使监控摄像头能够在不被听到的情况下捕捉场景

Brian Kostecka 和 Michael Jackson

本博客讨论了步进电机噪声的两个主要因素 - 振动和电流纹波 - 以及克服它们的传统方法。然后，本文考虑了ADI公司的Trinamic团队所做的其他改进，以实现有效监控摄像头运行所需的更平滑、更安静的步进电机性能。

克服问题1 - 振动

根据设计，步进电机通过固定数量的机械步进 - 通常每转200个完整步 - 对应于每步1.8度。传统上，它们使用“全步进”控制，其中定子相线圈通电以产生磁场，将转子推向下一个完整步进。然而，当在步骤之间转换时，转子不受任何形式的控制，这会导致抖动转移到电机外壳中，从而导致机械振动，产生可闻噪声。

微步 - 全步之间的一种受控运动形式 - 是解决振动引起的噪声 问题的 第一阶段。 这涉及让电机驱动器产生精确的控制电流，以将转子移动到每个完整步骤之间的n个中间位置。最常见的方法是 每整步使用 16 微步，即 1/16 微步。 虽然这减少了振动，但并不能 完全消除振动。 为了进一步改进这一点，ADI公司的Trinamic团队开发了一种分辨率更高的 电机驱动器，具有1/256微秒的TEPS。这导致整个步骤之间的移动异常 平稳，大大降低了振动水平，从而降低了产生的噪音水平 。 图 2 显示了提高分辨率的增量优势。在i个全步控制下，驱动电流 变化迅速， 导致目标值附近的振荡离子。 随着 微步s数量的 增加，振荡开始减少，电流波形更接近所需的 理想正弦形状为了顺利移动。

图 2：比较不同步进分辨率的电机电流

克服问题2 – 电流纹波

基于微步进的优势，第二阶段努力使电机控制电流尽可能正弦。传统的电流模式方法允许电机驱动器监视和调整电流，并改变MOSFET开关频率。不幸的是，不断改变开关是必要的，因为步进电机几乎总是产生几毫伏的测量噪声，但这会产生产生可听噪声的不良副作用。

ADI公司的Trinamic团队通过开发一种称为StealthChop的电压（而不是电流）控制方法解决了这个问题，该方法执行控制电压的脉宽调制（PWM）。使用固定频率可防止因改变开关频率而引起的可闻噪声。图3比较了使用电流控制与隐形斩波的电机线圈电压。使用StealthChop，电机控制电压中没有可见的频率抖动。

图 3：比较用于 StealthChop 的电机线圈电压（左）与使用电流模式方法（右）

此外，除了减少可听见的噪音外，StealthChop 还产生具有更平滑轮廓的正弦波，从而提供了进一步减少振动的额外优势。对于有效的 PTZ 监控摄像机，使用 1/256 微步的 StealthChop 是实现低噪音和低振动的最佳方法。

审核编辑：郭婷