調整 A4988 步進馬達驅動板的電流上限

特別注意：測量電壓的時候千萬要小心，不要短路到不該碰到的接點，很可能會造成4988燒毀!!! 若沒把握，可以先貼上絕緣膠帶，只露出測量點。

特別注意：4988的輸出電流，超過 1A 的話，必須加裝散熱片。超過 1.5A，需要再加風扇。即使有安裝散熱片、風扇，限制電流都不可以超過 2A，否則 IC 會燒毀。

首先，要得到基本完整的概念，可以仔細閱讀 Pololu 的 「A4988 Stepper Motor Driver Carrier, Black Edition」pdf 檔，還有 A4988 的 datasheet。另外 reprap 網站的說明 (https://reprap.org/wiki/Sanguinololu) 也是一個很好的開始。

其他參考 網頁，可以看看別人的經驗，再回頭仔細把前述資料看一次，就會更有概念。

• https://www.hkepc.com/forum/viewthread.php?fid=259&tid=2553842&extra=&page=1
• http://diy3dprint.blogspot.com/2013/11/4988.html
• https://all3dp.com/2/vref-calculator-tmc2209-tmc2208-a4988/

A4988 概述

下面的圖檔表示此驅動板的使用示意圖 (擷取自 Pololu 的 pdf 檔)

A4988 控制板上有一個半可調電阻，可以調整步進馬達的限制電流。要知道限制電流多大，最直接的辦法是測量接到步進馬達的電流，但那樣做實在太危險了，可能會把板子或電錶都燒了。比較保險的做法是量可調電阻中間抽頭的電壓值 Vref。

下面的圖檔是此驅動板的電路圖 (擷取自 Pololu 的 pdf 檔)

下圖是 A4988 IC 的方塊圖。

如何設定限制電流

可以看到馬達的電流會流經 Rs，測量 Rs 的壓降即可換算得到馬達線圈的電流。控制流經馬達的電流大小可以達到細步的功能。電流限制 (Current Limit) 的計算，如下面的公式

 I_L = Vref / (8*Rs)

Pololu 的板子的 Rs 為 0.05Ω，而大陸的 clone 板子大都是 0.1Ω。SMD 的標示為 R100，可以把 R 看成是小數點，這要讀數就很容易理解了。

要決定多少的限制電流，可以參考 reprap 網站的說明 (https://reprap.org/wiki/Sanguinololu) 

A good starting point for the current is $0.7$ times its rated current. This is typically ~1A with the recommended 1.68A NEMA17 motors and that is about the maximum current the Pololu can deliver without a heatsink or a fan. Note that the rated current of a motor is usually that which gives an 80C temperature rise, which is too hot for plastic brackets, hence the reason to under-run them.

假如馬達的額定電流為 1.7A，則工作電流決定為 1.7A *0.7 =1.19A，就設為 1.2A 吧。考慮大家應該都會買 clone 的 A4988板，則 Rs 為 0.1Ω。計算得到 Vref = 1.2A * 0.8 = 0.96V。

不過，後來量出廠的電壓都是 0.66V 左右，最後就都用這個電壓值了，電流為 0.83A，使用起來也都沒有問題。電流小一點，比較安全一點。

驅動馬達的電源和電路板本身用的電源是分開的，Vref 是由直接由電路板的電源和分壓電阻決定的。因此測量 Vref，可以把 A4988 的板子插在主控板上，接上電源來測試，不需接馬達及其他連線。例如，Makerbase 的 MKS. Gen_L V1.0，供應的 Vdd 是 5V，雖然板子使用的電源是 12V。

決定限制電流

在不同地方出現的 0.7，或 70% 是一個容易讓人誤解的地方。

首先所謂的馬達額定電流，例如 1.7A，就是超過這電流馬達就會燒了。並不是馬達工作時要供應這麼大的電流。在 reprap 網站的說明是指，使用額定電流的 70% 是一個不錯的選擇，也是比較安全的。

另外，在 Pololu 的說明提到另一個限制電流的 70%，那是指使用 full step 來控制步進馬達時，兩個 phase 的線圈都會保持在 ON 的狀態，只是極性相同或相反。而流經每個線圈的電流會是限制電流的 70%。所以，這段敘述完全可以忽略，以免搞得更糊塗，除非你要用實際測量線圈電流來調整 Vref。

結論是，你想用多少電流來驅動馬達，就把限制電流設成那個值，如額定電流的 70%。工作電流越大，馬達的力矩越大，反應更快。電流越小，加矩越小，至於會不會造成失步呢? 我推測若是力矩不夠造成的失步，應該不會是偶發性的，而是持續性的。

另外，要考慮 A4988 的工作條件，在未加散熱片或風扇的情況下，驅動板最大能提供約 1A的電流。假如供應到更大的電流，會讓 IC 的溫度達到上升到 80C，塑膠外盒可能會熔化了。A4988 IC 內部有保護電，過熱就會 shutdown 電路，切斷 FET 的輸出，直到不再過熱才會繼續恢復 FET 的輸出。所以，若是 A4988 驅動板太熱，則會造成步進馬達失步。若碰到這情形，解決辦法是降低工作電流，以及加強散熱。

步進馬達的細步控制

一般解釋步進馬達的動作原理，都是指 full-step 運作。兩個 phase 的電流都一樣，只是同相或反相。假如步進馬達一圈分成 200 steps，則每一 full step 為 1.8°。

事實上，可以控制兩個 phase 的電流大小比例，讓轉子停在兩個極性中間不同的位置，就是細步控制。如下是 half-step 控制，可控制的步數多了一倍。

quarter-step 控制，精細度又再加倍。

下圖 是 Eighth-step 控制。

A4988 最多到 Sixteenth-Step Increments，圖太複雜，就不擷圖了。