 0 时，输出高阻态，逻辑如下表：
     | xIN1 | xIN2 | xOUT1 | xOUT2 |
     | --- | --- | --- | --- |
     | 0 | 0 | Z | Z |
     | 0 | 1 | Z | Z |
     | 1 | 0 | L | H |
     | 1 | 1 | H | L |
   • 当 PWM_MODESEL = 2’b10 时，xIN1 为使能控制 xEN，xIN2 为方向控制 xPH，xIN1 = 0 时，输出刹车态，逻辑如下表：
     | xIN1 | xIN2 | xOUT1 | xOUT2 |
     | --- | --- | --- | --- |
     | 0 | 0 | L | L |
     | 0 | 1 | L | L |
     | 1 | 0 | L | H |
     | 1 | 1 | H | L |
   • 当 PWM_MODESEL = 2’b11 时，xIN1 为使能控制 xEN，xIN2 为方向控制 xPH，逻辑如下表：
     | xIN1 | xIN2 | xOUT1 | xOUT2 |
     | --- | --- | --- | --- |
     | 0 | 0 | Z | Z |
     | 0 | 1 | L | L |
     | 1 | 0 | L | H |
     | 1 | 1 | H | L |

如果在直接 PMW 模式下使用混合或自动混合衰减模式，由于电流变化信息不可用，它们将应用于每个周期。在直接 PWM 模式下，电流控制电路 (Torque) 处于开启状态，仍可用 TORGUE 寄存器缩放电流，也可使用 0x1 寄存器的 ISGAIN 位来设置 ISEN 检测增益。通过电机绕组的电流由可编程固定关断时间的 PWM 电流调节电路进行调节。当 H 桥被启用时，绕组电流以一定速率上升，此速率取决于绕组的直流电压、以及反电动势的大小。一旦电流达到电流斩波阈值，会在固定的时间段内禁用电流，该时间段可通过写入关寄存器中的 TOFF 位在 500ns 和 128μs 之间进行编程。关闭时间到达后，电桥重新启用，开始另一个 PWM 周期。斩波电流由比较器设置，比较器将电流检测的电压与参考电压进行比较，电流检测电阻器连接到 xISENx 引脚，且其电压由电流检测放大器进行放大，电流检测放大器可在控制寄存器中编程。在 PWM 模式下驱动时，斩波电流计算如下：

图 7：斩波电流计算公式
满标度 VREF 设置为 2.75V。其中 TORQUE 是转矩位的设置，ISGAIN 是 ISENSE 放大器（5x、10x、20x 或 40x）的可编程增益。
4. 微步控制 STEP/DIR 输入控制模式：HJ4205 中的内置分度器逻辑允许多种不同的步进配置。0x0 寄存器中的 MODE 位用于配置步进细分，逻辑如下：

图 8：步进细分配置逻辑
下表显示了整步进到 1/8 步进模式的相对电流和步进方向。更高的微步分辨率遵循相同的模式。AOUT 电流是电气角度的正弦；BOUT 电流是电气角度的余弦。复位的状态为 45° 位置，此状态在上电或使用 RESETn 时进入。

图 9：整步进到 1/8 步进模式的相对电流和步进方向
在 STEP 输入的每个上升沿，或每次在向 0x0 寄存器中的 RSTEP 位写入‘1’后，分度计将进入下一个状态。DIR 引脚接高且 RDIR（0x0 地址）置 0，或 DIR 引脚接低且 RDIR 置‘1’，为正转。DIR 引脚接低且 RDIR 置 0，或 DIR 引脚接高且 RDIR 置‘1’，则反转。正电流定义为 xOUT1 为正，相对的 xOUT2 为负。如果在步进过程中改变了步进细分，分度计将在下一个步进的上升沿变为新细分的下一个有效状态。

典型应用

HJ4205 步进电机驱动电路具有广泛的典型应用，以下是其典型应用电路和评估板实物图。