基于SMA7029M多芯片模塊的步進(jìn)電機驅動(dòng)設計

步進(jìn)電機是一種能將數字輸入脈沖轉換成旋轉或直線(xiàn)增量運動(dòng)的電磁執行設備，是現代機電一體化產(chǎn)品中的關(guān)鍵部件之一。它通常被用作定位控制和定速控制，以其慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)廣泛應用于數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等機電一體化產(chǎn)品。相應的步進(jìn)電機驅動(dòng)器也得到了快速的發(fā)展和改進(jìn)。但是目前在工業(yè)應用中，多數驅動(dòng)器體積較大，通用性不強，往往要求外接多路電源，而且成本較高。文中介紹了采用Allegro公司的SMA7029M多芯片模塊設計步進(jìn)電機的驅動(dòng)電路，為步進(jìn)電機提供穩定的輸出電流，并通過(guò)試驗和實(shí)際使用驗證了其通用性強、控制簡(jiǎn)單、可靠性高的特性。

1 步進(jìn)電機特點(diǎn)及驅動(dòng)
步進(jìn)電機受脈沖電流控制，每輸入一個(gè)脈沖電機轉軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。轉子的角位移正比于輸入脈沖的數量，轉子的角速度正比于輸入脈沖的頻率，轉子的旋轉方向取決于定子繞組的通電順序。在使用過(guò)程中步進(jìn)電機有一定的步距誤差，但沒(méi)有累計誤差。若維持控制繞組的電流不變，則步進(jìn)電機就可停在某一位置不動(dòng)。其按力矩產(chǎn)生的原理可分為反應式步進(jìn)電機和激磁式步進(jìn)電機。按輸出力矩大小可分為伺服式步進(jìn)電機和功率式步進(jìn)電機。
由于步進(jìn)電機是屬于感性器件，感抗與其輸入頻率是成正比。假設步進(jìn)電機的轉速增加，其感抗也會(huì )增大。該狀態(tài)下流入電機線(xiàn)圈的電流就會(huì )減小，電機的輸出扭力達不到要求輸出，嚴重的情況下會(huì )造成電機失步或者電機只振動(dòng)不轉。這就要求其驅動(dòng)電路能夠提供穩定的輸出電流，使步進(jìn)電機具有穩定的轉動(dòng)。一般設計中步進(jìn)電機驅動(dòng)都用采用三極管或者是用ULN2803IC等來(lái)驅動(dòng)，這些驅動(dòng)在實(shí)驗板或一些轉速不高、帶動(dòng)負載小的應用場(chǎng)所使用比較合適，在實(shí)際工作設計中遠遠達不到所需要求。針對這些問(wèn)題，各大公司陸續推出了專(zhuān)用的步進(jìn)電機驅動(dòng)芯片，簡(jiǎn)化其驅動(dòng)設計。Allegro公司的SMA7029M多芯片模塊就是一款性能使用簡(jiǎn)單控制優(yōu)良的步進(jìn)電機控制模塊，該多芯片模塊能為步進(jìn)電機提供穩定的輸出電流，使電機能夠穩定的轉動(dòng)。

2 步進(jìn)電機驅動(dòng)設計
SMA7029M是專(zhuān)為高效率、高性能的兩相單極步進(jìn)電機設計的多芯片模塊，它采用功率FET技術(shù)和單片邏輯控制電路對完成步進(jìn)電機的運動(dòng)控制。同一系列的還有SLA7024M和SLA7026M，三個(gè)芯片模塊不同主要是在輸出額定電流(1．5 A或3．0 A)和包裝樣式上。
2．1 SMA7029M結構及驅動(dòng)設計
SMA7029M內部主要包含電流峰值檢測部分，PWM關(guān)閉時(shí)間控制部分，電機邏輯控制部分，輸出電流及回流電流控制部分，如圖1所示。其工作過(guò)程主要是通過(guò)電流采樣，通過(guò)峰值檢測電路得到當前最大電流，根據其結果控制PWM工作時(shí)間，最終達到控制整個(gè)芯片組輸出電流的目的。